VFD là gì

VFD là gì?Trong bài này, chúng ta sẽ tìm hiểu về VFD và các ứng dụng của nó. Chúng tôi cũng sẽ trình bày chi tiết về bộ chuyển đổi và liên kết DC. Cuối cùng, chúng tôi sẽ đề cập đến mô-đun IGBT. Và cách PWM cho phép đầu ra AC tới động cơ để điều khiển tốc độ động cơ chính xác.

Tốc độ quay động cơ AC

Động cơ điện cảm ứng hoặc động cơ điện xoay chiều; quay với tốc độ được đặt bởi số cực bên trong chính động cơ và nguồn điện được cung cấp.

Tốc độ quay của động cơ ac

Tần số (đo bằng Hertz) liên quan trực tiếp đến Số vòng quay trên phút (RPM) của động cơ. Tần số càng cao, RPM càng nhanh hoặc tốc độ quay của động cơ càng cao.

Tại Hoa Kỳ, các tiện ích điện cung cấp năng lượng xoay chiều với tần số 60Hz. Động cơ xoay chiều hai cực tiêu chuẩn hoạt động ở tần số này cung cấp vòng quay danh định là 3600 RPM.

Tốc độ quay của động cơ ac 1

Giảm tốc độ

Nếu một ứng dụng không yêu cầu động cơ điện chạy ở tốc độ tối đa 3600 vòng / phút. Điều này rất phổ biến, một số giải pháp tồn tại:

1: Sử dụng bộ giảm tốc cơ học

Nó làm giảm tốc độ đầu ra một cách cơ học. Bằng cách tăng mô-men xoắn – bánh răng đầu ra có nhiều răng hơn bánh răng đầu vào.

Bộ giảm tốc cơ học

Chúng yêu cầu bôi trơn, không có tính linh hoạt, nhạy cảm với độ rung và tiếng ồn; và không thích hợp khi trục ở xa.

2: Thêm nhiều bộ cực hơn

Nó làm giảm tốc độ mà không làm thay đổi nó bằng điện. Hiện nay, có hệ thống bóng bán dẫn cho phép bật và tắt các cực bên trong động cơ. Tuy nhiên, những hệ thống đó có thể phức tạp và không cung cấp khả năng kiểm soát tốt.

Bộ giảm tốc cơ học 1

3: Sử dụng biến tần (VFD)

Nó có thể được cấu hình và tinh chỉnh để tạo ra một đoạn đường nối, tần số và điện áp. Để động cơ hoạt động theo yêu cầu tải (tốc độ và điện áp mong muốn).

Biến tần VFD là gì

Một tính năng quan trọng của bộ truyền động tần số thay đổi. Chính là khi yêu cầu tốc độ động cơ trong một ứng dụng nhất định thay đổi. Bộ truyền động có thể chỉ cần tăng hoặc giảm tốc độ của động cơ để đáp ứng các yêu cầu vận hành mới. Điều này sẽ không thể thực hiện được nếu chỉ sử dụng cơ bộ giảm tốc độ; hoặc hệ thống bóng bán dẫn để thêm nhiều cực hơn.

Ứng dụng VFD

Việc sử dụng VFDs phổ biến trong nhiều ứng dụng công nghiệp và thương mại.

– Trong các ứng dụng công nghiệp, VFD được sử dụng để điều khiển từ máy đùn, và cần trục điện. Đến tàu lượn, và tàu cơ khí, với rất nhiều thứ ở giữa!

Ứng dụng biến tần VFD

 Trong các ứng dụng thương mại, VFDs được sử dụng rộng rãi trong các máy bơm để kiểm soát lưu lượng và thậm chí thể tích trong bể chứa. Cũng như trong ngành công nghiệp HVAC, được coi là công nghệ xanh.

Ứng dụng biến tần VFD trong hệ thống HVAC

Cuối cùng, một VFD thay đổi tần số được cung cấp cho động cơ AC để điều khiển tốc độ của nó. Cho phép khởi động trơn tru và điều chỉnh tốc độ động cơ theo yêu cầu của ứng dụng.

Bây giờ chúng ta đã biết tại sao và nơi sử dụng bộ biến tần. Chúng ta hãy đi sâu vào phần Cách thức hoạt động của bộ biến tần hoạt động?

