ภาพรวมโดยย่อของวงจรหลักและโครงสร้างวงจรควบคุมของไดรฟ์ความถี่ตัวแปร

ไดรฟ์ความถี่ตัวแปร (VFD) เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้ในการควบคุมความเร็วและประสิทธิภาพของมอเตอร์ไฟฟ้า และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านการควบคุมระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม ควบคุมความถี่เอาต์พุตและแรงดันไฟฟ้าของมอเตอร์ AC ดังนั้นจึงควบคุมความเร็วและแรงบิดของมอเตอร์ และช่วยให้สามารถควบคุมอุปกรณ์ได้อย่างชาญฉลาด มีประสิทธิภาพ และประหยัดพลังงาน-

ไดรฟ์ความถี่แบบแปรผันส่วนใหญ่ประกอบด้วยส่วนการส่งกำลัง ส่วนวงจรเรียงกระแส ส่วนอินเวอร์เตอร์ และวงจรควบคุม ส่วนการส่งกำลังใช้หม้อแปลงไฟฟ้าเพื่อลดแรงดันไฟฟ้ากริดอินพุต (โดยทั่วไปคือ 380V หรือ 220V) ให้เป็นแรงดันไฟฟ้าอินพุตที่ต้องการ ส่วนวงจรเรียงกระแสจะแปลงไฟ AC อินพุตเป็นไฟ DC ในขณะที่ส่วนอินเวอร์เตอร์จะแปลงไฟ DC กลับเป็นไฟ AC ความถี่สูง- วงจรควบคุมจะกำหนดเส้นทางและประมวลผลสัญญาณควบคุมเพื่อควบคุมเอาต์พุตของไดรฟ์

ฟังก์ชันหลักของ VFD ได้แก่ การควบคุมมอเตอร์ความเร็วตัวแปร- การควบคุมกำลัง และการป้องกันแรงดันไฟหลักเกินและการโอเวอร์โหลด ด้วยการปรับความถี่เอาท์พุตและแรงดันไฟฟ้าของ VFD ทำให้สามารถควบคุมมอเตอร์ได้อย่างแม่นยำและเชื่อถือได้ภายใต้โหลดที่แตกต่างกัน ขณะเดียวกันก็ใช้กลยุทธ์การควบคุมมอเตอร์ต่างๆ เช่น การควบคุมโซน การควบคุมเวกเตอร์ และการควบคุม-ลูปแบบเปิด

เนื่องจากข้อดีของการทำงานที่เสถียร การปรับปรุงประสิทธิภาพที่สำคัญ และการประหยัดพลังงาน ไดรฟ์ความถี่แบบแปรผันจึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในกระบวนการผลิตและสาขาต่างๆ เช่น การควบคุมปั๊ม ระบบระบายอากาศ ระบบทำความเย็น การผลิตในโรงงาน และหุ่นยนต์

หลักการทำงานของไดรฟ์ความถี่ตัวแปร

ตัวแปลงความถี่เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้ในการควบคุมความเร็วการทำงานของมอเตอร์กระแสสลับ หลักการทำงานขั้นพื้นฐานมีดังนี้:

อินเวอร์เตอร์แปลงไฟ DC เป็นไฟ AC และปรับความเร็วและแรงบิดในการทำงานของมอเตอร์โดยการควบคุมพารามิเตอร์ เช่น แรงดันไฟฟ้า ความถี่ และเฟส กระบวนการดำเนินงานเฉพาะสามารถแบ่งออกกว้าง ๆ เป็นขั้นตอนต่อไปนี้:

1. การแก้ไข: อินเวอร์เตอร์ใช้วงจรเรียงกระแสเพื่อแปลงไฟ AC จากแหล่งจ่ายไฟหลักเป็นไฟ DC

