VFD 공급 AC 유도 장치

VFD라고도 하는 가변 주파수 드라이브는 최적의 성능을 위해 유도 모터의 속도를 조정할 수 있는 저렴하고 신뢰할 수 있는 컨트롤러입니다. VFD는 팬, 펌프, 압축기, 드릴 및 기타 여러 응용 분야에서 소형 모터에서 대형 모터에 전력을 공급하기 위한 표준 장비가 되고 있습니다. 모터를 즉시 최대 속도로 켜는 고정 속도 컨트롤러와 달리 VFD는 속도를 원하는 수준까지 점진적으로 높여 모터를 소프트 스타트할 수 있습니다. 소프트 스타트는 높은 시동 토크와 서지 전류를 제거하고, 기계적 응력을 줄이며, 장비 수명과 신뢰성을 높입니다. 또한 부하 토크와 출력은 각각 속도의 제곱과 세제곱에 따라 달라지기 때문에 모터 속도를 조금만 조정해도 상당한 에너지를 절약할 수 있습니다. 이 비디오는 가변 주파수 드라이브의 구성과 3상 AC 유도 전동기 제어에 사용하는 방법을 보여줍니다.

AC 유도 전동기는 고정자와 회전자의 두 가지 주요 부품만 있으며 가장 일반적으로 3상 AC 전원을 사용합니다. 고정자 코일을 통한 3상 전류는 AC 주파수에 비례하는 각속도로 회전하는 고정자 자기장을 생성합니다. 이 고정자 자기장은 회전자를 회전시킵니다. 결과적으로 모터 속도는 입력 전력 주파수에 비례합니다. 인덕션 모터 작동에 대한 자세한 내용은 JoVE 과학 교육 비디오: AC 인덕션 모터를 시청하십시오. 모터가 3상 주전원에 직접 연결된 경우 일정한 60Hz 라인 주파수에 의해 결정되는 고정 속도로 작동합니다. 속도를 조정하려면 가변 주파수 드라이브 또는 VFD가 전원을 공급해야 합니다. VFD는 출력 주파수와 전압을 설정하여 모터 속도를 조정합니다. 먼저 정류기는 60Hz AC 입력을 DC 전원으로 변환합니다. 그런 다음 DC-AC 인버터는 펄스 폭 변조를 사용하여 이 DC 전원을 특정 패턴으로 켜고 끕니다. 마지막으로, 저역 통과 필터는 펄스 스트림을 대략 정현파 형태로 변환하고 선택한 주파수에서 AC 출력 전력을 생성하여 모터 속도를 제어합니다. 대부분의 유도 모터는 AC 주전원의 전력을 사용하도록 설계되었기 때문에 사인파 형식이 필요합니다. 단상 모터는 단상 정류기 및 인버터와 함께 VFD를 사용하고 3상 모터는 3상 정류기 및 인버터와 함께 VFD를 사용합니다. 정류기 및 인버터에 대한 자세한 내용은 JoVE 과학 교육 비디오: 단상 정류기 및 단상 인버터를 시청하십시오. 고급 VFD는 속도나 토크를 잘 조절하기 위해 폐쇄 루프 또는 벡터 제어를 사용했습니다. 마이크로프로세서는 모터 자기장과 토크에 대한 피드백을 수신하고 제어 알고리즘에 따라 VFD 전력을 지속적으로 조정합니다. 정격 전압 이하에서 모터를 작동할 때 대부분의 VFD는 개방 루프 제어를 사용하여 피드백이나 조정 없이 일정한 구동 전력을 간단히 출력합니다. 개방 루프 제어를 통해 VFD는 선택한 전압 대 주파수 비율을 유지하며, 이는 고정자 자기장에 대략 비례하므로 모터 속도에도 비례합니다. 예를 들어, 모터의 정격이 208볼트 및 60헤르츠인 경우 전압 대 주파수 비율은 헤르츠당 약 3.5볼트입니다. 모터 속도를 줄이기 위해 VFD는 주파수를 줄이지만 일정한 전압 대 주파수 비율을 유지하기 위해 전압도 줄여야 합니다. 따라서 VFD가 60헤르츠가 아닌 30헤르츠에서 모터를 구동하면 전압이 208볼트에서 104볼트로 비례적으로 감소하고 전압 대 주파수 비율은 헤르츠당 3.5볼트로 유지됩니다. 정격 주파수 이상으로 모터를 작동할 때 VFD는 일반적으로 출력을 정격 전압으로 제한합니다. 이 예방 조치는 절연 및 코일의 전압 또는 전류 한계를 초과하는 것을 방지합니다. 예를 들어, 208볼트 및 60헤르츠 정격의 모터는 헤르츠당 3.5볼트의 전압 대 주파수 비율을 갖습니다. 주파수를 120헤르츠로 증가시켜 이 모터의 속도를 증가시키는 VFD는 일정한 전압 대 주파수 비율에 필요한 출력을 460볼트로 증가시키지 않습니다. 대신 VFD는 모터 손상을 방지하기 위해 출력을 정격 208볼트로 제한합니다. VFD의 기본 사항에 대해 설명했으므로 이제 3상 AC 유도 전동기에 연결된 VFD에 대해 살펴보겠습니다. 이 실험에서 VFD는 모터 속도의 개방 루프 제어와 일정한 전압 대 주파수 비율로 작동합니다.