Mạch điện VFD

Hãy xem sơ đồ VFD này:

Mạch điện VFD

Điều đầu tiên chúng tôi tìm thấy (T3 ) là một biến dòng. Có chức năng đo dòng điện đi vào VFD của chúng tôi để các bộ điều khiển VFD. Có thể so sánh dòng điện đi vào và dòng điện ra khỏi VFD. Được đo bằng hai máy biến dòng được chỉ ra bởi T1 và T2.

Nếu dòng điện đo được khác, VFD sẽ ngắt do lỗi mà chúng ta gọi là lỗi nối đất.

Bộ chỉnh lưu hoặc bộ chuyển đổi sáu xung

Sau đây, chúng ta có bộ chuyển đổi hay còn gọi là bộ chỉnh lưu. Nếu chúng ta mở rộng và nhìn vào sơ đồ chỉnh lưu, đây là những gì nó sẽ giống như sau:

Biến tần VFD là gì 2

Đây được gọi là bộ chỉnh lưu hoặc bộ chuyển đổi sáu xung. Và đó là nơi dòng điện xoay chiều ba pha được chuyển đổi thành dòng điện một chiều bằng cách sử dụng điốt .

Sử dụng một hệ thống thủy lực tương tự, (sáu) điốt đó có thể được coi là van một chiều. Hình thức mà các điốt được kết nối với nhau là rất chiến lược.

Bộ chỉnh lưu 6 xung

Van một chiều chỉ cho phép dòng chảy theo một hướng. Chẳng hạn như điốt của chúng tôi với dòng hiện tại (hướng được thể hiện bằng mũi tên trên biểu tượng điốt).

Dòng điện đi qua điốt theo hướng mũi tên trên hình vẽ điốt. Tức là dòng điện đi từ cực dương sang cực âm, như trong hình sau:

Cực âm cực dương

Chỉ có dòng điện nếu hiệu điện thế ở cực dương lớn hơn ở cực âm.

Do đó, khi chúng ta kết nối dòng điện xoay chiều ba pha với bộ biến đổi:

– Khi pha A lớn hơn điện áp pha B hoặc C, diode này mở ra, cho phép dòng điện chạy qua.

– Khi pha B lớn hơn pha A, thì đó là pha B diode mở trong khi pha A đóng lại.

Chỉnh lưu diot

Điều này cũng đúng đối với C, cũng như đối với ba điốt ở cực âm của bus.

Chỉnh lưu diot

Điều đó dẫn đến sáu xung  dòng điện khi mỗi diode mở và đóng. Dạng sóng kết quả sẽ giống như sau:

Chỉnh lưu diot 2

DC bus hoặc DC bộ lọc và bộ đệm

Tiếp theo, chúng ta có bộ lọc và bộ đệm DC. Còn được gọi là bus DC. Bus DC được biểu thị bằng một tụ điện và điện trở duy nhất trên sơ đồ. Nhưng trên thực tế, có nhiều tụ điện và điện trở khác nhau mắc nối tiếp và song song.

DC bus là gì

Vì các tụ điện không được tích điện nên trở kháng của chúng rất thấp. Nếu chúng ta sạc chúng, sự khởi động ban đầu có thể làm hỏng thiết bị nguồn đầu vào hoặc bộ chỉnh lưu / chuyển đổi. Trong trường hợp cầu chì đầu vào không làm gián đoạn mạch.

Dc bus là gì 1

Vì vậy, thay vào đó, chúng tôi có một mạch sạc trước. Sạc trước là một mạch giới hạn dòng điện làm chậm tốc độ sạc của tụ điện trong quá trình khởi động.

Mạch sạc trước được hiển thị ở đây bao gồm:

– một số liên lạc,

– một điện trở,

– một máy điều nhiệt.

Dc bus là gì

Khi chúng ta cung cấp năng lượng cho VFD của mình và khối tụ điện vẫn chưa được sạc. Các tụ điện bắt đầu sạc bằng điện trở – một khi bộ điều khiển VFD xác định rằng liên kết DC đã được sạc đầy. Nó sẽ đóng tiếp điểm trở thành đường dẫn có ít điện trở nhất cho dòng điện.

