È importante conoscere il funzionamento dei VFD o dei convertitori di frequenza (VFD), poiché sono ampiamente utilizzati nelle applicazioni azionate da motori CA, come variatore di frequenza per il controllo del motore , per le loro caratteristiche di ampia varietà.
Azionamenti a frequenza variabile
Rispetto agli azionamenti del motore convenzionali, VFD ha una maggiore funzionalità e capacità operative. Oltre al controllo della velocità regolabile, gli inverter a frequenza variabile offrono protezioni come protezione da fase, sottotensione e sovratensione. Il software e le opzioni di interfacciamento dei VFD consentono all'utente di controllare i motori ai livelli desiderati.
Cos'è l'azionamento a frequenza variabile (VFD)
La velocità del motore CA è controllata in due modi: controllando la tensione o la frequenza. Il controllo della frequenza offre un controllo migliore grazie alla densità di flusso costante rispetto al controllo della tensione. È qui che entra in gioco il funzionamento dei VFD. È un dispositivo di conversione della potenza che converte la tensione fissa, la frequenza fissa della potenza di ingresso in tensione variabile, l'uscita a frequenza variabile per controllare i motori a induzione CA.
Consiste di dispositivi elettronici di potenza (come IGBT, MOSFET), unità di controllo centrale ad alta velocità (come un microprocessore, DSP) e dispositivi di rilevamento opzionali a seconda dell'applicazione utilizzata.
La maggior parte delle applicazioni industriali richiede velocità variabili in condizioni di carico di picco e velocità costanti in condizioni operative normali. Il funzionamento ad anello chiuso dei VFD mantiene la velocità del motore a un livello costante, anche in caso di disturbi di ingresso e di carico.
Funzionamento dei VFD
Le due caratteristiche principali del convertitore di frequenza sono velocità regolabili e capacità di avvio / arresto graduale. Queste due caratteristiche rendono il VFD un potente controller per controllare i motori AC. VFD è costituito principalmente da quattro sezioni: raddrizzatore, collegamento CC intermedio, inverter e circuito di controllo.
Funzionamento dei VFD
Raddrizzatore:
È il primo stadio di un convertitore di frequenza. Converte la corrente alternata alimentata dalla rete in corrente continua. Questa sezione può essere unidirezionale o bidirezionale in base all'applicazione utilizzata come il funzionamento a quattro quadranti del motore. Utilizza diodi, SCR, transistor e altri dispositivi di commutazione elettronica.
Se utilizza diodi, la potenza CC convertita è un'uscita incontrollata mentre si utilizza SCR, la potenza di uscita CC viene variata dal controllo del gate. Per la conversione trifase sono necessari un minimo di sei diodi, quindi l'unità raddrizzatore è considerata come un convertitore a sei impulsi.
Bus DC:
L'alimentazione CC dalla sezione del raddrizzatore viene fornita al collegamento CC. Questa sezione è composta da condensatori e induttori per attenuare le increspature e immagazzinare l'alimentazione CC. La funzione principale del collegamento CC è ricevere, immagazzinare e fornire alimentazione CC.
Inverter:
Questa sezione comprende interruttori elettronici come transistor, tiristori, IGBT, ecc. Riceve alimentazione CC dal collegamento CC e si converte in CA che viene fornita al motore. Utilizza tecniche di modulazione piace modulazione della larghezza di impulso per variare la frequenza di uscita per controllare la velocità del motore a induzione.
Circuito di controllo:
È costituito da un'unità a microprocessore ed esegue varie funzioni come il controllo, la configurazione delle impostazioni dell'azionamento, le condizioni di guasto e interfacciando protocolli di comunicazione . Riceve un segnale di feedback dal motore come riferimento di velocità corrente e regola di conseguenza il rapporto tra tensione e frequenza per controllare la velocità del motore.
Applicazione di implementazione VFD
Applicazione di implementazione VFD
VFD può anche essere implementato dal circuito del microcontrollore che è dato di seguito. Simile al VFD, è costituito anche dalla sezione del raddrizzatore, dal filtro e quindi dalla sezione dell'inverter. Qui la sezione inverter riceve gli impulsi di accensione dal microcontrollore programmato per dare tensione e frequenza variabili al carico. Questo progetto è chiamato monofase convertitore trifase utilizzando SVPWM per controllare la tensione e la frequenza CA attraverso il carico
Applicazione di VFD
L'applicazione di VFD è controllo della velocità del motore a corrente alternata tramite convertitori ciclo .
L'alimentazione dalla rete viene fornita al circuito raddrizzatore che converte CA fissa in CC fissa. I convertitori a tre gambe sono costituiti da due diodi collegati in parallelo per ciascuna fase, in modo tale che uno dei diodi conduce quando la fase particolare è relativamente più positiva o negativa.
