แผงควบคุม VFD

มาตรฐานที่ใช้บังคับ

UL 508A

IEC61000-4《 การแก้ไขความเข้ากันได้ 1-electromagnetic (EMC)》

คุณสมบัติ

• ประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยม
• การประหยัดพลังงาน
• ประสิทธิภาพสูง
  
  
  

มาตรฐานประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์

GB/T 12668.3-2012: ไดรฟ์ไฟฟ้าความเร็วแปรปรวน-ส่วนที่ 3: ข้อกำหนดความเข้ากันได้ของแม่เหล็กไฟฟ้าและวิธีการทดสอบเฉพาะ

IEC 61800-2: 2021: ระบบขับเคลื่อนไฟฟ้าความเร็วสูงปรับได้ - ตอนที่ 2: ข้อกำหนดทั่วไป - ข้อมูลจำเพาะการจัดอันดับสำหรับระบบขับเคลื่อนพลังงาน AC ที่ปรับได้

IEC 60204-1: 2021: ความปลอดภัยของเครื่องจักร - อุปกรณ์ไฟฟ้าของเครื่องจักร - ส่วนที่ 1: ข้อกำหนดทั่วไป

IEC 61000-6-2: 2016: ความเข้ากันได้ของแม่เหล็กไฟฟ้า (EMC)-ตอนที่ 6-2: มาตรฐานทั่วไป-มาตรฐานภูมิคุ้มกันสำหรับสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรม

แอปพลิเคชัน

แผงควบคุม VFD ใช้กันอย่างแพร่หลายกับสายการผลิตปั๊มพัดลมเครื่องปรับอากาศลิฟต์คลังสินค้าโลจิสติกส์โลหะวิทยาและสถานการณ์อุตสาหกรรมอื่น ๆ อีกมากมาย

ความสำคัญของเทคโนโลยี VFD

เทคโนโลยีไดรฟ์ความถี่ผันแปร (VFD) เป็นรากฐานที่สำคัญของระบบอัตโนมัติอุตสาหกรรมที่ทันสมัยซึ่งนำเสนอความก้าวหน้าที่สำคัญในด้านประสิทธิภาพการควบคุมและอายุการใช้งานที่ยืนยาว ด้วยการจัดการความเร็วและแรงบิดของมอเตอร์ไฟฟ้าอย่างแม่นยำ VFDs ให้ข้อได้เปรียบที่สำคัญมากกว่าระบบมอเตอร์ความเร็วคงที่แบบดั้งเดิม

ประโยชน์หลักของเทคโนโลยี VFD ได้แก่ :

• การประหยัดพลังงาน: หนึ่งในข้อได้เปรียบที่น่าสนใจที่สุดคือการลดลงอย่างมากในการใช้พลังงาน ในแอพพลิเคชั่นเช่นปั๊มและพัดลมการใช้พลังงานของมอเตอร์นั้นเกี่ยวข้องโดยตรงกับลูกบาศก์ของความเร็ว แม้แต่การลดความเร็วเล็กน้อยก็สามารถนำไปสู่การประหยัดพลังงานอย่างมีนัยสำคัญซึ่งมักจะลดการใช้พลังงานเกือบ 50% ด้วยการลดความเร็วเพียง 20% ความสามารถนี้ช่วยให้เครื่องจักรสามารถจับคู่การใช้พลังงานกับความต้องการโหลดจริงลดของเสียและลดต้นทุนการดำเนินงาน
• การควบคุมกระบวนการที่ได้รับการปรับปรุง: VFDs ช่วยให้สามารถควบคุมความเร็วการเร่งความเร็วและแรงบิดได้อย่างแม่นยำและปรับได้ สิ่งนี้นำไปสู่การทำงานที่ราบรื่นขึ้นเช่นการเริ่มต้นที่อ่อนนุ่มซึ่งค่อยๆเพิ่มความเร็วมอเตอร์ลดความเครียดทางกลบนเข็มขัดเกียร์และข้อต่อ การควบคุมระดับนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในแอพพลิเคชั่นที่ต้องการความแม่นยำสูงตั้งแต่ระบบสายพานลำเลียงการผลิตไปจนถึงแอพพลิเคชั่น HVAC ทำให้มั่นใจได้ว่าคุณภาพของผลิตภัณฑ์ที่ดีขึ้นและประสิทธิภาพที่สอดคล้องกัน
• อายุการใช้งานอุปกรณ์ขยายอายุ: ด้วยการลดความเครียดเชิงกลในระหว่างการเริ่มต้นและการทำงาน VFDS ลดการสึกหรอของมอเตอร์และอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อ การทำงานที่ราบรื่นขึ้นนี้นำไปสู่อายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้นสำหรับส่วนประกอบเชิงกลและลดความถี่ของการบำรุงรักษาและการหยุดทำงาน นอกจากนี้ VFDS ยังให้การป้องกันที่ดีขึ้นสำหรับมอเตอร์จากปัญหาเช่นความร้อนมากเกินไปแรงดันไฟฟ้าเกินและแรงดันต่ำ

