การควบคุมมอเตอร์ไดรฟ์ความถี่: การตั้งค่า VFD การปรับแต่ง และการประหยัด

ในทางปฏิบัติการควบคุมมอเตอร์ของตัวแปลงความถี่ทำงานอย่างไร

ตัวแปลงความถี่จะเรียงกระแส AC ขาเข้าเป็น DC จากนั้นแปลงกลับเป็น AC ตามความถี่ที่ได้รับคำสั่ง ความเร็วของมอเตอร์ถูกกำหนดโดยความถี่เป็นหลัก ในขณะที่แรงดันไฟฟ้าและอัลกอริธึมการควบคุมจะควบคุมแรงบิดและเสถียรภาพ

ความเร็ว แรงบิด และเหตุใดโหมดการควบคุมจึงมีความสำคัญ

การใช้งานส่วนใหญ่แบ่งออกเป็นสองประเภทพฤติกรรม: แรงบิดแปรผัน (พัดลม/ปั๊ม) และแรงบิดคงที่ (สายพานลำเลียง/เครื่องอัดรีด) การจับคู่โหมดควบคุมของไดรฟ์กับโหลดจะช่วยเพิ่มแรงบิดที่ความเร็วต่ำ การยึดความเร็ว และประสิทธิภาพ

เมื่อ VFD เป็นเครื่องมือที่เหมาะสม

• คุณต้องมีความเร็วที่ปรับได้สำหรับการไหล ความดัน ความตึง หรือปริมาณงาน
• การสตาร์ทแบบนุ่มนวลช่วยลดแรงกระแทกทางกลเมื่อเปรียบเทียบกับการสตาร์ทแบบข้ามเส้น
• ต้นทุนพลังงานสูงและกระบวนการไม่ต้องใช้ความเร็วสูงสุดอย่างต่อเนื่อง
• คุณต้องมีคุณสมบัติการทำงานอัตโนมัติขั้นพื้นฐาน เช่น การควบคุม PID, สลีป/ปลุก หรือการตั้งค่าล่วงหน้าแบบหลายความเร็ว

วิธีกำหนดขนาดและเลือกตัวแปลงความถี่สำหรับการควบคุมมอเตอร์

ขนาดที่ถูกต้องขับเคลื่อนด้วย กระแสโหลดเต็มของมอเตอร์ (FLA) และความต้องการโหลดเกิน ไม่ใช่แค่แรงม้า/กิโลวัตต์เท่านั้น เริ่มต้นด้วยแผ่นป้ายชื่อมอเตอร์ จากนั้นจึงปฏิบัติตามข้อกำหนดด้านการใช้งาน

กฎการกำหนดขนาดอย่างรวดเร็วที่ป้องกันการเดินทางที่น่ารำคาญ

• จับคู่พิกัดกระแสต่อเนื่องของชุดขับกับมอเตอร์ FLA ด้วยระยะขอบ: ≥ 1.0× สำหรับพัดลม/ปั๊ม ≥ 1.1–1.25× สำหรับแรงบิดคงที่หรืออัตราเร่งที่สม่ำเสมอ
• ตรวจสอบคลาสโอเวอร์โหลด: มีไดรฟ์จำนวนมากให้ ~120% สำหรับ 60 วินาที (แรงบิดแปรผัน) และ ~150% สำหรับ 60 วินาที (แรงบิดคงที่) แต่จะแตกต่างกันไปตามรุ่น
• คำนึงถึงเวลาเร่งความเร็ว: ทางลาดที่สั้นกว่าต้องใช้แรงบิด/กระแสไฟฟ้าสูงสุดที่สูงกว่า
• ลดอุณหภูมิ ระดับความสูง กรอบหุ้ม และความถี่ในการสลับ หากผู้ผลิตไดรฟ์ระบุไว้

