درایو فرکانس متغیر چیست؟

یک درایو فرکانس متغیر (VFD) یک نوع کنترل کننده الکتروموتور آسنکرون است که با تغییر فرکانس و ولتاژ داده شده به الکتروموتور، آن را راه‌اندازی می‌کند.

سایر نام‌ها برای یک VFD عبارتند از:

• درایو سرعت متغیر
• درایو با سرعت قابل تنظیم
• اینورتر فرکانسی‌ قابل تنظیم
• درایو AC
• میکرو درایو و اینورتر

اساس کار درایو فرکانس متغیر ، تغییر سرعت بر مبنای تنظیم نسبت ولتاژ به فرکانس می‌باشد.

در واقع فرکانس به طور مستقیم با سرعت موتور (RPM) مرتبط است.

نحوه عملکرد :

نحوه عملکرد درایو فرکانس متغیر به این‌صورت است که

• ابتدا ولتاژ AC ورودی را به DC تبدیل کرده.
• سپس ولتاژ AC با فرکانس دلخواه را در خروجی تحویل می‌دهد.

قسمت اول که مبدل AC به DC (رکتیفایر) است، معمولاٌ شامل 4 یا 6 دیود است که وظیفه یکسوسازی ولتاژ ورودی را دارند.

البته معمولا برای توان‌های بالاتر از تریستور هم استفاده می‌شود که مزایای خاص خود را دارد.

قسمت دوم که شامل بانک خازن می‌باشد و از تعدادی خازن تشکیل شده که وظیفه گرفتن ریپل ولتاژ DC را دارد.

ولتاژ لینک DC رادیکال دو برابر ولتاژ AC  می‌باشد.

قسمت سوم که مبدل ولتاژ DC به ولتاژ AC با فرکانس و ولتاژ کنترل شده می‌باشد، شامل IGBTها است.

سطح ولتاژ  DC بستگی به سطح ولتاژ AC ورودی درایو دارد.

سطح ریپل ولتاژ در بخش قدرت، بستگی به بار موتور، امپدانس سیستم قدرت و راکتور یا فیلتر هارمونیک درایو است.

ویژگی درایو فرکانس متغیر :

یک مبدل پل دیود که AC را به DC تبدیل می‌کند، برای سادگی فقط با نام “کانورتر” به آن اشاره شده است.

مبدلی که DC را به AC تبدیل می‌کند نیز نوعی کانورتر است. اما برای تشخیص آن از مبدل دیود، معمولا به عنوان “اینورتر” نامیده می‌شود.

اما در صنعت معمول است که به مبدل DC به AC اینورتر یا درایو فرکانس متغیر گفته می‌شود.

توجه داشته باشید که در VFD واقعی، سوئیچ‌های نشان داده شده در واقع ترانزیستورهای دو قطبی ایزوله شده هستند.

هنگامی که ما یکی از سوئیچ‌های بالا را در اینورتر خاموش می‌کنیم، این مرحله از موتور به یک باس مثبت DC متصل می‌شود و ولتاژ آن فاز مثبت می‌شود.

هنگامی که یکی از سوئیچ‌های پایین را در مبدل مبنا قرار می‌دهیم، آن سوئیچ به باس منفی متصل می‌شود و منفی می‌شود.

بنابراین، ما می‌توانیم هر فاز بر روی موتور را به مثبت یا منفی تبدیل کنیم و می‌توانیم هر فرکانسی را که می‌خواهیم تولید کنیم.

در اصل می‌توانیم هر فاز را مثبت، منفی یا صفر قرار دهیم .

در این صورت سه عدد از سوئیچ‌ها مثبت و سه عدد از سوئیچ ها منفی است که هر دو عدد برای یک فاز خواهد بود.

توجه داشته باشید که خروجی درایو فرکانس متغیر  شکل موج مربع است.

VFDها خروجی سینوسی تولید نمی‌کنند.

این شکل موج مربع انتخاب خوبی برای یک سیستم با کاربری عمومی نیست. اما برای یک موتور کاملا مناسب است.

چگونگی تنظیم فرکانس توسط درایو فرکانس متغیر 

برای اینکه بتوانیم این کارها را انجام دهیم احتیاج به فرکانس دیگر داریم.

این فرکانس  مدولاسیون پهنای پالس یا PWM نامیده می‌شود.

تصور کنید که ما می‌توانیم فشار را در یک خط آب کنترل کنیم و با سرعت بالا سوئیچ را روشن و خاموش کنیم.

در حالی که این عمل برای سیستم‌های لوله‌کشی مناسب نیست، برای VFD بسیار کارآمد است.

توجه داشته باشید که در طول نیم سیکل اول، ولتاژ نصف زمان روشن و نصف زمان خاموش است.

بنابراین، ولتاژ متوسط نیمی از 380 ولت یا 240 ولت است.

با انتقال این پالس به خروجی، ما می‌توانیم به هر سطح ولتاژی در خروجی VFD دست یابیم.

مزایای استفاده از درایو فرکانس متغیر 

•  کاهش مصرف انرژی و هزینه‌های انرژی.
• اگر شما اپلیکیشنی دارید که نیازی به اجرای با سرعت کامل ندارد، می‌توانید هزینه‌های انرژی را با کنترل دور موتور  کاهش دهید که یکی از مزایای درایوهای فرکانس متغیر است.
• VFDها به شما اجازه می‌دهند تا سرعت موتور با تجهیزات متصل به آن، با سرعت مورد نیاز بار یکسان شود.
• بهینه‌سازی سیستم‌های کنترل موتور با نصب و یا ارتقاء به VFDها می‌تواند انرژی مصرفی در تسهیلات خود را تا 70 ٪ کاهش دهد.
• علاوه بر این، استفاده از VFDها کیفیت محصول را بهبود می‌بخشد و هزینه‌های تولید را کاهش می‌دهد.
• ترکیب انگیزه‌های مالیاتی با بهره‌وری انرژی و کاهش نیاز به ابزار، بازده سرمایه گذاری برای تاسیسات VFD می‌تواند به اندازه 6 ماه برای اروپا و آمریکا و هجده ماه برای ایران باشد.
• افزایش تولید از طریق تسهیل کنترل فرآیند.
• با استفاده از موتورهای خود در بهینه‌ترین سرعت برای کاربرد مورد نظر اشتباهات کمتر رخ می‌دهد.
• در نتیجه سطح تولید افزایش خواهد یافت که درآمد شما را بالاتر می‌برد.
• بر روی نوار نقاله و تسمه، لرزش و پرش را کاهش می‌دهد.
• افزایش عمر تجهیزات و کاهش تعمیر و نگهداری که این یکی از دلایل مهم برای استفاده از اینورترهای فرکانسی می‌باشد.

.