วงจรขับเคลื่อน vfd คืออะไร: การทำงานประเภทและการใช้งาน

มีโรงงานและโรงงานจำนวนมากในโลกที่ใช้มอเตอร์กำลังสูงประเภทต่างๆ เนื่องจากการใช้พลังงานที่สูงโรงงานและโรงงานต่างๆจึงต้องจ่ายค่าพลังงานเป็นจำนวนมาก เพื่อเอาชนะการใช้พลังงานที่สูงและเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ VFD ได้รับการแนะนำเมื่อสี่ทศวรรษที่แล้ว แต่วงจรไม่แข็งแรงพอ

VFD เป็นรูปแบบสั้น ๆ ของVariable Frequency Driveหรือไดรฟ์ความถี่ที่ปรับได้ ความถี่กำหนด RPM ของมอเตอร์และโดยการควบคุมความถี่ AC ทำให้สามารถควบคุม RPM ของมอเตอร์ได้ VFD ประเภทต่างๆมีอยู่ในตลาดอิเล็กทรอนิกส์และเครื่องใช้ไฟฟ้าตั้งแต่การใช้งานที่เกี่ยวข้องกับมอเตอร์ขนาดเล็กไปจนถึงมอเตอร์เหนี่ยวนำกำลังสูง นอกจาก VFD สามเฟสแล้วยังมี VFD แบบเฟสเดียว

วงจร VFD และการทำงาน

วงจร VFD ประกอบด้วยสามส่วน

1. ส่วน rectifier

2. ส่วนตัวกรอง

3. ส่วนสวิตชิ่งหรืออินเวอร์เตอร์

ในภาพด้านล่างสามส่วนจะแสดงภายในแผนภาพบล็อก นี่คือวงจรบล็อกพื้นฐานของเฟสสาม VFD

ส่วนวงจรเรียงกระแสของวงจร VFD

ส่วน rectifier ใช้ไดโอด 6 ตัว ไดโอด D1, D2 และ D3 เชื่อมต่อกับรางบวกและไดโอด D4, D5 และ D6 เชื่อมต่อกับรางลบ ไดโอดทั้ง 6 ตัวทำหน้าที่เป็นสะพานไดโอดซึ่งแปลงสัญญาณ AC สามเฟสเป็นราง DC เดี่ยว สามเฟส R, B และ Y เชื่อมต่อผ่านไดโอด ขึ้นอยู่กับขั้วของคลื่นไซน์ไดโอดจะได้รับความเอนเอียงไปข้างหน้าหรือย้อนกลับดังนั้นจึงให้พัลส์บวกหรือพัลส์ลบทั้งในรางบวกและลบ

หากต้องการเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับวิธีการทำงานของวงจรเรียงกระแสเพียงไปที่ลิงค์

ส่วนกรองของวงจร VFD

ดังที่เราทราบดีว่าไดโอด rectifier มาตรฐานจะแปลงสัญญาณ AC เป็น DC เท่านั้น แต่สัญญาณ DC ขาออกนั้นไม่ราบรื่นเพียงพอเนื่องจากมีระลอกคลื่น AC ที่ขึ้นอยู่กับความถี่ ในการแก้ไขระลอกคลื่นกระแสสลับและสร้างเอาต์พุต DC ที่ราบรื่นจำเป็นต้องมีตัวกรองการปฏิเสธการกระเพื่อม ส่วนประกอบมาตรฐานสำหรับตัวกรองคือการใช้ตัวเก็บประจุและตัวเหนี่ยวนำขนาดใหญ่ประเภทต่างๆ ในส่วนตัวกรองตัวเก็บประจุส่วนใหญ่จะกรองระลอกคลื่นกระแสสลับและให้เอาต์พุต DC ที่ราบรื่น