DC bus

Trong trường hợp công tắc tơ không đóng, và VFD vẫn khởi động động cơ. Dòng điện chạy qua điện trở sẽ tăng lên, điều này sẽ làm nóng điện trở sạc trước. Sau đó, bộ điều nhiệt sẽ hoạt động và nó sẽ giải trừ VFD do quá nóng.

DC bus hoạt động

Bây giờ chúng ta hãy quay trở lại bus DC – chức năng của điện trở là phân chia điện áp. Và nó sẽ đảm bảo rằng tất cả các tụ điện đều có cùng một điện áp.

DC bus là gì 3

IGBT

Cuối cùng, chúng ta có IGBT , là bước cuối cùng của đầu ra biến tần: bộ chuyển đổi DC sang AC và đầu ra PWM của chúng ta.

GIBT là gì

Chúng ta biết rằng bước cuối cùng này sau đó sẽ chuyển đổi dòng điện một chiều thành dòng điện xoay chiều dưới dạng đầu ra Điều chế độ rộng xung. Nhưng điều đó có nghĩa gì? Và điều đó xảy ra như thế nào?

Không thể nói về VFDs và bóng bán dẫn lưỡng cực cổng cách điện. Còn được gọi là IGBT mà không hiểu điều chế độ rộng xung (PWM) là gì.

Một tín hiệu đầu vào tương tự có thể được điều chế; bằng cách tạo ra các xung có độ rộng thay đổi để biểu diễn biên độ của nó. Trong một bản tóm tắt rất ngắn gọn, PWM là một cách để điều khiển tín hiệu tương tự với một đầu ra kỹ thuật số.

GIBT trong VFD

Để hiểu chức năng của IGBT trong VFD, điều quan trọng là phải hiểu cách IGBT hoạt động đơn lẻ.

IGBT hoạt động như thế nào?

Ở cấp độ đơn giản nhất, bóng bán dẫn lưỡng cực cổng cách điện (IGBT) là một công tắc. Nó được sử dụng để cho phép dòng điện chạy khi nó được bật và dừng lại khi nó được tắt.

GIBT hoat động như thế nào

Tuy nhiên, điều quan trọng cần lưu ý là chúng có khả năng bật và tắt hàng nghìn lần mỗi giây!

IGBT là một thiết bị ở trạng thái rắn, có nghĩa là nó không có bộ phận chuyển động.

Thay vì mở và đóng một kết nối vật lý, nó được vận hành bằng cách đặt một điện áp lên một thành phần bán dẫn. Được gọi là cổng, thay đổi đặc tính của nó để tạo ra hoặc chặn một đường dẫn điện.

Chúng ta hãy xem xét kỹ một IGBT điển hình: Các đầu cuối (chân) đại diện cho Cổng, Bộ thu và Bộ phát.

GIBT là gì

Dòng điện chạy dọc theo đường dẫn được tạo bởi Bộ thu và Bộ phát; trong khi Cổng điều khiển thiết bị.

Đây là một bản vẽ biểu diễn điện của nó.

IGBT working

IGBT hoạt động tương tự như một công tắc. Như chính từ này gợi ý:

– Khi điện áp dương được đặt vào, Cổng sẽ đóng (bật). Cho phép dòng điện chạy qua giữa bộ thu và bộ phát;

– Nếu không đủ điện áp được đặt vào, Cổng vẫn đóng (tắt). Không cho phép bất kỳ dòng điện nào chạy giữa bộ thu và bộ phát.

Để ngăn thiết bị đóng, điện áp này được giữ âm ở trạng thái tắt này

Tín hiệu PWM

Bây giờ chúng ta đã hiểu về cách hoạt động của IGBT. Hãy quay lại ứng dụng của IGBT trong VFD và hãy biểu diễn IGBT của chúng ta dưới dạng công tắc tiếp xúc để hiểu đơn giản hơn.

VFD - IGBT

Các IGBT trên cùng, mà trong phần biểu diễn của chúng ta là các công tắc nằm trong bus DC dương. Và các công tắc thấp hơn nằm trong bus DC âm. Vì vậy khi một trong các công tắc trên cùng đóng, pha và điện áp của động cơ đó sau đó trở thành dương.

