Napęd o zmiennej częstotliwości (VFD) to urządzenie elektryczne służące do sterowania prędkością i wydajnością silników elektrycznych i jest szeroko stosowane w dziedzinie sterowania automatyką przemysłową. Reguluje częstotliwość wyjściową i napięcie silników prądu przemiennego, kontrolując w ten sposób prędkość i moment obrotowy silnika oraz umożliwiając inteligentne, wydajne i-energooszczędne sterowanie sprzętem.
Przemiennik częstotliwości składa się głównie z sekcji przenoszenia mocy, sekcji prostownika, sekcji falownika i obwodów sterujących. Sekcja przenoszenia mocy wykorzystuje transformator do obniżenia napięcia wejściowego sieci (zwykle 380 V lub 220 V) do wymaganego napięcia wejściowego. Sekcja prostownika przekształca wejściowy prąd przemienny na prąd stały, podczas gdy sekcja falownika przetwarza prąd stały z powrotem na prąd przemienny o wysokiej-częstotliwości. Obwody sterujące kierują i przetwarzają sygnały sterujące w celu regulacji mocy wyjściowej przemiennika.
Podstawowe funkcje VFD obejmują sterowanie silnikiem-ze zmienną prędkością, regulację mocy oraz ochronę przed przepięciami i przeciążeniami w sieci. Dostosowując częstotliwość wyjściową i napięcie VFD, można uzyskać niezawodne i precyzyjne sterowanie silnikiem przy zmiennym obciążeniu, jednocześnie wdrażając różne strategie sterowania silnikiem, takie jak sterowanie strefowe, sterowanie wektorowe i sterowanie w-pętli otwartej.
Ze względu na zalety stabilnej pracy, znaczną poprawę wydajności i oszczędność energii, przemienniki częstotliwości są szeroko stosowane w różnych procesach produkcyjnych i dziedzinach, takich jak sterowanie pompami, systemy wentylacyjne, systemy chłodzenia, produkcja fabryczna i robotyka.
Zasada działania napędu o zmiennej częstotliwości
Przemiennik częstotliwości to urządzenie elektryczne służące do regulacji prędkości roboczej silnika prądu przemiennego. Jego podstawowa zasada działania jest następująca:
Falownik przekształca prąd stały na prąd przemienny i reguluje prędkość roboczą oraz moment obrotowy silnika, kontrolując parametry takie jak napięcie, częstotliwość i faza. Konkretny proces operacyjny można ogólnie podzielić na następujące etapy:
1. Prostowanie: Falownik wykorzystuje obwód prostownika do konwersji prądu przemiennego z sieci zasilającej na prąd stały.
2. Filtrowanie: obwód filtrujący zapewnia płynne dostarczanie prądu stałego do obwodu falownika, zapobiegając zanieczyszczeniu zasilacza przez szum impulsowy-o wysokiej częstotliwości wynikający z prądu.
3. Odwracanie: Obwód falownika przekształca moc prądu stałego w wymaganą moc prądu przemiennego.
4. Sterowanie mocą wyjściową: Kontrolując napięcie, częstotliwość i fazę na wyjściu obwodu falownika, przetwornica częstotliwości dostosowuje stan pracy silnika, aby uzyskać płynną kontrolę prędkości silnika.
5. Funkcje zabezpieczające: Falownik posiada również różne funkcje zabezpieczające, takie jak zabezpieczenie nadprądowe, przeciążeniowe, przepięciowe i podnapięciowe, zapewniające bezpieczną i stabilną pracę zarówno silnika, jak i falownika.
Podsumowując, falownik dostosowuje stan pracy silnika, kontrolując parametry, takie jak częstotliwość i napięcie prądu przemiennego, umożliwiając bezstopniową kontrolę prędkości w celu spełnienia wymagań sterowania silnikiem w różnych zastosowaniach.