ในบางกรณีจะใช้ฟิลเตอร์ประเภทอื่นเพื่อลดเสียงและฮาร์มอนิก AC อินพุต

ส่วนการสลับหรืออินเวอร์เตอร์ของวงจร VFD

ส่วนสวิตชิ่งหรืออินเวอร์เตอร์จะเปลี่ยน DC เป็น AC ในส่วนนี้จะใช้สวิตช์อิเล็กทรอนิกส์ประเภทต่างๆตั้งแต่ทรานซิสเตอร์กำลังสูง IGBT หรือ MOSFET สวิตช์จะเปิดหรือปิดอย่างรวดเร็วและโหลดได้รับแรงดันไฟฟ้าแบบกะพริบซึ่งคล้ายกับ AC มาก ความถี่เอาต์พุตเป็นสัดส่วนกับอัตราการเปลี่ยน อัตราการสลับสูงให้เอาต์พุตความถี่สูงในขณะที่อัตราการสลับต่ำจะให้เอาต์พุตความถี่ต่ำ

VFD ประเภทต่างๆ

ขึ้นอยู่กับวิธีที่ VFD แปลงไฟ AC เป็นไฟ DC และทำการแก้ไขมี VFD ประเภทอื่น ๆ ในตลาด

หลักสามประเภทของ VFD มี VSI , CSI, และ PWM

VFD ประเภท VSI

VSI ย่อมาจากอินเวอร์เตอร์แรงดันแหล่งที่มานี่คือไดรเวอร์ความถี่ตัวแปรประเภทที่พบบ่อยที่สุด ใน VFD ประเภทนี้จะใช้สะพานไดโอดอย่างง่ายเพื่อแปลงสัญญาณ AC เป็น DC และใช้ตัวเก็บประจุเพื่อเก็บพลังงาน วงจรสวิตชิ่งอินเวอร์เตอร์ใช้พลังงานที่เก็บไว้ในตัวเก็บประจุและให้เอาต์พุต

ความได้เปรียบ

1. มีช่วงความเร็วที่ดี

2. อุปกรณ์ควบคุมมอเตอร์หลายตัว สามารถเชื่อมต่อมอเตอร์หลายตัวด้วย VFD ประเภท VSI เดียว

3. การออกแบบที่เรียบง่าย

4. คุ้มค่าจากด้านการผลิตและการติดตั้ง

ข้อเสีย

1.Due เพื่อcoggingผลใบหน้าโหลดมอเตอร์กระตุกในช่วงเริ่มต้นและหยุดสถานการณ์

2. เอาต์พุตให้ฮาร์โมนิกและเสียงประเภทต่างๆ

3. หากควบคุมความเร็วมอเตอร์หรือความเร็วลดลงตัวประกอบกำลังโดยรวมจะถูกขัดขวางอย่างมากซึ่งส่งผลให้ตัวประกอบกำลังไม่ดี

VFD ประเภท CSI

CSI ย่อมาจากอินเวอร์เตอร์มาในปัจจุบันVFD ประเภท VSI ได้รับการออกแบบมาเพื่อให้สามารถจ่ายแรงดันไฟฟ้าได้อย่างราบรื่นขึ้นอยู่กับช่วงความถี่ตัวแปร แต่ในประเภท CSI VFD การสร้างจะขึ้นอยู่กับกระแสไฟฟ้าแทนแรงดันไฟฟ้า นอกจากนี้ในกรณีของ CSI แทนที่จะใช้ไดโอดบริดจ์ rectifier จะใช้ตัวแปลงสะพาน SCR พลังงานเอาต์พุตจะถูกกรองโดยใช้ตัวเหนี่ยวนำแบบอนุกรมเป็นทางเลือกของตัวเก็บประจุสำหรับเอาต์พุตกระแสไฟฟ้าที่ราบรื่น VFD ประเภท CSI ทำหน้าที่เหมือนกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสคงที่ แทนที่จะเป็นคลื่นสี่เหลี่ยมของแรงดันไฟฟ้า VFD ประเภท CSI สามารถให้กระแสคลื่นสี่เหลี่ยมได้