ตัวอย่าง: ลักษณะของ "ระยะขอบ" เมื่อมีจำนวนจริง

หากมอเตอร์ขนาด 400V, 30kW มีป้ายชื่อ FLA ~56เอ (ช่วงปกติขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพและตัวประกอบกำลัง) การเลือกไดรฟ์ด้วย 60–70A อัตราต่อเนื่องมักจะเหมาะสมกับหน้าที่ของพัดลม/ปั๊ม สำหรับสายพานลำเลียงที่มีการสตาร์ทหนัก การก้าวขึ้นไปบนตัวขับเคลื่อนที่สามารถรับน้ำหนักเกินได้สูงกว่าอาจป้องกันการสะดุดระหว่างการเร่งความเร็ว

รายการตรวจสอบการเลือกความน่าเชื่อถือ

1. แหล่งจ่ายอินพุต: แรงดันไฟฟ้า เฟส อัตราการลัดวงจร และแนะนำให้ใช้เครื่องปฏิกรณ์แบบเส้นหรือไม่
2. ประเภทมอเตอร์: มอเตอร์เหนี่ยวนำ PM หรือมอเตอร์พิเศษ ยืนยันความเข้ากันได้ของไดรฟ์
3. ความต้องการในการควบคุม: V/Hz พื้นฐานเทียบกับเวกเตอร์, การตอบสนองของตัวเข้ารหัส, ฟังก์ชัน PLC ในตัว, ฟิลด์บัส
4. การเบรก: เคลื่อนตัว/หยุด, การฉีด DC, ตัวต้านทานการเบรกแบบไดนามิก หรือความต้องการสร้างพลังงานใหม่
5. สภาพแวดล้อม: ฝุ่น ความชื้น การสั่นสะเทือน เลือกตู้/ระดับ IP และกลยุทธ์การระบายความร้อน

แนวทางปฏิบัติในการเดินสายไฟและการติดตั้งที่ทำให้การควบคุมมอเตอร์ VFD มีความเสถียร

ปัญหา "ลึกลับ" ของ VFD ส่วนใหญ่ย้อนกลับไปที่การต่อสายดิน การเดินสายเคเบิล หรือแนวทางปฏิบัติของสายไฟมอเตอร์ที่ไม่ถูกต้อง การติดตั้งที่ดีจะช่วยลด EMI, ปกป้องฉนวนของมอเตอร์ และปรับปรุงความแม่นยำในการควบคุม

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับสายเคเบิลและสายดิน

• ใช้สายเคเบิลมอเตอร์แบบมีชีลด์เมื่อจำเป็น ปิดชิลด์ 360° ตามแนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดสำหรับการควบคุมเสียงรบกวนความถี่สูง
• แยกสายมอเตอร์ออกจากสายไฟแอนะล็อก/ป้อนกลับ ข้ามที่ 90° ถ้าพวกมันต้องตัดกัน
• บอนด์ไดรฟ์ โครงมอเตอร์ และกราวด์แผงไปยังเส้นทางดินที่มีอิมพีแดนซ์ต่ำ หลีกเลี่ยงบริเวณ "เดซี่เชน" เมื่อเป็นไปได้
• หากสายเคเบิลมอเตอร์ยาว ให้พิจารณาตัวกรอง dV/dt หรือไซน์เพื่อลดความเครียดแรงดันไฟฟ้าของคลื่นสะท้อน

ปกป้องมอเตอร์และไดรฟ์

เอาต์พุต VFD เป็นรูปแบบคลื่น PWM ซึ่งสามารถเพิ่มกระแสแบริ่งและความเค้นของฉนวนในการตั้งค่าบางอย่าง การบรรเทาผลกระทบอาจรวมถึงการต่อสายดินที่เหมาะสม แบริ่งหุ้มฉนวน (เมื่อระบุ) โช้คโหมดร่วม และการกรองเอาต์พุต โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับมอเตอร์รุ่นเก่าหรือการเดินสายเคเบิลที่ยาวมาก