2. การกรอง: วงจรกรองช่วยให้แน่ใจว่ากำลังไฟ DC ถูกส่งไปยังวงจรอินเวอร์เตอร์อย่างราบรื่น ป้องกันสัญญาณรบกวนพัลส์ความถี่สูง-จากกระแสไฟฟ้าไม่ให้ปนเปื้อนกับแหล่งจ่ายไฟ

3. การกลับด้าน: วงจรอินเวอร์เตอร์จะแปลงไฟ DC ให้เป็นไฟ AC ที่ต้องการ

4. การควบคุมเอาต์พุต: ด้วยการควบคุมแรงดันไฟฟ้า ความถี่ และเฟสของเอาต์พุตของวงจรอินเวอร์เตอร์ VFD จะปรับสถานะการทำงานของมอเตอร์เพื่อให้บรรลุการควบคุมความเร็วแบบไม่มีขั้นตอนของมอเตอร์

5. ฟังก์ชันการป้องกัน: อินเวอร์เตอร์ยังมีฟังก์ชันการป้องกันต่างๆ เช่น กระแสไฟเกิน โอเวอร์โหลด แรงดันไฟเกิน และแรงดันไฟตก เพื่อให้มั่นใจถึงการทำงานที่ปลอดภัยและเสถียรของทั้งมอเตอร์และอินเวอร์เตอร์

โดยสรุป อินเวอร์เตอร์จะปรับสถานะการทำงานของมอเตอร์โดยการควบคุมพารามิเตอร์ เช่น ความถี่ AC และแรงดันไฟฟ้า ทำให้สามารถควบคุมความเร็วแบบไม่มีขั้นบันไดเพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดการควบคุมมอเตอร์ในการใช้งานต่างๆ

โครงสร้างวงจรหลักของไดรฟ์ความถี่ตัวแปร

โครงสร้างวงจรหลักของไดรฟ์ความถี่แบบแปรผันส่วนใหญ่ประกอบด้วยวงจรเรียงกระแส ตัวเก็บประจุขั้นกลาง วงจรอินเวอร์เตอร์ และวงจรกรองเอาต์พุต โดยเฉพาะประกอบด้วยส่วนประกอบดังต่อไปนี้:

1. วงจรเรียงกระแส: วงจรเรียงกระแสของไดรฟ์ความถี่แปรผันส่วนใหญ่ประกอบด้วยบริดจ์เรียงกระแสและตัวเก็บประจุกระแสตรง ด้วยการเพิ่มบริดจ์วงจรเรียงกระแสและตัวกรอง DC เข้ากับขั้วอินพุต AC ดั้งเดิม แรงดันไฟฟ้า AC จะถูกแปลงเป็นแรงดันไฟฟ้า DC

2. ตัวเก็บประจุระดับกลาง: ตัวเก็บประจุระดับกลางใช้เป็นหลักเพื่อให้แน่ใจว่าแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงของอินเวอร์เตอร์จะราบรื่นและเสถียร ในขณะเดียวกันก็ทำหน้าที่เป็นตัวกรองเอาต์พุตด้วย

3. วงจรอินเวอร์เตอร์: วงจรอินเวอร์เตอร์ประกอบด้วยโทโพโลยีต่างๆ เช่น การกำหนดค่าฮาล์ฟ-บริดจ์และเต็ม-บริดจ์ เพื่อแปลงแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงเป็นแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ ใช้การควบคุม PWM เพื่อส่งออกแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับที่มีรูปคลื่นไซนัสอยด์ใกล้- ดังนั้นจึงสามารถควบคุมความเร็วได้

4. วงจรกรองเอาท์พุต: วงจรกรองเอาท์พุตส่วนใหญ่ประกอบด้วยสองประเภท: ตัวกรองชนิด L- และตัวกรองชนิด LC- สิ่งเหล่านี้ใช้เพื่อกรองสัญญาณรบกวนความถี่สูง-ที่เกิดจากวงจรอินเวอร์เตอร์ ดังนั้นจึงสร้างแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงแบบไซน์ซอยด์ที่ราบรื่นที่ขั้วเอาต์พุต

