- Circuito VFD e suo funzionamento
- Sezione raddrizzatore del circuito VFD
- Sezione filtro del circuito VFD
- Sezione di commutazione o inverter del circuito VFD
- Diversi tipi di VFD
- VFD di tipo VSI
- VFD di tipo CSI
- VFD di tipo PWM
- Come selezionare VFD per la mia applicazione?
- Vantaggi di VFD
- Svantaggi di VFD
Ci sono molte fabbriche e impianti nel mondo che utilizzano un diverso tipo di motori ad alta potenza. A causa dell'elevato consumo energetico, le fabbriche e gli impianti finiscono per pagare una quantità elevata di bollette energetiche. Per superare l'elevato consumo energetico e aumentare l'efficienza, il VFD è stato introdotto quattro decenni fa ma il circuito non era abbastanza forte.
VFD è l'abbreviazione di convertitore di frequenza o convertitore di frequenza regolabile. La frequenza determina l'RPM del motore e controllando la frequenza AC è possibile controllare l'RPM del motore. Diversi tipi di VFD sono disponibili nel mercato dell'elettronica e dell'elettricità, dalle applicazioni relative ai piccoli motori ai motori a induzione ad alta potenza. Oltre ai VFD trifase, sono disponibili anche VFD monofase.
Circuito VFD e suo funzionamento
Un circuito VFD è costituito da tre parti.
1. La sezione del raddrizzatore
2. La sezione del filtro
3. La sezione di commutazione o inverter.
Nell'immagine sottostante le tre sezioni sono mostrate all'interno di uno schema a blocchi. Questo è uno schema a blocchi del circuito di base di un VFD trifase.
Sezione raddrizzatore del circuito VFD
la sezione raddrizzatore utilizza 6 diodi. I diodi D1, D2 e D3 sono collegati con la barra positiva e i diodi D4, D5 e D6 sono collegati con la barra negativa. Quei 6 diodi agiscono come un ponte a diodi che converte il segnale CA trifase in una singola guida CC. Le tre fasi R, B e Y sono collegate attraverso il diodo. A seconda della polarità dell'onda sinusoidale, i diodi vengono polarizzati in avanti o polarizzati inversamente fornendo così un impulso positivo o un impulso negativo nel rail positivo e negativo.
Per saperne di più su come funziona il raddrizzatore, segui il link.
Sezione filtro del circuito VFD
Come sappiamo, i diodi raddrizzatori standard convertono solo il segnale CA in CC, ma il segnale CC in uscita non è abbastanza regolare perché ad esso sono associate anche ondulazioni CA dipendenti dalla frequenza. Per correggere l'ondulazione CA e ottenere un'uscita CC uniforme, è necessario disporre di una sorta di filtri di reiezione dell'ondulazione. Il componente standard per il filtro consiste nell'utilizzare diversi tipi di grandi condensatori e induttori. Nella sezione del filtro, principalmente il condensatore filtra l'ondulazione CA e fornisce un'uscita CC regolare.
In alcuni casi, vengono utilizzati anche altri tipi di filtri per ridurre i rumori e le armoniche CA in ingresso.
Sezione di commutazione o inverter del circuito VFD
La sezione di commutazione o inverter inverte la CC in CA. In questa sezione vengono utilizzati diversi tipi di interruttori elettronici, che vanno dai transistor ad alta potenza, IGBT o MOSFET. Gli interruttori vengono rapidamente attivati o disattivati e il carico riceve una tensione pulsante molto simile a quella CA. La frequenza di uscita è proporzionale alla velocità di commutazione. L'elevata velocità di commutazione fornisce un'uscita ad alta frequenza mentre la bassa velocità di commutazione fornisce un'uscita a bassa frequenza.
Diversi tipi di VFD
A seconda di come il VFD converte l'alimentazione CA in CC e apporta la rettifica, sul mercato sono disponibili altri tipi di VFD.
I tre principali tipi di VFD sono VSI , CSI e PWM .
VFD di tipo VSI
VSI è l'acronimo di Voltage-source inverter. Questo è il tipo più comune di driver a frequenza variabile. In questo tipo di VFD, viene utilizzato un semplice ponte a diodi per convertire il segnale CA in CC e un condensatore viene utilizzato per immagazzinare l'energia. Un circuito di commutazione dell'inverter utilizza l'energia immagazzinata nel condensatore e fornisce l'uscita.
Vantaggio
1.Ha una buona gamma di velocità.
2. Funzione di controllo del motore multipla. È possibile collegare più motori con il singolo VSI tipo VFD.
3. Design semplice.
4.È conveniente dal lato della produzione e dell'installazione.
Svantaggi
1.A causa dell'effetto cogging, il motore di carico si scuote durante la situazione di avvio e arresto
2.L'uscita fornisce diversi tipi di armoniche e rumori.
3.Se la velocità del motore viene controllata o la velocità viene ridotta, il fattore di potenza complessivo viene ampiamente ostacolato, il che si traduce in un fattore di potenza scarso.
VFD di tipo CSI
CSI sta per inverter sorgente di corrente. I VFD di tipo VSI sono progettati in modo tale da poter fornire un'uscita di tensione uniforme a seconda della gamma di frequenza variabile, ma nei VFD di tipo CSI la costruzione dipende dalla corrente anziché dalla tensione. Inoltre, nel caso di CSI, al posto del raddrizzatore a ponte a diodi, viene utilizzato il convertitore a ponte SCR. L'energia in uscita viene filtrata utilizzando induttori in serie in alternativa ai condensatori per un'uscita di corrente regolare. I VFD di tipo CSI agiscono come un generatore di corrente costante. Invece di un'onda quadra di tensione, i VFD di tipo CSI sono in grado di fornire un'onda quadra di corrente.
