En variabel frekvensomformer (VFD) er en elektrisk enhet som brukes til å kontrollere hastigheten og ytelsen til elektriske motorer, og den er mye brukt innen industriell automatiseringskontroll. Den regulerer utgangsfrekvensen og spenningen til AC-motorer, og kontrollerer dermed motorens hastighet og dreiemoment, og muliggjør intelligent, effektiv og energisparende kontroll av utstyret.
En variabel frekvensomformer består primært av en kraftoverføringsseksjon, en likeretterseksjon, en omformerseksjon og kontrollkretser. Kraftoverføringsseksjonen bruker en transformator for å trappe ned spenningen på inngangsnettet (typisk 380V eller 220V) til den nødvendige inngangsspenningen. Likeretterseksjonen konverterer inngangsvekselstrøm til likestrøm, mens omformerseksjon konverterer likestrøm tilbake til-høyfrekvent vekselstrøm. Styrekretsene ruter og behandler kontrollsignaler for å regulere frekvensomformerens utgang.
Hovedfunksjonene til en VFD inkluderer motorkontroll med variabel-hastighet, effektregulering og beskyttelse mot overspenning og overbelastning i nettnettet. Ved å justere utgangsfrekvensen og spenningen til VFD, kan pålitelig og presis kontroll av motoren under varierende belastning oppnås, samtidig som man implementerer ulike motorkontrollstrategier som sonekontroll, vektorkontroll og åpen-sløyfekontroll.
På grunn av fordelene med stabil drift, betydelige ytelsesforbedringer og energibesparelser, er frekvensomformere mye brukt i ulike produksjonsprosesser og felt, som pumpekontroll, ventilasjonssystemer, kjølesystemer, fabrikkproduksjon og robotikk.
Arbeidsprinsipp for en variabel frekvensomformer
En variabel frekvensomformer er en elektrisk enhet som brukes til å regulere driftshastigheten til en AC-motor. Dets grunnleggende arbeidsprinsipp er som følger:
Omformeren konverterer likestrøm til vekselstrøm og justerer motorens driftshastighet og dreiemoment ved å kontrollere parametere som spenning, frekvens og fase. Den spesifikke driftsprosessen kan grovt sett deles inn i følgende trinn:
1. Retting: Omformeren bruker en likeretterkrets for å konvertere vekselstrøm fra strømnettet til likestrøm.
2. Filtrering: En filtreringskrets sikrer at DC-strømmen leveres jevnt til omformerkretsen, og forhindrer at høyfrekvent pulsstøy fra strømmen forurenser strømforsyningen.
3. Invertering: Inverterkretsen konverterer DC-strømmen til den nødvendige AC-strømmen.
4. Utgangskontroll: Ved å kontrollere spenningen, frekvensen og fasen til inverterkretsens utgang, justerer VFD motorens driftstilstand for å oppnå trinnløs hastighetskontroll av motoren.
5. Beskyttelsesfunksjoner: Omformeren har også ulike beskyttelsesfunksjoner, som overstrøm, overbelastning, overspenning og underspenningsbeskyttelse, som sikrer sikker og stabil drift av både motoren og omformeren.
Oppsummert justerer omformeren motorens driftstilstand ved å kontrollere parametere som AC-frekvens og spenning, noe som muliggjør trinnløs hastighetskontroll for å møte motorkontrollkravene til ulike applikasjoner.
Hovedkretsstrukturen til en variabel frekvensomformer
Hovedkretsstrukturen til en variabel frekvensomformer består primært av en likeretterkrets, mellomkondensatorer, en inverterkrets og en utgangsfilterkrets. Konkret består den av følgende komponenter:
1. Likeretterkrets: Likeretterkretsen til en variabel frekvensomformer består hovedsakelig av en likeretterbro og likestrømskondensatorer. Ved å legge til en likeretterbro og et DC-filter til den originale AC-inngangsterminalen, konverteres AC-spenningen til DC-spenning.
2. Mellomkondensatorer: Mellomkondensatorer brukes først og fremst for å sikre jevn og stabil likespenning til omformeren, samtidig som de fungerer som et utgangsfilter.
3. Inverterkrets: Inverterkretsen inkluderer ulike topologier, for eksempel halv-bro- og full-brokonfigurasjoner, for å konvertere likespenning til AC-spenning. Den bruker PWM-kontroll for å sende ut AC-spenning med en nesten-sinusformet bølgeform, og oppnår dermed hastighetskontroll.
4. Utgangsfilterkrets: Utgangsfilterkretsen består primært av to typer: L-type filtre og LC-type filtre. Disse brukes til å filtrere ut høyfrekvent støy generert av inverterkretsen, og produserer dermed en jevn, sinusformet likespenning ved utgangsterminalen.
Oppsummert krever hovedkretsstrukturen til en variabel frekvensomformer (VFD) valg av passende komponenter basert på faktiske applikasjonskrav, inkludert aktive enheter (som IGBT-er og MOSFET-er) og passive enheter (som kondensatorer og induktorer), for å oppnå trinnløs hastighetskontroll av motoren.
Styrekretsstruktur for en variabel frekvensomformer
Styrekretsstrukturen til en variabel frekvensomformer er primært delt inn i følgende komponenter: perifere grensesnitt, inngangssignalbehandlingsenhet, sentralbehandlingsenhet, utgangssignalkontrollenhet og strømforsyningsenhet.
1. Perifere grensesnitt: Disse inkluderer tilkoblingsgrensesnitt for inngangs- og utgangssignaler, brukt for kommunikasjon og interaksjon med eksterne enheter.
2. Input Signal Processing Unit: Denne enheten behandler og konverterer ulike inngangssignaler. Den aksepterer flere typer inngangssignaler, for eksempel analoge eller digitale signaler, og konverterer dem til standard kontrollsignaler for utgang til den sentrale prosessorenheten, og muliggjør dermed identifisering og behandling av kontrollsignaler.
3. Sentral prosesseringsenhet: Dette er kjernekomponenten i omformeren, ansvarlig for å beregne og kontrollere motorens utgangsfrekvens og spenning, samt kontrollere driften av utgangskomponenter som IGBT-omformere. Den sentrale prosesseringsenheten inneholder typisk en eller flere CPUer og internminne for lagring av innstilte parametere og kontrollprogrammer.
4. Utgangssignalkontrollenhet: Denne enheten kontrollerer driften av utgangskomponenter. Ved å kontrollere utgangskomponenter som IGBT-er, regulerer den motorens utgangsfrekvens og spenning, og kontrollerer dermed motorens hastighet og dreiemoment.
5. Strømforsyningsenhet: Denne enheten gir en stabil strømforsyning og bruker komponenter som filtre for å filtrere og jevne ut høyfrekvente krusninger i motorens utgang, noe som sikrer systemets stabilitet og pålitelighet.
Oppsummert består kontrollkretsstrukturen til en variabel frekvensomformer av flere moduler, som hver utfører en spesifikk funksjon. Disse modulene jobber sammen for å oppnå frekvensomformerens kontrollfunksjoner.