Was ist eine vfd-Antriebsschaltung? Betrieb, Typen und Anwendungen

Es gibt viele Fabriken und Werke auf der Welt, die einen anderen Typ von Hochleistungsmotoren verwenden. Aufgrund des hohen Stromverbrauchs zahlen die Fabriken und Anlagen einen hohen Betrag an Energiekosten. Um den hohen Stromverbrauch zu überwinden und den Wirkungsgrad zu erhöhen, wurde VFD vor vier Jahrzehnten eingeführt, aber die Schaltung war nicht stark genug.

VFD ist die Kurzform eines Frequenzumrichters oder eines Frequenzumrichters. Die Frequenz bestimmt die Motordrehzahl und durch Steuern der Wechselstromfrequenz kann die Motordrehzahl gesteuert werden. Auf dem Elektronik- und Elektromarkt sind verschiedene Arten von VFDs erhältlich, von kleinen motorbezogenen Anwendungen bis hin zu Hochleistungs-Induktionsmotoren. Neben den dreiphasigen Frequenzumrichtern sind auch einphasige Frequenzumrichter erhältlich.

VFD-Schaltung und ihre Funktionsweise

Eine VFD-Schaltung besteht aus drei Teilen.

1. Der Gleichrichterteil

2. Der Filterabschnitt

3. Der Schalt- oder Wechselrichterteil.

In der folgenden Abbildung sind die drei Abschnitte in einem Blockdiagramm dargestellt. Dies ist ein grundlegendes Blockschaltbild eines dreiphasigen Frequenzumrichters.

Gleichrichterteil des VFD-Stromkreises

Gleichrichterabschnitt verwendet 6 Dioden. Die Dioden D1, D2 und D3 sind mit der positiven Schiene verbunden und die Dioden D4, D5 und D6 sind mit der negativen Schiene verbunden. Diese 6 Dioden wirken als Diodenbrücke, die das dreiphasige Wechselstromsignal in eine einzige Gleichstromschiene umwandelt. Die dreiphasigen R, B und Y sind über die Diode geschaltet. Abhängig von der Polarität der Sinuswelle werden die Dioden in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung vorgespannt, wodurch sowohl in der positiven als auch in der negativen Schiene ein positiver oder ein negativer Impuls bereitgestellt wird.

Um mehr über die Funktionsweise des Gleichrichters zu erfahren, folgen Sie einfach dem Link.

Filterabschnitt des VFD-Stromkreises

Wie wir wissen, wandeln die Standardgleichrichterdioden nur das Wechselstromsignal in Gleichstrom um, aber das Ausgangsgleichstromsignal ist nicht glatt genug, da auch frequenzabhängige Wechselstromwelligkeiten damit verbunden sind. Um die Wechselstromwelligkeit zu korrigieren und einen gleichmäßigen Gleichstromausgang zu erzielen, sind irgendeine Art von Welligkeitsunterdrückungsfiltern erforderlich. Die Standardkomponente für den Filter besteht darin, verschiedene Arten von großen Kondensatoren und Induktivitäten zu verwenden. Im Filterbereich filtert hauptsächlich der Kondensator die Wechselstromwelligkeit heraus und sorgt für einen gleichmäßigen Gleichstromausgang.

In einigen Fällen werden auch andere Filtertypen verwendet, um die Eingangswechselströme und Oberwellen zu reduzieren.

Schalt- oder Wechselrichterteil des VFD-Stromkreises

Der Schalt- oder Wechselrichterteil invertiert den Gleichstrom in Wechselstrom. In diesem Abschnitt werden verschiedene Arten von elektronischen Schaltern verwendet, darunter Hochleistungstransistoren, IGBT oder MOSFETs. Die Schalter werden schnell ein- oder ausgeschaltet und die Last erhält eine pulsierende Spannung, die AC sehr ähnlich ist. Die Ausgangsfrequenz ist proportional zur Schaltgeschwindigkeit. Eine hohe Schaltrate liefert einen Hochfrequenzausgang, während eine niedrige Schaltrate einen Niederfrequenzausgang liefert.

Verschiedene Arten von VFD

Abhängig davon, wie VFD Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt und die Gleichrichtung vornimmt, sind andere Arten von VFDs auf dem Markt erhältlich.

