Panel sterowania VFD

Obowiązujące standardy

UL 508A

IEC61000-4 《Poprawka 1-elektromagnetyczna kompatybilność (EMC)》

Funkcja

• Doskonała wydajność
• Oszczędzanie energii
• Wysoka wydajność
  
  
  

Standardy wydajności produktu

GB/T 12668.3-2012: Zmienna prędkość napędu elektryczne-Część 3: Wymagania dotyczące kompatybilności elektromagnetycznej i określone metody testowe

IEC 61800-2: 2021: Regulowana prędkość elektryczna Systemy napędu zasilania - Część 2: Wymagania ogólne - Specyfikacje oceny dla systemów napędu prędkości prędkości prędkości

IEC 60204-1: 2021: Bezpieczeństwo maszyn - Sprzęt elektryczny maszyn - Część 1: Wymagania ogólne

IEC 61000-6-2: 2016: Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC)-Część 6-2: Standardy ogólne-Standard odporności dla środowisk przemysłowych

Aplikacja

Panel sterowania VFD jest szeroko stosowany z liniami produkcyjnymi, pompami, wentylatorami, klimatyzatorami, windami, magazynami logistycznymi, metalurgią i różnymi innymi scenariuszami przemysłowymi.

Znaczenie technologii VFD

Technologia zmiennej częstotliwości (VFD) stanowi kamień węgielny nowoczesnej automatyzacji przemysłowej, oferując krytyczne postępy w zakresie wydajności, kontroli i długowieczności sprzętu. Dzięki precyzyjnemu zarządzaniu prędkością i momentem obrotowym silników elektrycznych VFD zapewnia znaczące zalety w stosunku do tradycyjnych systemów silników o stałej prędkości.

Podstawowe korzyści technologii VFD obejmują:

• Oszczędności energii: Jedną z najbardziej przekonujących zalet jest znaczne zmniejszenie zużycia energii. W aplikacjach takich jak pompy i wentylatory zużycie energii silnika jest bezpośrednio związane z kostką jego prędkości; Nawet niewielkie zmniejszenie prędkości może prowadzić do znacznych oszczędności energii, często ograniczając zużycie energii o prawie 50% przy zaledwie 20% redukcji prędkości. Ta zdolność pozwala maszynom dopasować zużycie energii do rzeczywistego zapotrzebowania na obciążenie, minimalizując odpady i obniżanie kosztów operacyjnych.
• Ulepszona kontrola procesu: VFD umożliwiają precyzyjną i regulowaną kontrolę nad prędkością silnika, przyspieszenie i moment obrotowy. Prowadzi to do gładszej pracy, takiej jak miękkie starty, które stopniowo zwiększają prędkość silnika, zmniejszając naprężenie mechaniczne na pasach, przekładniach i sprzężeniach. Ten poziom kontroli ma kluczowe znaczenie w zastosowaniach wymagających wysokiej dokładności, od produkcji systemów przenośników po zastosowania HVAC, zapewniające lepszą jakość produktu i konsekwentną wydajność.
• Wydłużona żywotność sprzętu: Zmniejszając naprężenie mechaniczne podczas uruchamiania i obsługi, VFD minimalizują zużycie silników i podłączonych urządzeń. Ta gładsza operacja prowadzi do dłuższej żywotności elementów mechanicznych i zmniejsza częstotliwość konserwacji i przestojów. Ponadto VFD oferują lepszą ochronę silników przed problemami, takimi jak przeciążenie termiczne, przepięcie i niedostateczne napięcie.

Komponenty podstawowe panelu VFD

Panel sterowania o zmiennej częstotliwości (VFD) to montaż różnych elementów, które współpracują w celu bezpiecznego kontrolowania silnika. Podczas gdy sam VFD jest centralnym komponentem, panel integruje inne krytyczne urządzenia, aby zapewnić ochronę, stabilność operacyjną i kontrolę użytkownika.

Zmienna częstotliwość (VFD)

Sercem panelu jest VFD, znany również jako napęd prądu przemiennego lub falownika. To wyrafinowane urządzenie elektroniczne jest odpowiedzialne za przekształcenie stałej częstotliwości i napięcia z przychodzącego zasilania w zmienną częstotliwość i wyjście napięcia. Ten proces pozwala na precyzyjną kontrolę nad prędkością i momentem obrotowym silnika. VFD składa się z trzech pierwotnych sekcji: prostownika, łącza DC i falownika.

