تامینکنندگان تجهیزات پشتیبانی مبدل فرکانس به شما یادآوری میکنند که با بهبود فناوری تبدیل فرکانس، کاربرد موتورهای AC روز به روز گستردهتر میشود. استفاده از تنظیم سرعت تبدیل فرکانس میتواند دقت کنترل، راندمان تولید و کیفیت محصول ماشینآلات تولیدی را بهبود بخشد که این امر منجر به دستیابی به اتوماسیون فرآیند تولید میشود. سیستمهای درایو AC در بسیاری از موارد تولید، عملکرد کنترلی عالی و اثرات صرفهجویی در انرژی قابل توجهی دارند.
کاربرد مبدل فرکانس
مصرف برق موتورهای الکتریکی در کشور ما 60 تا 70 درصد از تولید برق ملی را تشکیل میدهد و مصرف برق سالانه فنها و پمپهای آب 1/3 از مصرف برق ملی را تشکیل میدهد. دلیل اصلی این وضعیت این است که روش سنتی کنترل سرعت برای فنها، پمپهای آب و سایر تجهیزات، تنظیم میزان هوا و آب با تنظیم میزان باز شدن دریچهها و شیرهای ورودی یا خروجی است. توان ورودی زیاد است و مقدار زیادی انرژی در فرآیند قطع و وصل دریچهها و شیرها مصرف میشود.
با توجه به اینکه اکثر فنها و پمپهای آب بارهای گشتاور مسطح هستند، توان و سرعت شفت رابطهای مکعبی دارند. بنابراین، هنگامی که سرعت فنها و پمپهای آب کاهش مییابد، مصرف برق نیز به میزان زیادی کاهش مییابد. بنابراین، پتانسیل زیادی برای صرفهجویی در انرژی وجود دارد. مؤثرترین اقدام برای صرفهجویی در مصرف انرژی، استفاده از مبدل فرکانس برای تنظیم سرعت جریان است. استفاده از مبدلهای فرکانس دارای نرخ صرفهجویی در مصرف برق 20 تا 50 درصد است و مزایای آن قابل توجه است.
بسیاری از ماشینها به دلیل الزامات فرآیند، به موتورهای الکتریکی نیاز دارند که بتوانند سرعت را تنظیم کنند. در گذشته، به دلیل دشواری تنظیم سرعت موتورهای الکتریکی AC و الزامات بالای عملکرد تنظیم سرعت، از تنظیم سرعت DC استفاده میشد. با این حال، موتورهای الکتریکی DC دارای ساختار پیچیده، حجم زیاد و نگهداری دشوار در زمستان هستند. بنابراین، با بلوغ فناوری تنظیم سرعت فرکانس متغیر، تنظیم سرعت AC به تدریج جایگزین تنظیم سرعت DC میشود و اغلب برای برآورده کردن الزامات مختلف فرآیند، به کنترل کمی و مستقیم گشتاور نیاز دارد.
با استفاده از مبدل فرکانس برای راهاندازی موتور الکتریکی، جریان راهاندازی کم است و امکان راهاندازی نرم و تنظیم سرعت بدون پله را فراهم میکند. این امر کنترل شتاب و کاهش سرعت را تسهیل میکند و موتور را قادر میسازد تا به عملکرد بالایی دست یابد و به طور قابل توجهی در مصرف انرژی صرفهجویی کند. بنابراین، مبدلهای فرکانس به طور فزایندهای در تولید صنعتی و زندگی روزمره مورد استفاده قرار گرفتهاند.
مشکلات موجود و راهکارهای مقابله
با گسترش دامنه کاربرد مبدلهای فرکانس، مشکلات بیشتری در حین کار رخ میدهد که عمدتاً به صورت هارمونیکهای مرتبه بالا، نویز و ارتعاش، تطبیق بار، گرمایش و سایر موارد بروز میکند. این مقاله به تجزیه و تحلیل موارد فوق و ارائه اقدامات مربوطه میپردازد.
شکل مدار اصلی یک مبدل فرکانس یونیورسال عموماً از سه بخش تشکیل شده است: یکسوسازی، وارونگی و فیلترینگ. بخش یکسوسازی یک یکسوساز کنترل نشده پل سه فاز است، بخش فیلترینگ میانی از یک خازن بزرگ به عنوان فیلتر استفاده میکند و بخش اینورتر یک اینورتر پل سه ترمه IGBT با ورودی شکل موج PWM است. ولتاژ خروجی حاوی هارمونیکهایی غیر از موج اصلی است و هارمونیکهای مرتبه پایینتر معمولاً تأثیر بیشتری بر بار موتور دارند و باعث ریپل گشتاور میشوند. و هارمونیکهای بالاتر جریان نشتی کابل خروجی مبدل فرکانس را افزایش میدهند و در نتیجه خروجی موتور ناکافی میشود. بنابراین، هر دو هارمونیک مرتبه بالا و پایین خروجی توسط مبدل فرکانس باید سرکوب شوند. روشهای زیر را میتوان برای سرکوب هارمونیکها استفاده کرد.
۱. منبع تغذیه مبدل فرکانس را افزایش دهید
امپدانس داخلی دستگاه منبع تغذیه معمولاً میتواند به عنوان یک بافر برای توان راکتیو خازن فیلتر DC مبدل فرکانس عمل کند. هرچه امپدانس داخلی بزرگتر باشد، محتوای هارمونیک کمتر است. این امپدانس داخلی، امپدانس اتصال کوتاه ترانسفورماتور است. بنابراین، هنگام انتخاب منبع تغذیه مبدل فرکانس، بهتر است ترانسفورماتوری با امپدانس اتصال کوتاه بالا انتخاب شود.
۲. راکتور را نصب کنید
راکتورهای مناسب را وصل کنید یا فیلترهای هارمونیک را به صورت سری بین ترمینالهای ورودی و خروجی مبدل فرکانس نصب کنید. این فیلتر از نوع LC است که هارمونیکها را جذب کرده و امپدانس منبع تغذیه یا بار را برای دستیابی به هدف سرکوب افزایش میدهد.
۳. عملیات چندگانه با استفاده از ترانسفورماتورها
مبدل فرکانس جهانی یک یکسوساز شش پالسه است که هارمونیکهای بزرگی تولید میکند. اگر عملکرد چند فاز ترانسفورماتورها با اختلاف زاویه فاز 30 درجه بین یکدیگر اتخاذ شود، ترکیب ترانسفورماتورهای Y-△ و △-△ میتواند یک اثر 12 پالسه تشکیل دهد که میتواند جریانهای هارمونیک مرتبه پایین را کاهش داده و هارمونیکها را به طور موثر سرکوب کند.
۴. تنظیم هارمونیکهای اختصاصی
یک فیلتر اختصاصی برای تشخیص مبدل فرکانس و فاز تنظیم کنید و جریانی با دامنه یکسان و فاز مخالف جریان هارمونیک تولید کنید که به مبدل فرکانس منتقل میشود تا جریان هارمونیک را به طور موثر جذب کند.