ส่วนประกอบหลักของแผง VFD

แผงควบคุมไดรฟ์ความถี่ตัวแปร (VFD) เป็นชุดประกอบของส่วนประกอบต่าง ๆ ที่ทำงานร่วมกันเพื่อควบคุมมอเตอร์ได้อย่างปลอดภัย ในขณะที่ VFD เองเป็นองค์ประกอบกลางแผงรวมอุปกรณ์สำคัญอื่น ๆ เพื่อให้แน่ใจว่าการป้องกันเสถียรภาพการปฏิบัติงานและการควบคุมผู้ใช้

ไดรฟ์ความถี่ตัวแปร (VFD)

หัวใจสำคัญของแผงควบคุมคือ VFD หรือที่เรียกว่าไดรฟ์ AC หรืออินเวอร์เตอร์ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ซับซ้อนนี้มีหน้าที่ในการแปลงความถี่และแรงดันไฟฟ้าคงที่จากแหล่งจ่ายไฟที่เข้ามาเป็นความถี่ตัวแปรและเอาต์พุตแรงดันไฟฟ้า กระบวนการนี้ช่วยให้สามารถควบคุมความเร็วและแรงบิดของมอเตอร์ได้อย่างแม่นยำ VFD ประกอบด้วยสามส่วนหลัก: วงจรเรียงกระแส, ลิงค์ DC และอินเวอร์เตอร์

ชิ้นส่วนไฟฟ้าที่สำคัญ

เพื่อรองรับ VFD และปกป้องทั้งระบบแผงควบคุมมีส่วนประกอบไฟฟ้าหลักหลายอย่าง:

• เบรกเกอร์และฟิวส์: สิ่งเหล่านี้เป็นอุปกรณ์ป้องกันที่จำเป็นตั้งอยู่ที่แหล่งจ่ายไฟอินพุต พวกเขาปกป้อง VFD และส่วนประกอบอื่น ๆ จากความเสียหายโดยการขัดจังหวะวงจรในกรณีที่มีการลัดวงจรหรือโอเวอร์โหลด พวกเขายังทำหน้าที่เป็นวิธีการตัดการเชื่อมต่อพลังงานอย่างปลอดภัยสำหรับการบำรุงรักษา
• เครื่องปฏิกรณ์สายและตัวกรองฮาร์มอนิก: เครื่องปฏิกรณ์สายเป็นตัวเหนี่ยวนำที่ติดตั้งก่อนที่ VFD จะลดฮาร์มอนิกและแรงดันไฟฟ้าแหลมจากสายไฟปรับปรุงคุณภาพพลังงานและการปกป้องไดรฟ์ เพื่อลดการบิดเบือนฮาร์มอนิกที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นซึ่งอาจส่งผลเสียต่ออุปกรณ์อื่น ๆ ในกริดพลังงานเดียวกันอาจใช้ตัวกรองฮาร์มอนิก
• คอนแทคเตอร์และอุปกรณ์บายพาส: คอนแทคสามารถใช้เพื่อมีส่วนร่วมหรือปลด VFD ออกจากมอเตอร์ คอนแทคเตอร์บายพาสช่วยให้มอเตอร์ทำงานโดยตรงจากแหล่งจ่ายไฟหลักโดยผ่าน VFD นี่เป็นคุณสมบัติที่สำคัญสำหรับแอปพลิเคชันที่สำคัญซึ่งระบบจะต้องดำเนินการต่อไปแม้ว่า VFD จะล้มเหลวหรือต้องการการบำรุงรักษา
• ระบบทำความเย็น: VFDs สร้างความร้อนจำนวนมากในระหว่างการทำงาน เพื่อป้องกันความร้อนสูงเกินไปและมั่นใจในความน่าเชื่อถือแผงควบคุมจะติดตั้งระบบทำความเย็นซึ่งอาจรวมถึงพัดลมระบายความร้อนหรือเครื่องปรับอากาศโดยเฉพาะในสภาพแวดล้อมที่ร้อน

