Overview
מקור: עלי באזי, המחלקה להנדסת חשמל, אוניברסיטת קונטיקט, סטורים, CT.
כונני תדר משתנה (VFDs) הם סוג של כונן מהירות מתכוונן, אשר הופכים ציוד סטנדרטי כדי להפעיל את רוב מנועי אינדוקציה AC. VFDs נפוצים ביישומי תעשייה ואוטומציה ובדרך כלל מספקים שליטה חזקה על המנוע במצבי מהירות, מומנט או מיקום. ה- VFDs שנבדקו ומדומים בניסוי זה מתמקדים בבקרת מהירות ולולאה פתוחה עם בקרת מתח לתדר קבועה (V/f). מנוע האינדוקציה פועל בדרך כלל בשטף סטטור מדורג, ושטף זה הוא פרופורציונלי בקירב יחס V / f. כדי לשמור על שטף סטטור קבוע, המתח והתדירות החלים על הסטטור נשמרים ביחס קבוע, שהוא יחס V / f. VFD המשמש בניסוי זה הוא כונן V1000 של Yaskawa 1 כ"ס, אך ההליך חל על רוב הכוננים לשימוש כללי הזמינים מסחרית.
Principles
VFDs כוללים בדרך כלל שלב תיקון להמרת AC/DC, ואחריו שלב מהפך עבור היפוך DC /AC. המהפך והמרסן עשויים להיות חד-פאזיים לאספקת מנועים חד פאזיים או תלת פאזיים לאספקת מנועים תלת פאזיים. מ rectifiers עשוי להיות גם שלב תיקון גורם כוח, כך VFD ומנוע נראים בגורם כוח גבוה מצד הרשת המספקת את המקטן, כדי להפחית את הזרם נמשך מהרשת לתוך VFD ומנוע. מהפךים מועברים בדרך כלל עם אפנון רוחב דופק (PWM), שהוא דפוס מיתוג קרוב מאוד סינוסואיד. לאחר מתחי PWM מוזן מן המהפך לתוך המנוע גורם המנוע לראות מתחים קרובים מספיק כדי sinusoids, שכן רוב המנועים נועדו להיות מוזן קו(כלומר,ישירות מוזן על ידי הרשת). בהחלפת PWM, VFD יכול להתאים בהתבסס על קלט המשתמש או על ידי שליטה אוטומטית על תדירות הסינוסואיד לתוך המנוע ואת גודל המתח. רוב VFDs מסחרי להשתמש בקרת לולאה פתוחה, שבו יחס V / f נשמר כקבוע, בעת הפעלת המנוע במתח מדורג או מתחת; זה שומר על שטף מוטורי בערך מדורג. VFDs מתקדמים יותר אחרים משתמשים ב"בקרה וקטורית", שהיא ערכת בקרה בלולאה סגורה המספקת ויסות מהירות או מומנט הדוק.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Procedure
1. ודאו שמתג הניתוק תלת-פאזי כבוי.
2. בדוק כי VARIAC הוא ב 0%.
3. בצע את החיבורים הבאים במסופי המכונה וה- VARIAC:
- חבר את מסופי הסטטור של מכונת האינדוקציה לפלט הכונן (מחברים בצד ימין, בעת התבוננות בחלק הקדמי של הכונן).
- חבר את קלט הכונן (קבוצה שמאלית של מחברים, בעת התבוננות בחלק הקדמי של הכונן) לפלט VARIAC.
- חבר את קלט VARIAC לכלי הקיבול תלת-פאזי על הספסל.
- לפני הפעלת החשמל, הפעל את החוגה ב- VARIAC עד 75%. זה מתחיל את הכונן על 210 V קו לקו מאוחר יותר בניסוי.
- הפעל את מתג הניתוק המשולש. המסך הראשי ב- VFD צריך להפעיל ולהציג "F000".
4. לחץ על כפתור "Lo/Re" פעם אחת כדי להעביר את הכונן למצב מקומי - התאורה האדומה על כפתור זה צריכה להיות דולקת.
- לחצן "Lo/Re" מאפשר למשתמש לבצע בחירה בין הגדרת התדירות המקומית (Lo) לבין הגדרת התדירות המרוחקת (Re).
- המשתמש מסוגל לשנות את התדירות (ו), והכונן מגדיר באופן אוטומטי את המתח המתאים (V) כדי לשמור על יחס V / f קבוע.
5. ודא כי פרמטרי הכונן זהים לאלה המוצגים בטבלה 1.
