Acționări cu frecvență variabilă (VFD) sunt componente esențiale în sistemele de control al motoarelor, utilizate pe scară largă pentru a regla viteza, cuplul și funcționarea motoarelor electrice. Înțelegerea clasificării VFD-urilor este importantă pentru selectarea sistemului potrivit în funcție de performanță, eficiență și cerințele aplicației. În această postare pe blog, vom analiza diferitele tipuri de VFD-uri și caracteristicile lor unice, ajutându-vă să luați o decizie în cunoștință de cauză atunci când alegeți cea mai bună soluție pentru nevoile dvs. de control al motorului.

1. Clasificarea VFD-urilor prin metoda de conversie a frecvenței

(1) Variator de frecvență CA-CC-CA

Cel/Cea/Cei/Cele VFD AC-DC-AC (cunoscut și sub denumirea de VFD indirect) funcționează prin convertirea curentului alternativ de intrare din rețea în curent continuu prin intermediul unui redresor. Această tensiune continuă este apoi convertită înapoi în curent alternativ prin intermediul unui invertor, oferind control atât asupra frecvenței, cât și asupra tensiunii. Această metodă este utilizată pe scară largă datorită versatilității sale în gestionarea unei game largi de viteze ale motorului și niveluri de tensiune. Principiul de bază este prezentat în Figura 1-1.

Figura 1-1 VFD CA-CC-CA

(2) Variator de frecvență AC-AC

Cel/Cea/Cei/Cele VFD AC-AC (VFD direct) este mai eficient în anumite situații, deoarece convertește direct curentul alternativ în curent alternativ de ieșire cu frecvență și tensiune variabile. Principiul de bază al VFD AC-AC este prezentat în Figura 1-2. Sistemul constă din două seturi de redresoare tiristoare conectate în paralel invers. Seturile pozitiv și invers comută periodic, furnizând o tensiune de ieșire alternativă uo pe sarcină.

Figura 1-2 VFD CA-CA

Tabelul 1-1 Comparație a principalelor caracteristici între VFD AC-AC și VFD AC-DC-AC

2. Clasificarea variatoarelor de frecvență în funcție de designul circuitului principal

(1) VFD de tip tensiune

Circuitul principal al unui VFD de tip tensiune este prezentat în Figura 1-3. În acest tip de VFD, circuitul redresorului generează tensiunea continuă necesară pentru inversieDupă filtrarea prin condensatoare mari în legătura intermediară de curent continuu, se obține ieșirea. Datorită filtrului cu condensator mare, forma de undă a tensiunii continue este relativ plată și, într-un caz ideal, poate fi tratată ca o sursă de tensiune cu rezistență internă zero. Forma de undă a tensiunii alternative de ieșire a unui variator de frecvență de tip tensiune este de obicei o undă pătrată sau în scară. utilizate în mod obișnuit în VFD-urile generale care nu necesită funcționare inversă sau accelerare/decelerare rapidă.

Figura 1-3 Circuitul principal al unui variator de frecvență de tip tensiune

(2) VFD de tip curent

Circuitul principal al unui variator de frecvență de tip curent este prezentat în Figura 1-4. Caracteristica sa este utilizarea unor inductoare mari în legătura intermediară de curent continuu pentru filtrareForma de undă a curentului continuu este relativ plată din cauza inductorului. Prin urmare, impedanța internă a sursei de curent continuu este mare și poate fi aproximată ca o sursă de curent. Forma de undă a curentului alternativ de ieșire este de obicei o undă pătrată sau în scară. Principalul avantaj al variatoarelor de frecvență de curent este că permit funcționarea în patru cadrane, permițând feedback-ul energetic către sursa de alimentare. De asemenea, sunt mai ușor de gestionat în cazurile de scurtcircuitare a sarcinii, ceea ce le face... potrivit pentru variatoare de frecvență (VFD) frecvent reversibile sau de mare capacitate.