อย่าทำเช่นนี้ (รูปแบบความล้มเหลวทั่วไป)

• สลับมอเตอร์ระหว่างระบบขับเคลื่อนและแหล่งจ่ายไฟหลักโดยใช้คอนแทคเตอร์มาตรฐานโดยไม่ต้องมีรูปแบบการถ่ายโอนที่ได้รับการอนุมัติจากไดรฟ์
• ใส่ตัวเก็บประจุแก้ไขตัวประกอบกำลังบนเอาต์พุต VFD
• แบ่งปันคอมมอนส์อ้างอิงแบบอะนาล็อกกับวงจรที่มีเสียงดัง ใช้การแยกสัญญาณที่เหมาะสมเมื่อจำเป็น

ขั้นตอนการทดสอบการใช้งานสำหรับการควบคุมมอเตอร์ตัวแปลงความถี่ที่เชื่อถือได้

การป้อนข้อมูลป้ายชื่อมอเตอร์ที่แม่นยำและการรันรูทีนการระบุมอเตอร์ของไดรฟ์เป็นขั้นตอนการตั้งค่าที่มีผลกระทบสูงสุดสองขั้นตอน เพื่อการผลิตแรงบิดที่เสถียรและทริปที่น้อยลง โดยเฉพาะในโหมดเวกเตอร์

ตั้งค่าพารามิเตอร์ขั้นต่ำเพื่อกำหนดค่าก่อน

1. โวลต์ของมอเตอร์ กระแสไฟของมอเตอร์ (FLA) ความถี่พื้นฐาน ความเร็วพิกัด (RPM) และกำลัง
2. โหมดควบคุม: V/Hz สำหรับแรงบิดแปรผัน เวกเตอร์สำหรับแรงบิดคงที่ หรือประสิทธิภาพที่ความเร็วต่ำดีกว่า
3. เวลาเร่งความเร็ว/ลดความเร็วและวิธีการหยุด (ลื่นไหล ทางลาด การฉีดกระแสตรง การเบรกแบบไดนามิก)
4. การตั้งค่าขีดจำกัดกระแสและโอเวอร์โหลดสอดคล้องกับความสามารถในการระบายความร้อนของมอเตอร์
5. ความเร็วต่ำสุด/สูงสุด (Hz) และข้อจำกัดของกระบวนการใดๆ (เช่น ความเร็วการทำความเย็นขั้นต่ำสำหรับมอเตอร์ที่มีการระบายอากาศในตัว)

ตัวอย่างการควบคุม PID สำหรับปั๊มและพัดลม

สำหรับการควบคุมแรงดัน ตัวขับเคลื่อนสามารถปรับความเร็วเพื่อรักษาค่าที่ตั้งไว้ได้ แนวทางเริ่มต้นเชิงปฏิบัติคือการได้รับตามสัดส่วนเล็กน้อยและการกระทำอินทิกรัลที่ช้า จากนั้นจึงปรับแต่งตามการตอบสนอง:

• ตั้งค่าสเกลของทรานสดิวเซอร์อย่างถูกต้อง (เช่น 4–20mA = 0–10 บาร์) เพื่อหลีกเลี่ยง “การปรับ” สัญญาณที่ไม่ดี
• ใช้ตรรกะการนอนหลับ/ตื่นเมื่อความต้องการใกล้ศูนย์เพื่อป้องกันการล่าสัตว์และลดการสึกหรอ
• ใช้ความเร็วขั้นต่ำที่เหมาะสมเพื่อรักษาการระบายความร้อนของซีลหรือการไหลขั้นต่ำ หากจำเป็น