6. כדי לבצע מדידות מתח, זרם ותדירות בסיסיות:
- מחזור דרך התפריט ולמצוא את התצוגה עם "0.0u" אחריו - זה מציג את מדידת המתח מוזן למנוע.
- משם, גלול למעלה פעם אחת למסך שכתוב עליו "0.00A" - פעולה זו מציגה את המדידה הנוכחית כאשר הכונן פועל.
- המסך הבא למעלה מזה קורא "0.00" - זוהי מדידת התדירות.
7. כדי להגדיר תדר פלט שונה, ובכך להגדיר מהירות מנוע שונה מאז מהירות ותדירות חשמלית הם פרופורציונליים:
- חזור למסך הראשי וחפש את האות F.
- שנה את התדירות על-ידי הקשה על Enter ולאחר מכן טיפול בערך באמצעות החצים למעלה ולמטה.
- השתמש בלחצן > (חץ/איפוס ימינה) כדי לשנות בין עמודת הערכים.
- חוקק שינויים כלשהם על-ידי הקשה על Enter.
- בטל שינויים והמשיך לפעול בתדירות הנוכחית על-ידי הקשה על "Esc".
8. הגדר את התדר ל-10 הרץ.
- לחץ על הכפתור הירוק "רוץ".
- גלול אל קריאות המתח, הזרם והתדירות ורשום את הערכים שלהן.
- חזור על הפעולה עבור התדרים הבאים: 25, 45, 60 ו- 70 הרץ.
- שים לב שייתכן שמגבלת תדירות מרבית הוגדרה כדי למנוע מהמשתמש לחרוג מ- 60 הרץ, לכן התאם את מגבלת התדירות המרבית מתפריט "E2".
9. שים לב שאם הכונן מעמיס או תקלות: לחץ על כפתור "עצור" האדום ולאחר מכן לחץ על לחצן > (חץ/איפוס ימינה).
טבלה 1: הגדרות VFD ראשיות
כוננים בתדר משתנה, הידועים גם בשם VFDs, הם בקרים נוחים ואמינים עם היכולת להתאים את המהירות של מנועי אינדוקציה לביצועים אופטימליים. VFDs הופכים לציוד סטנדרטי להפעלת מנועים קטנים עד גדולים במאווררים, משאבות, מדחסים, מקדחות ויישומים רבים אחרים. שלא כמו בקרי מהירות קבועים, אשר מפעילים באופן מיידי מנוע למהירות מלאה, VFDs יכול להתניע מנוע על ידי הגדלת המהירות בהדרגה לרמה הרצויה. התחלה רכה לחסל המומנטים ההתחלתיים הגבוהים וזרמי נחשול, להפחית לחצים מכניים, ולהגדיל את חיי הציוד ואת האמינות. יתר על כן, מכיוון שהמומנט והכוח משתנים עם הריבוע וקוביית המהירות בהתאמה, התאמת מהירות המנוע אפילו בכמות קטנה יכולה לחסוך אנרגיה ניכרת. וידאו זה מדגים את התצורה של כונן בתדר משתנה ואת השימוש בו בשליטה של מנוע אינדוקציה AC תלת פאזי.
מנוע אינדוקציה AC יש רק שני חלקים עיקריים, סטטור ואת הרוטור, והכי נפוץ משתמש כוח AC תלת פאזי. זרם תלת פאזי דרך סלילי הסטטור יוצר שדה מגנטי סטטור, המסתובב במהירות זוויתית פרופורציונלית לתדר AC. השדה המגנטי הזה מסובב את הרוטור. כתוצאה מכך, מהירות המנוע פרופורציונלית לתדר צריכת החשמל של הקלט. לקבלת מידע 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 שנקבעת על ידי תדר קו 60 הרץ הקבוע. למהירות מתכווננת, כונן תדר משתנה או VFD חייב לספק את העוצמה. VFDs להתאים את מהירות המנוע על ידי הגדרת תדר היציאה והמתח. ראשית, מאמת ממיר את קלט AC 60 הרץ ל- DC. לאחר מכן, מהפך DC ל- AC משתמש אפנון רוחב דופק כדי להפעיל ולכבות את כוח DC זה בתבנית מסוימת. לבסוף, מסנן מעבר נמוך הופך את זרם הדופק לצורת גל סינוסואידית בערך ומייצר כוח פלט AC בתדר שנבחר, השולט במהירות המנוע. צורת גל סינוסואידית נחוצה מכיוון שרוב מנועי האינדוקציה מתוכננים להשתמש בכוח מחשמל AC. מנועים חד פאזיים משתמשים ב- VFDs עם ממירים וממירים חד פאזיים, ומנועים תלת פאזיים משתמשים ב- VFD עם ממירים וממירים תלת פאזיים. לקבלת מידע נוסף על מפסקים ומירים, אנא צפו בסרטוני החינוך המדעי של JoVE: מפסקים חד פאזיים ומפיכים חד פאזיים. VFDs