מכונת אינדוקציה AC הניזונה מ- VFD

כוננים בתדר משתנה, הידועים גם בשם VFD, הם בקרים אמינים ומשתלמים עם יכולת להתאים את המהירות של מנועי אינדוקציה לביצועים מיטביים. VFDs הופכים לציוד סטנדרטי להפעלת מנועים קטנים עד גדולים במאווררים, משאבות, מדחסים, מקדחות ויישומים רבים אחרים. בניגוד לבקרי מהירות קבועה, שמפעילים מנוע באופן מיידי למהירות מלאה, VFDs יכולים להתניע מנוע על ידי הגדלה הדרגתית של המהירות לרמה הרצויה. התחלות רכות מבטלות מומנטי התנעה גבוהים וזרמי נחשול, מפחיתות מתחים מכניים ומגדילות את חיי הציוד והאמינות. יתר על כן, מכיוון שהעומסים, המומנט וההספק משתנים בהתאם לריבוע ולקוביית המהירות בהתאמה, התאמת מהירות המנוע אפילו בכמות קטנה יכולה לחסוך אנרגיה ניכרת. סרטון זה ידגים את התצורה של כונן בתדר משתנה ואת השימוש בו בשליטה במנוע אינדוקציה AC תלת פאזי.

למנוע אינדוקציה AC יש רק שני חלקים עיקריים, הסטטור והרוטור, ולרוב משתמש במתח AC תלת פאזי. זרם תלת פאזי דרך סלילי הסטטור מייצר שדה מגנטי של סטטור, המסתובב במהירות זוויתית פרופורציונלית לתדר AC. שדה מגנטי סטטור זה מסובב את הרוטור. כתוצאה מכך, מהירות המנוע פרופורציונלית לתדר הספק הכניסה. למידע נוסף על פעולת מנוע האינדוקציה, אנא צפו בסרטון החינוך המדעי של JoVE: מנועי אינדוקציה AC. אם המנוע מחובר ישירות לחשמל תלת פאזי, הוא פועל במהירות קבועה הנקבעת על ידי תדר הקו הקבוע של 60 הרץ. למהירות מתכווננת, כונן בתדר משתנה, או VFD, חייב לספק את הכוח. VFDs מכוונים את מהירות המנוע על ידי הגדרת תדר המוצא והמתח. ראשית, מיישר ממיר את כניסת AC של 60 הרץ להספק DC. לאחר מכן, מהפך DC ל-AC משתמש באפנון רוחב פולס כדי להפעיל ולכבות את מתח ה-DC הזה בדפוס מסוים. לבסוף, מסנן מעביר נמוך הופך את זרם הפולסים לצורת גל סינוסואידלי בערך ומייצר הספק פלט AC בתדר הנבחר, השולט במהירות המנוע. צורת גל סינוסואידלית נחוצה מכיוון שרוב מנועי האינדוקציה נועדו להשתמש בחשמל מרשת AC. מנועים חד פאזיים משתמשים ב-VFD עם מיישרים וממירים חד פאזיים, ומנועים תלת פאזיים משתמשים ב-VFD עם מיישרים וממירים תלת פאזיים. למידע נוסף על מיישרים וממירים, אנא צפו בסרטוני החינוך המדעי של JoVE: מיישרים חד פאזיים וממירים חד פאזיים. VFDs מתקדמים השתמשו בלולאה סגורה, או בקרת וקטור, לוויסות טוב של מהירות או מומנט. מיקרו-מעבד מקבל משוב על השדה המגנטי והמומנט של המנועים, ומתאים באופן רציף את הספק ה-VFD על פי אלגוריתם בקרה. בעת הפעלת מנוע במתח הנקוב שלו או מתחתיו, רוב רכיבי ה-VFD משתמשים בבקרת חוג-פתוח כדי פשוט להוציא הספק דחיפה קבוע ללא משוב או התאמות. עם בקרת חוג פתוח, VFD שומרים על יחס מתח לתדר נבחר, שהוא פרופורציונלי בקירוב לשדה המגנטי של הסטטור, ולכן גם פרופורציונלי למהירות המנוע. לדוגמה, אם מנוע מדורג ב-208 וולט ו-60 הרץ, אז יחס המתח לתדר הוא כ-3.5 וולט להרץ. כדי להפחית את מהירות המנוע, ה-VFD מפחית את התדר, אך חייב גם להפחית את המתח כדי לשמור על יחס מתח-תדר קבוע. לכן, אם ה-VFD מניע את המנוע ב-30 הרץ במקום 60 הרץ, הוא מקטין את המתח באופן פרופורציונלי ל-104 וולט מ-208 וולט, ויחס המתח לתדר נשאר 3.5 וולט להרץ. בעת הפעלת מנוע מעל התדר הנקוב שלו, VFD בדרך כלל מגבילים את היציאה למתח הנקוב. אמצעי זהירות זה מונע חריגה ממגבלות המתח או הזרם של הבידוד והסלילים. לדוגמה, למנוע בדירוג של 208 וולט ו- 60 הרץ יש יחס מתח לתדר של 3.5 וולט להרץ. VFD המגביר את המהירות של מנוע זה על ידי הגדלת התדר ל-120 הרץ, לא יגדיל את הפלט ל-460 וולט כנדרש עבור יחס מתח-תדר קבוע. במקום זאת, ה-VFD יגביל את הפלט שלו ל-208 וולט הנקוב כדי למנוע נזק למנוע. כעת, לאחר שהוסברו היסודות של VFD, בואו נבחן VFD המחובר למנוע אינדוקציה AC תלת פאזי. בניסוי זה, ה- VFD פועל עם בקרת חוג פתוח של מהירות המנוע ויחס מתח לתדר קבוע.