Kluczowe części elektryczne

Aby obsługiwać VFD i chronić cały system, panel sterowania zawiera kilka kluczowych elementów elektrycznych:

• Wyłączniki i bezpieczniki: Są to niezbędne urządzenia ochronne znajdujące się przy zasilaczu wejściowym. Zabezpieczają VFD i inne komponenty przed uszkodzeniem, przerywając obwód w przypadku zwarcia lub przeciążenia. Służą również jako sposób na bezpieczne rozłączenie energii do konserwacji.
• Reaktory liniowe i filtry harmoniczne: Reaktor liniowy jest indukcją zainstalowanym przed VFD w celu złagodzenia harmonicznych i napięciowych skoków z linii energetycznej, poprawy jakości zasilania i ochrony napędu. W celu bardziej skutecznego zmniejszenia zniekształceń harmonicznych, które mogą negatywnie wpłynąć na inne urządzenia na tej samej siatce energetycznej, można zastosować filtr harmoniczny.
• Stypenty i urządzenia obejściowe: Kontakt może być używany do zaangażowania lub odłączenia VFD od silnika. Stycznik obejściowy umożliwia uruchamianie silnika bezpośrednio z głównego zasilania, omijając VFD. Jest to kluczowa funkcja dla krytycznych aplikacji, w których system musi nadal działać, nawet jeśli VFD nie powiedzie się lub wymaga konserwacji.
• System chłodzenia: VFD generują znaczną ilość ciepła podczas pracy. Aby zapobiec przegrzaniu i zapewnienia niezawodności, panele kontrolne są wyposażone w systemy chłodzenia, które mogą obejmować wentylatory chłodzenia lub jednostki klimatyzacyjne, szczególnie w gorących środowiskach.

Jednostka sterowania i interfejsu

Ta część panelu pozwala na interakcję i monitorowanie systemu:

• Interfejs operatora (HMI): Przód panelu zazwyczaj ma interfejs operatora, taki jak klawiatura, ekran dotykowy lub przyciski i światła wskaźnikowe. Umożliwia to operatorom uruchomienie i zatrzymanie silnika, regulacji jego prędkości, monitorowania statusu operacyjnego (np. Prędkości, prądu) i wyświetlania wszelkich błędów lub alarmów. Te interfejsy mogą obejmować proste pchnięcia do zaawansowanych ekranów dotykowych, które integrują się z większymi systemami sterowania.

Jak działa panel sterowania VFD

Szafka VFD manipuluje energią elektryczną poprzez trzyetapowy proces, aby precyzyjnie sterować prędkością silnika. Proces ten występuje w samym napędu częstotliwości zmiennej, który jest centralnym komponentem umieszczonym i chronionym przez panel.

Konwersja AC na DC (rektyfikacja)

Proces rozpoczyna się, gdy standardowa moc prądu przemiennego o stałej częstotliwości z linii użyteczności wchodzi do VFD. Pierwszym etapem wewnątrz napędu jest konwerter lub prostownik, który zwykle składa się z serii diod. Jedyną funkcją tej sekcji jest przekształcenie przychodzącego napięcia prądu przemiennego w napięcie DC. Wyjście tego etapu jest pulsującym napięciem prądu stałego.

Magistrala DC i filtrowanie

Pultacyjne napięcie prądu stałego z prostownika jest następnie wysyłane do magistrali DC, znanego również jako link DC. Ten etap pośredni składa się z dużych kondensatorów, które filtrują i wygładzają pulsacje, tworząc czyste, stabilne napięcie DC. Kondensatory działają jako zbiornik, przechowując energię elektryczną do wykorzystania w końcowym etapie.

DC na przemienność AC (inwersja)

Jest to krytyczny etap, w którym dzieje się kontrola. Ostatnią sekcją VFD jest falownik. Zespiera gładkie napięcie prądu stałego z magistrali prądu stałego i, za pomocą szybkich tranzystorów (takich jak izolowana bipolarne tranzystory lub IGBT), syntetycznie tworzy nowe wyjście napięcia prądu przemiennego. Dzięki włączeniu i wyłączeniu tych tranzystorów z bardzo wysoką prędkością, do skonstruowania symulowanej fali sinusoidalnej AC stosuje technikę znaną jako modulacja szerokości impulsu (PWM). Co najważniejsze, zarówno napięcie, jak i częstotliwość tego nowego wyjścia prądu przemiennego są w pełni regulowane.

