การเพิ่มประสิทธิภาพสูงสุด: คู่มือปฏิบัติสำหรับไดรฟ์ความถี่ตัวแปรแรงดันต่ำ (VFD)

หลักการหลัก: VFD แรงดันต่ำควบคุมความเร็วและกำลังของมอเตอร์อย่างไร

ก ไดรฟ์ความถี่ตัวแปรแรงดันต่ำ (VFD) ซึ่งมักเรียกกันว่าระบบปรับความเร็วรอบได้ (ASD) เป็นองค์ประกอบสำคัญในการควบคุมความเร็วในการหมุนของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) โดยการจัดการพลังงานไฟฟ้าที่จ่ายให้ โดยทั่วไปการกำหนด "แรงดันไฟฟ้าต่ำ" จะใช้กับ VFD ที่ทำงานบนแรงดันไฟฟ้าอุตสาหกรรมมาตรฐานสูงถึง 690V การทำงานพื้นฐานขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงความถี่และแรงดันไฟฟ้าไปพร้อมๆ กัน โดยรักษาอัตราส่วนแรงดันไฟฟ้าต่อความถี่ (V/f) ให้คงที่ เพื่อให้แน่ใจว่าฟลักซ์แม่เหล็กของมอเตอร์คงที่และสามารถส่งแรงบิดที่ต้องการได้

VFD จะแปลงไฟ AC ขาเข้าให้เป็นไฟฟ้ากระแสตรง (DC) ภายในโดยใช้ส่วนวงจรเรียงกระแส ซึ่งโดยทั่วไปคือไดโอดบริดจ์ จากนั้นไฟ DC นี้จะถูกกรองโดยธนาคารตัวเก็บประจุลิงค์ DC ซึ่งจะทำให้ไฟไหลออกมาอย่างราบรื่น สุดท้าย ส่วนอินเวอร์เตอร์ ซึ่งโดยปกติจะประกอบด้วยทรานซิสเตอร์ไบโพลาร์เกทแบบหุ้มฉนวน (IGBT) จะแปลง DC กลับเป็นความถี่ตัวแปรที่แม่นยำและรูปคลื่น AC แรงดันไฟฟ้าแปรผันโดยใช้เทคนิคที่เรียกว่า Pulse width Modulation (PWM)

ประโยชน์เชิงปฏิบัติและการประหยัดต้นทุนทันทีของการนำ VFD ไปใช้

ประโยชน์ในทางปฏิบัติของการรวม VFD เข้ากับระบบอุตสาหกรรมและการพาณิชย์นั้นนอกเหนือไปจากการควบคุมความเร็วแบบธรรมดา ซึ่งส่งผลกระทบโดยตรงต่อต้นทุนการดำเนินงาน อายุการใช้งานของอุปกรณ์ และคุณภาพของกระบวนการ ข้อดีเหล่านี้ให้ผลตอบแทนจากการลงทุนอย่างรวดเร็ว โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการใช้งานด้านการจัดการของเหลว

การลดพลังงานอย่างมีนัยสำคัญผ่านกฎความสัมพันธ์

สำหรับโหลดแบบแรงเหวี่ยง เช่น ปั๊มและพัดลม การสิ้นเปลืองพลังงานของมอเตอร์จะเป็นไปตามความเร็วยกกำลังสาม (กฎความสัมพันธ์) ซึ่งหมายความว่าการลดความเร็วลงเล็กน้อยส่งผลให้กำลังดึงลดลงอย่างมาก ตัวอย่างเช่น การลดความเร็วเพียง 20% (การทำงานที่ความเร็ว 80%) จะช่วยลดการใช้พลังงานได้เกือบ 50% ($0.8^3 = 0.512$) ความสัมพันธ์ตามสัดส่วนนี้เป็นตัวขับเคลื่อนหลักในการประหยัดพลังงานได้มหาศาลในระบบ HVAC และโรงบำบัดน้ำ

