VFD چیست، چگونه کار می کند؟ - اصل کار VFD
 

VFD برای درایو فرکانس متغیر (همچنین به عنوان درایوهای AC و اینورترها شناخته می شود) کوتاه شده است -آی مستر c1  که برای ساخت موتور AC با سرعت متغیر (در میان پارامترهای دیگر) استفاده می شود. این تعریفی است که در تمام بحث های موضوعی این مقاله استفاده می شود. یک سیستم اصلی VFD معمولاً از یک موتور AC، یک کنترلر و یک رابط اپراتور تشکیل شده است.

VFD برای موتورهای AC نوآوری است که استفاده از موتورهای AC را برجسته کرده است. موتور القایی AC می تواند با تغییر فرکانس ولتاژ مورد استفاده برای تغذیه، سرعت خود را تغییر دهد. این بدان معناست که اگر ولتاژ اعمال شده به یک موتور AC 50 هرتز باشد (که در کشورهایی مانند چین استفاده می شود)، موتور با سرعت نامی خود کار می کند. اگر فرکانس بالاتر از 50 هرتز افزایش یابد، موتور سریعتر از سرعت نامی خود کار می کند و اگر فرکانس ولتاژ تغذیه کمتر از 50 هرتز باشد، موتور کندتر از سرعت نامی خود کار می کند. با توجه به اصل کار درایو فرکانس متغیر، این کنترل کننده الکترونیکی است که به طور خاص برای تغییر فرکانس ولتاژ عرضه شده به موتور القایی طراحی شده است.

در دهه 1960، VFD ها دارای اجزای نسبتاً کوچکی در حالت جامد بودند که مقدار جریانی را که VFD می توانست به موتور برساند، محدود می کرد. این معمولاً اندازه موتوری را که می‌توان با فرکانس کنترل کرد محدود می‌کرد و معمولاً مورد استفاده قرار نمی‌گرفت. هنگامی که ترانزیستورهای بزرگتر در دهه 1980 در دسترس قرار گرفتند، VFDها به بزرگترین موتورها اجازه دادند تا سرعت خود را کنترل کنند. اولین VFD ها از تقویت کننده های خطی برای کنترل تمام جنبه های VFD استفاده می کردند. از جامپرها و سوئیچ‌های شیب استفاده شد که با تعویض مقاومت‌های بزرگتر یا کوچکتر در مدارهای دارای خازن برای ایجاد شیب‌های مختلف، ویژگی‌های افزایش (شتاب) و شیب پایین (کاهش سرعت) را فراهم می‌کردند.

ورود ریزپردازنده های پیشرفته باعث شده است که VFD به عنوان یک دستگاه بسیار همه کاره عمل کند که نه تنها سرعت موتور را کنترل می کند، بلکه در برابر جریان اضافه در شرایط افزایش و پایین آمدن سطح شیب دار محافظت می کند. VFD های جدیدتر همچنین روش هایی برای ترمزگیری، افزایش قدرت در حین افزایش سطح شیب دار و انواع کنترل ها در حین کاهش سطح شیب دار ارائه می دهند.

 بزرگترین صرفه جویی که VFD فراهم می کند این است که می تواند اطمینان حاصل کند 

که موتور هنگام شروع به کار جریان زیادی نمی کشد، بنابراین ضریب تقاضای کلی برای کل کارخانه را می توان کنترل کرد تا صورتحساب آب و برق تا حد ممکن پایین بماند. این ویژگی به تنهایی می تواند بازپرداختی بیش از قیمت VFD را در کمتر از یک سال پس از خرید فراهم کند. مهم است که به یاد داشته باشید که با استارت موتورهای سنتی، آنها آمپراژ روتور قفل شده (LRA) را هنگام راه اندازی می کشند. هنگامی که آمپراژ روتور قفل شده در بسیاری از موتورها در یک کارخانه تولیدی رخ می دهد، تقاضای الکتریکی را بیش از حد بالا می برد که اغلب منجر به پرداخت جریمه کارخانه برای تمام برق مصرف شده در طول دوره صورتحساب می شود. از آنجایی که جریمه ممکن است بین 15% تا 25% باشد، صرفه جویی در قبض برق 30000 دلاری در ماه می تواند برای توجیه خرید VFD برای تقریباً هر موتور در کارخانه استفاده شود، حتی اگر برنامه ممکن است نیازی به کار با سرعت متغیر نداشته باشد.

امروزه VFD شاید رایج ترین نوع خروجی یا بار برای یک سیستم کنترل باشد. با پیچیده تر شدن کاربردها، VFD توانایی کنترل سرعت موتور، جهت چرخش محور موتور، گشتاوری که موتور برای بار فراهم می کند و هر پارامتر دیگری که بتوان آن را حس کرد را دارد. VFD های جدید دارای پارامترهای مختلفی هستند که می توان آنها را با اعداد برنامه ریزی شده در آن کنترل کرد یا از یک سیستم کنترل شده توسط ریزپردازنده دیگر مانند یک کنترل کننده قابل برنامه ریزی (PLC) دانلود کرد. این VFD ها در اندازه های کوچکتر نیز موجود هستند که مقرون به صرفه بوده و فضای کمتری را اشغال می کنند.

بلوک دیاگرام یک VFD معمولی را می توان به سه بخش عمده تقسیم کرد:
بخش تبدیل نیرو
بخش کنترل ریزپردازنده (CPU) و بخش کنترل که شامل سوئیچ های خارجی و سیگنال هایی برای کنترل عملیات VFD است.
قسمت برق که در آن ولتاژ AC به DC تبدیل می شود و سپس DC به ولتاژ AC 3 فاز برمی گردد.

بلوک دیاگرام زیر شامل سه بخش مجزا برای نشان دادن اصل کار یک VFD است:
یکسو کننده
فیلتر
بخش سوئیچینگ که از ترانزیستورهای معمولی، ترانزیستورهای جفت دارلینگتون یا ترانزیستورهای دوقطبی گیت عایق (IGBT) برای برگرداندن ولتاژ DC به ولتاژ AC با فرکانس مناسب استفاده می کند.
بلوک دیاگرام VFD
در بالا: VFD به عنوان سه بخش جداگانه نشان داده شده است: یکسو کننده (که در آن AC به DC تبدیل می شود). مدار میانی DC که حاوی خازن و سلف برای فیلتر است. بخش سوم اینورتر DC به AC است که در آن DC به AC سه فاز تبدیل می شود.

VFD به موتورهای القایی AC استاندارد متصل می شود و دارای قابلیت های قابل تنظیم سرعت، گشتاور و کنترل اسب بخار مشابه اصول درایوهای DC است. VFD ها موتورهای القایی قفس سنجابی AC را به اندازه همتایان DC خود قابل کنترل و کارآمد کرده اند. سرعت موتور القایی AC به تعداد قطب های موتور و فرکانس توان اعمال شده بستگی دارد. عدد o