Vantaggio
1.Affidabile quindi VFD di tipo VSI.
2.Supportare motori a induzione di potenza superiore in cui VSI non è una scelta adatta.
3. Design semplice.
4. Buone capacità di rigenerazione.
Svantaggi
1.Il fattore di potenza complessivo è scarso, specialmente a bassi regimi.
2. L'effetto di registrazione esiste e potrebbe far vibrare l'albero del motore durante il funzionamento.
3.Non è adatto per il funzionamento con più motori rispetto a VSI.
VFD di tipo PWM
Questa è una versione migliorata e modificata dei VFD di tipo VSI. PWM sta per modulazione di larghezza di impulso. Utilizzando la tecnica PWM, i VFD sono in grado di fornire un'uscita di tensione stabile mantenuta con un rapporto di frequenza. La costruzione utilizza un ponte a diodi per rettificare il segnale CA in un segnale CC. Il circuito di commutazione controlla il ciclo di lavoro in un intervallo di frequenza variabile. Un regolatore aggiuntivo viene utilizzato per regolare l'uscita PWM per fornire una tensione e una corrente stabili e adeguate al carico.
Vantaggio
1. Nessun effetto di intasamento o strappi.
2.Wide velocità e gamma di controllo.
3.Consistere diversi tipi di circuiti di protezione.
4. Fattore di potenza costante.
5.Indurre un'efficienza molto elevata.
6.Energy efficiente.
Svantaggi
1. Complesso da progettare.
2. Complesso per quanto riguarda l'attuazione.
3.Richiede hardware aggiuntivo.
4. Generazione di rumore udibile nel circuito del driver.
Soluzione 5.Costly.
Come selezionare VFD per la mia applicazione?
Per selezionare i VFD appropriati per un'applicazione specifica, è necessaria una buona comprensione del carico. Diversi tipi di motori producono diversi tipi di coppia. In alcune applicazioni è necessaria una coppia costante, mentre in altre la coppia deve essere controllata. Anche il carico attraverso il motore è un fattore determinante delle specifiche del motore, principalmente la potenza nominale.
Per selezionare il VFD appropriato per l'applicazione corretta, è necessario valutare o considerare le seguenti cose.
1. Potenza del motore
2. Il costo
3. L'ambiente operativo del VFD e dei motori
4. Monofase o trifase
5. VFD singolo con motore singolo o VFD singolo con più motori
6. Requisiti delle caratteristiche di controllo aggiuntive
Vantaggi di VFD
Ci sono molte ragioni per cui VFD è una scelta popolare per il consumatore in cui altri controller sono prontamente disponibili. Il motivo più importante per la popolarità dei VFD sono le capacità di basso consumo energetico e il costo di configurazione iniziale. I VFD offrono un'elevata efficienza in termini di consumo energetico diverso da qualsiasi dispositivo di controllo nello stesso segmento. Per questo motivo, in caso di grandi fabbriche e impianti in cui sono richiesti motori di potenza maggiore, VFD offre un basso consumo energetico riducendo così l'importo della bolletta energetica e offre opportunità di risparmio sui costi.
VFD limita la corrente di spunto durante la condizione di avviamento e arresto del motore, il che riduce anche il carico di spunto nella linea di alimentazione, oltre a fornire un margine di sicurezza per i motori costosi.
Oltre ai vantaggi di cui sopra, VFD può ridurre i costi di manutenzione del sistema. Non sono necessarie ulteriori costose operazioni di collegamento elettrico e controllo. Sono disponibili opzioni per collegare più motori che possono essere controllati utilizzando un singolo VFD che riduce ulteriormente i costi aggiuntivi di configurazione del sistema.
Svantaggi di VFD
Tuttavia, nonostante i vantaggi di cui sopra, ci sono anche alcuni svantaggi associati al sistema VFD. Lo svantaggio principale del sistema VFD è l'investimento iniziale per la configurazione. Per una fabbrica o un impianto in cui è necessario controllare più motori ad alta potenza utilizzando VFD, sono necessari investimenti elevati.
Inoltre, i VFD provocano il riscaldamento del motore e richiedono una costruzione speciale dei motori. La costruzione richiede tipi speciali di isolamento del motore, così come i motori devono essere specificati per applicazioni classificate come inverter.
Un altro importante svantaggio del VFD è che la linea di alimentazione della sorgente principale è altamente disturbata da distorsioni e armoniche di intaglio della linea. A causa di ciò, anche gli altri dispositivi collegati sulla stessa linea di alimentazione vengono ostacolati durante le condizioni di funzionamento.
Tuttavia, il progresso della moderna industria dei semiconduttori ha notevolmente migliorato la costruzione dei moderni sistemi VFD. Prima dell'era dei dispositivi a stato solido, le macchine rotanti sono il componente principale utilizzato per realizzare i VFD. Nella moderna era dei microprocessori, i VFD sono dotati di tutti i tipi di protezioni come sottotensione, sovratensione, protezione da sovraccarico termico ecc. Con dispositivi di controllo adeguati. L'applicazione del motore nel settore è responsabile del 25% del consumo mondiale di energia elettrica, che può essere controllato in modo efficiente utilizzando i VFD.