מתקדמים השתמשו בלולאה סגורה, או בקרה וקטורית, לוויסות טוב של מהירות או מומנט. מיקרו מעבד מקבל משוב על השדה המגנטי ומומנט המנועים, ומתאים ללא הרף את כוח ה- VFD על פי אלגוריתם בקרה. בעת הפעלת מנוע במתח המדורג שלו או מתחתיו, רוב ה- VFDs משתמשים בבקרת לולאה פתוחה כדי פשוט להפיק כוח כונן קבוע ללא משוב או התאמות. עם בקרת לולאה פתוחה, VFDs לשמור על יחס מתח לתדר שנבחר, שהוא פרופורציונלי בערך לשדה המגנטי סטטור, ולכן גם פרופורציונלי למהירות המנוע. לדוגמה, אם מנוע מדורג ב 208 וולט ו 60 הרץ, אז המתח לתדירות הקצבה הוא כ 3.5 וולט לכל הרץ. כדי להפחית את מהירות המנוע, VFD מפחית את התדירות, אבל חייב גם להפחית את המתח כדי לשמור על מתח קבוע ליחס תדר. לכן, אם VFD מניע את המנוע ב 30 הרץ במקום 60 הרץ, זה מקטין את המתח באופן יחסי ל 104 וולט מ 208 וולט, ואת מתח לתדר יחס נשאר 3.5 וולט לכל הרץ. בעת הפעלת מנוע מעל התדירות המדורגת שלו, VFDs בדרך כלל מגבילים את היציאה למתח המדורג. אמצעי זהירות זה מונע חריגה ממגבלות המתח או הזרם של הבידוד והסלילים. לדוגמה, המנוע המדורג ב 208 וולט ו 60 הרץ יש מתח לתדר יחס של 3.5 וולט לכל הרץ. VFD המגביר את מהירות המנוע על ידי הגדלת התדירות ל-120 הרץ, לא יגדיל את התפוקה ל-460 וולט כנדרש ליחס מתח לתדר קבוע. במקום זאת, VFD יגביל את התפוקה שלו ל-208 וולט מדורגים כדי למנוע נזק למנוע נזק למנוע. כעת, לאחר שהוסברו היסודות של VFDs, בואו נבחן VFD המחובר למנוע אינדוקציה AC תלת פאזי. בניסוי זה, VFD פועל עם בקרת לולאה פתוחה של מהירות המנוע ויחס מתח לתדר קבוע.
כאשר ההספק הת-פאזי כבוי וה-Variac מוגדר ל- 0%, חבר את מסופי הסטטור של מנועי האינדוקציה לפלט כונן ה- VFD. בעת הצגה מקדימה של ה- VFD, מחברי פלט הכונן נמצאים בצד ימין. חבר את קלט Variac לכלי הקיבול תלת פאזי על הספסל. כוונן את ידית הבקרה של ה-Variac ל-75% ואת ההפעלה של העוצמה תלת-פאזית. עם הגדרת Variac זו, מתח הקו לקו הוא כ 210 וולט. כעת המסך הראשי של VFDs אמור להידלק ולהציג F 000. הלחצן המרוחק המקומי מאפשר למשתמש לבחור את השיטה לבחירת תדירות. בקרה מקומית מאפשרת להשתמש במקלדת כדי להפעיל את ה- VFD. בעוד שליטה מרחוק דורשת תקשורת אנלוגית או דיגיטלית, לחץ פעם אחת על הלחצן המרוחק המקומי כדי להעביר את הכונן למצב מקומי. הגדר את היקפי ה- VFD לאלה המוצגים בטבלה. כדי לעשות זאת, הגדר את מהירות המנוע באמצעות מקשי החצים כדי להגיע לתפריט התדר, אות F במסך הראשי. ואז להגדיר את התדר ל 10 הרץ. כדי למדוד את קלט המתח למנוע, בחר את התפריט עם התצוגה של 0.0v. כדי למדוד את המנוע הנוכחי, גלול אל המסך שקורא 0.00A. כדי למדוד את תדירות ה- VFD, גלול למסך מדידת התדירות. לחץ על לחצן ההפעלה הירוק כדי להפעיל את המנוע. הכונן מפיק באופן אוטומטי את המתח הדרוש כדי לשמור על מתח קבוע ליחס תדר, המוגדר מראש ל- 3.47. גלול אל צגי המתח, הזרם והתדירות ורשום את הערכים שלהם. אם הכונן עמוס או תקלות, לחץ על לחצן העצירה האדום ולאחר מכן לחץ על לחצן האיפוס. השתמש באור מהבהב כדי למדוד את מהירות הסיבוב של המנועים. כוונן את ידית תדר המסלול עד שהפיר ייראה כמעט נייח, ולאחר מכן התאם את ידית התדר העדין עד שהפיר ייראה ללא תנועה. חזור על הליך זה עבור תדרים 25, 45, 60 ו- 70 הרץ. התווה את מהירות המנוע לעומת התדירות כדי לקבל גרף של התנהגות מוטורית תחת שליטה של כונן התדר המשתנה.
