Задвижванията с променлива честота със средно напрежение (VFD) се превърнаха в неразделна част от съвременните индустриални приложения, предлагайки прецизен контрол върху скоростта на двигателя, енергийната ефективност и намаленото износване на оборудването. Като водещ доставчик на VFD със средно напрежение, често ме питат как тези задвижвания контролират скоростта на двигателя. В тази публикация в блога ще се задълбоча в техническите детайли на VFD със средно напрежение и ще обясня механизмите зад техните възможности за контрол на скоростта.
Разбиране на основите на AC двигателите
Преди да се потопим в работата на VFD със средно напрежение, важно е да разберем основните принципи на двигателите с променлив ток (AC). Двигателите с променлив ток са най-често срещаният тип двигател, използван в промишлени приложения, поради тяхната простота, надеждност и ефективност. Скоростта на AC мотор се определя от честотата на електрическото захранване и броя на полюсите в двигателя. Синхронната скорост (Ns) на AC двигател може да се изчисли по следната формула:
Ns = (120 * f) / P
където:
- Ns е синхронната скорост в обороти в минута (RPM)
- f е честотата на електрическото захранване в Херц (Hz)
- P е броят на полюсите в двигателя
Например, 4-полюсен двигател, работещ на 60 Hz електрическо захранване, ще има синхронна скорост от:
Ns = (120 * 60) / 4 = 1800 RPM
На практика действителната скорост на AC мотор е малко по-малка от синхронната скорост поради приплъзване, което е разликата между синхронната скорост и действителната скорост на двигателя. Приплъзването е необходимо, за да може двигателят да генерира въртящ момент и обикновено е в диапазона от 1-5% за асинхронните двигатели.
Как VFD със средно напрежение контролират скоростта на двигателя
VFD със средно напрежение контролират скоростта на променливотоков двигател чрез промяна на честотата и напрежението на електрическото захранване на двигателя. Чрез регулиране на честотата VFD може да промени синхронната скорост на двигателя, което от своя страна променя действителната скорост на двигателя. VFD също регулира напрежението, за да поддържа постоянно съотношение волт-пер-херц (V/Hz), което е необходимо, за да се гарантира, че моторът работи ефективно и не прегрява.
Основните компоненти на VFD със средно напрежение включват токоизправител, DC шина и инвертор. Токоизправителят преобразува входящото AC захранване в DC захранване, което след това се съхранява в DC шината. След това инверторът преобразува постоянния ток обратно в променлив ток при желаната честота и напрежение за двигателя.
Токоизправител
Токоизправителят е първият етап на VFD и е отговорен за преобразуването на входящото AC захранване в DC захранване. Има два основни типа токоизправители, използвани в VFD за средно напрежение: диодни токоизправители и тиристорни токоизправители.
- Диодни токоизправители:Диодните токоизправители са най-простият и често срещан тип токоизправител, използван в VFD за средно напрежение. Те се състоят от мост от диоди, които преобразуват променливотоковото захранване в постоянен ток. Диодните токоизправители са сравнително евтини и имат висока ефективност, но не позволяват контрол на напрежението на DC шината.
- Тиристорни токоизправители:Тиристорните токоизправители са по-сложни и скъпи от диодните, но позволяват контрол на напрежението на DC шината. Тиристорните токоизправители се състоят от мост от тиристори, които могат да се управляват, за да променят количеството на постояннотоковото напрежение в DC шината. Това позволява на VFD да регулира напрежението на DC шината, за да отговаря на изискванията на двигателя и да подобри цялостната ефективност на системата.
DC шина
DC шината е междинното стъпало на VFD и отговаря за съхраняването на DC мощност от токоизправителя. DC шината се състои от кондензаторна банка, която филтрира постояннотоковото напрежение и осигурява стабилен източник на енергия за инвертора. Размерът на кондензаторната батерия зависи от номиналната мощност на VFD и изискванията на двигателя.
Инвертор
Инверторът е последният етап на VFD и е отговорен за преобразуването на DC захранването от DC шината обратно в AC захранване при желаната честота и напрежение за двигателя. Има два основни типа инвертори, използвани в VFD за средно напрежение: инвертори с източник на напрежение (VSI) и инвертори с източник на ток (CSI).
- Инвертори на източник на напрежение (VSI):VSI са най-често срещаният тип инвертор, използван в VFD за средно напрежение. Те се състоят от мост от биполярни транзистори с изолиран затвор (IGBT), които могат да се управляват, за да променят честотата и напрежението на AC изхода. VSI са сравнително прости и имат висока ефективност, но изискват голяма кондензаторна банка на DC шината, за да поддържат стабилно постоянно напрежение.