หน่วยควบคุมและอินเตอร์เฟส

ส่วนนี้ของแผงควบคุมช่วยให้มนุษย์มีปฏิสัมพันธ์และตรวจสอบระบบ:

• อินเทอร์เฟซ Operator (HMI): โดยทั่วไปด้านหน้าของแผงควบคุมจะมีส่วนต่อประสานของผู้ปฏิบัติงานเช่นปุ่มกดหน้าจอสัมผัสหรือปุ่มและไฟแสดงสถานะ สิ่งนี้ช่วยให้ผู้ให้บริการเริ่มต้นและหยุดมอเตอร์ปรับความเร็วตรวจสอบสถานะการทำงาน (เช่นความเร็วปัจจุบัน) และดูความผิดพลาดหรือการเตือนภัยใด ๆ อินเทอร์เฟซเหล่านี้มีตั้งแต่ปุ่มกดแบบง่ายไปจนถึงหน้าจอสัมผัสขั้นสูงที่รวมเข้ากับระบบควบคุมขนาดใหญ่

แผงควบคุม VFD ทำงานอย่างไร

ตู้ VFD จัดการพลังงานไฟฟ้าผ่านกระบวนการสามขั้นตอนเพื่อควบคุมความเร็วของมอเตอร์อย่างแม่นยำ กระบวนการนี้เกิดขึ้นภายในไดรฟ์ความถี่ตัวแปรซึ่งเป็นส่วนประกอบส่วนกลางที่อยู่และป้องกันโดยแผงควบคุม

การแปลง AC เป็น DC (การแก้ไข)

กระบวนการเริ่มต้นเมื่อพลังงาน AC ความถี่คงที่มาตรฐานจากสายยูทิลิตี้เข้าสู่ VFD ขั้นตอนแรกภายในไดรฟ์คือตัวแปลงหรือวงจรเรียงกระแสซึ่งโดยทั่วไปจะประกอบด้วยชุดไดโอด ฟังก์ชั่นเดียวของส่วนนี้คือการแปลงแรงดันไฟฟ้า AC ที่เข้ามาเป็นแรงดันไฟฟ้า DC ผลลัพธ์ของขั้นตอนนี้คือแรงดันไฟฟ้า DC ที่เต้นแรง

รถบัส DC และการกรอง

แรงดันไฟฟ้า DC ที่เต้นแรงจากวงจรเรียงกระแสจะถูกส่งไปยังบัส DC หรือที่เรียกว่าลิงก์ DC ขั้นตอนกลางนี้ประกอบด้วยตัวเก็บประจุขนาดใหญ่ที่กรองและทำให้การเต้นเป็นจังหวะทำให้แรงดันไฟฟ้า DC ที่สะอาดและเสถียร ตัวเก็บประจุทำหน้าที่เป็นอ่างเก็บน้ำจัดเก็บพลังงานไฟฟ้าที่จะใช้ในขั้นตอนสุดท้าย

การแปลง DC เป็น AC (ผกผัน)

นี่คือขั้นตอนวิกฤตที่การควบคุมเกิดขึ้น ส่วนสุดท้ายของ VFD คืออินเวอร์เตอร์ ใช้แรงดันไฟฟ้า DC ที่ราบรื่นจากบัส DC และใช้ทรานซิสเตอร์ความเร็วสูง (เช่นทรานซิสเตอร์สองขั้วเกทหรือ IGBTS) ซึ่งเป็นเกตเกตหรือ IGBTs) ซึ่งจะสร้างเอาต์พุตแรงดันไฟฟ้า AC ใหม่ โดยการเปลี่ยนทรานซิสเตอร์เหล่านี้เปิดและปิดในอัตราที่สูงมากเทคนิคที่เรียกว่าการปรับความกว้างพัลส์ (PWM) ใช้เพื่อสร้างคลื่น AC sine จำลอง ที่สำคัญทั้งแรงดันไฟฟ้าและความถี่ของเอาต์พุต AC ใหม่นี้สามารถปรับได้อย่างสมบูรณ์