Struktura obwodu głównego przemiennika częstotliwości
Główna struktura obwodu przetwornicy częstotliwości składa się głównie z obwodu prostownika, kondensatorów pośrednich, obwodu falownika i obwodu filtra wyjściowego. W szczególności składa się z następujących elementów:
1. Obwód prostownika: Obwód prostownika przetwornicy częstotliwości składa się głównie z mostka prostowniczego i kondensatorów prądu stałego. Dodając mostek prostowniczy i filtr prądu stałego do oryginalnego zacisku wejściowego prądu przemiennego, napięcie przemienne jest przekształcane na napięcie stałe.
2. Kondensatory pośrednie: Kondensatory pośrednie służą przede wszystkim do zapewnienia płynnego i stabilnego napięcia prądu stałego falownika, a jednocześnie służą jako filtr wyjściowy.
3. Obwód falownika: Obwód falownika obejmuje różne topologie, takie jak konfiguracje pół-mostka i pełnego-mostka, umożliwiające konwersję napięcia stałego na napięcie przemienne. Wykorzystuje sterowanie PWM do wysyłania napięcia prądu przemiennego o kształcie fali zbliżonym do-sinusoidalnego, zapewniając w ten sposób kontrolę prędkości.
4. Obwód filtra wyjściowego: Obwód filtra wyjściowego składa się głównie z dwóch typów: filtrów typu L- i filtrów typu LC-. Służą one do filtrowania-szumów o wysokiej częstotliwości generowanych przez obwód falownika, tworząc w ten sposób gładkie, sinusoidalne napięcie prądu stałego na zacisku wyjściowym.
Podsumowując, struktura obwodu głównego przemiennika częstotliwości (VFD) wymaga wyboru odpowiednich komponentów w oparciu o rzeczywiste wymagania aplikacji, w tym urządzeń aktywnych (takich jak tranzystory IGBT i MOSFET) oraz urządzeń pasywnych (takich jak kondensatory i cewki indukcyjne), aby uzyskać bezstopniową kontrolę prędkości silnika.
Struktura obwodu sterującego przemiennika częstotliwości
Struktura obwodu sterującego przemiennika częstotliwości jest zasadniczo podzielona na następujące elementy: interfejsy peryferyjne, jednostkę przetwarzającą sygnał wejściowy, jednostkę centralną, jednostkę sterującą sygnałem wyjściowym i jednostkę zasilającą.
1. Interfejsy peryferyjne: Należą do nich interfejsy przyłączeniowe dla sygnałów wejściowych i wyjściowych, wykorzystywane do komunikacji i interakcji z urządzeniami zewnętrznymi.
2. Moduł przetwarzania sygnału wejściowego: To urządzenie przetwarza i konwertuje różne sygnały wejściowe. Przyjmuje wiele typów sygnałów wejściowych, takich jak sygnały analogowe lub cyfrowe, i konwertuje je na standardowe sygnały sterujące w celu przesłania ich do jednostki centralnej, umożliwiając w ten sposób identyfikację i przetwarzanie sygnałów sterujących.
3. Jednostka centralna: Jest to główny element falownika, odpowiedzialny za obliczanie i kontrolowanie częstotliwości wyjściowej i napięcia silnika, a także kontrolowanie działania elementów wyjściowych, takich jak falowniki IGBT. Jednostka centralna zazwyczaj zawiera jeden lub więcej procesorów i pamięć wewnętrzną do przechowywania ustawionych parametrów i programów sterujących.
4. Jednostka sterująca sygnałem wyjściowym: Ta jednostka steruje działaniem komponentów wyjściowych. Sterując komponentami wyjściowymi, takimi jak tranzystory IGBT, reguluje częstotliwość wyjściową i napięcie silnika, kontrolując w ten sposób prędkość i moment obrotowy silnika.
5. Zasilacz: to urządzenie zapewnia stabilne zasilanie i wykorzystuje komponenty takie jak filtry do filtrowania i wygładzania tętnień-wysokiej częstotliwości na wyjściu silnika, zapewniając stabilność i niezawodność systemu.
Podsumowując, struktura obwodu sterującego przemiennika częstotliwości składa się z wielu modułów, z których każdy pełni określoną funkcję. Moduły te współpracują ze sobą, aby wspólnie realizować funkcje sterujące przetwornicą częstotliwości.