ความได้เปรียบ

1. เชื่อถือได้แล้ว VSI ประเภท VFDs

2. รองรับมอเตอร์เหนี่ยวนำแรงม้าที่สูงขึ้นโดยที่ VSI ไม่ใช่ตัวเลือกที่เหมาะสม

3. การออกแบบที่เรียบง่าย

4. ความสามารถในการฟื้นฟูที่ดี

ข้อเสีย

1. ปัจจัยด้านกำลังโดยรวมไม่ดีโดยเฉพาะที่ RPM ต่ำ

2. มีผลต่อการอุดตันและอาจทำให้เพลามอเตอร์สั่นขณะทำงาน

3. ไม่เหมาะสำหรับการทำงานหลายมอเตอร์ในแง่ของ VSI

PWM ประเภท VFD

นี่คือเวอร์ชันปรับปรุงและแก้ไขของ VFD ประเภท VSI PWM ย่อมาจากการมอดูเลตความกว้างพัลส์ การใช้เทคนิค PWM ทำให้ VFD สามารถให้แรงดันไฟฟ้าที่คงที่ซึ่งคงไว้ด้วยอัตราส่วนความถี่ การก่อสร้างใช้สะพานไดโอดเพื่อแก้ไขสัญญาณ AC ให้เป็นสัญญาณ DC วงจรสวิตชิ่งจะควบคุมรอบการทำงานในช่วงความถี่ตัวแปร ตัวควบคุมเพิ่มเติมถูกใช้เพื่อควบคุมเอาท์พุท PWM เพื่อให้แรงดันและกระแสที่เสถียรและเหมาะสมกับโหลด

ความได้เปรียบ

1. ไม่มีผลการอุดตันหรือกระตุก

2. ความเร็วและช่วงการควบคุมที่กว้าง

3. ประกอบด้วยวงจรป้องกันประเภทต่างๆ

4. ปัจจัยอำนาจคงที่

5. กระตุ้นให้เกิดประสิทธิภาพสูงมาก

6. ประหยัดพลังงาน

ข้อเสีย

1. ซับซ้อนในการออกแบบ

2. ซับซ้อนในการใช้งาน

3. ต้องใช้ฮาร์ดแวร์เพิ่มเติม

4. การสร้างเสียงรบกวนที่ได้ยินในวงจรไดรเวอร์

5. ทางออกที่คุ้มค่า

จะเลือก VFD สำหรับแอปพลิเคชันของฉันได้อย่างไร?

ในการเลือก VFD ที่เหมาะสมสำหรับแอปพลิเคชันเฉพาะจำเป็นต้องมีความเข้าใจที่ดีเกี่ยวกับโหลด มอเตอร์ประเภทต่างๆผลิตแรงบิดประเภทต่างๆ ในบางการใช้งานจำเป็นต้องใช้แรงบิดคงที่ในขณะที่การใช้งานอื่น ๆ จำเป็นต้องควบคุมแรงบิด นอกจากนี้ภาระของมอเตอร์ยังเป็นตัวกำหนดปัจจัยของข้อกำหนดของมอเตอร์ซึ่งส่วนใหญ่เป็นระดับกำลัง

ในการเลือก VFD ที่เหมาะสมสำหรับการใช้งานที่เหมาะสมเราจำเป็นต้องประเมินหรือพิจารณาสิ่งต่อไปนี้