ทางลาด: สมดุลความต้องการของกระบวนการและขีดจำกัดทางไฟฟ้า

หากชุดขับตัดกระแสเกินระหว่างการเร่งความเร็ว ให้เพิ่มเวลาเร่งความเร็วหรือลดภาระในการสตาร์ท หากเกิดแรงดันไฟฟ้าเกินระหว่างการลดความเร็ว ให้ขยายเวลาการลดความเร็วหรือเพิ่มการเบรกแบบไดนามิก สำหรับโหลดที่มีความเฉื่อยสูง อุปกรณ์เบรกมักจะเปลี่ยนการหยุดที่ไม่เสถียรให้กลายเป็นอุปกรณ์ควบคุม

การประหยัดพลังงานและประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นที่คุณสามารถวัดได้

การควบคุมมอเตอร์ของตัวแปลงความถี่มีความน่าสนใจทางการเงินมากที่สุดกับโหลดแรงบิดแบบแปรผัน กฎความสัมพันธ์ให้การประมาณอย่างรวดเร็ว: การไหล ∝ ความเร็ว, หัว ∝ ความเร็ว² และกำลัง ∝ ความเร็ว³ นั่นหมายถึงการลดความเร็วเล็กน้อยสามารถลดกิโลวัตต์ได้มาก

ตัวอย่างที่เป็นรูปธรรมโดยใช้ความสัมพันธ์กำลังลูกบาศก์

หากพัดลมใช้กำลัง 30 kW ที่ความเร็ว 100% ดังนั้นที่ความเร็ว 80% กำลังของเพลาโดยประมาณคือ 30 × 0.8³ = 30 × 0.512 data 15.4 กิโลวัตต์ . นั่นคือการลดลงประมาณ 14.6 กิโลวัตต์ ในขณะที่ยังคงเคลื่อนที่ ~80% ของกระแสลม (ภายใต้เงื่อนไขของระบบที่คล้ายกัน)

การออมมักจะทำให้ผิดหวัง (และวิธีแก้ไข)

• หากกระบวนการต้องการแรงบิดคงที่ที่ความเร็วใกล้พิกัดเกือบตลอดเวลา การประหยัดจะถูกจำกัด มุ่งเน้นไปที่การบำรุงรักษาที่ลดลงและการควบคุมที่ดีขึ้นแทน
• หากแดมเปอร์หรือวาล์วควบคุมยังคงควบคุม "ของจริง" ให้ย้ายสิทธิ์การควบคุมไปที่ VFD ด้วย PID และถือว่าอุปกรณ์กลไกเป็นอุปกรณ์ตัดแต่งหรือขีดจำกัดด้านความปลอดภัย
• หากตั้งค่าความเร็วขั้นต่ำไว้สูงเกินไป ให้ทบทวนข้อจำกัดของกระบวนการอีกครั้ง แม้แต่ความเร็วที่ลดลง 10% ก็สามารถลดกำลังของพัดลม/ปั๊มลงได้ ~27%

การแก้ไขปัญหาการควบคุมมอเตอร์ตัวแปลงความถี่อย่างรวดเร็ว

เริ่มต้นด้วยการระบุว่าทริปเกี่ยวข้องกับกระแส แรงดันไฟฟ้า หรือเกี่ยวข้องกับสัญญาณ/การควบคุม ; ซึ่งจะทำให้สาเหตุที่แท้จริงแคบลงอย่างรวดเร็วและป้องกันการเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์แบบสุ่ม

แผนที่แสดงอาการถึงสาเหตุ

สรุป "แนวปฏิบัติที่ดี" โดยสรุป

เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่สม่ำเสมอจากการควบคุมมอเตอร์ของตัวแปลงความถี่ ให้จัดลำดับความสำคัญของข้อมูลมอเตอร์ที่แม่นยำ โหมดควบคุมที่เหมาะสม ทางลาดที่สมเหตุสมผล และการติดตั้งที่สะอาด เมื่อปรับแต่งและติดตั้งอย่างถูกต้อง VFD จะกลายเป็นเครื่องมือกระบวนการที่คาดเดาได้ ไม่ใช่สาเหตุของการเดินทางเป็นระยะๆ