- Инвертори на източник на ток (CSI):CSI са по-рядко срещани от VSI, но се използват в приложения, където се изисква висок начален въртящ момент. Те се състоят от мост от тиристори, които могат да се управляват, за да променят тока и честотата на AC изхода. CSI са по-сложни и имат по-ниска ефективност от VSI, но не изискват голяма кондензаторна банка в DC шината.
Предимства от използването на VFD със средно напрежение
VFD със средно напрежение предлагат няколко предимства пред традиционните методи за управление на двигателя, включително:
- Енергийна ефективност:Чрез промяна на скоростта на двигателя, за да съответства на изискванията за натоварване, VFD със средно напрежение могат значително да намалят консумацията на енергия и да спестят оперативни разходи. Например, двигател, който работи на 50% от номиналната си скорост, ще консумира приблизително 12,5% от енергията в сравнение с двигател, работещ на пълна скорост.
- Прецизен контрол на скоростта:VFD със средно напрежение предлагат прецизен контрол върху скоростта на двигателя, което позволява точен контрол на процеса и подобрено качество на продукта. Това е особено важно в приложения, където скоростта на двигателя трябва да се регулира, за да отговаря на изискванията на процеса.
- Намалено износване:Чрез плавно стартиране и спиране на двигателя и намаляване на механичното напрежение върху двигателя и задвижваното оборудване, VFD със средно напрежение могат да удължат живота на оборудването и да намалят разходите за поддръжка.
- Подобрен фактор на мощността:VFD със средно напрежение могат да подобрят фактора на мощността на електрическата система, което може да намали потреблението на електрическата мрежа и да спести разходи за електроенергия.
Приложения на VFD със средно напрежение
VFD със средно напрежение се използват в широк спектър от индустриални приложения, включително:
- Помпи и вентилатори:VFD със средно напрежение обикновено се използват за управление на скоростта на помпите и вентилаторите в ОВК системи, пречиствателни станции за вода и промишлени процеси. Чрез промяна на скоростта на помпата или вентилатора, за да отговарят на изискванията за натоварване, VFD със средно напрежение могат значително да намалят консумацията на енергия и да спестят оперативни разходи.
- Компресори:VFD със средно напрежение се използват за управление на скоростта на компресорите в хладилни системи, въздушни компресори и газопроводи. Чрез промяна на скоростта на компресора, за да съответства на изискванията за натоварване, VFD със средно напрежение могат да подобрят ефективността на компресора и да намалят консумацията на енергия.
- Конвейери и кранове:VFD със средно напрежение се използват за управление на скоростта на конвейери и кранове в производствени предприятия, складове и пристанища. Чрез промяна на скоростта на конвейера или крана, за да съответства на изискванията за натоварване, VFD със средно напрежение могат да подобрят производителността на системата и да намалят консумацията на енергия.
- Мелници и трошачки:VFD със средно напрежение се използват за управление на скоростта на мелници и трошачки в минната, циментовата и инертната промишленост. Чрез промяна на скоростта на мелницата или трошачката, за да отговарят на изискванията за натоварване, VFD със средно напрежение могат да подобрят ефективността на процеса и да намалят консумацията на енергия.
Заключение
VFD със средно напрежение са мощно и универсално решение за управление на двигателя, което предлага прецизен контрол върху скоростта на двигателя, енергийна ефективност и намалено износване на оборудването. Като доставчик на VFD за средно напрежение, ние се ангажираме да предоставяме на нашите клиенти висококачествени продукти и отлично обслужване на клиентите. Ако се интересувате да научите повече за нашите VFD за средно напрежение или имате въпроси относно това как те могат да се използват във вашето приложение, молясвържете се с насза да започнете разговор за вашите специфични нужди. Очакваме с нетърпение да работим с вас, за да намерим най-доброто решение за вашите изисквания за управление на двигателя.
Референции
- Boldea, I., & Nasar, SA (1999). Електрически задвижвания: интегриран подход. CRC Press.
- Krause, PC, Wasynczuk, O., & Sudhoff, SD (2002). Анализ на електрически машини и задвижващи системи. Wiley-Interscience.
- Mohan, N., Undeland, TM, & Robbins, WP (2003). Силова електроника: преобразуватели, приложения и дизайн. Wiley-Interscience.