Σε αυτή τη σελίδα
Ένας ρυθμιστής στροφών (VFD) είναι ένας ηλεκτρονικός ελεγκτής κινητήρα εγκατεστημένος μεταξύ της ηλεκτρικής παροχής και ενός κινητήρα AC. Μετατρέπει την ισχύ εισόδου σταθερής συχνότητας σε έξοδο ελεγχόμενης συχνότητας και ελεγχόμενης τάσης, επιτρέποντας στην ταχύτητα του κινητήρα να ακολουθεί τη ζήτηση της διεργασίας αντί να παραμένει δεσμευμένη σε μία συχνότητα παροχής.
Ένας χρήσιμος τρόπος για να κατανοήσετε έναν VFD είναι ως όριο συστήματος: η ισχύς εισέρχεται στον ρυθμιστή, ο ρυθμιστής αναδιαμορφώνει αυτή την ισχύ και η ελεγχόμενη έξοδος πηγαίνει στον κινητήρα. Ο ρυθμιστής μπορεί να διαχειριστεί τη συμπεριφορά της ταχύτητας, της επιτάχυνσης, της επιβράδυνσης και της ροπής εντός των ορίων σχεδιασμού του, αλλά δεν εξαλείφει την ανάγκη για σωστή προστασία ανάντη, απομόνωση, καλωδίωση, γείωση, ψύξη και μηχανολογική εφαρμογή.
Ο χάρτης συστήματος VFD
Ηλεκτρική παροχή → απομόνωση και προστασία → VFD → κινητήρας → οδηγούμενο φορτίο
| Θέση συστήματος | Κύρια λειτουργία | Σημαντικό όριο. |
|---|---|---|
| Παροχή και ανάντη εξοπλισμός | Τροφοδοτήστε, απομονώστε και προστατέψτε το κύκλωμα σύμφωνα με τη μελέτη εγκατάστασης | Πρέπει να αντιστοιχεί στην είσοδο του ρυθμιστή στροφών και στους ισχύοντες κανόνες· ο VFD δεν καθορίζει ολόκληρο τον σχεδιασμό του διακλαδικού κυκλώματος. |
| Είσοδος VFD και στάδιο ισχύος | Δεχτείτε την εισερχόμενη ισχύ και δημιουργήστε μια ελεγχόμενη ηλεκτρική έξοδο | Η τάση εισόδου, η φάση, η ποιότητα ισχύος, οι συνθήκες περιβάλλοντος και η ονομαστική τιμή του ρυθμιστή έχουν όλα σημασία. |
| Στάδιο ελέγχου VFD | Ερμηνεύστε εντολές, ανάδραση, όρια και σήματα επικοινωνίας | Οι διαθέσιμες λειτουργίες εξαρτώνται από το μοντέλο του ρυθμιστή και τη μέθοδο ελέγχου. |
| Κινητήρας | Μετατροπή ελεγχόμενης ηλεκτρικής εξόδου σε μηχανική ροπή και ταχύτητα | Η μόνωση, το ρεύμα, η ψύξη, το εύρος ταχύτητας και η συμβατότητα του κινητήρα πρέπει να ελέγχονται. |
| Καθοδηγούμενο φορτίο | Εκτέλεση της διαδικασίας: μετακίνηση αέρα, νερού, υλικών ή μηχανημάτων | Η συμπεριφορά ροπής-ταχύτητάς του καθορίζει εάν ο VFD και ο κινητήρας είναι κατάλληλοι. |
Αυτός ο χάρτης αποτρέπει μια κοινή παρανόηση: ένας VFD δεν είναι το πλήρες σύστημα κινητήρα. Είναι το στοιχείο μετατροπής ισχύος και ελέγχου εντός αυτού του συστήματος.
