چرا از جریان مستقیم (DC) در VFD استفاده می‌شود؟

کاربردهای صنعتی و تجاری مدرن برای مدیریت دقیق و کارآمد سرعت و گشتاور موتور الکتریکی به درایوهای فرکانس متغیر (VFD) نیاز دارند. یک VFD این کار را با تنظیم فرکانس و ولتاژ توان موتور AC انجام می‌دهد. جالب توجه است که VFDها از DC (جریان مستقیم) برای تبدیل برق هنگام کنترل موتورهای AC استفاده می‌کنند.

اگر قرار است VFD ها موتورهای AC را تغذیه کنند، چرا از DC استفاده کنیم؟ ساختار VFD و مکانیسم‌های تبدیل، کنترل و تحویل توان، راه حل را ارائه می‌دهند. در اینجا توضیح فنی و مزایای این طرح آمده است.

یادگیری اصول اولیه عملکرد VFD

برای درک اینکه چرا از جریان مستقیم (DC) در VFDها استفاده می‌شود، ابتدا باید عملکرد اساسی آنها را درک کنید. VFDها معمولاً سه مرحله دارند:

• مرحله اصلاح
• مدار میانی یا لینک DC
• مرحله وارونگی

یکسوسازی زمانی آغاز می‌شود که برق AC منبع اصلی وارد یک VFD شود. دیودها یا تریستورهای کنترل‌شده به عنوان یکسوساز برای تبدیل برق AC به ولتاژ DC استفاده می‌شوند.

ولتاژ DC هموار نیست، بنابراین از طریق یک لینک DC (باس DC) با استفاده از خازن‌ها و سلف‌ها برای فیلتر کردن و تثبیت آن ارسال می‌شود. ولتاژ DC هموار سپس به یک قطعه اینورتر ارسال می‌شود که از ترانزیستورها یا IGBTها برای تبدیل مجدد آن به AC با فرکانس متغیر برای راه‌اندازی موتور استفاده می‌کند.

نقش تبدیل توان DC

جریان مستقیم (DC) برای تبدیل توان در یک VFD ضروری است. جریان مستقیم (DC) معمولاً در مرحله میانی به کار می‌رود زیرا یک منبع ولتاژ ثابت و تنظیم‌شده ارائه می‌دهد که به مرحله اینورتر اجازه می‌دهد خروجی AC را به درستی شکل دهد.

با تبدیل AC به DC و دوباره به AC، VFD می‌تواند ولتاژ و فرکانس را بهتر مدیریت کند. تبدیل مستقیم از AC به AC با فرکانس متغیر پیچیده‌تر و نادرست‌تر خواهد بود.

کنترل و دقت بهتر

مزایای فنی جریان مستقیم (DC) در سیستم‌های VFD، کنترل موتور و عملکرد سیستم را افزایش می‌دهد.

اول، سرعت و گشتاور موتور را به طور دقیق کنترل می‌کند. اینورتر ممکن است چندین فرکانس ایجاد کند زیرا شکل موج AC را از DC با استفاده از مدولاسیون پهنای پالس (PWM) بازسازی می‌کند. سرعت‌های متغیر موتور برای نقاله‌ها، فن‌ها، پمپ‌ها و بالابرها مورد نیاز است.

دوم، مرحله DC به VFD اجازه می‌دهد تا به سرعت به تغییرات بار واکنش نشان دهد. برای اطمینان از پایداری، VFD می‌تواند فرکانس و ولتاژ خروجی را همزمان با افزایش بار موتور تغییر دهد. این تغییرات بدون اتصال DC کندتر و با دقت کمتری انجام می‌شوند.

سوم، باس‌های DC ترمز و بازیابی را بهبود می‌بخشند. موتورها در بسیاری از کاربردهای صنعتی باید به سرعت کند شوند. انرژی کاهش سرعت ممکن است در اتصال DC نگه داشته شود یا با استفاده از مقاومت‌های ترمز تلف شود. شبکه برق ممکن است این انرژی را از طریق VFD های بازیابی کننده دریافت کند.

کیفیت و بهره‌وری بهبود یافته‌ی توان

راندمان و کیفیت توان دلیل دیگری است که VFDها از جریان مستقیم استفاده می‌کنند. لینک جریان مستقیم، پس از یکسوسازی، جریانی ثابت و بدون موج را برای اینورتر فراهم می‌کند و شکل موج خروجی با کیفیت بالا را تضمین می‌کند. شکل موج‌های تمیزتر، دمای موتور، تلفات و فرسودگی سیستم را به حداقل می‌رسانند.

اینورترهای پیشرفته از سرهای فعال جلویی (AFE) برای هموارسازی و مدیریت ولتاژ DC و کاهش هارمونیک‌ها استفاده می‌کنند. این امر ضریب توان را بهبود می‌بخشد و نویز سیستم را کاهش می‌دهد.

ایمنی و حفاظت

مراحل DC به ایمنی VFD می‌افزایند. به عنوان یک بافر بین ورودی و خروجی، باس DC موتور و درایو را از نوسانات و خرابی‌ها جدا می‌کند. VFD می‌تواند بلافاصله اضافه بار و اتصال کوتاه را تشخیص داده و قبل از آسیب، برق را قطع کند.

تشخیص‌ها اغلب شامل نظارت بر ولتاژ باس DC است. ناهنجاری‌های ولتاژ DC ممکن است نشان‌دهنده مشکلات منبع تغذیه ورودی، یکسوکننده یا خازن باشد و به تیم‌های تعمیر و نگهداری اجازه می‌دهد قبل از بدتر شدن، مشکلات را پیدا و برطرف کنند.

نتیجه‌گیری

جریان مستقیم (DC) برای توانایی درایوهای فرکانس متغیر (VFD) در تنظیم موتورهای AC ضروری است. VFDها با تبدیل AC به DC و دوباره به AC متغیر، عملکرد دقیق، اقتصادی و تطبیق‌پذیر موتور را فراهم می‌کنند.