โดยสรุป โครงสร้างวงจรหลักของไดรฟ์ความถี่แปรผัน (VFD) จำเป็นต้องเลือกส่วนประกอบที่เหมาะสมตามความต้องการใช้งานจริง รวมถึงอุปกรณ์แอคทีฟ (เช่น IGBT และ MOSFET) และอุปกรณ์พาสซีฟ (เช่น ตัวเก็บประจุและตัวเหนี่ยวนำ) เพื่อให้บรรลุการควบคุมความเร็วแบบไม่มีขั้นตอนของมอเตอร์

โครงสร้างวงจรควบคุมของไดรฟ์ความถี่ตัวแปร

โครงสร้างวงจรควบคุมของไดรฟ์ความถี่แปรผันส่วนใหญ่แบ่งออกเป็นส่วนประกอบต่างๆ ดังต่อไปนี้: อินเทอร์เฟซต่อพ่วง หน่วยประมวลผลสัญญาณอินพุต หน่วยประมวลผลกลาง หน่วยควบคุมสัญญาณเอาท์พุต และหน่วยจ่ายไฟ

1. อินเทอร์เฟซอุปกรณ์ต่อพ่วง: รวมถึงอินเทอร์เฟซการเชื่อมต่อสำหรับสัญญาณอินพุตและเอาต์พุต ใช้สำหรับการสื่อสารและการโต้ตอบกับอุปกรณ์ภายนอก

2. หน่วยประมวลผลสัญญาณอินพุต: หน่วยนี้ประมวลผลและแปลงสัญญาณอินพุตต่างๆ รับสัญญาณอินพุตหลายประเภท เช่น สัญญาณอะนาล็อกหรือสัญญาณดิจิทัล และแปลงเป็นสัญญาณควบคุมมาตรฐานสำหรับเอาต์พุตไปยังหน่วยประมวลผลกลาง จึงสามารถระบุและประมวลผลสัญญาณควบคุมได้

3. หน่วยประมวลผลกลาง: นี่คือส่วนประกอบหลักของอินเวอร์เตอร์ ซึ่งรับผิดชอบในการคำนวณและควบคุมความถี่เอาท์พุตและแรงดันไฟฟ้าของมอเตอร์ รวมถึงควบคุมการทำงานของส่วนประกอบเอาท์พุต เช่น อินเวอร์เตอร์ IGBT โดยทั่วไปหน่วยประมวลผลกลางจะประกอบด้วย CPU หนึ่งตัวขึ้นไปและหน่วยความจำภายในสำหรับจัดเก็บพารามิเตอร์ที่ตั้งไว้และโปรแกรมควบคุม

4. หน่วยควบคุมสัญญาณเอาท์พุต: หน่วยนี้ควบคุมการทำงานของส่วนประกอบเอาท์พุต ด้วยการควบคุมส่วนประกอบเอาท์พุต เช่น IGBT จะควบคุมความถี่เอาท์พุตและแรงดันไฟฟ้าของมอเตอร์ ดังนั้นจึงควบคุมความเร็วและแรงบิดของมอเตอร์

5. หน่วยจ่ายไฟ: หน่วยนี้ให้แหล่งจ่ายไฟที่เสถียรและใช้ส่วนประกอบต่างๆ เช่น ตัวกรอง เพื่อกรองและทำให้คลื่นความถี่สูง-ในเอาต์พุตของมอเตอร์เรียบขึ้น เพื่อให้มั่นใจถึงความเสถียรและความน่าเชื่อถือของระบบ

โดยสรุป โครงสร้างวงจรควบคุมของตัวแปลงความถี่ประกอบด้วยโมดูลหลายโมดูล โดยแต่ละโมดูลทำหน้าที่เฉพาะ โมดูลเหล่านี้ทำงานร่วมกันเพื่อบรรลุฟังก์ชันการควบคุมของไดรฟ์ร่วมกัน