Πώς λειτουργεί ένας VFD;
Οι περισσότεροι VFD AC χαμηλής τάσης μπορούν να γίνουν κατανοητοί μέσω τριών σταδίων μετατροπής ισχύος.
| Στάδιο | Τι συμβαίνει | Γιατί έχει σημασία |
|---|---|---|
| Ανορθωτής | Το εισερχόμενο AC μετατρέπεται σε DC. | Διαχωρίζει την έξοδο του ρυθμιστή στροφών από τη σταθερή εισερχόμενη συχνότητα. |
| Δίαυλος DC ή σύνδεσμος DC | Πυκνωτές και σχετικά εξαρτήματα εξομαλύνουν και αποθηκεύουν ενέργεια στο ενδιάμεσο κύκλωμα DC. | Παρέχει έναν σταθερό σύνδεσμο μεταξύ της μετατροπής εισόδου και της μεταγωγής εξόδου. |
| Μετατροπέας (Inverter) | Ημιαγωγοί ισχύος μεταγωγούν τον δίαυλο DC για τη σύνθεση εξόδου AC στην εντολμένη συχνότητα και τάση. | Ο κινητήρας λαμβάνει τις ηλεκτρικές συνθήκες που απαιτούνται για το ζητούμενο σημείο λειτουργίας. |
Η διαμόρφωση εύρους παλμών (PWM) είναι μια κοινή μέθοδος που χρησιμοποιείται από το στάδιο του μετατροπέα. Η έξοδος δεν είναι απλώς ένα αντίγραφο χαμηλότερης συχνότητας του ημιτονοειδούς κύματος του δικτύου· είναι μια μεταγωγική κυματομορφή της οποίας η ενεργός τάση και η θεμελιώδης συχνότητα ελέγχονται για τον κινητήρα.
Αυτή η επισκόπηση είναι επαρκής για την ορθή τοποθέτηση των εξαρτημάτων. Η λεπτομερής τοπολογία μεταγωγής, ο περιορισμός των αρμονικών, το φιλτράρισμα εξόδου και οι επιδράσεις των καλωδίων κινητήρα αποτελούν ξεχωριστά θέματα μηχανικής που πρέπει να αξιολογηθούν για τον συγκεκριμένο ρυθμιστή στροφών και την εγκατάσταση.
Γιατί η αλλαγή της συχνότητας αλλάζει την ταχύτητα του κινητήρα
Για έναν κινητήρα AC, η σύγχρονη ταχύτητα σχετίζεται με την ηλεκτρική συχνότητα και τον αριθμό των πόλων του κινητήρα:
Σύγχρονη ταχύτητα (rpm) = 120 × συχνότητα (Hz) ÷ αριθμός πόλων
Ένας τετραπολικός κινητήρας έχει σύγχρονη ταχύτητα 1.500 rpm στα 50 Hz και 1.800 rpm στα 60 Hz. Ένας επαγωγικός κινητήρας λειτουργεί κανονικά κάτω από τη σύγχρονη ταχύτητα επειδή απαιτεί ολίσθηση για την παραγωγή ροπής. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο ένας VFD αλλάζει την τάση καθώς και τη συχνότητα και χρησιμοποιεί μια μέθοδο ελέγχου κατάλληλη για τον κινητήρα και το φορτίο, αντί να εφαρμόζει μια εντολή συχνότητας μεμονωμένα.
Ο τύπος εξηγεί τη βασική σχέση, όχι την πλήρη επιλογή. Η ψύξη σε χαμηλές ταχύτητες, η απαίτηση ροπής, η αποδυνάμωση πεδίου πάνω από τη βασική συχνότητα, η μόνωση του κινητήρα, η συχνότητα μεταγωγής και το μήκος του καλωδίου μπορούν όλα να δημιουργήσουν περιορισμούς στην εφαρμογή.
