Değişken Frekans Sürücüleri (VFD'ler) VFD'ler, elektrik motorlarının hızını, torkunu ve çalışmasını düzenlemek için yaygın olarak kullanılan motor kontrol sistemlerinin temel bileşenleridir. Performans, verimlilik ve uygulama gereksinimlerine göre doğru sistemi seçmek için VFD'lerin sınıflandırılmasını anlamak önemlidir. Bu blog yazısında, farklı VFD türlerini ve benzersiz özelliklerini inceleyerek, motor kontrol ihtiyaçlarınız için en iyi çözümü seçerken bilinçli bir karar vermenize yardımcı olacağız.

1. Frekans Dönüştürme Yöntemine Göre Frekans Sürücülerinin Sınıflandırılması

(1) AC-DC-AC VFD

O AC-DC-AC VFD (dolaylı VFD olarak da bilinir) Şebekeden gelen AC girişini bir doğrultucu aracılığıyla DC'ye dönüştürerek çalışır. Bu DC voltaj daha sonra bir invertör aracılığıyla tekrar AC'ye dönüştürülerek hem frekans hem de voltaj üzerinde kontrol sağlar. Bu yöntem, geniş bir motor hızı ve voltaj seviyesi aralığını yönetmedeki çok yönlülüğü nedeniyle yaygın olarak kullanılmaktadır. Temel prensip Şekil 1-1'de gösterilmiştir.

Şekil 1-1 AC-DC-AC VFD

(2) AC-AC VFD

O AC-AC VFD (doğrudan VFD) AC-AC VFD, alternatif akımı doğrudan değişken frekans ve voltajlı alternatif akım çıkışına dönüştürdüğü için belirli durumlarda daha verimlidir. AC-AC VFD'nin temel prensibi Şekil 1-2'de gösterilmiştir. Sistem, ters paralel bağlı iki tristör doğrultucu setinden oluşur. Pozitif ve ters setler periyodik olarak yer değiştirerek yüke alternatif bir çıkış voltajı uo sağlar.

Şekil 1-2 AC-AC VFD

Tablo 1-1 AC-AC VFD ve AC-DC-AC VFD Arasındaki Başlıca Özelliklerin Karşılaştırılması

2. Ana Devre Tasarımına Göre Frekans Sürücülerinin Sınıflandırılması

(1) Gerilim tipi VFD

Gerilim tipi bir VFD'nin ana devresi Şekil 1-3'te gösterilmiştir. Bu tip VFD'de, Doğrultucu devre, ters çevirme için gerekli olan doğru akım voltajını üretir.Ara DC bağlantıdaki büyük kapasitörlerle filtrelendikten sonra çıkış elde edilir. Büyük kapasitör filtresi nedeniyle, DC gerilim dalga formu nispeten düzdür ve ideal bir durumda, sıfır iç dirençli bir gerilim kaynağı olarak ele alınabilir. Gerilim tipi bir VFD'nin çıkış AC gerilim dalga formu tipik olarak kare veya basamaklı bir dalgadır. genel olarak kullanılan VFD'lerde geri vites veya hızlı hızlanma/yavaşlama gerektirmeyen.

Şekil 1-3 Gerilim tipi VFD'nin Ana Devresi

(2) Akım tipi VFD

Akım tipi bir VFD'nin ana devresi Şekil 1-4'te gösterilmiştir. Özelliği şudur: Ara DC bağlantısında filtreleme için büyük indüktörlerin kullanılmasıİndüktör nedeniyle DC akım dalga formu nispeten düzdür. Bu nedenle, DC kaynağının iç empedansı yüksektir ve bir akım kaynağı olarak yaklaşık olarak kabul edilebilir. Çıkış AC akım dalga formu tipik olarak kare veya basamaklı bir dalgadır. Akım tipi VFD'lerin temel avantajı, dört kadranlı çalışmaya izin vermeleri ve güç kaynağına enerji geri beslemesi sağlamalarıdır. Ayrıca, yük kısa devreleri durumlarında kullanımı daha kolaydır, bu da onları avantajlı kılar. Sık sık tersine çevrilebilen veya yüksek kapasiteli VFD'ler için uygundur..

Şekil 1-4 Akım tipi VFD'nin Ana Devresi

Akım tipi ve gerilim tipi VFD'ler arasındaki temel özelliklerin karşılaştırması Tablo 1-2'de gösterilmiştir.