1. แรงม้าของมอเตอร์

2. ค่าใช้จ่าย

3. สภาพแวดล้อมการทำงานของ VFD และมอเตอร์

4. เฟสเดียวหรือสามเฟส

5. VFD เดี่ยวพร้อมมอเตอร์เดี่ยวหรือ VFD เดียวพร้อมมอเตอร์หลายตัว

6. ข้อกำหนดคุณสมบัติการควบคุมเพิ่มเติม

ข้อดีของ VFD

มีสาเหตุหลายประการที่ทำให้ VFD เป็นตัวเลือกยอดนิยมสำหรับผู้บริโภคซึ่งมีตัวควบคุมอื่น ๆ พร้อมใช้งาน เหตุผลที่สำคัญที่สุดสำหรับความนิยมของ VFD เป็นความสามารถในการประหยัดพลังงานและค่าใช้จ่ายในการติดตั้งครั้งแรกVFD มีประสิทธิภาพสูงในแง่ของการใช้พลังงานนอกเหนือจากอุปกรณ์ควบคุมใด ๆ ในกลุ่มเดียวกัน ด้วยเหตุนี้ในกรณีของโรงงานขนาดใหญ่และโรงงานที่ต้องใช้มอเตอร์แรงม้าขนาดใหญ่ VFD จึงมีการใช้พลังงานต่ำซึ่งจะช่วยลดจำนวนค่าพลังงานและให้โอกาสในการประหยัดต้นทุน

VFD จำกัด กระแสไฟเข้าระหว่างสภาวะการสตาร์ทและการหยุดของมอเตอร์ซึ่งจะช่วยลดภาระการไหลเข้าในสายการผลิตรวมทั้งให้ขอบด้านความปลอดภัยสำหรับมอเตอร์ที่มีราคาแพง

นอกเหนือจากข้อดีข้างต้นVFD สามารถลดต้นทุนการบำรุงรักษาระบบได้ ไม่จำเป็นต้องมีการเชื่อมต่อไฟฟ้าและการควบคุมที่มีค่าใช้จ่ายเพิ่มเติม มีตัวเลือกในการเชื่อมต่อมอเตอร์หลายตัวที่สามารถควบคุมได้โดยใช้ VFD เดียวซึ่งจะช่วยลดต้นทุนการติดตั้งระบบเพิ่มเติมได้อีก

ข้อเสียของ VFD

อย่างไรก็ตามแม้จะมีข้อดีข้างต้น แต่ก็มีข้อเสียบางประการที่เกี่ยวข้องกับระบบ VFD ข้อเสียเปรียบหลักของระบบ VFD คือการลงทุนในการตั้งค่าเริ่มต้น สำหรับโรงงานหรือโรงงานที่ต้องควบคุมมอเตอร์แรงม้าสูงหลายตัวโดยใช้ VFD ต้องใช้เงินลงทุนสูง

นอกจากนี้VFD ก่อสร้างสาเหตุมอเตอร์เครื่องทำความร้อนและความต้องการพิเศษมอเตอร์ การก่อสร้างจำเป็นต้องใช้ฉนวนมอเตอร์ชนิดพิเศษเช่นเดียวกับมอเตอร์ที่ต้องระบุสำหรับการใช้งานอินเวอร์เตอร์

ข้อเสียที่สำคัญอื่น ๆ ของ VFD คือสายไฟของแหล่งกำเนิดหลักถูกรบกวนอย่างมากด้วยความผิดเพี้ยน ด้วยเหตุนี้อุปกรณ์อื่น ๆ ที่เชื่อมต่อในสายไฟเดียวกันจึงถูกขัดขวางในระหว่างสภาวะการทำงาน

อย่างไรก็ตามความก้าวหน้าของอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์สมัยใหม่ทำให้การก่อสร้างระบบ VFD สมัยใหม่ดีขึ้นอย่างมาก ก่อนยุคอุปกรณ์โซลิดสเตตเครื่องโรตารี่เป็นส่วนประกอบหลักที่ใช้ในการสร้าง VFD ในยุคไมโครโปรเซสเซอร์สมัยใหม่ VFD ได้รับการติดตั้งการป้องกันทุกประเภทเช่นแรงดันตกไฟเกินแรงดันไฟฟ้าเกินการป้องกันความร้อนเกิน ฯลฯ พร้อมด้วยอุปกรณ์ควบคุมที่เหมาะสม แอปพลิเคชัน Motor ในอุตสาหกรรมมีส่วนรับผิดชอบต่อการใช้พลังงานไฟฟ้าของโลก 25% ซึ่งสามารถควบคุมได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยใช้ VFD