Osiągnięcie precyzyjnej kontroli motorycznej

Prędkość obrotowa silnika prądu przemiennego jest bezpośrednio proporcjonalna do częstotliwości dostarczanej do niego zasilania. Dzięki precyzyjnie kontrolowaniu częstotliwości zsyntetyzowanej wyjściowej prądu przemiennego z falownika, VFD może dyktować dokładną prędkość, z jaką obraca się silnik. Na przykład, aby uruchomić silnik 60 Hz z połową prędkości, VFD wyświetli częstotliwość 30 Hz. VFD dostosowuje również napięcie wyjściowe proporcjonalnie do częstotliwości (utrzymując stałe wolty do herzu lub v/Hz) w celu zapewnienia niezbędnego momentu obrotowego i zapobiegania nadmiernemu prądowi i przegrzaniu silnika. Cały ten proces pozwala na gładką, bezpłacową kontrolę nad prędkością silnika od prawie zera do pełnej prędkości ocenianej, a nawet poza nią.

Typowe zastosowania paneli VFD

Panele napędowe VFD są wszechstronne i szeroko stosowane w wielu branżach w celu zwiększenia kontroli motorycznej, poprawy wydajności energetycznej i optymalizacji procesów. Ich zdolność do precyzyjnego zarządzania prędkością motoryczną sprawia, że ​​są one nieocenione w różnych aplikacjach, od usług budowlanych po ciężkie działalność przemysłową.

Systemy HVAC

W systemach ogrzewania, wentylacji i klimatyzacji (HVAC) VFD są kluczowe dla kontrolowania wentylatorów, pomp i sprężarki. Dostosowując prędkość silnika, aby dopasować zapotrzebowanie na ogrzewanie lub chłodzenie w czasie rzeczywistym budynku, VFD może znacznie zmniejszyć zużycie energii. Na przykład spowolnienie silnika wentylatora o 20% może powodować oszczędności energii prawie 50%. Ta precyzyjna kontrola prowadzi również do bardziej stabilnego poziomu temperatury i ciśnienia, poprawy komfortu pasażerów i przedłużenia długotrwałości sprzętu poprzez zmniejszenie naprężenia mechanicznego z nagłego startu i zatrzymania.

Dobrze pompki i obróbka wody

Panele VFD są często stosowane w zarządzaniu wodą i ściekami. W zastosowaniach pompy studni VFD może utrzymać stałe ciśnienie wody, pomimo wahań zapotrzebowania poprzez dostosowanie prędkości pompy. To eliminuje częste rowerowe cykl włączania/wyłączania silnika pompy, który oszczędza energię i rozszerza żywotność silnika. W oczyszczalniach wodnych VFD są wykorzystywane do kontrolowania pomp i dmuchaw, umożliwiając precyzyjną regulację prędkości przepływu i procesów napowietrzania, co jest niezbędne do skutecznego obróbki. Mogą również pomóc w łagodzeniu problemów, takich jak młot wodny, zapewniając miękki start i zatrzymanie pomp.

Przemysł i produkcja

W sektorze przemysłowym panele VFD są niezbędne dla szerokiej gamy maszyn. Aplikacje obejmują:

• Systemy przenośników: VFD umożliwiają dostosowanie prędkości przenośników w oparciu o potrzeby produkcyjne, zapewniając płynną eksploatację i synchronizację z innymi procesami.
• Pompki, sprężarki i wentylatory: Podobnie jak systemy HVAC, VFD są wykorzystywane do kontrolowania pomp przemysłowych, sprężarek i wentylatorów w celu dopasowania do produkcji z zapotrzebowaniem procesu, oszczędzania energii.
• Narzędzia maszynowe: W sprzęcie takich jak miksery, szlifierki i tokarki VFD zapewniają dokładną prędkość i kontrolę momentu obrotowego niezbędne do jakości i spójności produktu.