3. Gerilim Ayarlama Yöntemine Göre Frekans Sürücülerinin Sınıflandırılması

(1) PAM VFD (Darbe Genlik Modülasyonu)

Darbe Genlik Modülasyonu (PAM) Bu yöntem, U geriliminin genliğini değiştirerek çıkışı ayarlar._D veya mevcut kaynak_D Bu yöntemde, invertör yalnızca çıkış frekansını ayarlarken, doğrultucu kısım çıkış voltajını veya akımını kontrol eder. Voltaj ayarlaması uygulandığında, VFD'nin çıkış voltajı dalga formu Şekil 1-5'te gösterilmiştir.
Bir ana devrenin PAM kontrollü VFD Şekil 1-5a'da gösterilmiştir.

PAM, değişken ara devre voltajına sahip VFD'lerde kullanılır. Frekans kontrolü yapılırken, çıkış voltajının frekansı, invertörün çalışma döngüsü değiştirilerek ayarlanır. Her çalışma döngüsü sırasında, güç anahtarlama cihazları birden fazla kez açılıp kapatılır. PAM'ın devre uygulaması nispeten karmaşık olduğundan, hem doğrultucunun hem de invertörün eş zamanlı kontrolünü gerektirdiğinden ve tristör doğrultmasından sonraki ortalama DC voltajının faz kaydırma açısıyla doğrusal bir ilişkisi olmadığından, doğrultma ve invertörün koordinasyonu oldukça zorlaşır. Bu nedenlerle, bu modülasyon yöntemi genellikle benimsenmez.

(2) PWM ve SPWM VFD (Darbe Genişliği Modülasyonu ve Sinüs Darbe Genişliği Modülasyonu)

Darbe Genişliği Modülasyonu (PWM) Çıkış dalga formunun bir döngüsü içinde birden fazla darbe üreterek sinüzoidal bir dalga formuna yaklaşır. Bunun sonucu şudur: Daha az harmonik içeren daha düzgün çıkışBir ana devre PWM kontrollü VFD Şekil 1-5b'de gösterilmiştir. PWM, sabit darbe genişliğine sahip PWM ve sinüs dalgası PWM (SPWM) olarak further sınıflandırılabilir.

Şekil 1-5 PAM ve PWM Kontrol Ana Devresi ve Çıkış Gerilimi Dalga Formu
a) PAM Kontrol Ana Devresi b) PWM Kontrol Ana Devresi

4. Kontrol Yöntemine Göre Sınıflandırılmış Frekans Sürücüleri (VFD'ler)

Bir indüksiyon motoru VFD ile ayarlandığında, VFD motorun özelliklerine göre besleme voltajını, akımını ve frekansını kontrol edebilir. VFD'lerin performansı, özellikleri ve uygulamaları kullanılan kontrol yöntemine göre değişir. Bu nedenle, VFD'ler kontrol yöntemine göre de sınıflandırılabilir.

(1) U/f Kontrol VFD (VVVF Kontrolü)

U/f kontrol yöntemi olarak da bilinen VVVF (Değişken Voltaj Değişken Frekans) kontrolükontrol etmeyi içerir. VFD'nin hem voltaj hem de frekans çıkışı sürdürmek için sabit U/f oranıBu yöntem, temel frekansın altında sabit tork ve temel frekansın üzerinde sabit güç sağlar. U/f kontrollü VFD'lerin kontrol devresi maliyeti nispeten düşüktür, bu da onları daha az katı doğruluk gereksinimlerine sahip genel amaçlı VFD'ler için uygun hale getirir.

(2) Kayma Frekansı Kontrolü VFD

Kayma frekansı kontrolü, U/f kontrolüne göre bir iyileştirmedir. Bu yöntemi kullanan VFD'lerde, dönüştürücü, motor ve hız sensörü ile birlikte hız geri beslemeli kapalı döngü kontrol sistemi oluşturur. Dönüştürücünün çıkış frekansı, motorun gerçek hızı ve kayma frekansına göre otomatik olarak ayarlanır ve bu da hızı düzenlerken çıkış torkunun kontrol edilmesini sağlar. Bu kontrol yöntemi kapalı döngü bir kontrol olduğundan, U/f kontrol yöntemine kıyasla, önemli yük değişiklikleri olduğunda bile daha yüksek hız doğruluğu ve daha iyi tork özellikleri sağlayabilir. Bununla birlikte, bu kontrol yöntemi motora bir hız sensörünün takılmasını gerektirdiğinden ve kaymanın motorun özelliklerine göre ayarlanması gerektiğinden, çok yönlülüğü nispeten düşüktür.