כונני תדר משתנים שולטים במהירות מנועי האינדוקציה AC, ויכולים להפחית לחצים מכניים, להגביר את האמינות ולהפחית את עלויות התחזוקה. בנוסף, VFDs מאפשרים פעולה של מנועים במהירות אופטימלית לשיפור יעילות האנרגיה. בגלל יתרונות אלה, VFDs שימושיים ביישומים רבים, כגון התאמת המהירות של מאוורר. כאשר הם משולבים במערכת אוורור, מאווררים כאלה יכולים להגיב לבקרות ידניות או אוטומטיות המגבירים את מהירות המאוורר ואת זרימת האוויר כאשר הטמפרטורות גבוהות, או להקטין את מהירות המאוורר כאשר הטמפרטורות נמוכות. מכבשי מקדחה, הניחות, מכונות כרסום וציוד דומה משתמשים ב- VFDs כדי לשלוט במנועים שלהם. פלסטיק דורש עיבוד במהירות נמוכה כדי למנוע חריכה או התכה, בעוד מתכות קשות כמו פלדה לסבול עיבוד במהירות גבוהה לעבודה מהירה יותר. עם VFDs, ציוד עיבוד שבבי הוא רב-תכליתי יותר ומסוגל להתמודד טוב יותר עם מגוון רחב של מצבים.
הרגע צפיתם בהקדמה של JoVE לכונני תדר משתנה עבור מנועי אינדוקציה AC. כעת עליך להבין כיצד פועלים VFDs וכיצד תדר צריכת החשמל של הקלט קובע את מהירות המנוע. תודה שצפיתם!
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Results
VFDs בדרך כלל מספקים יחס מתח-תדר קבוע כדי לשמור על שטף סטטור במכונת אינדוקציה קרוב קבוע. אם מחשב מדורג ב- 60 הרץ ו- 208 V (שורה לשורה, RMS), יחס ה- V/f הוא 208/60 = 3.467 V/Hz. לכן, כאשר המכונה מופעלת בתדר נמוך יותר כדי להפחית את המהירות שלה, המתח נחלש כדי לשמור על יחס V / f בקבוע. לדוגמה, אם המחשב מופעל ב- 30 הרץ, יש להפחית את המתח ל- 104 V. לחלופין, אם המכונה מופעלת בתדר של 15 הרץ, אז המתח צריך להיות מופחת ל 52 V. ללא תנאי עומס, הזרם בדרך כלל יורד כמו ירידות מתח, מאז התגובה של המכונה לרדת עם תדרים נמוכים יותר.
בתדרים גבוהים יותר מאשר מדורגים, VFDs מתוכנתים בדרך כלל כדי לשמור על מתח מדורג; לכן, V/f קבוע אינו חל. זאת בעיקר בשל דירוגי המתח של המכונה, שם מתחים גבוהים יותר מאשר מדורגים נשמרים הרחק כדי למנוע שבירת בידוד המכונה או גרימת זרם יותר לזרום לתוך המכונה. לדוגמה, אם התדירות עבור מחשב 60 הרץ מוגדרת ב- 70 הרץ באמצעות VFD, המתח נשמר ב- 208 V במקום ב- 242.67 V.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Applications and Summary
ל- VFDs יש שימוש נרחב במערכות מסחריות, תעשייתיות ואוטומציה, והן יכולות לחסוך כמויות משמעותיות של אנרגיה, שכן הן מתאימות את נקודת ההפעלה של מנוע כדי לשאוב כמה שיותר אנרגיה לפי הצורך תחת פעולת מהירות משתנה. מהפכות המשמשות VFDs נפוצים גם ביישומי בקרה מוטוריים רבים כולל מערכות תחבורה עם יותר כלי רכב חשמליים, ביישומי חימום, אוורור ומיזוג אוויר, ורבים אחרים.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
