Variable Frequency Drive คืออะไร?
ไดรฟ์ความถี่แปรผัน (VFD) คืออุปกรณ์ควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้เพื่อควบคุมความเร็วที่ปรับได้สำหรับมอเตอร์ AC และ DC มอเตอร์ AC ที่พบมากที่สุดคือมอเตอร์เหนี่ยวนำ AC หรือมอเตอร์อะซิงโครนัส ประโยชน์ของการใช้ VFD ได้แก่ การประหยัดพลังงานสำหรับการใช้งานพัดลมและปั๊ม HVAC แรงบิดของมอเตอร์และการควบคุมความเร็วที่ดีขึ้นในการใช้งานอุตสาหกรรม และการป้องกันมอเตอร์ที่ดีขึ้น
ขนาดมอเตอร์สำหรับการทำงานของ VFD:
ไดรฟ์ความถี่แปรผันสามารถทำงานกับมอเตอร์ตั้งแต่ ¼ แรงม้าที่ 120 โวลต์เฟสเดียวไปจนถึง 20,000 กิโลวัตต์ที่ 11,000 โวลต์สามเฟส มอเตอร์อุตสาหกรรมโดยทั่วไปเป็นแบบสามเฟส และแรงดันไฟฟ้าที่พบมากที่สุดในสหรัฐฯ คือ 480 โวลต์ แรงดันไฟฟ้าทั่วไปอื่นๆ ได้แก่ 230, 2300 และ 4160 โวลต์ มอเตอร์ได้รับการออกแบบให้ทำงานที่แรงดันไฟฟ้าต่างๆ ขึ้นอยู่กับขั้วของมอเตอร์
มอเตอร์ได้รับการออกแบบให้ทำงานด้วยความเร็วคงที่ขึ้นอยู่กับจำนวนขั้วในมอเตอร์ ความถี่ของแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้กับมอเตอร์จะกำหนดความเร็วของมอเตอร์ ความเร็วนี้เป็นฟังก์ชันของความถี่ที่ใช้คูณด้วย 120 หารด้วยจำนวนขั้วต่อเฟส
VFD เปลี่ยนความเร็วของมอเตอร์ได้อย่างไร:
VFD ควบคุมมอเตอร์โดยเปลี่ยนความถี่ระหว่าง 0 และ 60 รอบหรือเฮิรตซ์ต่อวินาที นอกจากนี้ยังสามารถเปลี่ยนความถี่นอกแบนด์มาตรฐาน 0-60 Hz ได้ถึง 600 Hz เมื่อสูงกว่า 600 Hz การใช้งานโดยทั่วไปคือมอเตอร์สปินเดิลความเร็วสูง เมื่อสูงกว่า 600 Hz การใช้งานโดยทั่วไปคือมอเตอร์สปินเดิลความเร็วสูง VFD จะเปลี่ยนแปลงความถี่อินพุตโดยปรับความถี่เอาต์พุตของคลื่นไซน์ AC ไปยังมอเตอร์ เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ VFD มีส่วนประกอบหลักสี่ส่วน:
- ส่วนแปลงไดโอดจะแปลงแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ 60 เฮิรตซ์เป็นแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงผ่านไดโอดแปลงกระแสไฟฟ้า
- ส่วนบัส DC จะเก็บแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับที่แปลงแล้วไว้ในตัวเก็บประจุ สำหรับอินพุต 480 V AC แรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่บัส DC สามเฟสสามารถเป็น 648 V DC ได้ (= 480 V x Sq. Rt. √1.82)
- ส่วนอินเวอร์เตอร์หรือ IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) แปลงแรงดันไฟฟ้า DC ที่เก็บไว้เป็นคลื่นไซน์ AC แบบอนาล็อกที่เรียกว่าการมอดูเลตความกว้างพัลส์เพื่อจำลองคลื่น AC คลื่นที่มอดูเลตความกว้างพัลส์มีแอมพลิจูด (ความสูง) ซึ่งเป็นแรงดันไฟฟ้าขาเข้าสูงสุด ซึ่งโดยปกติคือ 480 โวลต์ และรอบการทำงาน (ความกว้าง) จำนวนรอบการทำงานต่อวินาทีคือความถี่ในหน่วยเฮิรตซ์ และอัตราการเปิดและปิด IGBT คือความถี่ของคลื่นพาหะ ความถี่ของคลื่นพาหะมีตั้งแต่ 2,000 Hz ถึง 15,000 Hz ความถี่ของคลื่นพาหะที่สูงขึ้นจะสร้างคลื่นที่ดีกว่า ลองนึกภาพสวิตช์ไฟบนผนังที่ให้แรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าจ่ายไฟให้กับหลอดไฟ แรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าไหลไปที่หลอดไฟด้วยอัตรา 60 รอบต่อวินาที การกะพริบของแสงใดๆ ก็ตามนั้นเร็วเกินกว่าที่จะตรวจจับได้ด้วยตาเปล่า
- ส่วนควบคุม VFD จะกำหนดแรงดันไฟฟ้าและความถี่หรือหมายเลขรอบหน้าที่ส่งไปยังมอเตอร์ มอเตอร์ใช้รูปคลื่นที่ปรับความกว้างพัลส์เพื่อควบคุมความเร็วของมอเตอร์
วิวัฒนาการของไดรฟ์ความถี่แปรผัน
VFD ได้รับการพัฒนาตามกาลเวลา แต่ฟังก์ชันพื้นฐานยังคงอยู่ VFD ถูกนำมาใช้ในแอปพลิเคชันต่างๆ มากมายและช่วยให้ภาคอุตสาหกรรมพัฒนาก้าวหน้าขึ้น ด้วยกระแส IIoT และการผลิตอัจฉริยะที่เพิ่มขึ้นในปัจจุบัน VFD จะกลายมาเป็นส่วนสำคัญในการปรับปรุงกระบวนการและมอบข้อมูลที่มีความหมายเพื่อช่วยให้ผู้ผลิตกลายเป็นผู้นำในอุตสาหกรรมของตน