És important conèixer el funcionament dels VFD o variadors de freqüència (VFD), ja que s’utilitzen àmpliament en aplicacions de motor de CA, com variador de freqüència per al control del motor , a causa de la seva gran varietat de característiques.
Unitats de freqüència variable
En comparació amb les unitats de motor convencionals, VFD té una major funcionalitat i funcions de funcionament. A més del control de velocitat ajustable, els variadors de freqüència variable ofereixen proteccions com protecció de fase, baixa i sobretensió. El programari i les opcions d’interfície de les VFD permeten a l’usuari controlar els motors als nivells desitjats.
Què és la unitat de freqüència variable (VFD)
La velocitat del motor de CA es controla de dues maneres, ja sigui controlant la tensió o la freqüència. El control de freqüència proporciona un millor control a causa de la densitat de flux constant que el control de tensió. Aquí és on es juga el funcionament dels VFD. És un dispositiu de conversió de potència que converteix la tensió fixa, la freqüència fixa de la potència d’entrada a la tensió variable, la sortida de freqüència variable per controlar els motors d’inducció de corrent altern.
Consisteix en dispositius electrònics de potència (com IGBT, MOSFET), unitat central de control d’alta velocitat (com un microprocessador, DSP) i dispositius de detecció opcionals en funció de l’aplicació utilitzada.
La majoria de les aplicacions industrials requereixen velocitats variables en condicions de càrrega màxima i velocitats constants en condicions operatives normals. El funcionament en circuit tancat dels VFD manté la velocitat del motor a un nivell constant, fins i tot en cas de molèsties d’entrada i càrrega.
Funcionament de VFD
Les dues característiques principals del variador de freqüència variable són velocitats ajustables i funcions d’arrencada / parada suaus. Aquestes dues característiques fan de VFD un potent controlador per controlar els motors de corrent altern. El VFD consta principalment de quatre seccions: rectificador, enllaç de corrent intermedi, inversor i circuit de control.
Funcionament de VFD
Rectificador:
És la primera etapa d’un variador de freqüència. Converteix l’alimentació de CA alimentada de la xarxa elèctrica a la corrent continu. Aquesta secció pot ser unidireccional o bidireccional basada en l'aplicació utilitzada com l'operació de quatre quadrants del motor. Utilitza díodes, SCR, transistors i altres dispositius de commutació electrònics.
Si utilitza díodes, la potència de CC convertida és una sortida incontrolada mentre s’utilitza SCR, la potència de sortida de CC varia segons el control de la porta. Es requereixen un mínim de sis díodes per a la conversió trifàsica, de manera que la unitat rectificadora es considera convertidor de sis polsos.
Bus DC:
La potència de CC de la secció del rectificador s’alimenta a l’enllaç de CC. Aquesta secció consta de condensadors i inductors per suavitzar-se contra les ondulacions i emmagatzemar la potència de CC. La funció principal de l’enllaç de CC és rebre, emmagatzemar i lliurar energia DC.
Inversor:
Aquesta secció consta d’interruptors electrònics com transistors, tiristor, IGBT, etc. Rep alimentació de CC de l’enllaç de CC i es converteix en CA que s’envia al motor. Utilitza tècniques de modulació M'agrada modulació d'amplada de pols per variar la freqüència de sortida per controlar la velocitat del motor d’inducció.
Circuit de control:
Consisteix en una unitat de microprocessador i realitza diverses funcions com controlar, configurar els paràmetres de la unitat, les condicions d’error i interfície de protocols de comunicació . Rep un senyal de retroalimentació del motor com a referència de velocitat actual i, en conseqüència, regula la relació de tensió a freqüència per controlar la velocitat del motor.
Aplicació d'implementació de VFD
Aplicació d'implementació de VFD
VFD també es pot implementar mitjançant el circuit de microcontroladors que es mostra a continuació. De manera similar al VFD, també consta de secció de rectificador, filtratge i, a continuació, de secció d’inversors. Aquí la secció de l’inversor obté els impulsos de cocció del microcontrolador programat per donar una tensió i una freqüència variables a la càrrega. Aquest projecte s’anomena monofàsic convertidor de tres fases utilitzant SVPWM per controlar la tensió i la freqüència de CA a través de la càrrega
Aplicació de VFD
L'aplicació de VFD és control de velocitat del motor de corrent altern mitjançant cicloconvertidors .
La potència de la xarxa s’alimenta al circuit rectificador que converteix la corrent altern en corrent continu. Els convertidors de tres potes consisteixen en dos díodes connectats en paral·lel per a cada fase, de manera que un dels díodes es condueix quan la fase particular és comparativament més positiva o negativa.
