Vad är en frekvensomriktare?
En frekvensomriktare (VFD) är en elektronisk styrenhet som används för att tillhandahålla justerbar varvtalsreglering för AC- och DC-motorer. De vanligaste typerna av AC-motorer är AC-induktionsmotorer eller asynkronmotorer. Fördelarna med att använda en VFD är energibesparingar för HVAC-fläkt- och pumpapplikationer, förbättrat motormoment och varvtalsreglering i industriella applikationer och förbättrat motorskydd.
Motorstorlekar för VFD-drift:
Frekvensomriktare kan driva motorer från ¼ hästkrafter vid 120 volt enfas till 20,000 kilowatt vid 11,000 volt trefas. Industrimotorer är vanligtvis trefasiga och den vanligaste spänningen i USA är 480 V. Andra vanliga spänningar är 230, 2300 och 4160 V. Motorn är designad för att fungera på en mängd olika spänningar beroende på motorns poler .
Motorer är konstruerade för att gå med konstant hastighet beroende på antalet poler i motorn. Frekvensen på spänningen som tillförs motorn bestämmer motorns hastighet. Denna hastighet är en funktion av den applicerade frekvensen multiplicerad med 120 dividerat med antalet poler per fas.
Hur en VFD ändrar hastigheten på en motor:
VFD:er styr motorer genom att variera frekvensen mellan 0 och 60 cykler eller Hertz per sekund. De kan också ändra frekvenser utanför standardbandet 0-60 Hz upp till 600 Hz. Väl över 600 Hz är applikationen vanligtvis en höghastighetsspindelmotor. Väl över 600 Hz är applikationen vanligtvis en höghastighetsspindelmotor. VFD varierar ingångsfrekvensen genom att justera utfrekvensen för AC-sinusvågen till motorn. För att åstadkomma detta har VFD fyra huvudkomponenter:
- Diodlikriktaren eller omvandlarsektionen omvandlar 60 Hz AC-nätspänningen till DC-spänning via en diodlikriktare.
- DC-busssektionen lagrar den omvandlade AC-spänningen i en kondensator. För en 480 V AC-ingång kan toppspänningen vid trefas DC-bussen vara 648 V DC (= 480 V x Sq. Rt. √1,82).
- Växelriktarsektionen eller IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) omvandlar den lagrade DC-spänningen till en analog AC-sinusvågform som kallas pulsbreddsmodulering för att simulera en AC-vågform. Den pulsbreddsmodulerade vågformen har en amplitud (höjd), vilket är den maximala inspänningen, vanligtvis 480 volt, och en arbetscykel (bredd). Antalet arbetscykler per sekund är frekvensen i Hertz, och hastigheten med vilken IGBT slår på och av är bärvågsfrekvensen. Bärvågsfrekvenser sträcker sig från 2,000 Hz till 15,000 Hz. Högre bärvågsfrekvenser ger bättre vågformer. Föreställ dig en ljusströmbrytare på väggen som tillåter spänning och ström att driva en glödlampa. Spänning och ström flyter till glödlampan med en hastighet av 60 cykler per sekund. Ljusflimmer är för snabbt för att upptäckas med blotta ögat.
- VFD-kontrollsektionen bestämmer spänningen och frekvensen eller driftcykelnumret som skickas till motorn. Motorn använder en pulsbreddsmodulerad vågform för att styra motorns hastighet.
Utvecklingen av frekvensomriktare
VFD:er har utvecklats över tiden, men den grundläggande funktionaliteten finns kvar. De används i många applikationer och hjälper branscher att utvecklas. Med den nuvarande ökningen av IIoT och smart tillverkning kommer VFD:er att bli en integrerad del av processförbättringar och tillhandahålla meningsfull data för att hjälpa tillverkare att bli ledande inom sina branscher.