Figura 1-4 Circuitul principal al unui variator de frecvență de tip curent

O comparație a principalelor caracteristici dintre VFD-urile de tip curent și de tip tensiune este prezentată în Tabelul 1-2.

3. Clasificarea VFD-urilor prin metoda de reglare a tensiunii

(1) PAM VFD (Modulație a amplitudinii impulsurilor)

Modulația amplitudinii impulsurilor (PAM) este o metodă care ajustează ieșirea prin variația amplitudinii tensiunii U_d sau sursa de curent I_d În această metodă, invertorul ajustează doar frecvența de ieșire, în timp ce redresorul controlează tensiunea sau curentul de ieșire. Când se aplică reglarea tensiunii, forma de undă a tensiunii de ieșire a VFD este prezentată în Figura 1-5.
Circuitul principal al unui VFD controlat de PAM este prezentat în Figura 1-5a.

Modulația PAM este utilizată în convertizoarele de frecvență (VFD) cu tensiune de circuit intermediar variabilă. La controlul frecvenței, frecvența tensiunii de ieșire este ajustată prin modificarea ciclului de funcționare al invertorului. În timpul fiecărui ciclu de funcționare, dispozitivele de comutare a puterii sunt pornite și oprite de mai multe ori. Deoarece implementarea circuitului PAM este relativ complexă, necesitând controlul simultan atât al redresorului, cât și al invertorului, și deoarece tensiunea medie continuă după rectificarea tiristorului nu are o relație liniară cu unghiul de defazaj, coordonarea rectificării și inversării devine destul de dificilă. Din aceste motive, această metodă de modulație nu este în general adoptată.

(2) VFD PWM și SPWM (Modulație a lățimii impulsurilor și Modulație a lățimii impulsurilor sinusoidale)

Modulația lățimii impulsurilor (PWM) generează mai multe impulsuri într-un ciclu al formei de undă de ieșire, aproximând o formă de undă sinusoidală. Acest lucru are ca rezultat ieșire mai lină cu mai puține armoniceCircuitul principal al unui VFD controlat prin PWM este prezentat în Figura 1-5b. PWM poate fi clasificat în continuare în PWM cu lățime fixă ​​a impulsurilor și PWM cu undă sinusoidală (SPWM).

Figura 1-5 Circuitul principal de control PAM și PWM cu forma de undă a tensiunii de ieșire
a) Circuitul principal de control PAM b) Circuitul principal de control PWM

4. VFD-uri clasificate după metoda de control

Când un motor cu inducție este reglat cu un VFD, acesta poate controla tensiunea de alimentare, curentul și frecvența în funcție de caracteristicile motorului. Performanța, caracteristicile și aplicațiile VFD variază în funcție de metoda de control utilizată. Prin urmare, VFD-urile pot fi clasificate și în funcție de metoda de control.

(1) VFD de control U/f (control VVVF)

Metoda de control U/f, cunoscută și sub numele de Controlul VVVF (tensiune variabilă cu frecvență variabilă), implică controlul atât tensiunea, cât și frecvența de ieșire a VFD-ului a menține o raport U/f constantAceastă metodă permite obținerea unui cuplu constant sub frecvența de bază și a unei puteri constante peste frecvența de bază. Costul circuitului de control al variatoarelor de frecvență (VFD) de control U/f este relativ scăzut, ceea ce le face potrivite pentru VFD-uri de uz general cu cerințe de precizie mai puțin stricte.

