کنترل موتور درایو فرکانس: راه اندازی VFD، تنظیم و صرفه جویی

نحوه عملکرد کنترل موتور درایو فرکانس در عمل

یک درایو فرکانس جریان AC ورودی را به DC تصحیح می کند، سپس آن را با فرکانس فرمان داده شده به AC برمی گرداند. سرعت موتور در درجه اول با فرکانس تنظیم می شود، در حالی که الگوریتم های ولتاژ و کنترل، گشتاور و پایداری را تنظیم می کنند.

سرعت، گشتاور، و چرا حالت کنترل مهم است

بیشتر کاربردها به دو نوع رفتار تقسیم می شوند: گشتاور متغیر (پنکه/پمپ) و گشتاور ثابت (نقاله/اکسترودر). تطبیق حالت کنترل درایو با بار باعث بهبود گشتاور در سرعت پایین، حفظ سرعت و کارایی می شود.

زمانی که VFD ابزار مناسبی است

• شما به سرعت قابل تنظیم برای جریان، فشار، کشش یا توان عملیاتی نیاز دارید.
• راه اندازی نرم شوک مکانیکی را در مقایسه با استارت های از طریق خط کاهش می دهد.
• هزینه های انرژی بالا است و فرآیند به سرعت کامل به طور مداوم نیاز ندارد.
• شما به ویژگی های اولیه اتوماسیون مانند کنترل PID، خواب/بیداری، یا از پیش تنظیم چند سرعتی نیاز دارید.

نحوه اندازه گیری و انتخاب یک درایو فرکانس برای کنترل موتور

سایز بندی صحیح توسط جریان تمام بار موتور (FLA) و نیاز بار اضافه بار، نه تنها اسب بخار/کیلووات. با پلاک موتور شروع کنید، سپس الزامات وظیفه برنامه را اعمال کنید.

قوانین اندازه گیری سریع که از سفرهای مزاحم جلوگیری می کند

• رتبه‌بندی جریان پیوسته درایو را با FLA موتور با حاشیه مطابقت دهید: ≥ 1.0× برای فن ها/پمپ ها، ≥ 1.1-1.25× برای گشتاور ثابت یا شتاب مکرر.
• بررسی کلاس اضافه بار: بسیاری از درایوها ارائه می کنند ~ 120٪ برای دهه 60 (گشتاور متغیر) و ~ 150٪ برای دهه 60 (گشتاور ثابت)، اما این در مدل متفاوت است.
• در نظر گرفتن زمان شتاب: رمپ های کوتاه تر به حداکثر گشتاور/جریان بیشتری نیاز دارند.
• اگر توسط سازنده درایو مشخص شده باشد، دمای محیط، ارتفاع، محفظه و فرکانس سوئیچینگ را کاهش دهید.

مثال: "حاشیه" با اعداد واقعی چگونه به نظر می رسد

اگر یک موتور 400 ولت 30 کیلووات دارای پلاک FLA باشد ~56A (محدوده معمولی بستگی به بازده و ضریب قدرت دارد)، انتخاب یک درایو با 60-70A درجه بندی پیوسته اغلب برای وظیفه فن/پمپ مناسب است. برای یک نوار نقاله با استارت های سنگین، بالا رفتن از درایوی که می تواند اضافه بار بیشتری را تحمل کند، ممکن است از سفر در حین شتاب جلوگیری کند.

چک لیست انتخاب برای قابلیت اطمینان

1. منبع ورودی: ولتاژ، فاز، رتبه اتصال کوتاه، و اینکه آیا راکتورهای خطی توصیه می‌شوند یا خیر.
2. نوع موتور: القایی، PM یا موتورهای خاص. تایید سازگاری درایو
3. نیازهای کنترل: پایه V/Hz در مقابل برداری، بازخورد رمزگذار، عملکردهای PLC داخلی، فیلدباس.
4. ترمز: ساحل/ایست، تزریق DC، مقاومت ترمز دینامیکی، یا نیازهای احیاکننده.
5. محیط زیست: گرد و غبار، رطوبت، لرزش؛ رتبه بندی محفظه/IP و استراتژی خنک کننده را انتخاب کنید.