Mặt khác, khi một trong các công tắc phía dưới đóng. Pha và điện áp của động cơ đó sau đó trở nên âm.

IGBTS

Do đó, bằng cách kiểm soát tốc độ và trình tự mà các công tắc đó mở và đóng. Chúng ta có thể kiểm soát các pha và tần số của tín hiệu: 0, âm hoặc dương.

IGBTS working

Điều quan trọng cần lưu ý là tín hiệu đầu ra VFDs là tín hiệu PWM, hóa ra là dạng sóng hình chữ nhật.

Sóng này rất quan trọng trong hoạt động của VFD. Vì chính điện áp và tần số thay đổi này sẽ cho phép VFD điều khiển tốc độ của động cơ.

IGBT là gì

Chương trình bộ xử lý điều khiển VFD

Bộ xử lý điều khiển của VFD chứa một chương trình thường người dùng không thể truy cập được. Tuy nhiên, có nhiều thông số và cài đặt có thể được điều chỉnh và điều chỉnh để VFD hoạt động tối ưu cho từng ứng dụng. Nơi nó được sử dụng để đáp ứng các thông số kỹ thuật của động cơ và thiết bị dẫn động cụ thể và nhu cầu.

Sau đây là các thông số và cài đặt có thể điều chỉnh phổ biến trong VFD:

– Có thể điều chỉnh: Tỷ lệ, Tích phân, Đạo hàm (PID).

– Tốc độ tối thiểu và tối đa.

– Giới hạn hiện tại, trong số nhiều giới hạn khác!

Số lượng các tham số thay đổi tùy theo mức độ phức tạp của VFD. Chúng có thể dao động từ 50 đến hơn 200 tham số!

Các giai đoạn của bộ diều khiển VFD

Có nhiều giai đoạn bên trong bộ điều khiển VFD:

Giai đoạn đầu vào biến tần là khi dòng điện xoay chiều được cấp vào biến tần.

– Đối với bộ phận Nội vụ, máy biến dòng đo lường và so sánh dòng điện vào và ra VFD, kiểm tra lỗi nối đất. Ngoài ra, thiệt hại do khởi động ban đầu được ngăn ngừa bằng cách sử dụng mạch sạc trước.

– Trong giai đoạn Đầu ra Truyền động và Truyền động. Dòng điện xoay chiều sau đó được biến đổi thành dòng điện một chiều bằng bộ chỉnh lưu hoặc bộ chuyển đổi sáu xung .

– Dòng điện một chiều này được đệm và lọc trong bus DC. Nơi có chức năng điện trở của nó là phân chia điện áp và đảm bảo rằng tất cả các tụ điện có cùng điện áp.

– Dòng điện một chiều đã được lọc này có thể được chuyển đổi một lần nữa thành dòng điện xoay chiều. Bởi các IGBT hoạt động tương tự như công tắc cho phép điều khiển các pha và tần số của tín hiệu. Dưới dạng đầu ra được điều chế độ rộng xung.

– Cuối cùng, giai đoạn Động cơ và truyền động là khi đầu ra điều chế độ rộng xung này. Sau đó cho phép điều khiển tốc độ của động cơ và do đó, đầu ra cơ học của nó.

Bản tóm tắt

Bộ truyền động tần số thay đổi cho phép điều khiển tốc độ động cơ chính xác. Bằng cách thay đổi tần số và điện áp của nguồn điện.

Bộ điều khiển tần số thay đổi là thiết bị điều khiển động cơ. Được sử dụng trong các ứng dụng số, từ các thiết bị nhỏ đến máy nén lớn và nhiều hơn thế nữa!

Chức năng chính của VFD là truyền động và điều khiển tốc độ và mô-men xoắn của động cơ. Để đáp ứng các yêu cầu ứng dụng bằng cách thay đổi điện áp và tần số nguồn cung cấp.

VFD đã phát triển rất nhiều. Chúng đã phát triển thành các thiết bị điện tần số cao rất tinh vi dưới dạng bộ điều khiển vi xử lý.

Việc sử dụng VFD cho phép các quy trình hoạt động có thể đoán trước, mượt mà hơn, bền bỉ và hiệu quả cao!

Bài viết tham khảo : Cảm biến namur là gì

 

 

 

 

 

 

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *