Принципы работы частотных преобразователей (VFD)

Частотно-регулируемые приводы (VFD) являются важными компонентами в современных промышленных приложениях благодаря своей эффективности и точным возможностям управления. В этой статье рассматриваются основные принципы работы VFD, дается краткий обзор того, как VFD регулируют мощность для управления скоростью двигателя и оптимизации потребления энергии. Подробные технические обсуждения будут представлены в последующих статьях, посвященных Серия HRSTI . Обсуждаются такие ключевые концепции, как широтно-импульсная модуляция (ШИМ), регулировка напряжения и частоты, а также преобразование мощности, чтобы обеспечить всестороннее понимание функциональности VFD.

Частотно-регулируемые приводы, также известные как приводы с регулируемой скоростью, представляют собой электронные устройства, предназначенные для управления скоростью вращения и крутящим моментом электродвигателей. VFD достигают этого путем изменения частоты и напряжения электрической мощности, подаваемой на двигатель. Используя серию HRSTI в качестве примера, в отличие от обычных контроллеров двигателей с фиксированной скоростью, Частотно-регулируемые приводы серии HRSTI обеспечивают точное и динамичное управление, что приводит к повышению энергоэффективности, снижению механического износа и улучшению управления технологическими процессами в промышленных условиях.

Основной принцип работы VFD заключается в его способности контролировать частоту переменного тока (AC), подаваемого на двигатель. Согласно Киму, С. (2017), синхронную скорость двигателя переменного тока можно рассчитать по формуле:

где N_s — синхронная скорость в оборотах в минуту (RPM), f — частота питания в герцах (Гц), а P — количество полюсов двигателя. Регулируя частоту питания, VFD может точно контролировать скорость двигателя (Kim, S. 2017).

Стандартный ЧРП состоит из трех основных частей:

1. Схема выпрямителя: преобразует входящий переменный ток в постоянный ток (DC).

2. Шина постоянного тока (фильтр): сглаживает постоянное напряжение и уменьшает пульсации.

3. Инверторная схема: преобразует отфильтрованный постоянный ток обратно в переменный ток с контролируемой частотой и напряжением, используя полупроводниковые коммутационные устройства, такие как IGBT или MOSFET.

Секция инвертора использует широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) для синтеза выходного переменного тока. ШИМ работает путем быстрого включения и выключения силовых транзисторов, генерируя серию импульсов переменной ширины, которые эффективно имитируют синусоидальную форму волны. Этот метод позволяет контролировать скорость двигателя с высоким разрешением, минимизируя потери энергии и уменьшая гармонические искажения.

Для поддержания эффективной и стабильной работы двигателя VFD координируют напряжение и частоту через постоянное отношение V/f (напряжение-частота). Такой подход обеспечивает стабильный магнитный поток внутри двигателя, предотвращает насыщение и позволяет избежать перегрева. Например, когда частота уменьшается вдвое, выходное напряжение также пропорционально уменьшается для поддержания оптимальной производительности двигателя.

VFD широко используются в различных отраслях промышленности. Если взять серию HRSTI 720 в качестве примера, то типичные области применения включают системы HVAC, конвейерные ленты, водяные насосы, воздушные компрессоры и различные типы автоматизированного производственного оборудования. Возможность динамического управления скоростью двигателя приводит к существенной экономии энергии, снижению механической нагрузки и увеличению срока службы оборудования.

Частотно-регулируемые приводы играют важную роль в современных промышленных системах, повышая энергоэффективность, снижая эксплуатационные расходы и обеспечивая точное управление двигателем. Глубокое понимание принципов VFD, таких как ШИМ и синхронизация напряжения и частоты, необходимо для оптимизации промышленной автоматизации и управления энергопотреблением. По мере дальнейшего развития технологий VFD будут все больше становиться краеугольным камнем интеллектуального управления и устойчивого производства.

Ким, С. (2017) «Глава 3/Двигатели переменного тока: синхронный двигатель и асинхронный двигатель», в книге «Управление электродвигателями: двигатели постоянного, переменного тока и бесщеточные двигатели постоянного тока» . Амстердам, Нидерланды: Elsevier, стр. 95–152.