انتخاب و سایز کردن درایوهای فرکانس متغیر یا VFD

انتخاب و سایز کردن درایوهای فرکانس متغیر یا VFD

انتخاب و اندازه یک درایو فرکانس متغیر (VFD) می‌تواند حتی برای با تجربه‌ترین مهندسان کار سختی باشد، این مقاله قصد دارد این کار را آسان کند.

هدفِ یک درایو فرکانس متغیر (VFD) تبدیل ورودی یک جریان متناوب تک فاز به ولتاژ DC و سپس معکوس کردن و تبدیل آن به خروجی جریان متناوب سه فاز است. این درایوهایِ کنترل ِموتور برای بسیاری از کاربردهای برقی مانند جریان، نگهداری فشار، انحلال اکسیژن و نگهداری سطح مایعات ساخته شده اند. قبل از پرداختن به انتخاب و سایز کردن  VFD، نکات اساسی وجود دارد که باید بدانید؛

اول، VFD ها نمی توانند گشتاور یا اسب بخار تولید کنند.

دوم، VFD ها برای تامین جریان برق با فرکانس و ولتاژ صحیح برای دستیابی به سرعت های مورد نظر جهت راه اندازی یک موتور معین در نظر گرفته شده اند.

اکنون، شما آماده یادگیری نحوه انتخاب و سایز کردن VFD هستید.

انتخاب موتور

قبل از انتخاب و سایز کردن VFD ها، موتور صحیح را انتخاب کنید و VFD مناسب را برای راه اندازی آن موتور انتخاب کنید. فرمول مورد استفاده در انتخاب موتور بر اساس نحوه عملکرد موتور متفاوت است. موتور می تواند عملکرد عمودی یا افقی داشته باشد.

حرکت افقی

در شکل بالا، W (kg)  وزن کل جسم در حال حرکت، V (m/min)  سرعت، و μ ضریب فرکانس سیستم است.

فرض کنید p قدرت لازم برای به حرکت درآوردن موتور باشد. که با استفاده از فرمول از محاسبه می شود؛

(جایی که واحد براساس کیلو وات است)

مسئله 1

جرم یک جسم 80 کیلوگرم است و سرعت ، فرکانس و بازده آن به ترتیب 80 m/min،  0.2و 0.8 است. نیروی محرکه موتور را محاسبه کنید.

حل مسئله

حرکت عمودی

اگر جسمی با جرم W (kg) تحت سرعت بالا بردن V (m/min) قرار گیرد، نیروی P مورد نیاز برای به حرکت درآوردن موتور با استفاده از فرمول تعیین می‌شود.

η = کارایی سیستم موتور

مسئله دوم

جرم این جسم 50 کیلوگرم و سرعت بالا بردن 60 متر بر دقیقه با بازده 0.8 است. نیروی مورد نیاز برای به حرکت درآوردن موتور برای بالا بردن بار را محاسبه کنید.

حل مسئله

اندازه موتور و VFD با توجه به شتابگیری / کاهش سرعت

برای شتاب و کاهش سرعت، انتخاب اندازه و ظرفیت باید با توجه به حرکت ماشین تعیین شود. اطلاعات دستگاه ثبت شده روی پلاک، از جمله الگوی عملکرد مورد نیاز را بررسی کنید.

در ادامه مراحلی را که باید در طول فرآیند انتخاب تجهیزات دنبال کنید آمده است.

• مرحله 1: گشتاور بار ماشین را محاسبه کنید. این گشتاور بار است که در جابجایی بار مهم است.
• مرحله 2: ممان اینرسی متصل به ماشین را محاسبه کنید.

ممان اینرسی با J نشان داده می شود. این مقدار، سنجشی برای نشان دادن آسان یا دشوار بودن توقف یا حرکت یک جسم می باشد. این را می توان با بارگیری در پشت یک پیست اتوموبیل رانی مقایسه کرد.

