تغذیه‌گر تغییر فرکانس (به اختصار VFD) یک دستگاه بر پایه‌ی الکترونیک قدرت است که برای کنترل سرعت چرخش موتورهای جریان متناوب (AC) از طریق کنترل فرکانس برق تامینی به موتور استفاده می‌شود.
تغذیه‌گر تغییر فرکانس همچنین با نام‌های تغییر فرکانس قابل تنظیم (AFD)، میکرو-تغذیه‌گر، تغییر سرعت قابل تنظیم (VSD)، تغذیه‌گر AC یا تغذیه‌گر معکوس نیز شناخته می‌شود.
به عنوانی که ولتاژ همراه با فرکانس تغییر می‌کند، گاهی اوقات این تغذیه‌گرها به تغییر ولتاژ و فرکانس متغیر (VVVF) نیز گفته می‌شوند. راهنمای خرید درست برای تغذیه‌گر تغییر فرکانس مطالبی را در مورد انتخاب VFD، عواملی که در هنگام خرید VFD باید در نظر گرفته شوند، راهنمای خرید تغییر فرکانس برای خریداران و مشخص‌کنندگان مورد بحث قرار می‌دهد.
این تغذیه‌گرها کاربردهای متنوعی در فضاهای تجاری و صنعتی دارند که از دستگاه‌های کوچک و سیستم‌های گرمایشی، تهویه و تبرید (HVAC) تا تجهیزات بزرگی مانند کمپرسورها، بادگیرها و پمپ‌های آب در کارخانه‌های پالایش آب گسترده است.
همچنین در صنایع مختلفی از معادن تا مدارس و ساختمان‌های اداری نیز کاربردهای دارند. در هر مکانی که پمپ‌ها و بادگیرها وجود داشته باشد، احتمالاً فرصت‌هایی برای صرفه‌جویی در انرژی با استفاده از تغذیه‌گرها وجود دارد.
فهرست مطالب
تفاوت VFD و اینورتر و درایو چیست؟
تفاوت بین VFD (متغیر فرکانس درایو)، اینورتر و درایو ممکن است در برخی موارد مبهم باشد، اما در واقعیت، این سه عبارت به دستگاه‌های مختلفی اشاره می‌کنند که در کنترل سرعت موتورهای الکتریکی و دیگر دستگاه‌های الکتریکی صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
- درایو (Drive): درایو یک عبارت کلی است که به هر دستگاه یا سیستمی اشاره دارد که برای کنترل یک موتور الکتریکی یا دستگاه الکتریکی دیگر استفاده می‌شود. درایو‌ها معمولاً به منظور کنترل سرعت، جهت و ویژگی‌های دیگر موتورها و دستگاه‌های الکتریکی استفاده می‌شوند. درایو‌ها می‌توانند از انواع مختلفی باشند، از جمله VFD و اینورتر.
- VFD (متغیر فرکانس درایو): VFD یک نوع درایو است که از متغیر فرکانس برای کنترل سرعت موتورهای الکتریکی استفاده می‌کند. این سیستم به موتور اجازه می‌دهد تا با فرکانس متغیری که توسط کاربر تنظیم می‌شود، عمل کند. این به کاربر امکان می‌دهد تا سرعت موتور را به دلخواه تنظیم کند. VFDها معمولاً در صنایع بزرگ برای کنترل موتورهای الکتریکی با توان بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند.
- اینورتر (Inverter): اینورتر نیز یک نوع درایو است که از تبدیل جریان مستقیم (DC) به جریان متناوب (AC) و برعکس برای کنترل موتورها و دستگاه‌های الکتریکی استفاده می‌کند. اینورترها به موتورها اجازه می‌دهند تا با سرعت متغیر و برعکس عمل کنند. این نوع درایو به طور گسترده در برنامه‌هایی که نیاز به کنترل دقیق جریان و ولتاژ موتور دارند، مورد استفاده قرار می‌گیرد. اینورترها همچنین می‌توانند برای کنترل موتورهای سه‌فاز AC و یا تبدیل جریان باتری‌ها به AC در برنامه‌های خورشیدی و استفاده از انرژی برق مورد استفاده قرار گیرند.
بنابراین، VFD یک نوع از درایو است که از متغیر فرکانس برای کنترل موتورهای AC استفاده می‌کند، و اینورتر نیز یک نوع از درایو است که از تبدیل بین جریان مستقیم و متناوب برای کنترل موتورها و دستگاه‌های الکتریکی استفاده می‌کند
انواع VFDها
سه نوع رایج عبارتند از:
- انعکاس منبع جریان (CSI) – با موفقیت در پردازش سیگنال و کاربردهای برق صنعتی استفاده می‌شود.
- انعکاس منبع ولتاژ (VSI) – دارای ضریب توان نامناسب هستند، غیر-تولیدی هستند و ممکن است در زیر 6 هرتز به براش موتور منجر شوند.