כאשר החשמל התלת פאזי כבוי וה-Variac מוגדר ל-0%, חבר את מסופי הסטטור של מנועי האינדוקציה ליציאת כונן ה-VFD. כאשר view מהחלק הקדמי של ה-VFD, מחברי יציאת הכונן נמצאים בצד ימין. חבר את כניסת Variac לשקע התלת פאזי שעל הספסל. כוונן את כפתור הבקרה של ה-Variac ל-75% והפעל את הכוח התלת פאזי. עם הגדרת Variac זו, מתח הקו לקו הוא כ-210 וולט. כעת המסך הראשי של ה- VFD אמור להידלק ולהציג F 000. כפתור השלט המקומי מאפשר למשתמש לבחור את שיטת בחירת התדרים. שליטה מקומית מאפשרת שימוש בלוח המקשים להפעלת ה-VFD. בעוד ששלט רחוק דורש תקשורת אנלוגית או דיגיטלית, לחץ פעם אחת על לחצן השלט המקומי כדי להעביר את הכונן למצב מקומי. הגדר את היקפי ה- VFD לאלה המוצגים בטבלה. לשם כך, הגדר את מהירות המנוע באמצעות מקשי החצים כדי להגיע לתפריט התדרים, האות F במסך הראשי. לאחר מכן הגדר את התדר ל -10 הרץ. כדי למדוד את כניסת המתח למנוע, בחר בתפריט עם התצוגה של 0.0v. כדי למדוד את הזרם המניע את המנוע, גלול למעלה אל המסך שקורא 0.00A. כדי למדוד את תדר ה-VFD, גלול למסך מדידת התדרים. לחץ על כפתור ההפעלה הירוק כדי להפעיל את המנוע. הכונן מוציא אוטומטית את המתח הדרוש כדי לשמור על יחס מתח לתדר קבוע, המוגדר מראש ל-3.47. גלול לתצוגות המתח, הזרם והתדר, ורשום את הערכים שלהם. אם הכונן עמוס יתר על המידה או מתקלקל, לחץ על לחצן העצירה האדום ולאחר מכן לחץ על לחצן האיפוס. השתמש בנורת strobe כדי למדוד את מהירות סיבוב המנועים. כוונן את כפתור תדר המסלול עד שהפיר נראה כמעט נייח, ולאחר מכן כוונן את כפתור התדר העדין עד שהפיר נראה ללא תנועה. חזור על הליך זה עבור תדרים 25, 45, 60 ו-70 הרץ. שרטט את מהירות המנוע לעומת התדר כדי לקבל גרף של התנהגות המנוע בשליטה של כונן התדר המשתנה.

כוננים בתדר משתנה שולטים במהירות של מנועי אינדוקציה AC, ויכולים להפחית מתחים מכניים, להגביר את האמינות ולהפחית את עלויות התחזוקה. בנוסף, VFD מאפשרים הפעלת מנועים במהירות אופטימלית לשיפור הנצילות האנרגטית. בגלל היתרונות הללו, VFDs שימושיים ביישומים רבים, כגון התאמת מהירות המאוורר. כאשר הם משולבים במערכת אוורור, מאווררים כאלה יכולים להגיב לפקדים ידניים או אוטומטיים שמגבירים את מהירות המאוורר ואת זרימת האוויר כאשר הטמפרטורות גבוהות, או מפחיתים את מהירות המאוורר כאשר הטמפרטורות נמוכות. מקדחות, מכונות, מכונות כרסום וציוד דומה משתמשים ב-VFD כדי לשלוט במנועים שלהם. פלסטיק דורש עיבוד במהירות נמוכה כדי למנוע חריכה או התכה, בעוד שמתכות קשות כמו פלדה סובלות עיבוד במהירות גבוהה לעבודה מהירה יותר. עם VFD, ציוד עיבוד שבבי הוא תכליתי יותר ומסוגל להתמודד טוב יותר עם מגוון רחב של מצבים.

זה עתה צפיתם במבוא של JoVE לכונני תדרים משתנים עבור מנועי אינדוקציה AC. כעת עליך להבין כיצד פועלים VFDs, וכיצד תדר הספק הכניסה קובע את מהירות המנוע. תודה שצפית!