Принципи роботи частотних перетворювачів (VFD)
Анотація
Перетворювачі частоти (VFD) є ключовими компонентами сучасних промислових застосувань завдяки їхній енергоефективності та здатності до точного керування. У цій статті розглядаються основні принципи роботи VFD, надається короткий огляд механізму регулювання потужності для керування швидкістю обертання двигуна й оптимізації споживання енергії. Детальні технічні аспекти будуть висвітлені в наступних статтях, присвячених серії HRSTI. У статті обговорюються ключові поняття, такі як широтно-імпульсна модуляція (ШІМ), регулювання напруги та частоти, а також перетворення енергії, щоб забезпечити комплексне розуміння функціональності VFD.
Вступ
Перетворювачі частоти, також відомі як приводи зі змінною швидкістю, — це електронні пристрої, призначені для керування швидкістю обертання та крутним моментом електродвигунів. VFD змінюють частоту та напругу живлення, що подається на двигун. Наприклад, серія HRSTI на відміну від звичайних пристроїв з фіксованою швидкістю забезпечує точне та динамічне керування, що призводить до підвищення енергоефективності, зменшення зношування механіки та покращення процесів у промислових умовах.
Принцип роботи
Основний принцип роботи VFD полягає в можливості регулювання частоти змінного струму (AC), що подається на двигун. Згідно з Kim, S. (2017), синхронна швидкість асинхронного двигуна обчислюється за формулою:
синхронна швидкість у об/хв, f — частота живлення в герцах (Гц), P — кількість полюсів двигуна. Змінюючи частоту, VFD дозволяє точно регулювати швидкість двигуна (Kim, S. 2017).
Стандартний VFD складається з трьох основних частин:
-
Випрямляч – перетворює змінний струм (AC) у постійний (DC).
-
Проміжна шина постійного струму (фільтр) – згладжує напругу та зменшує пульсації.
-
Інвертор – перетворює відфільтрований DC назад у AC з керованою частотою й напругою, використовуючи напівпровідникові ключі (IGBT або MOSFET).
Широтно-імпульсна модуляція (ШІМ)
Інвертор використовує ШІМ для формування вихідної напруги. Метод полягає в швидкому перемиканні транзисторів для створення серії імпульсів змінної ширини, що імітують синусоїдальну хвилю. Такий спосіб забезпечує високоточне керування швидкістю двигуна при мінімальних енергетичних втратах і зниженні гармонічних спотворень.
Керування напругою та частотою
Для ефективної та стабільної роботи двигуна VFD підтримує постійне співвідношення V/f (напруга до частоти). Це забезпечує стабільний магнітний потік, запобігає насиченню та перегріванню. Наприклад, якщо частота зменшується вдвічі, напруга також пропорційно знижується для підтримання оптимальних умов роботи.
Застосування
VFD широко використовуються в різних галузях промисловості. Наприклад, серія HRSTI 720 підходить для систем опалення, вентиляції та кондиціонування (HVAC), конвеєрів, водяних насосів, повітряних компресорів і різного автоматизованого обладнання. Керування швидкістю двигуна в режимі реального часу дозволяє суттєво економити енергію, знижує механічне навантаження та подовжує термін служби обладнання.
Висновок
Перетворювачі частоти відіграють важливу роль у сучасних промислових системах, сприяючи енергоефективності, зниженню витрат і точному керуванню електродвигунами. Розуміння основних принципів VFD, таких як ШІМ і синхронізація напруги та частоти, є необхідним для оптимізації автоматизації та управління енергоспоживанням. Із розвитком технологій VFD стають основою інтелектуального керування та сталого виробництва.
Джерело:
Kim, S. (2017) ‘Chapter 3/Alternating current motors: Synchronous motor and induction motor’, in Electric Motor Control: DC, AC, and BLDC Motors. Amsterdam, Netherlands: Elsevier, pp. 95–152.