- مدولاسیون عرض پالس (PWM) – به دلیل ضریب توان ورودی عالی‌اش، بیشترین استفاده را در صنعت دارد.
مزایا
- صرفه‌جویی در انرژی
- کنترل حلقه بسته
- محدود کردن جریان آغاز
- عملکرد آرام
- ضریب توان بالا
- نصب آسان
چگونه بهترین VFD را انتخاب کنیم؟
سرعت راه‌اندازی و کاهش تدریجی موتورهای الکتریکی توسط تغذیه‌گرها کنترل می‌شود و همچنین برای جلوگیری از جریان بیش از حد در موتور استفاده می‌شود.
این دستگاه‌ها در افزایش بهره‌وری موتور در برنامه‌های مختلف موتور AC کاربرد دارند که کنترل سرعت در آنها حیاتی است و حتی ممکن است در برخی از موارد که صرفه‌جویی در انرژی اولویت اصلی است، لازم باشد.
به عنوان اینکه هر برنامه و سیستمی متغیرهای زیادی دارد، پیدا کردن VFD مناسب ممکن است وظیفه‌ای نسبتاً دلهره‌آور باشد. راهنمای خرید تغییر فرکانس به شما تعدادی نکته و پیشنهاد مفید برای انتخاب درست را ارائه می‌دهد.
الف) اندازه‌گیری مناسب VFD چقدر باید باشد؟
بجای انتخاب بر اساس اسب بخار موتور، اندازه‌گیری تغذیه‌گر تغییر فرکانس باید بر اساس جریان موتور حداکثر در حالت تقاضای اوج انتخاب شود. الکترونیک درون تغذیه‌گرها بیشتر از تأثیر آنچه که در مقایسه با موتور رله و اتصال محلی برق دارند تحت تأثیر قرار می‌گیرند، بنابراین باید از جریان تقاضای اوج استفاده شود.
ب) چه چیزی انتخاب شود – تغذیه‌گر ولتاژ/فرکانس و کنترل‌کننده بردار؟
انتخاب تغذیه‌گر ولتاژ/فرکانس (V/F یا V/Hz) و کنترل‌کننده بردار احتمالاً اولین تصمیمی است که باید در انتخاب تغییر فرکانس بگیرید. هر دو روش کنترل ممکن است با بازخوردی مانند یک کدگذار چرخشی (rotary encoder) استفاده شوند یا نشوند. به طور کلی، بیشتر موتورهای کنترل شده توسط VFD در یک سناریوی حلقه باز عمل می‌کنند اما از راهنمای آغاز نرم و ویژگی‌های سرعت تنظیم‌پذیر تغذیه‌گر بهره می‌برند. به مقایسه با کنترل‌کننده بردار، تغذیه‌گر V/F ساده‌تر و اغلب ارزان‌تر است. علاوه بر این، اگر بار به تنهایی ثابت باشد و سرعت به اندازه‌ای بالا تنظیم شود که از گرم شدن بیش از حد موتور جلوگیری شود، عملکرد خوبی دارد. در حالی که یک تغذیه‌گر V/F به طور معمول برای برنامه‌های خاصی مانند کاربرد متغیر گشتاوری فن یا پمپ طراحی شده است. برخی از برنامه‌هایی مانند ترولی‌ها و ترمزها می‌توانند برنامه‌ریزی شوند تا از الگوی V/F ثابت گشتاور استفاده کنند.
کنترل بردار کنترل موتور را بازتر و پویاتر ارائه می‌دهد. موتور کنترل‌شده توسط بردار می‌تواند به طور مستقل کنترل فرکانس خروجی و گشتاور را کنترل کرده و از شکست ابزار در برنامه حفر توسط کنترل توان و گشتاور متوقف کند. برای ایجاد سرعت ثابت برای یک ترابرای مستقل از بار در برنامه مشابه نیز عمل می‌کند. برای بهره‌برداری بهینه از مزایای کنترل بردار، تغذیه‌گر باید با ویژگی‌های موتور مناسب تنظیم شده و به تنظیمات دینامیکی سیستم برای بهره‌برداری مناسب از مزایای کنترل بردار و بهره‌وری بهتر تنظیم شود.
ج) چگونه تغییر فرکانس کنترلی را با نرخ قابل برنامه‌ریزی کنیم؟
همانطور که بار افزایش می‌یابد و زمان توقف کاهش می‌یابد، موتور به عنوان یک ژنراتور عمل می‌کند که اغلب منجر به اشکال ولتاژ اضافی در تغذیه‌گر می‌شود. تبدیل ولتاژ بازتولیدی به انرژی گرمایی مشکل افزایشی را از بین می‌برد. معمولاً در برنامه‌های با اینرسی بالا، بارهای مقابل گرانش و اینرسی بالا نیاز به مقاومت‌های ترمز خارجی دارند. گرما هم باید تبعید شود، معمولاً خارج از یک جعبه کنترل. بنابراین، مکان نصب مقاومت‌های ترمز و محافظت در مقابل ولتاژ و خطرات حرارتی با دقت باید مورد بررسی قرار گیرد.
