VFD'lerin 5 Temel Sınıflandırma Yöntemi ve Özellikleri
Değişken Frekans Sürücüler (VFD'ler)motor kontrol sistemlerinde temel bileşenlerdir ve elektrik motorlarının hızını, torkunu ve çalışmasını düzenlemek için yaygın olarak kullanılır. VFD'lerin sınıflandırmasını anlamak, performans, verimlilik ve uygulama gereksinimlerine göre doğru sistemi seçmek için önemlidir. Bu blog yazısında, farklı VFD türlerini ve benzersiz özelliklerini ele alacağız ve motor kontrol ihtiyaçlarınız için en iyi çözümü seçerken bilinçli bir karar vermenize yardımcı olacağız.
1. Frekans Dönüşüm Yöntemine Göre VFD'lerin Sınıflandırılması
(1) AC-DC-AC VFD
TheAC-DC-AC VFD (aynı zamanda dolaylı VFD olarak da bilinir)şebekeden gelen AC girişini bir doğrultucu aracılığıyla DC'ye dönüştürerek çalışır. Bu DC voltajı daha sonra bir invertör aracılığıyla tekrar AC'ye dönüştürülür ve hem frekans hem de voltaj üzerinde kontrol sağlar. Bu yöntem, geniş bir motor hızı ve voltaj seviyesi aralığını yönetmedeki çok yönlülüğü nedeniyle yaygın olarak kullanılır. Temel prensip Şekil 1-1'de gösterilmiştir.
Şekil 1-1 AC-DC-AC VFD
(2) AC-AC VFD
TheAC-AC VFD (doğrudan VFD)belirli durumlarda daha verimlidir, çünkü AC gücünü doğrudan değişken frekans ve voltajla AC çıkışına dönüştürür. AC-AC VFD'nin temel prensibi Şekil 1-2'de gösterilmiştir. Sistem, ters paralel bağlanmış iki set tristör doğrultucudan oluşur. Pozitif ve ters setler periyodik olarak anahtarlanır ve yük boyunca alternatif bir çıkış voltajı uo sağlar.
Şekil 1-2 AC-AC VFD
Tablo 1-1 AC-AC VFD ve AC-DC-AC VFD Arasındaki Temel Özelliklerin Karşılaştırılması
2. Ana Devre Tasarımına Göre VFD'lerin Sınıflandırılması
(1) Gerilim tipi VFD
Gerilim tipi VFD'nin ana devresi Şekil 1-3'te gösterilmiştir. Bu tip VFD'de,doğrultucu devresi, ters çevirme için gerekli olan DC voltajını üretir. Ara DC bağlantısındaki büyük kapasitörler tarafından filtrelendikten sonra çıkış elde edilir. Büyük kapasitör filtresi nedeniyle, DC voltaj dalga formu nispeten düzdür ve ideal bir durumda, sıfır iç dirence sahip bir voltaj kaynağı olarak ele alınabilir. Voltaj tipi bir VFD'nin çıkış AC voltaj dalga formu tipik olarak kare veya merdiven dalgasıdır,genel VFD'lerde yaygın olarak kullanılır ters işlem veya ani hızlanma/yavaşlama gerektirmeyen.
Şekil 1-3 Gerilim tipi VFD'nin Ana Devresi
(2) Akım tipi VFD
Akım tipi VFD'nin ana devresi Şekil 1-4'te gösterilmiştir. Özelliği şudur:filtreleme için ara DC bağlantısında büyük indüktörlerin kullanımı. DC akım dalga formu indüktör nedeniyle nispeten düzdür. Bu nedenle, DC kaynağının iç empedansı yüksektir ve bir akım kaynağı olarak tahmin edilebilir. Çıkış AC akım dalga formu tipik olarak kare veya merdiven dalgasıdır. Akım tipi VFD'lerin birincil avantajı, dört kadranlı çalışmaya izin vermeleri ve güç kaynağına enerji geri bildirimi sağlamalarıdır. Ayrıca yük kısa devreleri durumunda kullanımı daha kolaydır ve bu da onlarısıklıkla geri dönüşümlü veya büyük 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 gösterilmektedir.
3. VFD'lerin Gerilim Ayarlama Yöntemine Göre Sınıflandırılması
(1) PAM VFD (Darbe Genlik Modülasyonu)
Darbe Genlik Modülasyonu (PAM)U voltajının genliğini değiştirerek çıkışı ayarlayan bir yöntemdirDveya mevcut kaynak IDBu yöntemde, invertör yalnızca çıkış frekansını ayarlarken, doğrultucu kısmı çıkış voltajını veya akımını kontrol eder. Voltaj ayarlaması uygulandığında, VFD'nin çıkış voltaj dalga formu Şekil 1-5'te gösterilmiştir.
Bir devrenin ana devresiPAM kontrollü VFDŞekil 1-5a'da gösterilmiştir.
PAM, değişken ara devre voltajına sahip VFD'lerde kullanılır. Frekansı kontrol ederken, çıkış voltajının frekansı, invertörün çalışma döngüsünü değiştirerek ayarlanır. Her çalışma döngüsü sırasında, güç anahtarlama cihazları birden çok kez açılıp kapatılır. PAM'ın devre uygulaması nispeten karmaşık olduğundan, hem doğrultucunun hem de invertörün aynı anda kontrol edilmesini gerektirdiğinden ve tristör doğrultmasından sonraki ortalama DC voltajının faz kaydırma açısıyla doğrusal bir ilişkisi olmadığından, doğrultma ve ters çevirmenin koordinasyonu oldukça zor hale gelir. Bu nedenlerden dolayı, bu modülasyon yöntemi genellikle benimsenmez.