การควบคุมกระบวนการและการปกป้องอุปกรณ์ที่ได้รับการปรับปรุง

VFD ให้ความสามารถในการ 'สตาร์ทแบบนุ่มนวล' โดยการค่อยๆ เพิ่มความเร็วมอเตอร์จากความเร็วศูนย์เป็นความเร็วในการทำงาน ซึ่งช่วยลดกระแสกระชากขนาดใหญ่และการกระแทกทางกลที่เกี่ยวข้องกับการสตาร์ทแบบ 'ข้ามสาย' ซึ่งมอเตอร์จะได้รับแรงดันไฟฟ้าเต็มทันที ด้วยการบรรเทาความเครียดทางไฟฟ้าและการสึกหรอทางกลของส่วนประกอบต่างๆ เช่น เกียร์ สายพาน และข้อต่อ ระบบ VFD จึงขยายระยะเวลาการบำรุงรักษาและอายุการใช้งานโดยรวมของอุปกรณ์ขับเคลื่อน นอกจากนี้ การควบคุมความเร็วที่แม่นยำยังช่วยให้ควบคุมการไหล ความดัน หรืออุณหภูมิได้อย่างแม่นยำ ปรับปรุงคุณภาพผลิตภัณฑ์ในกระบวนการผลิต

โปรไฟล์แอปพลิเคชัน VFD แรงดันต่ำทั่วไป

VFD แรงดันต่ำมีความหลากหลายและนำไปใช้งานในเกือบทุกภาคอุตสาหกรรม โดยทั่วไปการใช้งานจะแบ่งตามประเภทของโหลด: แรงบิดที่แปรผัน แรงบิดคงที่ หรือกำลังคงที่

ตารางด้านล่างสรุปการใช้งานทั่วไปและคุณลักษณะ:

ข้อควรพิจารณาในทางปฏิบัติสำหรับการเลือกและการติดตั้ง VFD

การเลือกและการติดตั้งที่เหมาะสมถือเป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้ได้รับประโยชน์สูงสุดจาก VFD ข้อควรพิจารณาที่สำคัญ ได้แก่ สภาพแวดล้อม ความเข้ากันได้ของมอเตอร์ และการบรรเทาปัญหาคุณภาพไฟฟ้าที่อาจเกิดขึ้น

ขนาด สิ่งห่อหุ้ม และปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม

VFD จะต้องมีขนาดที่ถูกต้องตามพิกัดกระแสโหลดเต็ม (FLA) ของมอเตอร์ และมักจะมีขนาดใหญ่เกินไปเล็กน้อยสำหรับการใช้งานที่มีรอบการทำงานที่ต้องการหรือความต้องการแรงบิดเริ่มต้นสูง ประเภทตู้ต้องเหมาะสมกับสภาพแวดล้อม ตั้งแต่ NEMA 1 (วัตถุประสงค์ทั่วไป ในอาคาร) ไปจนถึง NEMA 4X (ทนต่อการกัดกร่อน กลางแจ้ง/ชะล้าง) VFD สร้างความร้อน ดังนั้นการระบายความร้อนและการควบคุมอุณหภูมิโดยรอบจึงเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการทำงานที่เชื่อถือได้

การบรรเทาปัญหาคุณภาพไฟฟ้าและฮาร์มอนิก

ส่วนวงจรเรียงกระแสของ VFD จะดึงกระแสเป็นพัลส์แอมพลิจูดสูงขนาดสั้น ซึ่งสามารถทำให้เกิดการบิดเบือนฮาร์มอนิกกลับเข้าไปในสายจ่ายไฟฟ้า สิ่งนี้อาจส่งผลเสียต่ออุปกรณ์ที่มีความละเอียดอ่อนอื่นๆ กลยุทธ์การลดผลกระทบเชิงปฏิบัติ ได้แก่ :

• กdding AC Line Reactors on the input side to smooth the incoming current and reduce harmonic content.
• การติดตั้ง DC Link Chokes ระหว่างวงจรเรียงกระแสและธนาคารตัวเก็บประจุเพื่อลดฮาร์โมนิคและปรับปรุงความเสถียรของบัส DC
• การใช้ VFD ของ Active Front End (AFE) หรือวงจรเรียงกระแส 18 พัลส์สำหรับการใช้งานที่มีความบิดเบือนฮาร์มอนิกรวม (THD) ต่ำมากเป็นสิ่งสำคัญ แม้ว่าตัวเลือกเหล่านี้จะเพิ่มต้นทุนเริ่มต้นก็ตาม

กdditionally, the high-speed switching of the IGBTs can generate voltage spikes, which may damage the motor windings over time. For longer motor lead lengths (typically over 50 feet), the installation of load reactors or output filters is highly recommended to protect the motor insulation.