د) چگونه می‌توانیم نویز ولتاژ هارمونیک را کاهش دهیم؟
نویز ولتاژ هارمونیک توسط همه تغذیه‌گرها ایجاد می‌شود و با افزایش بار تغذیه‌گرها بدتر می‌شود. اگر نویز ولتاژ هارمونیک مشکوک شود، می‌توان از مترهای کیفیت برق استفاده کرد، یا حتی به عنوان یک فرآیند نصب عمومی، که می‌تواند کیفیت سیستم برق را قبل و پس از نصب تغذیه‌گر تغییر فرکانس اندازه‌گیری کند. راکتورهای خطی به حفاظت از سیم‌کشی و موتور در سمت خروجی کنترل‌کننده کمک می‌کنند. یک راکتور خطی خروجی تقریباً یک ضرورت است، اگر سیستم دارای یک کابل برق بین کنترل‌کننده و موتور بیش از 50 فوت یا اگر موتور معترق نشده باشد.
ه) چه کابلینگی باید استفاده شود؟
برای تامین برق به یک موتور با تغییر فرکانس، باید به کابل‌های مورد استفاده توجه داشته باشیم. کابل‌ها نویز الکتریکی را ایجاد کرده و ولتاژها را در کابل‌ها و سیم‌کشی اطراف تحریک می‌کنند. انتخاب عایق XLPE نسبت به PVC بهترین ثابته دی الکتریکی و مقاومت بالاتر را ارائه می‌دهد، اگرچه کمانیتانس کمتری دارد. علاوه بر این، کابل با ظریفترین ظرفیت برقی نیز مورد نیاز است. همچنین کابل‌های تغذیه‌گر تغییر فرکانس همیشه باید از هر نوع ولتاژ کنترل DC دوری کنند.
ج) چگونه یک VFD با موتور هماهنگ کار می‌کند؟
تغذیه‌گر تغییر فرکانس با موتور هماهنگ کار می‌کند. اما بیشتر نصب‌ها از تغذیه‌گر تغییر فرکانس برای موتورهای سه‌فاز استفاده می‌کنند. استفاده از موتورهای مناسب برای کار با تغذیه‌گرهای تغییر فرکانس توصیه می‌شود چرا که آنها با سرعت کمتری عمل می‌کنند و بدون گرم شدن اضافی کار می‌کنند. علاوه بر این، عایق داخلی سیم‌کشی موتور از تغذیه‌گرهای تغییر فرکانس برای تحمل افزایش ولتاژ بزرگتر طراحی شده است. موتورهای مخصوص تغییر فرکانس انتخاب مناسبی برای استفاده هستند، اگرچه هزینه‌ای بیشتر دارند.
تعدادی از نکات تخصصی برای در نظر گرفتن در مورد مشخص کردن VFDها
- تعیین کنید که تغذیه‌گر تغییر فرکانس مناسب برای برنامه شما است یا خیر.
- دلایل انتخاب خود را در نظر بگیرید.
- اندازه‌گیری مناسب برای بار را انتخاب کنید.
- از نیازهای ترمز آگاه باشید.
- نیازهای ورودی/خروجی را تعیین کنید.
- حالت کنترل مناسب را انتخاب کنید.
- نیازهای پروفایل کنترل خود را درک کنید.
- گزینه‌های موجود برای ارتباط را بشناسید.
- نصب و نیازهای عملیاتی را فراموش نکنید.
- از هارمونیک‌ها بپرهیزید.
چیزهایی که قبل از انتخاب VFD خود باید در نظر بگیرید
- چون VFDها ظرفیت جریان بالایی ندارند، بنابراین بارهای سخت‌راه‌انداز ممکن است نیاز به یک واحد بزرگتر برای برآورده کردن تقاضای جریان بالاتر داشته باشند.
- برای اندازه‌گیری تعداد موتورهای کنترل‌شده توسط تغذیه‌گر، باید جریان اوج کل بارهای موتور را تخمین بزنید که در شرایط بدترین عملکردی که سیستم پلان‌شده شما می‌بیند، مورد نیاز است. اندازه‌گیری تغذیه‌گر را بر اساس این نیاز حداکثر جریان انجام دهید.
- اگر برنامه‌های شما نیاز به شروع سریع یا توقف فوری بار دارند، از تغذیه‌گر بزرگتر ممکن است نیاز باشد.
- گرم شدن موتور ممکن است برای هر کاربردی که کاهش سرعت، گشتاور ثابت و …