روش های سیم کشی و نصب که کنترل موتور VFD را ثابت نگه می دارد

بیشتر مشکلات VFD "معمایی" به اتصال به زمین، مسیریابی کابل یا شیوه های نادرست سرب موتور بازمی گردد. نصب خوب EMI را کاهش می دهد، از عایق موتور محافظت می کند و دقت کنترل را بهبود می بخشد.

کابل و ملزومات اتصال به زمین

• در صورت لزوم از کابل موتور محافظ استفاده کنید. برای کنترل نویز فرکانس بالا، سپر را 360 درجه در هر بهترین تمرین خاتمه دهید.
• سرنخ های موتور را بطور فیزیکی از سیم کشی آنالوگ/فیدبک جدا نگه دارید. اگر باید همدیگر را قطع کنند در 90 درجه عبور کنند.
• درایو، قاب موتور، و پانل را به یک مسیر زمین با امپدانس کم متصل کنید. در صورت امکان از زمین های "زنجیره ای" اجتناب کنید.
• اگر کابل موتور طولانی است، فیلترهای dV/dt یا سینوسی را برای کاهش تنش ولتاژ موج بازتابی در نظر بگیرید.

محافظت از موتور و درایو

یک خروجی VFD یک شکل موج PWM است که می تواند جریان یاتاقان و تنش عایق را در تنظیمات خاصی افزایش دهد. کاهش می‌تواند شامل زمین مناسب، یاتاقان‌های عایق‌شده (در صورت مشخص شدن)، چوک‌های معمولی و فیلتر خروجی باشد – به‌ویژه در موتورهای قدیمی‌تر یا کابل‌های بسیار طولانی.

این کار را نکنید (الگوهای شکست رایج)

• موتور را با استفاده از کنتاکتورهای استاندارد و بدون طرح انتقال مورد تایید درایو بین درایو و برق خط سوئیچ کنید.
• خازن های تصحیح ضریب توان را روی خروجی VFD قرار دهید.
• مشترکات مرجع آنالوگ را با مدارهای پر سر و صدا به اشتراک بگذارید. در صورت نیاز از ایزوله سیگنال مناسب استفاده کنید.

مراحل راه اندازی برای کنترل موتور درایو فرکانس قابل اعتماد

وارد کردن اطلاعات دقیق پلاک موتور و اجرای روال شناسایی موتور درایو، دو مرحله راه‌اندازی با بیشترین تاثیر است. برای تولید گشتاور پایدار و سفرهای کمتر، به ویژه در حالت های برداری.

حداقل پارامتر تنظیم شده است تا ابتدا پیکربندی شود

1. ولت موتور، جریان موتور (FLA)، فرکانس پایه، سرعت نامی (RPM) و توان.
2. حالت کنترل: V/Hz برای گشتاور متغیر، برداری برای گشتاور ثابت یا عملکرد بهتر در سرعت پایین.
3. زمان‌های شتاب/کاهش سرعت و روش توقف (ساحل، رمپ، تزریق DC، ترمز دینامیکی).
4. تنظیمات محدودیت فعلی و اضافه بار مطابق با قابلیت حرارتی موتور است.
5. حداقل/حداکثر سرعت (هرتز) و هرگونه محدودیت فرآیند (به عنوان مثال، حداقل سرعت خنک کننده برای موتورهای خود تهویه).

