تامینکنندگان تجهیزات پشتیبانی مبدل فرکانس به شما یادآوری میکنند که مبدلهای فرکانس امروزه به طور گسترده در تولید صنعتی مورد استفاده قرار گرفتهاند. تجهیزاتی که توسط مبدلهای فرکانس کنترل میشوند، میتوانند تا حد معینی به طور قابل توجهی در مصرف انرژی صرفهجویی کنند و در نتیجه مورد توجه بسیاری از تولیدکنندگان صنعتی قرار گیرند.
برای دستیابی به ویژگیهایی مانند پارک نرم، شروع نرم، تنظیم سرعت بدون پله یا الزامات خاص برای افزایش یا کاهش سرعت، در موتورهای آسنکرون مدرن به یک دستگاه تنظیم سرعت به نام مبدل فرکانس نیاز است. مدار اصلی دستگاه از مدارهای AC-DC-AC با فرکانس کاری 0-400 هرتز استفاده میکند. ولتاژ خروجی مبدل فرکانس جهانی ولتاژ پایین 380-460 ولت و توان خروجی 0.37-400 کیلووات است.
یک مبدل فرکانس معقول انتخاب کنید
مشکلاتی که در طول استفاده از مبدلهای فرکانسی ایجاد میشوند، مانند عملکرد غیرطبیعی، خرابی تجهیزات و غیره که منجر به توقف تولید و ضررهای اقتصادی غیرضروری میشوند، اغلب ناشی از انتخاب و نصب نادرست مبدلهای فرکانسی هستند. بنابراین، لازم است یک مبدل فرکانسی اقتصادی و کاربردی انتخاب شود که بتواند شرایط و الزامات اساسی تولید و فرآیند را بهتر برآورده کند.
به عنوان محرک اصلی مبدل فرکانس، هنگام انتخاب نوع مبدل فرکانس، موتور باید طوری انتخاب شود که با پارامترهای کاری موتور مطابقت داشته باشد.
(1) تطبیق ولتاژ: ولتاژ نامی مبدل فرکانس با ولتاژ بار موتور مطابقت دارد.
(2) تطبیق جریان: ظرفیت مبدل فرکانس به جریان نامی خروجی مداوم توسط مبدل فرکانس بستگی دارد. هنگام انتخاب مبدل فرکانس برای موتورهایی که نیاز به تنظیم سرعت دارند، لازم است مبدل فرکانسی با جریان نامی مداوم بیشتر از جریان نامی موتور هنگام کار در پارامترهای نامی و با حاشیه کمی انتخاب شود. برای مبدلهای فرکانس عمومی با بیش از 4 قطب، انتخاب نمیتواند بر اساس ظرفیت موتور باشد، بلکه بر اساس استاندارد تأیید جریان موتور انجام میشود. حتی اگر بار روی موتور نسبتاً سبک باشد و جریان کمتر از جریان نامی مبدل فرکانس باشد، مبدل فرکانس انتخاب شده نمیتواند از نظر ظرفیت در مقایسه با موتور خیلی کوچک باشد.
(3) تطبیق ظرفیت: بسته به ویژگیهای بار مختلف موتور، الزامات مختلفی برای انتخاب ظرفیت مبدل فرکانس وجود دارد.
روش کنترل مبدل فرکانس
روشهای اصلی کنترل مبدلهای فرکانس در حال حاضر شامل موارد زیر است.
(1) نسل اول از کنترل U/f=C استفاده میکرد که به عنوان روش کنترل مدولاسیون پهنای پالس سینوسی (SPWM) نیز شناخته میشود. ویژگیهای آن شامل ساختار مدار کنترل ساده، هزینه کم، خواص مکانیکی و سختی خوب است که میتواند الزامات تنظیم سرعت روان در انتقال عمومی را برآورده کند. با این حال، این روش کنترل به دلیل ولتاژ خروجی پایینتر، حداکثر گشتاور خروجی را در فرکانسهای پایین کاهش میدهد و در نتیجه پایداری در سرعتهای پایین کاهش مییابد. ویژگی آن این است که بدون دستگاه بازخورد، نسبت سرعت ni کمتر از 1/40 و با بازخورد، ni=1/60 است. مناسب برای فنها و پمپهای عمومی.
(2) نسل دوم، کنترل بردار فضای ولتاژ (روش مسیر شار مغناطیسی) را اتخاذ میکند که به عنوان روش کنترل SVPWM نیز شناخته میشود. این روش بر اساس اثر کلی تولید شکل موجهای سه فاز است که شکل موجهای مدولاسیون سه فاز را به طور همزمان تولید کرده و آنها را با برش چندضلعیها به دایرههای تقریبی کنترل میکند. برای از بین بردن تأثیر مقاومت استاتور در سرعتهای پایین، ولتاژ و جریان خروجی به صورت حلقه بسته هستند تا دقت و پایداری دینامیکی بهبود یابد. ویژگیهای آن: بدون دستگاه بازخورد، نسبت سرعت ni=1/100، مناسب برای تنظیم سرعت در صنعت عمومی.
(3) نسل سوم از روش کنترل برداری (VC) استفاده میکند. روش تنظیم سرعت فرکانس متغیر کنترل برداری اساساً یک موتور AC را با یک موتور DC برابر میکند و اجزای سرعت و میدان مغناطیسی را به طور مستقل کنترل میکند. با کنترل شار مغناطیسی روتور و تجزیه جریان استاتور برای به دست آوردن دو مؤلفه، گشتاور و میدان مغناطیسی، میتوان از طریق تبدیل مختصات، کنترل متعامد یا جدا شده را به دست آورد. ویژگیهای آن: نسبت سرعت ni=1/100 بدون بازخورد، ni=1/1000 با بازخورد و گشتاور راهاندازی 150٪ در سرعت صفر. میتوان مشاهده کرد که این روش برای همه کنترلهای سرعت قابل اجرا است و هنگامی که به بازخورد مجهز باشد، برای کنترل انتقال با دقت بالا مناسب است.
(4) روش کنترل گشتاور مستقیم (DTC). کنترل گشتاور مستقیم (DTC) یکی دیگر از حالتهای کنترل سرعت فرکانس متغیر با عملکرد بالا است که با کنترل برداری (VC) متفاوت است. دادههای شار مغناطیسی و گشتاور را با استفاده از مدلهای شبیهسازی شار مغناطیسی و مدلهای گشتاور الکترومغناطیسی به دست آورید، آنها را با مقادیر داده شده مقایسه کنید تا سیگنالهای حالت مقایسه هیسترزیس تولید کنید و سپس حالت سوئیچ را از طریق کنترل منطقی تغییر دهید تا به کنترل شار مغناطیسی ثابت و کنترل گشتاور الکترومغناطیسی دست یابید. این روش نیازی به تقلید از کنترل موتور DC ندارد و این فناوری با موفقیت در درایو AC لوکوموتیوهای الکتریکی کششی اعمال شده است. ویژگیهای آن: بدون دستگاه بازخورد، نسبت سرعت ni=1/100، با بازخورد ni=1/1000، و گشتاور شروع میتواند در سرعت صفر به 150٪ تا 200٪ برسد. مناسب برای شروع بارهای سنگین و بارهای بزرگ با نوسانات گشتاور ثابت.
الزامات محیط نصب
(1) دمای محیط: دمای محیط مبدل فرکانس به دمای نزدیک سطح مقطع مبدل فرکانس اشاره دارد. با توجه به اینکه مبدلهای فرکانس عمدتاً از دستگاههای الکترونیکی پرقدرت تشکیل شدهاند که به دما بسیار حساس هستند، طول عمر و قابلیت اطمینان مبدلهای فرکانس تا حد زیادی به دما بستگی دارد که عموماً از -10 ℃ تا +40 ℃ متغیر است. علاوه بر این، لازم است اتلاف حرارت خود مبدل فرکانس و شرایط شدید که ممکن است در محیط اطراف رخ دهد را در نظر گرفت و عموماً یک حاشیه مشخص برای دما لازم است.
(2) رطوبت محیط: مبدل فرکانس به رطوبت نسبی حداکثر 90٪ در محیط اطراف خود نیاز دارد (بدون تراکم روی سطح).
(3) لرزش و شوک: در حین نصب و بهرهبرداری از مبدل فرکانس، باید به جلوگیری از لرزش و شوک توجه شود. برای جلوگیری از اتصال لحیمکاری شده و قطعات شل اجزای داخلی مبدل فرکانس، که ممکن است باعث تماس الکتریکی ضعیف یا حتی خطاهای جدی مانند اتصال کوتاه شود، باید از این امر جلوگیری شود. بنابراین، معمولاً لازم است که شتاب لرزش محل نصب به کمتر از 0.6g محدود شود و اقدامات مقاوم در برابر لرزه مانند لاستیک جاذب شوک را میتوان در مکانهای خاص اضافه کرد.
(4) محل نصب: حداکثر جریان و ولتاژ خروجی مجاز مبدل فرکانس تحت تأثیر ظرفیت دفع حرارت آن قرار دارد. وقتی ارتفاع از 1000 متر بیشتر شود، ظرفیت دفع حرارت مبدل فرکانس کاهش مییابد، بنابراین معمولاً لازم است مبدل فرکانس در ارتفاع کمتر از 1000 متر نصب شود.
(5) الزامات عمومی برای محل نصب مبدل فرکانس عبارتند از: عدم خوردگی، عدم وجود گازها یا مایعات قابل اشتعال یا انفجار؛ عاری از گرد و غبار، الیاف شناور و ذرات فلزی؛ دور از نور مستقیم خورشید؛ عدم تداخل الکترومغناطیسی.
تحقیق در مورد تنظیم سرعت فرکانس متغیر در حال حاضر فعالترین و عملاً ارزشمندترین کار در تحقیقات انتقال برق است. پتانسیل صنعت مبدل فرکانس بسیار زیاد است، زیرا به طور گسترده در صنایعی مانند تهویه مطبوع، آسانسور، متالورژی و ماشینآلات استفاده میشود. موتورهای تنظیم سرعت فرکانس متغیر و مبدلهای فرکانس مربوطه آنها به سرعت توسعه خواهند یافت.