• مرحله 3: الگوی عملکرد دستگاه را بیابید. این از زمان قطع و توقف در یک چرخه عملیاتی دستگاه به دست می آید.

با بررسی شکل زیر، ناحیه مشخص شده با نوارهای خاکستری و سیاه نشان دهنده مقدار سیر و حرکت است.

با توجه به اینکه حداکثر سرعت V (mm/s)، شتاب tpsa (s)، کاهش سرعت tpsd (s)، زمان سفر t (s)، مقدار سفر L (mm) و tpsa برابر با tpsd است، فرمول زیر رابطه آنها را نشان می دهد.

• مرحله 4: به طور آزمایشی انتخاب موتور را انجام دهید. موتوری را انتخاب کنید که ممان اینرسی J و گشتاور مورد نیاز بار را برآورده کند. به یاد داشته باشید که گشتاور نامی موتور باید بیشتر از گشتاور بار باشد. در غیر این صورت، ممکن است موتور خراب شود یا اصلا نتواند بار را به گردش در آورد.

• مرحله 5: گشتاور را با موتور آزمایشی انتخاب شده محاسبه کنید. محاسبات گشتاور با شرایط ذکر شده زیر انجام می شود؛

❖ گشتاور مورد نیاز برای شتاب دادن به موتور از راه اندازی تا رسیدن به یک سرعت کار ثابت

❖ گشتاور لازم برای حفظ بار در سرعت کار ثابت.

❖ گشتاور مورد نیاز برای کاهش سرعت موتور تا توقف.

❖ پیش بینی گرمای تولید شده توسط موتور.

با استفاده از مقادیر جریان موتور به دست آمده در مراحل 1 تا 3 و با فرض یک چرخه کامل کاردهی، یک جریان معادل را با استفاده از فرمول زیر محاسبه کرده و نتیجه را با جریان نامی مقایسه کنید.

اندازه موتور محاسبه شده باید دارای جریانی کمتر از مقدار نامی موتور واقعی داشته باشد.

(دراینجا Cn ضریب خنک کننده است)

• مرحله 6: نیاز به مقاومت ترمز را بررسی کنید. مقاومت ترمز برای سیستم ترمز بازتولید(regenerative brake) ضروری است.

محاسبات مربوط به قدرت ترمز را از انرژی تولید شده هنگام استفاده از ترمز بازیاب در هنگام کاهش سرعت انجام دهید.

بررسی کنید که آیا محدوده توان محاسبه شده در محدوده عملکرد و مشخصات مجاز است یا خیر. اگر قدرت ترمز از محدوده خارج شد، یک مقاومت ترمز(brake resistor) را به صورت خارجی نصب کنید.

نکات کلیدی در انتخاب و اندازه VFD ها

• درایوهای فرکانس متغیر AC برق تکفاز را قبل از معکوس کردن آن به خروجی AC سه فاز به DC تبدیل می کنند.
• موتورها از طریق نیروهای محرک افقی یا عمودی کار می کنند.
• نیروی محرکه حرکت افقی را می توان با استفاده از فرمول محاسبه کرد.
• نیروی محرکه حرکت عمودی را می توان با استفاده از فرمول ذکر شده در زیر محاسبه کرد؛

(جایی که واحد براساس کیلو وات است)

• فرآیند انتخاب موتور و VFD را می توان با دنبال کردن شش مرحله مهم انجام داد:

گشتاور بار ماشین را محاسبه کنید، ممان اینرسی ماشین داده شده را محاسبه کنید، الگوی عملکرد مورد استفاده در ماشین را بیابید، انتخاب موتور را انجام دهید، گشتاور موتور انتخاب شده را محاسبه کنید و بررسی کنید که آیا در هنگام کاهش سرعت به ترمز نیاز است یا خیر.

• محاسبه جریان معادل موتور را می توان با استفاده از فرمول به دست آورد؛

مرجع؛ eepower.com