نمونه کنترل PID برای پمپ ها و فن ها

برای کنترل فشار، درایو می تواند سرعت را برای حفظ یک نقطه تنظیم تنظیم کند. یک رویکرد شروع عملی به دست آوردن نسبتی متوسط و کنش انتگرال آهسته است، سپس بر اساس پاسخ اصلاح می شود:

• مقیاس ترانسدیوسر را به درستی تنظیم کنید (به عنوان مثال، 4-20 میلی آمپر = 0-10 بار) برای جلوگیری از "تنظیم" سیگنال بد.
• از منطق خواب/بیداری زمانی که تقاضا نزدیک به صفر است برای جلوگیری از شکار و کاهش سایش استفاده کنید.
• حداقل سرعت معقول را برای حفظ خنک کننده آب بندی یا حداقل جریان در صورت لزوم اعمال کنید.

سطح شیب دار: تعادل نیازهای فرآیند و محدودیت های الکتریکی

اگر درایو در حین شتاب با جریان اضافه حرکت کرد، زمان شتاب را افزایش دهید یا بار راه اندازی را کاهش دهید. اگر در حین کاهش سرعت با اضافه ولتاژ خاموش شد، زمان کاهش سرعت را افزایش دهید یا ترمز دینامیکی را اضافه کنید. برای بارهای با اینرسی بالا، سخت افزار ترمز اغلب یک توقف ناپایدار را به یک توقف کنترل شده تبدیل می کند.

صرفه جویی در انرژی و دستاوردهای عملکرد را می توانید کمیت کنید

کنترل موتور محرک فرکانس از نظر مالی در بارهای با گشتاور متغیر بسیار قانع کننده است. قوانین وابستگی تخمین سریعی را ارائه می دهند: جریان ∝ سرعت، سر ∝ سرعت² و توان ∝ سرعت³. این بدان معناست که کاهش های کوچک سرعت می تواند کاهش های زیادی کیلووات ایجاد کند.

مثال ملموس با استفاده از رابطه توان مکعبی

اگر یک فن از 30 کیلو وات با سرعت 100٪ استفاده کند، در سرعت 80٪، قدرت شفت تخمین زده شده 30 × 0.8³ = 30 × 0.512 ≈ است. 15.4 کیلو وات . این یک کاهش در حدود است 14.6 کیلو وات در حالی که هنوز 80٪ از جریان هوا را در حال حرکت می کند (با فرض شرایط سیستم مشابه).

جایی که پس انداز اغلب ناامید می شود (و نحوه رفع آن)

• اگر فرآیند در اکثر مواقع به گشتاور ثابت با سرعت نزدیک به امتیاز نیاز داشته باشد، صرفه جویی محدود خواهد شد. در عوض بر کاهش نگهداری و کنترل بهتر تمرکز کنید.
• اگر دمپرها یا شیرهای دریچه گاز همچنان کنترل "واقعی" را انجام می دهند، مرجع کنترل را با PID به VFD منتقل کنید و دستگاه مکانیکی را به عنوان یک محدودیت یا محدودیت ایمنی در نظر بگیرید.
• اگر حداقل سرعت خیلی بالا تنظیم شده است، محدودیت های فرآیند را دوباره بررسی کنید. حتی کاهش سرعت 10 درصدی می تواند قدرت فن/پمپ را تا 27 درصد کاهش دهد.

عیب یابی سریع مشکلات کنترل موتور درایو فرکانس

با شناسایی اینکه سفر مربوط به جریان، ولتاژ یا سیگنال/کنترل است شروع کنید. ; این به سرعت علت اصلی را محدود می کند و از تغییرات تصادفی پارامتر جلوگیری می کند.

نقشه علائم به علت

خلاصه "تمرین خوب" مختصر

برای به دست آوردن نتایج ثابت از کنترل موتور درایو فرکانس، داده های دقیق موتور، حالت کنترل مناسب، رمپ های معقول و نصب تمیز را اولویت بندی کنید. هنگامی که به درستی تنظیم و نصب شود، VFD به یک ابزار فرآیند قابل پیش بینی تبدیل می شود - نه منبع سفرهای متناوب.