3상 전원을 끄고 Variac을 0%로 설정한 상태에서 인덕션 모터 고정자 단자를 VFD 드라이브 출력에 연결합니다. VFD 전면에서 볼 때 드라이브 출력 커넥터는 오른쪽에 있습니다. Variac 입력을 벤치의 3상 콘센트에 연결합니다. Variac의 제어 손잡이를 75%로 조정하고 3상 전원을 켭니다. 이 Variac 설정을 사용하면 라인 대 라인 전압은 약 210V입니다. 이제 VFD 메인 화면이 켜지고 F 000이 표시되어야 합니다. 로컬 원격 버튼을 사용하면 사용자가 주파수 선택 방법을 선택할 수 있습니다. 로컬 제어를 통해 키패드를 사용하여 VFD를 작동할 수 있습니다. 원격 제어에는 아날로그 또는 디지털 통신이 필요하지만 로컬 원격 버튼을 한 번 눌러 드라이브를 로컬 모드로 전환합니다. VFD 둘레를 표에 표시된 둘레로 설정합니다. 이렇게 하려면 화살표 키를 사용하여 모터 속도를 설정하여 메인 화면에서 문자 F인 주파수 메뉴에 도달합니다. 그런 다음 주파수를 10Hz로 설정합니다. 모터에 입력되는 전압을 측정하려면 0.0v가 표시되는 메뉴를 선택하십시오. 모터를 구동하는 전류를 측정하려면 0.00A라고 표시된 화면까지 위로 스크롤합니다. VFD 주파수를 측정하려면 주파수 측정 화면으로 스크롤합니다. 녹색 실행 버튼을 눌러 모터를 시동합니다. 드라이브는 3.47로 사전 설정된 일정한 전압 대 주파수 비율을 유지하기 위해 필요한 전압을 자동으로 출력합니다. 전압, 전류 및 주파수 디스플레이로 스크롤하고 해당 값을 기록합니다. 드라이브에 과부하가 걸리거나 오류가 발생하면 빨간색 정지 버튼을 누른 다음 재설정 버튼을 누르십시오. 스트로브 라이트를 사용하여 모터 회전 속도를 측정합니다. 샤프트가 거의 정지해 보일 때까지 코스 주파수 노브를 조정한 다음 샤프트가 움직이지 않는 것처럼 보일 때까지 미세 주파수 노브를 조정합니다. 주파수 25, 45, 60 및 70헤르츠에 대해 이 절차를 반복합니다. 모터 속도 대 주파수를 플로팅하여 가변 주파수 드라이브의 제어 하에 있는 모터 동작의 그래프를 얻습니다.

가변 주파수 드라이브는 AC 유도 모터의 속도를 제어하고 기계적 응력을 줄이고 신뢰성을 높이며 유지 보수 비용을 절감할 수 있습니다. 또한 VFD를 사용하면 최적의 속도로 모터를 작동할 수 있어 에너지 효율이 향상됩니다. 이러한 이점 때문에 VFD는 팬의 속도 조정과 같은 많은 응용 분야에서 유용합니다. 환기 시스템에 통합되면 이와 같은 팬은 온도가 높을 때 팬 속도와 공기 순환을 증가시키거나 온도가 낮을 때 팬 속도를 줄이는 수동 또는 자동 제어에 반응할 수 있습니다. 드릴 프레스, 레이드, 밀링 머신 및 이와 유사한 장비는 VFD를 사용하여 모터를 제어합니다. 플라스틱은 탄화나 용융을 방지하기 위해 저속 가공이 필요한 반면, 강철과 같은 경금속은 빠른 작업을 위해 고속 가공을 허용합니다. VFD를 사용하면 가공 장비가 더 다재다능하고 다양한 상황을 더 잘 처리할 수 있습니다.

방금 JoVE의 AC 유도 모터용 가변 주파수 드라이브 소개를 시청했습니다. 이제 VFD가 작동하는 방식과 입력 전력 주파수가 모터 속도를 결정하는 방법을 이해해야 합니다. 시청해 주셔서 감사합니다!