Noțiuni de bază despre VFD-urile de uz general: structură și principiu de funcționare

Acționări cu frecvență variabilă (VFD) joacă un rol vital în automatizarea industrială modernă prin controlul vitezei motoarelor, îmbunătățirea eficienței energetice și asigurarea unei funcționări flexibile. Printre diversele tipuri de VFD-uri, VFD-urile de uz general se remarcă prin versatilitatea și capacitatea lor de a funcționa cu o gamă largă de motoare mici și mijlocii. În această postare, vom aprofunda structura de bază și principiul de funcționare al unui VFD de uz general, ajutându-vă să înțelegeți mai bine cum funcționează și componentele sale.

1. Structura de bază a unui variator de frecvență de uz general

Un variator de frecvență de uz general este un dispozitiv versatil care poate fi utilizat cu aproape toate motoarele asincrone de curent alternativ de dimensiuni mici și medii. Deși există multe variatoare de frecvență specializate, majoritatea se bazează pe variatoare de frecvență de uz general cu caracteristici suplimentare. Înțelegerea modului în care funcționează variatoarele de frecvență de uz general facilitează gestionarea altor tipuri de variatoare de frecvență, deoarece instalarea, funcționarea și întreținerea lor sunt foarte similare.

Un variator de frecvență (VFD) de uz general este alcătuit din două părți principale: circuitul de alimentare și circuitul de control. VFD-urile de dimensiuni mici și medii utilizează de obicei o configurație AC-DC-AC, așa cum se arată în diagramă (Figura 1).

Figura 1. Diagramă bloc a unui variator de frecvență AC-DC-AC

(1) Circuit de alimentare

Circuitul de putere al unui variator de frecvență (VFD) de uz general este prezentat în Figura 2. Acesta include componente electronice de putere care gestionează conversia puterii, cum ar fi redresorul, filtrarea, limitarea curentului, invertorul, circuitele de rulare liberă și frânare.

Figura 2. Circuitul principal al variatorului de frecvență AC-DC

• Circuitul redresorului: Aceasta convertește curentul alternativ în curent continuu. Un redresor trifazat în punte este utilizat în mod obișnuit în variatoarele de frecvență mici și medii, cu diode (VD1 până la VD6) sau module redresoare. Puterea de intrare provine de la terminalele R, S, T (L1, L2, L3 sau A, B, C).
  Circuit de filtrare: Circuitul de filtrare uniformizează curentul continuu folosind condensatoare. Condensatoarele CF1 și CF2 sunt conectate pentru a crește capacitatea totală, în timp ce rezistențele RC1 și RC2 echilibrează tensiunea.
• Circuit de limitare a curentului: Acest circuit limitează curentul pentru a preveni supraîncărcarea. Include un rezistor (RS) și un comutator (S), iar în variatoarele de frecvență mai mici se utilizează un tiristor sau un releu.
  Circuitul invertorului: Invertorul, alcătuit din dispozitive electronice de putere (VT1 până la VT6), convertește curentul continuu în curent alternativ trifazat. Acest curent alternativ este apoi trimis la motor.
• Circuit de rulare liberă: Acest circuit (VD7 până la VD12) ajută la returnarea curentului reactiv de la motor înapoi în circuitul de curent continuu. Când motorul încetinește, acest circuit permite energiei regenerate a motorului să curgă înapoi în circuitul de curent continuu.
• Circuit de frânare: Când motorul decelerează, circuitul de frânare absoarbe energia regenerativă, transformând-o în căldură. Acest lucru ajută motorul să se oprească rapid și eficient. Componenta principală (RB) absoarbe energia, iar un dispozitiv de alimentare (VTB) pornește sau oprește circuitul de frânare.

(2) Circuit de control

Circuitul de control al unui VFD este prezentat în Figura 3.

Figura 3. Schema bloc a circuitului de control al variatorului de frecvență

Circuitul de control include placa de alimentare, placa principală de control, tastatura și terminalele de intrare/ieșire.

• Placă de alimentare: Aceasta furnizează energia necesară pentru placa de control principală și acționează circuitul de alimentare. De asemenea, furnizează energie continuă circuitelor de control externe.
• Placă principală de control: Acesta este „creierul” variatorului de frecvență (VFD). Acesta procesează datele de intrare de la tastatură, circuitele de control externe și semnalele interne (cum ar fi tensiunea, curentul și temperatura). Apoi generează semnale de control (SPWM) pentru invertor. Placa de control principală gestionează, de asemenea, semnalele de afișare, comenzile de protecție și trimite semnale despre starea VFD (de exemplu, funcționare normală, frecvență atinsă, detectarea defecțiunilor).
• Tastatură: Tastatura permite utilizatorului să introducă comenzi sau setări în placa de control principală.
• Terminale de intrare/ieșire: Aceste terminale conectează VFD-ul la dispozitive externe precum unități de afișare, comenzi de reglare (de exemplu, butoane, comutatoare, manete rotative) și interfețe de comunicație. Interfața de comunicație permite VFD-ului să interacționeze cu alte echipamente, cum ar fi PLC-urile, și să facă schimb de informații.

2. Principiul de funcționare al unui variator de frecvență (VFD)

Principiul de funcționare al unui VFD tip AC-DC-AC este explicată cu referire la schema bloc din Figura 1.

Curentul alternativ trifazat este mai întâi convertit în curent continuu pulsatoriu de către circuitul redresorului. Acest curent continuu este apoi filtrat de circuitul intermediar pentru a se asigura că atât invertorul, cât și circuitele de control primesc o alimentare stabilă cu curent continuu. Curentul continuu filtrat este trimis către circuitul invertorului, în timp ce sistemul de control generează impulsuri de acționare. Aceste impulsuri sunt amplificate de circuitul de acționare și trimise către circuitul invertorului. Sub controlul impulsurilor de acționare, invertorul convertește curentul continuu în curent alternativ cu frecvență variabilă, care este apoi furnizat motorului pentru a-l acționa. Prin ajustarea frecvenței curentului alternativ de ieșire de la invertor, viteza motorului se modifică în consecință.

Deoarece circuitul principal funcționează sub condiții de înaltă tensiune și curent ridicat, protecția este esențială. Pentru a proteja circuitul, variatoarele de frecvență sunt echipate cu circuite de detectare a tensiunii și curentului pentru circuitul principal de alimentare. Când tensiunea este prea mare sau prea mică, circuitul de detectare a tensiunii informează circuitul de control. La primirea acestor informații, circuitul de control ia măsurile corespunzătoare conform programului setat, cum ar fi oprirea circuitului principal și emiterea unei alarme.

În mod similar, dacă curentul de ieșire depășește limitele de siguranță (de exemplu, când motorul este supraîncărcat), elementele sau circuitele de detectare a curentului generează un semnal de supracurent. După ce circuitul de detectare a curentului procesează acest semnal, acesta este trimis circuitului de control. Circuitul de control întreprinde apoi acțiunile necesare conform programului prestabilit.

În concluzie, înțelegerea structurii și principiului de funcționare al unui VFD de uz general este esențială pentru maximizarea eficienței sale și asigurarea longevității sale. Combinația dintre circuitul de putere și circuitul de control permite VFD-ului să convertească eficient curentul alternativ în curent alternativ cu frecvență variabilă pentru controlul vitezei motorului, în timp ce funcțiile de protecție încorporate asigură o funcționare sigură. Indiferent dacă doriți să optimizați performanța motorului sau să reduceți consumul de energie, un VFD de uz general este o alegere flexibilă și fiabilă pentru nevoile dumneavoastră industriale.