บรรลุการควบคุมมอเตอร์ที่แม่นยำ

ความเร็วในการหมุนของมอเตอร์ AC นั้นเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความถี่ของพลังงานที่ส่งมา โดยการควบคุมความถี่ของเอาต์พุต AC ที่สังเคราะห์ขึ้นอย่างแม่นยำจากอินเวอร์เตอร์ VFD สามารถกำหนดความเร็วที่แน่นอนที่มอเตอร์หมุน ตัวอย่างเช่นในการเรียกใช้มอเตอร์ 60 Hz ด้วยความเร็วครึ่ง VFD จะส่งออกความถี่ 30 Hz VFD ยังปรับแรงดันเอาต์พุตตามสัดส่วนความถี่ (รักษาอัตราส่วนโวลต์ต่อเฮิร์ตซ์หรือ V/Hz คงที่) เพื่อให้แรงบิดที่จำเป็นและป้องกันไม่ให้มอเตอร์ดึงกระแสมากเกินไปและความร้อนสูงเกินไป กระบวนการทั้งหมดนี้ช่วยให้สามารถควบคุมความเร็วของมอเตอร์ได้อย่างราบรื่นและไม่อยู่ใกล้กับศูนย์จนถึงความเร็วที่ได้รับการจัดอันดับเต็มและยิ่งกว่านั้น

แอปพลิเคชันทั่วไปของแผง VFD

แผงไดรฟ์ VFD มีความหลากหลายและใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่าง ๆ เพื่อเพิ่มการควบคุมมอเตอร์ปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงานและเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการ ความสามารถของพวกเขาในการจัดการความเร็วมอเตอร์อย่างแม่นยำทำให้พวกเขามีค่าในหลากหลายแอพพลิเคชั่นตั้งแต่บริการอาคารไปจนถึงการดำเนินงานอุตสาหกรรมหนัก

ระบบ HVAC

ในระบบทำความร้อนการระบายอากาศและเครื่องปรับอากาศ (HVAC) VFDs มีความสำคัญต่อการควบคุมพัดลมปั๊มและคอมเพรสเซอร์ ด้วยการปรับความเร็วมอเตอร์เพื่อให้ตรงกับความต้องการความร้อนแบบเรียลไทม์หรือความเย็นของอาคาร VFD สามารถลดการใช้พลังงานได้อย่างมีนัยสำคัญ ตัวอย่างเช่นการชะลอตัวของพัดลมมอเตอร์ 20% อาจส่งผลให้ประหยัดพลังงานได้เกือบ 50% การควบคุมที่แม่นยำนี้ยังนำไปสู่อุณหภูมิและระดับความดันที่เสถียรมากขึ้นปรับปรุงความสะดวกสบายของผู้อยู่อาศัยและยืดอายุการใช้งานของอุปกรณ์โดยการลดความเครียดเชิงกลจากการเริ่มต้นอย่างกะทันหันและหยุด

ปั๊มและน้ำ

แผง VFD มักใช้ในการจัดการน้ำและน้ำเสีย ในการใช้งานปั๊มที่ดี VFD สามารถรักษาความดันน้ำคงที่แม้จะมีความต้องการที่ผันผวนโดยการปรับความเร็วของปั๊ม สิ่งนี้จะช่วยลดการปั่นจักรยานเปิด/ปิดของมอเตอร์ปั๊มบ่อยครั้งซึ่งช่วยประหยัดพลังงานและยืดอายุการใช้งานของมอเตอร์ ในโรงบำบัดน้ำเสีย VFD ใช้ในการควบคุมปั๊มและเครื่องเป่าลมเพื่อให้สามารถควบคุมอัตราการไหลและกระบวนการเติมอากาศได้อย่างแม่นยำซึ่งเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการรักษาที่มีประสิทธิภาพ พวกเขายังสามารถช่วยบรรเทาปัญหาเช่นค้อนน้ำโดยการเริ่มต้นและหยุดสำหรับปั๊ม

อุตสาหกรรมและการผลิต

ในภาคอุตสาหกรรมแผง VFD เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับเครื่องจักรที่หลากหลาย แอปพลิเคชันรวมถึง:

• ระบบสายพานลำเลียง: VFDs ช่วยให้ความเร็วของสายพานได้รับการปรับตามความต้องการการผลิตทำให้มั่นใจได้ว่าการทำงานและการซิงโครไนซ์ที่ราบรื่นกับกระบวนการอื่น ๆ
• ปั๊มคอมเพรสเซอร์และพัดลม: เช่นเดียวกับระบบ HVAC VFD ใช้ในการควบคุมปั๊มอุตสาหกรรมคอมเพรสเซอร์และพัดลมเพื่อให้ตรงกับความต้องการกระบวนการประหยัดพลังงาน
• เครื่องมือเครื่องจักร: ในอุปกรณ์เช่นเครื่องผสมเครื่องบดและเครื่องกลึง VFD ให้ความเร็วและแรงบิดที่แม่นยำที่จำเป็นสำหรับคุณภาพของผลิตภัณฑ์และความสอดคล้อง