Die drei wichtigsten VFD-Typen sind VSI , CSI und PWM .

VSI-VFDs

VSI steht für Voltage-Source Inverter. Dies ist die häufigste Art von Treibern mit variabler Frequenz. Bei dieser Art von VFDs wird eine einfache Diodenbrücke verwendet, um das Wechselstromsignal in Gleichstrom umzuwandeln, und ein Kondensator wird verwendet, um die Energie zu speichern. Ein Wechselrichterschaltkreis nutzt die im Kondensator gespeicherte Energie und liefert den Ausgang.

Vorteil

1. Es hat einen guten Geschwindigkeitsbereich.

2.Mehrfache Motorsteuerung. Mit dem VFD vom Typ VSI können mehrere Motoren verbunden werden.

3. Einfaches Design.

4. Es ist kostengünstig von der Produktions- und Installationsseite.

Nachteile

1. Wegen des Reluktanz - Effekt, Rucken der Lastkraft Gesicht während Start und Stopp - Situation.

2. Der Ausgang bietet verschiedene Arten von Harmonischen und Geräuschen.

3.Wenn die Motordrehzahl geregelt oder die Drehzahl verringert wird, wird der Gesamtleistungsfaktor weitgehend beeinträchtigt, was zu einem schlechten Leistungsfaktor führt.

CSF-VFDs

CSI steht für Current Source Inverter. VFDs vom Typ VSI sind so ausgelegt, dass sie abhängig vom variablen Frequenzbereich eine gleichmäßige Spannungsabgabe liefern können. Bei VFDs vom Typ CSI ist die Konstruktion jedoch vom Strom anstelle der Spannung abhängig. Im Fall von CSI wird anstelle des Diodenbrückengleichrichters ein SCR-Brückenwandler verwendet. Die Ausgangsenergie wird unter Verwendung von Reiheninduktivitäten als Alternative zu Kondensatoren für eine gleichmäßige Stromabgabe gefiltert. VFDs vom Typ CSI verhalten sich wie Konstantstromgeneratoren. Anstelle einer Rechteckspannungswelle können VFDs vom CSI-Typ eine Rechteckstromwelle liefern.

Vorteil

1. Zuverlässig dann VSI Typ VFDs.

2. Unterstützen Sie Induktionsmotoren mit höherer Leistung, bei denen VSI nicht geeignet ist.

3. Einfaches Design.

4. Gute Regenerationsfähigkeiten.

Nachteile

1. Der Gesamtleistungsfaktor ist schlecht, insbesondere bei niedrigen Drehzahlen.

2. Der Rasteffekt ist vorhanden und kann die Motorwelle beim Laufen vibrieren lassen.

3. Es ist nicht für den Betrieb mit mehreren Motoren in Bezug auf VSI geeignet.

PWM-VFDs

Dies ist eine verbesserte und modifizierte Version von VSI-VFDs. PWM steht für Pulsweitenmodulation. Unter Verwendung der PWM-Technik sind die VFDs in der Lage, einen stabilen Spannungsausgang bereitzustellen, der mit einem Frequenzverhältnis aufrechterhalten wird. Die Konstruktion verwendet eine Diodenbrücke, um das Wechselstromsignal in ein Gleichstromsignal umzuwandeln. Der Schaltkreis steuert das Tastverhältnis in einem variablen Frequenzbereich. Ein zusätzlicher Regler wird verwendet, um den PWM-Ausgang zu regeln, um der Last eine stabile und ordnungsgemäße Spannung und einen stabilen Strom zu liefern.

Vorteil

1. Kein Verstopfungs- oder Ruckeffekt.

2. Breiter Geschwindigkeits- und Regelbereich.

3. Bestehen Sie aus verschiedenen Arten von Schutzschaltungen.

4. Konstanter Leistungsfaktor.

5.Eine sehr hohe Effizienz einführen.

6. Energieeffizient.

Nachteile

1.Komplex zu entwerfen.

2.Komplex in Bezug auf die Implementierung.

3. Benötigt zusätzliche Hardware.

4. Hörbare Geräuschentwicklung in der Treiberschaltung.

5. Kostengünstige Lösung.

Wie wähle ich VFD für meine Anwendung aus?