Aplicació de VFD
La tensió de CC impulsada generada pel rectificador s’aplica al circuit d’enllaç de CC. Aquest circuit intermedi comprèn inductors i condensadors. Filtra el CC impulsat reduint el contingut de les ondulacions i proporciona a la potència CC un nivell constant.
Per proporcionar voltatge variable i freqüència variable al motor, la potència de CC de l’enllaç de CC s’ha de convertir a variador de corrent altern mitjançant un inversor. L’inversor consisteix en IGBT com a dispositius de commutació controlats per la tècnica PWM.
De manera similar al circuit rectificador, els commutadors inversors també pertanyen a dos grups, positius i negatius. El costat positiu IGBT és responsable del pols positiu i el costat negatiu IGBT d’un impuls negatiu a la sortida de l’inversor. Així doncs, la sortida obtinguda és un corrent altern que s’aplica al motor.
La variació del període de commutació regula la tensió i la freqüència simultàniament a l’inversor. El VFD modern utilitza les últimes tècniques de control, com ara controls escalars, vectorials i de parell directe, per controlar els commutadors del convertidor en aconseguir la potència variable.
Formes d'ona de sortida de VFD
La figura anterior mostra com el voltatge i la freqüència es varien per un variador de freqüència. Com a exemple, s’aplica un subministrament de CA 480V, 60Hz al VFD, que varia el voltatge i la freqüència del senyal per controlar la velocitat.
A mesura que disminueix la freqüència, la velocitat del motor també disminueix. A la figura anterior, la potència mitjana aplicada al motor disminueix alhora que disminueix la tensió i la freqüència, sempre que la proporció d’aquests dos paràmetres sigui constant.
Avantatges del VFD
VFD connectat al motor
Les unitats de freqüència variable no només ofereixen velocitats ajustables per a aplicacions de control precises i precises, sinó que també tenen més avantatges en termes de control de processos i conservació de l'energia . Alguns d'aquests es donen a continuació.
Estalvi d'energia
Més del 65% de l'energia la consumeixen els motors elèctrics a les indústries. Tant la tècnica de control de magnitud com de freqüència per variar la velocitat consumeix menys energia quan el motor requereix una velocitat variable. Per tant, aquestes VFD conserven una gran quantitat d’energia.
Control de bucle tancat
VFD permet un posicionament precís de la velocitat del motor comparant contínuament amb la velocitat de referència fins i tot en canvis en les condicions de càrrega i pertorbacions d’entrada com les fluctuacions de voltatge.
• Límits d’inici de corrent
El motor d’inducció treu corrent que és de 6 a 8 vegades el corrent nominal a l’arrencada. En comparació amb els arrencadors convencionals, els VFD ofereixen millors resultats perquè ofereixen baixa freqüència en el moment de l’arrencada. A causa de la baixa freqüència, el motor consumeix menys corrent i aquest corrent mai supera la seva potència nominal tant en arrencar com en funcionament.
• Funcionament suau
Ofereix operacions suaus en arrencar i aturar i també redueix les tensions tèrmiques i mecàniques en motors i transmissions per corretja.
Factor de potència elevat
El circuit de correcció del factor de potència incorporat a l’enllaç de CC de VFD redueix la necessitat de dispositius addicionals de correcció del factor de potència.
El factor de potència del motor d’inducció és molt baix per a aplicacions especialment sense càrrega, mentre que a plena càrrega és de 0,88 a 0,9. El factor de potència baix provoca una mala utilització de l'energia a causa de les pèrdues reactives elevades.
Fàcil instal·lació
Els VFD preprogramats i amb cable de fàbrica ofereixen una forma fàcil de connexió i manteniment.
Espero que se us hagi proporcionat un coneixement precís i ampli sobre el funcionament dels VFD al nostre article. Gràcies per passar el vostre valuós temps. Tenim una tasca senzilla per a vosaltres: quins són els diferents tipus de VFD? Doneu les vostres respostes a la secció de comentaris a continuació. Si teniu cap pregunta sobre aquest tema o elèctric i projectes electrònics També podeu compartir les vostres ressenyes i suggeriments sobre aquest article a la secció de comentaris següent.
Crèdits fotogràfics
Unitats de freqüència variable de emainc
Parts bàsiques de VFD per disseny maquinari
Funcionament de VFD per cfnewsads
Formes d'ona de sortida de VFD per vfds
VFD connectat al motor per cfnewsads