Τι μπορεί να ελέγξει ένας VFD;
Ένας κατάλληλα επιλεγμένος και ρυθμισμένος VFD μπορεί να ελέγχει:
- την ταχύτητα λειτουργίας του κινητήρα
- τις ράμπες επιτάχυνσης και επιβράδυνσης
- τη φορά περιστροφής όταν το επιτρέπει ο σχεδιασμός του μηχανήματος
- τη συμπεριφορά του ρεύματος και της ροπής εντός των ορίων του ρυθμιστή στροφών και του κινητήρα
- τις μεταβλητές της διεργασίας μέσω αναλογικών, ψηφιακών, δικτυακών σημάτων ή σημάτων ανάδρασης
- τη συμπεριφορά διακοπής λειτουργίας όταν το υποστηρίζουν ο ρυθμιστής στροφών και η διάταξη πέδησης
Μπορεί επίσης να παρέχει λειτουργίες παρακολούθησης και προστασίας. Αυτές οι λειτουργίες είναι συγκεκριμένες για κάθε μοντέλο και δεν αντικαθιστούν αυτόματα κάθε ανάντη προστατευτική διάταξη, μέσο αποζεύξεως, μέτρο θερμοκρασίας κινητήρα ή λειτουργία ασφαλείας μηχανήματος που απαιτείται από την εγκατάσταση.
Πού χρησιμοποιούνται οι VFD;
Οι VFD είναι χρήσιμοι όταν η μεταβολή της ταχύτητας του κινητήρα βελτιώνει τη διαδικασία ή όταν απαιτείται ελεγχόμενη συμπεριφορά του κινητήρα κατά τη λειτουργία.
| Οικογένεια φορτίου | Γιατί είναι χρήσιμος ο έλεγχος ταχύτητας | Ζήτημα επιλογής προς εξέταση στη συνέχεια |
|---|---|---|
| Αντλίες και ανεμιστήρες | Αντιστοίχιση παροχής ή πίεσης στη ζήτηση αντί για βασιζόμενοι μόνο στον στραγγαλισμό | Ελάχιστη ταχύτητα λειτουργίας, καμπύλη συστήματος, συντονισμός και ψύξη κινητήρα |
| Μεταφορείς | Συντονισμός ταχύτητας γραμμής και παροχή ελεγχόμενης επιτάχυνσης | Ροπή εκκίνησης, κύκλος λειτουργίας υπερφόρτισης, πέδηση και αδράνεια φορτίου |
| Αναδευτήρες και αναμικτήρες | Ρύθμιση της ταχύτητας διεργασίας για διαφορετικά υλικά ή στάδια | Ροπή σε όλο το εύρος ταχύτητας και θερμικό φορτίο |
| Συμπιεστές | Αντιστοίχιση της εξόδου στη ζήτηση όταν ο σχεδιασμός του συμπιεστή επιτρέπει μεταβλητή ταχύτητα | Εύρος λειτουργίας εγκεκριμένο από τον κατασκευαστή και περιορισμοί λίπανσης |
| Εργαλειομηχανές και εξοπλισμός παραγωγής | Παροχή επαναλήψιμου ελέγχου ταχύτητας και ενσωμάτωση αυτοματισμού | Μέθοδος ελέγχου, ανάδραση, δυναμική απόκριση και απαίτηση διακοπής λειτουργίας |
| Ανυψωτικά μηχανήματα και άλλα φορτία με τάση αναστροφής | Έλεγχος κίνησης όπου ενδέχεται να απαιτούνται εξειδικευμένες λειτουργίες κίνησης | Ανάκτηση ενέργειας, πέδηση, λειτουργίες ασφαλείας και εγκρίσεις ειδικές για την εφαρμογή |
Η παρουσία ενός κινητήρα δεν αποδεικνύει ότι ένας VFD είναι η σωστή λύση. Το οδηγούμενο φορτίο και το απαιτούμενο λειτουργικό αποτέλεσμα καθορίζουν την καταλληλότητα.
Ο έλεγχος καταλληλότητας VFD πέντε πυλών
Χρησιμοποιήστε αυτές τις πέντε πύλες για να αποφασίσετε ποιο βαθύτερο ερώτημα πρέπει να απαντηθεί πριν από τον καθορισμό ενός ρυθμιστή στροφών.