(2) VFD cu control al frecvenței de alunecare

Controlul frecvenței de alunecare este o îmbunătățire față de controlul U/f. În VFD-urile care utilizează această metodă, convertorul formează un sistem de control în buclă închisă cu feedback de viteză împreună cu motorul și un senzor de viteză. Frecvența de ieșire a convertorului este setată automat de viteza reală a motorului și de frecvența de alunecare, permițând controlul cuplului de ieșire în timp ce se reglează viteza. Această metodă de control este un control în buclă închisă, așadar, în comparație cu metoda de control U/f, poate menține o precizie mai mare a vitezei și caracteristici de cuplu mai bune chiar și atunci când există modificări semnificative ale sarcinii. Cu toate acestea, deoarece această metodă de control necesită instalarea unui senzor de viteză pe motor, iar alunecarea trebuie ajustată în funcție de caracteristicile motorului, versatilitatea sa este relativ scăzută.

(3) VFD cu control vectorial

Principiul controlului vectorial este de a descompune curentul statoric al unui motor de curent alternativ cu inducție în două componente: curentul de magnetizare (care produce fluxul) și curentul care produce cuplul. Ambele componente sunt controlate separat. Controlul vectorial îmbunătățește semnificativ performanța dinamică și permite un control mai precis al cuplului, făcându-l comparabil cu sistemele de control al vitezei motoarelor de curent continuu. VFD-uri cu control vectorial sunt utilizate pe scară largă în aplicații de control de precizie.

5. Clasificarea variatoarelor de frecvență după aplicație

(1) Variator de frecvență de uz general

VFD-uri de uz general poate regla viteza motoarelor cu inducție standard. Acestea pot fi clasificate în două tipuri: VFD-uri simple de uz general, cu cost redus şi VFD-uri multifuncționale de înaltă performanță, de uz general.

VFD-urile simple sunt concepute pentru economisirea energiei și sunt utilizate în principal în aplicații precum pompe și ventilatoare, unde cerințele de performanță pentru controlul vitezei nu sunt ridicate. Acestea oferă avantaje precum dimensiuni compacte și cost redus.

VFD-urile multifuncționale de înaltă performanță sunt concepute pentru a satisface diverse nevoi, cu caracteristici hardware și software mai avansate. Sunt potrivite pentru aplicații precum benzi transportoare, palane, mașini-unelte și vehicule electrice, unde sunt necesare performanțe și funcționalități superioare.

(2) VFD dedicat de înaltă performanță

VFD-urile dedicate de înaltă performanță adoptă controlul vectorial pentru a oferi performanțe care rivalizează sau depășesc pe cele ale sistemelor de control al vitezei motoarelor de curent continuu. Aceste VFD-uri sunt de obicei proiectate pentru industrii specifice, cum ar fi metalurgia, mașinile CNC și ascensoarele, unde performanța și eficiența costurilor trebuie optimizate.

(3) Variator de frecvență (VFD) de înaltă frecvență

VFD-urile de înaltă frecvență sunt utilizate pentru a controla motoarele de mare viteză în aplicații care necesită ultra-precizie, cum ar fi în prelucrarea de înaltă calitate.

(4) VFD monofazat și trifazat

În cele din urmă, VFD-urile sunt disponibile atât în ​​versiuni monofazate, cât și trifazate, în funcție de tipul de motor pe care sunt proiectate să îl controleze. Principala diferență constă în designul circuitului, VFD-urile trifazate oferind o eficiență mai mare pentru aplicații de mare capacitate.

Pentru structura circuitului și principiul de funcționare al VFD-urilor, vă rugăm să consultați Noțiuni de bază despre VFD-urile de uz general: structură și principiu de funcționare.

Concluzie:

Înțelegerea diferitelor clasificări și caracteristici ale variatoarelor de frecvență (VFD) este crucială pentru alegerea soluției potrivite de control al motorului. Indiferent dacă sunteți în căutarea unui VFD rentabil pentru uz general sau a unui acționare de înaltă performanță pentru control de precizie, există o gamă largă de VFD concepute pentru a satisface nevoi specifice. Luând în considerare factori precum metodele de conversie a frecvenței, tehnicile de reglare a tensiunii, metodele de control și cerințele aplicației, puteți face o alegere informată care asigură performanțe optime și eficiență energetică pentru sistemele dumneavoastră motorului.