(3) Vektör Kontrol VFD

Vektör kontrolünün prensibi, bir AC indüksiyon motorunun stator akımını iki bileşene ayırmaktır: mıknatıslama akımı (akı üreten) ve tork üreten akım. Her iki bileşen de ayrı ayrı kontrol edilir. Vektör kontrolü, dinamik performansı önemli ölçüde iyileştirir ve daha hassas tork kontrolüne olanak tanıyarak DC motor hız kontrol sistemleriyle karşılaştırılabilir hale gelir. Vektör kontrolü VFD'leri Hassas kontrol uygulamalarında yaygın olarak kullanılırlar.

5. Uygulamaya Göre Frekans Sürücülerinin Sınıflandırılması

(1) Genel amaçlı VFD

Genel amaçlı VFD'ler Standart indüksiyon motorlarının hızını ayarlayabilir. Bunlar iki tipe ayrılabilir: düşük maliyetli basit genel amaçlı VFD'ler Ve yüksek performanslı çok fonksiyonlu genel amaçlı VFD'ler.

Basit frekans invertörleri (VFD'ler), enerji tasarrufu amacıyla tasarlanmıştır ve çoğunlukla hız kontrol performansı gereksinimlerinin yüksek olmadığı pompalar ve fanlar gibi uygulamalarda kullanılır. Kompakt boyut ve düşük maliyet gibi avantajlar sunarlar.

Yüksek performanslı çok fonksiyonlu VFD'ler, daha gelişmiş donanım ve yazılım özellikleriyle çeşitli ihtiyaçları karşılamak üzere tasarlanmıştır. Konveyörler, vinçler, takım tezgahları ve elektrikli araçlar gibi daha yüksek performans ve işlevsellik gerektiren uygulamalar için uygundurlar.

(2) Yüksek performanslı Özel VFD

Yüksek performanslı, özel amaçlı VFD'ler, DC motor hız kontrol sistemlerine rakip veya onlardan daha üstün performans sunmak için vektör kontrolü kullanır. Bu VFD'ler genellikle metalurji, CNC makineleri ve asansörler gibi performans ve maliyet verimliliğinin optimize edilmesi gereken belirli sektörler için tasarlanmıştır.

(3) Yüksek frekanslı VFD

Yüksek frekanslı VFD'ler, yüksek hassasiyet gerektiren uygulamalarda, örneğin üst düzey işleme gibi alanlarda, yüksek hızlı motorları kontrol etmek için kullanılır.

(4) Tek fazlı ve Üç fazlı VFD

Son olarak, VFD'ler, kontrol etmek üzere tasarlandıkları motor tipine bağlı olarak hem tek fazlı hem de üç fazlı versiyonlarda mevcuttur. Temel fark devre tasarımındadır; üç fazlı VFD'ler yüksek kapasiteli uygulamalar için daha yüksek verimlilik sunar.

VFD'lerin devre yapısı ve çalışma prensibi için lütfen aşağıdaki kaynağa bakınız. Genel Amaçlı Frekans Sürücüsü Temelleri: Yapı ve Çalışma Prensibi.

Çözüm:

Değişken frekans sürücülerinin (VFD) farklı sınıflandırmalarını ve özelliklerini anlamak, doğru motor kontrol çözümünü seçmek için çok önemlidir. İster genel kullanım için uygun maliyetli bir VFD, ister hassas kontrol için yüksek performanslı bir sürücü arıyor olun, belirli ihtiyaçları karşılamak üzere tasarlanmış çok çeşitli VFD'ler mevcuttur. Frekans dönüştürme yöntemleri, voltaj ayarlama teknikleri, kontrol yöntemleri ve uygulama gereksinimleri gibi faktörleri göz önünde bulundurarak, motor sistemleriniz için optimum performans ve enerji verimliliği sağlayan bilinçli bir seçim yapabilirsiniz.