1. Χρειάζεται η διαδικασία μεταβλητή ταχύτητα κατά την κανονική λειτουργία;
Εάν ο κινητήρας χρειάζεται μόνο μειωμένη ηλεκτρική και μηχανική καταπόνηση κατά την εκκίνηση, αλλά στη συνέχεια λειτουργεί συνεχώς με πλήρη ταχύτητα, συγκρίνετε έναν VFD με έναν ομαλό εκκινητή. Ο οδηγό VFD έναντι soft starter υπεύθυνος για αυτή την απόφαση.
2. Ποια συμπεριφορά ροπής-ταχύτητας απαιτεί το φορτίο;
Οι αντλίες και οι ανεμιστήρες συμπεριφέρονται συνήθως διαφορετικά από τους μεταφορείς, τους αναμικτήρες, τους θραυστήρες ή τους ανυψωτήρες. Προσδιορίστε εάν η εφαρμογή είναι μεταβλητής ροπής, σταθερής ροπής, υψηλής ροπής εκκίνησης, κυκλική ή ικανή να επιστρέφει ενέργεια προς τον κινητήρα. Αυτό καθορίζει τις απαιτήσεις κύκλου λειτουργίας, υπερφόρτισης, ελέγχου και πέδησης.
3. Είναι ευθυγραμμισμένες οι ονομαστικές τιμές της παροχής, του κινητήρα και του ρυθμιστή στροφών;
Ελέγξτε την τάση και τη φάση της παροχής, την τάση και το ρεύμα της πινακίδας του κινητήρα, τη συμβατότητα εξόδου, την ονομαστική τιμή κύκλου λειτουργίας και τυχόν συνθήκες απομείωσης ισχύος. Μην επιλέγετε μόνο με βάση τα ονομαστικά kW ή την ιπποδύναμη. Το ρεύμα και ο κύκλος λειτουργίας μπορεί να καταστούν οι περιοριστικές τιμές.
Για αλλαγές στη χωρητικότητα που σχετίζονται με τη θερμοκρασία, το υψόμετρο και το περίβλημα, χρησιμοποιήστε τον οδηγό ηλεκτρικής απομείωσης ισχύος.
4. Μπορεί η εγκατάσταση να διαχειριστεί τις ηλεκτρικές και περιβαλλοντικές επιδράσεις;
Ο σχεδιασμός ενδέχεται να πρέπει να αντιμετωπίσει την απαγωγή θερμότητας, τον εξαερισμό, την ηλεκτρομαγνητική συμβατότητα (EMC), τη γείωση, την ποιότητα της ισχύος εισόδου, το μήκος του καλωδίου εξόδου, την καταπόνηση της μόνωσης του κινητήρα, τις αρμονικές και την έκθεση σε υπερτάσεις. Τα ακριβή μέτρα εξαρτώνται από τον κατασκευαστή του ρυθμιστή στροφών, το σύστημα και τους τοπικούς κανονισμούς.
Για μια διαδρομή ειδικά για την προστασία, δείτε τον οδηγό VIOX σχετικά με τον κίνδυνο αστοχίας της προστασίας από υπερτάσεις σε VFD.
5. Ποιες λειτουργίες ελέγχου και διακοπής απαιτούνται πραγματικά;
Καθορίστε την πηγή εντολών, την αναφορά ταχύτητας, την ανάδραση διεργασίας, το πρωτόκολλο δικτύου, την ανάγκη πέδησης, τη συμπεριφορά επανεκκίνησης, την απόκριση σε σφάλματα και το όριο ασφαλείας του μηχανήματος. Ένας ρυθμιστής στροφών με τη σωστή ονομαστική ισχύ μπορεί να είναι ακατάλληλος εάν στερείται τις απαιτούμενες λειτουργίες ελέγχου ή διακοπής.
Εάν οριστούν και οι πέντε πυλώνες, το έργο μπορεί να προχωρήσει από το “Τι είναι ένα VFD;” σε μια τεκμηριωμένη προδιαγραφή ρυθμιστή στροφών.
