Hva er en variabel frekvensomformer?
En variabel frekvensomformer (VFD) er en elektronisk kontrollenhet som brukes til å gi justerbar hastighetskontroll for AC- og DC-motorer. De vanligste typene AC-motorer er AC-induksjonsmotorer eller asynkronmotorer. Fordelene ved å bruke en VFD er energibesparelser for HVAC-vifte- og pumpeapplikasjoner, forbedret motormoment- og hastighetskontroll i industrielle applikasjoner, og forbedret motorbeskyttelse.
Motorstørrelser for VFD-drift:
Variable frekvensomformere kan drive motorer fra ¼ hestekrefter ved 120 volt enfase til 20,000 kilowatt ved 11,000 volt trefase. Industrimotorer er vanligvis trefasede, og den vanligste spenningen i USA er 480 V. Andre vanlige spenninger er 230, 2300 og 4160 V. Motoren er designet for å fungere på en rekke spenninger avhengig av motorens poler .
Motorer er konstruert for å kjøre med konstant hastighet avhengig av antall poler i motoren. Frekvensen til spenningen som tilføres motoren bestemmer motorens hastighet. Denne hastigheten er en funksjon av den påførte frekvensen multiplisert med 120 delt på antall poler per fase.
Hvordan en VFD endrer hastigheten til en motor:
VFD-er kontrollerer motorer ved å variere frekvensen mellom 0 og 60 sykluser eller Hertz per sekund. De kan også endre frekvenser utenfor standard 0-60 Hz-bånd opp til 600 Hz. Når over 600 Hz, er applikasjonen vanligvis en høyhastighets spindelmotor. Når over 600 Hz, er applikasjonen vanligvis en høyhastighets spindelmotor. VFD varierer inngangsfrekvensen ved å justere utgangsfrekvensen til AC sinusbølgen til motoren. For å oppnå dette har VFD fire hovedkomponenter:
- Diodelikeretteren eller omformerseksjonen konverterer 60 Hz AC-linjespenningen til DC-spenning via en diodelikeretter.
- DC-bussdelen lagrer den konverterte AC-spenningen i en kondensator. For en 480 V AC-inngang kan toppspenningen på den trefasede DC-bussen være 648 V DC (= 480 V x Sq. Rt. √1.82).
- Omformerseksjonen eller IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) konverterer den lagrede likespenningen til en analog AC-sinusbølgeform kalt pulsbreddemodulasjon for å simulere en AC-bølgeform. Den pulsbreddemodulerte bølgeformen har en amplitude (høyde), som er den maksimale inngangsspenningen, vanligvis 480 volt, og en driftssyklus (bredde). Antall driftssykluser per sekund er frekvensen i Hertz, og hastigheten som IGBT slår seg på og av er bærefrekvensen. Bærefrekvenser varierer fra 2,000 Hz til 15,000 Hz. Høyere bærefrekvenser gir bedre bølgeformer. Se for deg en lysbryter på veggen som lar spenning og strøm strømme en lyspære. Spenning og strøm flyter til pæren med en hastighet på 60 sykluser per sekund. Ethvert lysflimmer er for raskt til å oppdages med det blotte øye.
- VFD-kontrollseksjonen bestemmer spenningen og frekvensen eller driftssyklusnummeret som sendes til motoren. Motoren bruker en pulsbreddemodulert bølgeform for å kontrollere hastigheten til motoren.
Utviklingen av frekvensomformere
VFD-er har utviklet seg over tid, men den grunnleggende funksjonaliteten består. De brukes i mange applikasjoner og hjelper bransjer med å utvikle seg. Med den nåværende økningen i IIoT og smart produksjon, vil VFD-er bli integrert i prosessforbedringer og gi meningsfulle data for å hjelpe produsenter til å bli ledende i sine bransjer.