Um die richtigen VFDs für eine bestimmte Anwendung auszuwählen, ist ein gutes Verständnis der Last erforderlich. Unterschiedliche Motortypen erzeugen unterschiedliche Drehmomenttypen. In einigen Anwendungen ist ein konstantes Drehmoment erforderlich, während in anderen Anwendungen das Drehmoment gesteuert werden muss. Auch die Belastung des Motors bestimmt den Faktor der Motorspezifikation, hauptsächlich die Nennleistung.

Um den geeigneten VFD für die richtige Anwendung auszuwählen, müssen wir die folgenden Dinge bewerten oder berücksichtigen.

1. Leistung des Motors

2. Die Kosten

3. Die Betriebsumgebung des Frequenzumrichters und der Motoren

4. Einphasig oder dreiphasig

5. Einzelner Frequenzumrichter mit einem Motor oder einzelner Frequenzumrichter mit mehreren Motoren

6. Zusätzliche Anforderungen an Steuerungsfunktionen

Vorteile von VFD

Es gibt viele Gründe, warum VFD eine beliebte Wahl für Verbraucher ist, bei denen andere Steuerungen leicht verfügbar sind. Der wichtigste Grund für die Beliebtheit von VFD ist der geringe Energieverbrauch und die anfänglichen Einrichtungskosten. VFD bieten eine hohe Effizienz in Bezug auf den Energieverbrauch, abgesehen von allen Steuergeräten im selben Segment. Aus diesem Grund bietet VFD bei großen Fabriken und Anlagen, in denen Motoren mit größerer Leistung benötigt werden, einen geringen Stromverbrauch, wodurch die Energiekosten gesenkt werden und Kosten gespart werden können.

VFD begrenzt den Einschaltstrom während des Start- und Stoppzustands des Motors, wodurch auch die Einschaltlast in der Versorgungsleitung verringert wird und ein Sicherheitsspielraum für die teuren Motoren geschaffen wird.

Abgesehen von den oben genannten Vorteilen kann VFD die Systemwartungskosten senken. Es sind keine zusätzlichen kostspieligen elektrischen Anschluss- und Steuerungsvorgänge erforderlich. Es gibt Optionen zum Anschließen mehrerer Motoren, die mit einem einzigen VFD gesteuert werden können, wodurch die zusätzlichen Kosten für die Systemeinrichtung weiter reduziert werden.

Nachteile von VFD

Trotz der obigen Vorteile gibt es jedoch einige Nachteile, die auch mit dem VFD-System verbunden sind. Der Hauptnachteil des VFD-Systems ist die anfängliche Einrichtungsinvestition. Für eine Fabrik oder ein Werk, in dem mehrere Motoren mit hoher Leistung mithilfe von VFDs gesteuert werden müssen, sind hohe Investitionen erforderlich.

Auch VFD Ursache Motorerwärmung und brauchen spezielle Motoren Konstruktion. Die Konstruktion erfordert spezielle Arten von Motorisolierungen, und die Motoren müssen für Anwendungen mit Umrichternennspezifikation spezifiziert werden.

Ein weiterer großer Nachteil von VFD besteht darin, dass die Stromquelle der Hauptquelle durch Verzerrungen und Harmonische mit Kerben in der Leitung stark gestört ist. Aus diesem Grund werden auch die anderen Geräte, die an dieselbe Stromleitung angeschlossen sind, während des Betriebszustands behindert.

Der Fortschritt der modernen Halbleiterindustrie hat jedoch den Aufbau moderner VFD-Systeme erheblich verbessert. Vor der Ära der Festkörpergeräte sind Rotationsmaschinen die Hauptkomponente für die Herstellung der VFDs. In der modernen Mikroprozessor-Ära sind VFDs mit allen Arten von Schutzmaßnahmen wie Unterspannung, Überspannung, thermischem Überlastschutz usw. mit geeigneten Steuereinrichtungen ausgestattet. Die Motoranwendung in der Industrie ist für 25% des weltweiten Stromverbrauchs verantwortlich, der mithilfe von VFDs effizient gesteuert werden kann.