VFD έναντι ομαλού εκκινητή (Soft Starter), εκκινητή και μετατροπέα (Inverter)
| Όρος | Κύρια λειτουργία | Χρησιμοποιήστε αυτόν τον επόμενο πόρο |
|---|---|---|
| VFD | Ελέγξτε τη λειτουργία κινητήρα AC με έξοδο μεταβλητής συχνότητας και μεταβλητής τάσης | Συνεχίστε με τον παρακάτω χάρτη ονομαστικών τιμών. |
| Soft starter | Μειώστε το ρεύμα εκκίνησης και τη μηχανική καταπόνηση, και στη συνέχεια λειτουργήστε τον κινητήρα συνήθως στη συχνότητα δικτύου | Ανάγνωση Τι είναι ο ομαλός εκκινητής (soft starter); ή το Σύγκριση VFD και ομαλού εκκινητή. |
| Εκκινητής κινητήρα | Μεταγωγέστε τον κινητήρα και παρέχετε την προβλεπόμενη διάταξη εκκινητή/προστασίας | Ελέγξτε το τύποι εκκινητών κινητήρων. |
| Μετατροπέας (Inverter) | Μετατρέψτε το DC σε AC ή περιγράψτε μια ευρύτερη συσκευή μετατροπής ισχύος | Χρησιμοποιήστε τον όρο “VFD” όταν το συγκεκριμένο θέμα είναι η ελεγχόμενη λειτουργία κινητήρα AC. |
Για σκοπούς που αφορούν μόνο ακρωνύμια, η συνοπτική Πλήρης Ονομασία του VFD στα Ηλεκτρικά σελίδα αποτελεί την κανονιστική πηγή ορολογίας.
Ποιες ονομαστικές τιμές VFD έχουν προτεραιότητα;
Αυτός ο κόμβος δεν αντικαθιστά μια διαδικασία διαστασιολόγησης συγκεκριμένου μοντέλου, αλλά μπορεί να προσδιορίσει τις κατηγορίες εισόδου που απαιτούνται για αυτήν.
| Ονομαστική τιμή ή χαρακτηριστικό | Ερώτημα στο οποίο απαντά |
|---|---|
| Τάση εισόδου και φάση | Μπορεί ο ρυθμιστής στροφών να συνδεθεί στη διαθέσιμη παροχή; |
| Συμβατότητα εξόδου και κινητήρα | Είναι ο ρυθμιστής στροφών κατάλληλος για την τάση, τον τύπο και τη μέθοδο ελέγχου του κινητήρα; |
| Συνεχές ρεύμα εξόδου | Μπορεί να αντέξει το ρεύμα του κινητήρα υπό τις πραγματικές συνθήκες λειτουργίας; |
| Λειτουργία υπερφόρτισης | Μπορεί να υποστηρίξει τις απαιτήσεις επιτάχυνσης και μεταβατικού φορτίου; |
| Μέθοδος ελέγχου | Είναι επαρκής ο βασικός έλεγχος V/Hz ή απαιτείται διανυσματικός έλεγχος ή ανάδραση; |
| Πέδηση και ανάκτηση ενέργειας | Τι συμβαίνει όταν το φορτίο πρέπει να σταματήσει γρήγορα ή επιστρέφει ενέργεια; |
| Συνθήκες περιβάλλοντος και περιβλήματος | Θα μειώσουν τη χρησιμοποιήσιμη χωρητικότητα η θερμοκρασία, το υψόμετρο, η σκόνη, η υγρασία ή η ψύξη του πίνακα; |
| Προβλέψεις για EMC και καλώδια κινητήρα | Χρειάζεται η εγκατάσταση φίλτρα, αντιδραστήρες, θωρακισμένο καλώδιο ή επεξεργασία εξόδου; |
| Επικοινωνία και I/O | Μπορεί ο ρυθμιστής στροφών να ανταλλάξει τις απαιτούμενες εντολές, τις τιμές αναφοράς και τα δεδομένα κατάστασης; |
| Δυνατότητα λειτουργικής ασφάλειας | Υποστηρίζει το επιλεγμένο μοντέλο την αρχιτεκτονική ασφάλειας του μηχανήματος, όπου απαιτείται; |
Να επικυρώνετε πάντα την τελική προδιαγραφή σε σχέση με τα δεδομένα του κινητήρα, το προφίλ φορτίου, το εγχειρίδιο του ρυθμιστή στροφών και τις ισχύουσες απαιτήσεις εγκατάστασης.