Applicazione di VFD
La tensione CC pulsata generata dal raddrizzatore viene applicata al circuito del collegamento CC. Questo circuito intermedio comprende induttori e condensatori. Filtra la CC pulsata riducendo il contenuto di ondulazione e fornisce alla potenza CC un livello costante.
Per fornire tensione e frequenza variabile al motore, la potenza CC dal collegamento CC deve essere convertita in CA variabile dall'inverter. L'inverter è costituito da IGBT come dispositivi di commutazione controllati dalla tecnica PWM.
Simile al circuito raddrizzatore, anche gli interruttori dell'inverter appartengono a due gruppi come positivo e negativo. L'IGBT sul lato positivo è responsabile dell'impulso positivo e l'IGBT sul lato negativo per un impulso negativo all'uscita dell'inverter. Quindi l'uscita ottenuta è una corrente alternata che viene applicata al motore.
La variazione del periodo di commutazione regola simultaneamente la tensione e la frequenza nell'inverter. Il moderno VFD utilizza le più recenti tecniche di controllo come i controlli di coppia scalare, vettoriale e diretto, per controllare gli interruttori dell'inverter per ottenere la potenza variabile.
Forme d'onda di uscita di VFD
La figura sopra mostra come la tensione e la frequenza vengono variate da un convertitore di frequenza. Ad esempio, l'alimentazione AC 480V, 60Hz viene applicata al VFD che varia la tensione e la frequenza del segnale per avere il controllo della velocità.
Al diminuire della frequenza, diminuisce anche la velocità del motore. Nella figura sopra, la potenza media applicata al motore diminuisce mentre diminuisce sia la tensione che la frequenza, a condizione che il rapporto tra questi due parametri sia costante.
Vantaggi di VFD
VFD collegato al motore
Gli azionamenti a frequenza variabile non solo offrono velocità regolabili per applicazioni di controllo accurate e precise, ma hanno anche maggiori vantaggi in termini di controllo di processo e conservazione dell'energia . Alcuni di questi sono riportati di seguito.
Risparmio energetico
Oltre il 65% della potenza viene consumata dai motori elettrici nelle industrie. La tecnica di controllo sia della grandezza che della frequenza per variare la velocità consuma meno energia quando il motore richiede una velocità variabile. Quindi una grande quantità di energia viene conservata da questi VFD.
Controllo a circuito chiuso
VFD consente un posizionamento accurato della velocità del motore confrontando continuamente con la velocità di riferimento anche a cambiamenti nelle condizioni di carico e disturbi di ingresso come fluttuazioni di tensione.
• Limita la corrente di avviamento
Il motore a induzione assorbe corrente da 6 a 8 volte la corrente nominale all'avvio. Rispetto agli avviatori convenzionali, i VFD danno risultati migliori perché forniscono una bassa frequenza al momento dell'avvio. A causa della bassa frequenza, il motore assorbe meno corrente e questa corrente non supera mai la sua potenza nominale all'avvio e durante il funzionamento.
• Operazione liscia
Offre operazioni fluide all'avvio e all'arresto e riduce anche lo stress termico e meccanico su motori e trasmissioni a cinghia.
Fattore di potenza elevato
Il circuito di correzione del fattore di potenza integrato nel collegamento CC del VFD riduce la necessità di dispositivi di correzione del fattore di potenza aggiuntivi.
Il fattore di potenza del motore a induzione è molto basso per applicazioni particolarmente a vuoto, mentre a pieno carico è compreso tra 0,88 e 0,9. Un basso fattore di potenza determina uno scarso utilizzo della potenza a causa delle elevate perdite reattive.
Installazione facile
I VFD pre-programmati e cablati in fabbrica offrono un modo semplice per il collegamento e la manutenzione.
Spero che nel nostro articolo ti sia stata fornita una conoscenza ampia e precisa sul funzionamento dei VFD. Grazie per aver speso il tuo tempo prezioso. Abbiamo un compito semplice per te: quali sono i diversi tipi di VFD? Si prega di fornire le risposte nella sezione commenti qui sotto. Se hai domande su questo argomento o sui file elettrici e progetti elettronici Puoi anche condividere le tue recensioni e suggerimenti riguardo a questo articolo nella sezione commenti qui sotto.
Crediti fotografici
Azionamenti a frequenza variabile di emainc
Parti di base di VFD di design a macchina
Lavoro di VFD di cfnewsads
Forme d'onda di uscita di VFD da vfds
VFD collegato al motore da cfnewsads