(2) PWM ve SPWM VFD (Darbe Genişliği Modülasyonu ve Sinüs Darbe Genişliği Modülasyonu)
Darbe Genişlik Modülasyonu (PWM)çıkış dalga formunun bir döngüsü içinde birden fazla darbe üretir ve sinüzoidal bir dalga formuna yaklaşır. Bu,daha az harmonik ile daha düzgün çıkış. Bir ana devrePWM kontrollü VFDŞekil 1-5b'de gösterilmiştir.PWM, sabit darbe genişlikli PWM ve sinüs dalgalı PWM (SPWM) olarak daha da sınıflandırılabilir.
Şekil 1-5 Çıkış Voltaj Dalga Formu ile PAM ve PWM Kontrol Ana Devresi
a) PAM Kontrol Ana Devresib) PWM Kontrol Ana Devresi
4. Kontrol Yöntemine Göre Sınıflandırılan VFD'ler
Bir endüksiyon motoru bir VFD ile ayarlandığında, VFD besleme voltajını, akımı ve frekansı motorun özelliklerine göre kontrol edebilir. VFD'lerin performansı, özellikleri ve uygulaması kullanılan kontrol yöntemine göre değişir. Bu nedenle, VFD'ler kontrol yöntemine göre de sınıflandırılabilir.
(1) U/f Kontrol VFD (VVVF Kontrol)
U/f kontrol yöntemi, aynı zamanda şu şekilde de bilinir:VVVF (Değişken Voltaj Değişken Frekans) kontrolü, kontrol etmeyi içerirVFD'nin hem voltaj hem de frekans çıkışıbir şeyi korumak içinsabit U/f oranı. Bu yöntem, taban frekansının altında sabit tork ve taban frekansının üzerinde sabit güç sağlar. U/f kontrol VFD'lerinin kontrol devresi maliyeti nispeten düşüktür ve bu da onları daha az sıkı doğruluk gereksinimleri olan genel amaçlı VFD'ler için uygun hale getirir.
(2) Kayma Frekansı Kontrol VFD
Kayma frekansı kontrolü, U/f kontrolüne göre bir iyileştirmedir. Bu yöntemi kullanan VFD'lerde, dönüştürücü motor ve bir hız sensörüyle bir hız geri beslemeli kapalı devre kontrol sistemi oluşturur. Dönüştürücünün çıkış frekansı, motorun gerçek hızı ve kayma frekansı tarafından otomatik olarak ayarlanır ve hız düzenlenirken çıkış torkunun kontrol edilmesine olanak tanır. Bu kontrol yöntemi kapalı devre bir kontroldür, bu nedenle U/f kontrol yöntemiyle karşılaştırıldığında, önemli yük değişiklikleri olduğunda bile daha yüksek hız doğruluğu ve daha iyi tork özellikleri sağlayabilir. Ancak, 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 endüksiyon 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 tanır, bu da onu DC motor hız kontrol sistemleriyle karşılaştırılabilir hale getirir.Vektör kontrol VFD'leriHassas kontrol uygulamalarında yaygın olarak kullanılmaktadır.
5. VFD'lerin Uygulamaya Göre Sınıflandırılması
(1) Genel amaçlı VFD
Genel amaçlı VFD'lerStandart endüksiyon motorlarının hızını ayarlayabilirler. Bunlar iki türe ayrılabilir:düşük maliyetli basit genel amaçlı VFD'lerVeyüksek performanslı çok işlevli genel amaçlı VFD'ler.
Basit VFD'ler enerji tasarrufu amaçları için tasarlanmıştır ve çoğunlukla hız kontrol performansı gereksinimlerinin yüksek olmadığı pompalar ve fanlar gibi uygulamalarda kullanılır. Kompakt boyut ve daha düşük maliyet gibi avantajlar sunarlar.
Yüksek performanslı çok işlevli VFD'ler, daha gelişmiş donanım ve yazılım özellikleriyle çeşitli ihtiyaçları karşılamak üzere tasarlanmıştır. Daha yüksek performans ve işlevselliğin gerekli olduğu konveyörler, vinçler, takım tezgahları ve elektrikli araçlar gibi uygulamalar için uygundurlar.
(2) Yüksek performanslı Özel VFD
Yüksek performanslı özel VFD'ler, DC motor hız kontrol sistemleriyle rekabet eden veya onları aşan bir performans sunmak için vektör kontrolünü benimser. Bu VFD'ler genellikle metalurji, CNC makineleri ve asansörler gibi performans ve maliyet verimliliğinin optimize edilmesi gereken belirli endüstriler için tasarlanmıştır.
(3) Yüksek frekanslı VFD
Yüksek frekanslı VFD'ler, yüksek hassasiyet gerektiren yüksek kaliteli işleme gibi uygulamalarda yüksek hızlı motorları kontrol etmek için kullanılır.
(4) Tek fazlı ve Üç fazlı VFD
Son olarak, VFD'ler, kontrol etmek üzere tasarlandıkları motor türüne bağlı olarak hem tek fazlı hem de üç fazlı versiyonlarda mevcuttur. Ana fark, devre tasarımında yatmaktadır; üç fazlı VFD'ler, yüksek kapasiteli uygulamalar için daha fazla verimlilik sunmaktadır.
VFD'lerin devre yapısı ve çalışma prensibi için lütfen şuraya bakın:Genel Amaçlı VFD Temelleri: Yapı ve Çalışma Prensibi.
Çözüm:
VFD'lerin farklı sınıflandırmalarını ve özelliklerini anlamak, doğru motor kontrol çözümünü seçmek için çok önemlidir. Genel kullanım için uygun maliyetli bir VFD veya 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.