Πότε ένας VFD ενδέχεται να μην είναι η καταλληλότερη επιλογή
Ένας VFD μπορεί να προσθέσει κόστος, θερμότητα, αρμονικές, επιδράσεις μεταγωγής, εργασία παραμετροποίησης και τρόπους αστοχίας. Μια απλούστερη μέθοδος ελέγχου μπορεί να είναι πιο κατάλληλη όταν:
- ο κινητήρας πρέπει να λειτουργεί σε μία σταθερή ταχύτητα και η μεταβλητή λειτουργία δεν προσθέτει αξία στη διεργασία
- απαιτείται ελεγχόμενη εκκίνηση αλλά δεν απαιτείται συνεχής έλεγχος ταχύτητας
- ο κινητήρας ή ο οδηγούμενος εξοπλισμός δεν είναι εγκεκριμένος για το προβλεπόμενο εύρος ταχύτητας
- οι περιβαλλοντικοί περιορισμοί ή οι περιορισμοί του περιβλήματος δεν μπορούν να υποστηρίξουν τον ρυθμιστή στροφών
- το φορτίο απαιτεί εξειδικευμένες λειτουργίες ανάκτησης ενέργειας, τοποθέτησης ή ασφαλείας πέρα από έναν ρυθμιστή στροφών γενικής χρήσης
Η σωστή απόφαση δεν είναι “χρησιμοποιήστε έναν VFD όπου υπάρχει κινητήρας”. Είναι “χρησιμοποιήστε έναν VFD όταν η ελεγχόμενη λειτουργία του κινητήρα επιλύει μια καθορισμένη απαίτηση του συστήματος και η πλήρης εγκατάσταση μπορεί να τον υποστηρίξει”.”
Συχνές ερωτήσεις για VFD
Μεταβάλλει ένας VFD τόσο τη συχνότητα όσο και την τάση;
Ναι. Ένας VFD ελέγχει τη συχνότητα και την τάση εξόδου σύμφωνα με τη στρατηγική ελέγχου του, ώστε ο κινητήρας να μπορεί να λειτουργήσει στο προβλεπόμενο εύρος ταχύτητας και ροπής.
Εξοικονομεί ένας VFD ενέργεια σε κάθε εφαρμογή;
Όχι. Η εξοικονόμηση εξαρτάται από το φορτίο, την αρχική μέθοδο ελέγχου, το προφίλ λειτουργίας και την εντολή ταχύτητας. Τα συστήματα αντλιών και ανεμιστήρων μεταβλητής παροχής μπορεί να αποτελούν ισχυρούς υποψηφίους, ενώ μια διεργασία σταθερής ταχύτητας και σταθερής ζήτησης ενδέχεται να προσφέρει ελάχιστο ενεργειακό όφελος.
Μπορεί οποιοσδήποτε κινητήρας AC να συνδεθεί σε έναν VFD;
Μην το θεωρείτε δεδομένο. Επιβεβαιώστε τον τύπο του κινητήρα, την τάση, το ρεύμα, την καταλληλότητα της μόνωσης, την ψύξη, το εύρος ταχύτητας, τις συνθήκες των καλωδίων και τις οδηγίες του κατασκευαστή.
Αντικαθιστά ένας VFD έναν εκκινητή κινητήρα ή την προστασία κυκλώματος;
Ένας VFD μπορεί να εκκινήσει, να σταματήσει, να παρακολουθήσει και να προστατεύσει έναν κινητήρα με συγκεκριμένους τρόπους, αλλά η πλήρης εγκατάσταση ενδέχεται να εξακολουθεί να απαιτεί προστασία ανάντη, απομόνωση και άλλες λειτουργίες ασφαλείας ή ελέγχου. Ακολουθήστε το εγχειρίδιο του ρυθμιστή στροφών και τους ισχύοντες κανόνες.
