تعزيز الكفاءة الصناعية باستخدام محرك التردد المتغير منخفض الجهد

ال محرك التردد المتغير ذو الجهد المنخفض (VFD)، الذي يُطلق عليه غالبًا VFD أو محرك السرعة القابل للتعديل (أSD)، يعد مكونًا مهمًا في العمليات الصناعية والتجارية الحديثة. وظيفتها الأساسية هي السيطرة على السرعة وعزم الدوران لمحرك تحريضي يعمل بالتيار المتردد ثلاثي الطور عن طريق تغيير تردد وجهد الطاقة الكهربائية الموردة للمحرك. من خلال العمل في نطاق الجهد المنخفض، عادة أدناه 690 فولت (فولت) ، يتم نشر هذه الأجهزة على نطاق واسع في كل قطاع تقريبًا يستخدم المحركات الكهربائية، بدءًا من التصنيع والتدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) وحتى معالجة المياه ومعالجة المواد.

الوظائف الأساسية والتشغيل

ال operation of a محرك التردد المتغير ذو الجهد المنخفض يتضمن ثلاث مراحل رئيسية:

1. المعدل: ال incoming AC (alternating current) power from the mains is first converted into DC (direct current) power. This stage typically uses diodes or silicon-controlled rectifiers (SCRs).

2. حافلة العاصمة: ال converted DC power is then stored in a capacitor bank, which acts as a filter to smooth the power and provide a stable DC voltage.

3. العاكس: هذه هي المرحلة الأكثر أهمية. يتم تحويل طاقة التيار المستمر مرة أخرى إلى طاقة تيار متردد محاكاة باستخدام مفاتيح طاقة إلكترونية متطورة، مثل ترانزستورات البوابة ثنائية القطب المعزولة (IGBTs). من خلال تشغيل وإيقاف هذه الترانزستورات بسرعة باستخدام تقنية تسمى تعديل عرض النبض (PWM) ، يمكن لـ VFD إنشاء تردد متغير وخرج جهد يتحكم بدقة في سرعة المحرك.

الفوائد الرئيسية في التطبيق

ال adoption of a محرك التردد المتغير ذو الجهد المنخفض يقدم العديد من المزايا الهامة مقارنة بطرق التحكم التقليدية في المحركات:

• توفير الطاقة: غالبًا ما تكون هذه هي الفائدة الأكثر إقناعًا. بالنسبة لتطبيقات مثل المضخات والمراوح، تتناسب الطاقة المطلوبة مع مكعب تقليل السرعة (قوانين الألفة). ومن خلال تقليل سرعة المحرك، ولو بشكل طفيف، ينخفض ​​استهلاك الطاقة بشكل كبير. وهذا يؤدي إلى توفير كبير في التكاليف وتقليل البصمة الكربونية.

• تحسين التحكم في العمليات: تسمح VFDs بالتحكم الدقيق في السرعة بدون خطوات، مما يتيح تنظيمًا أفضل للتدفق أو الضغط أو درجة الحرارة أو أي متغير آخر يتحكم فيه المحرك. وهذا يؤدي إلى جودة أعلى للمنتج واستقرار أفضل للعملية.

• تقليل الإجهاد الميكانيكي: A محرك التردد المتغير ذو الجهد المنخفض يوفر إمكانية بدء تشغيل سلسة، مما يؤدي إلى زيادة سرعة المحرك تدريجيًا. يؤدي هذا إلى التخلص من الصدمات الميكانيكية والكهربائية القاسية المرتبطة ببدء التشغيل "عبر الخط"، مما يطيل عمر المحرك والتروس والأحزمة والمعدات المدفوعة.

• انخفاض الطلب الذروة: من خلال القضاء على تيار التدفق العالي أثناء بدء التشغيل، تساعد VFDs المنشآت على إدارة الطلب الكهربائي الإجمالي، مما قد يؤدي إلى انخفاض رسوم فواتير المرافق بناءً على ذروة الاستخدام.

اعتبارات التصميم والاختيار

عند تحديد أ محرك التردد المتغير ذو الجهد المنخفض ، يأخذ المهندسون في الاعتبار عدة عوامل لضمان الأداء الأمثل وتوافق النظام:

• قوة المحرك (HP) والجهد: ال VFD must be sized to match the motor's nominal voltage and current ratings.

• تصنيف الضميمة: ال VFD's enclosure must be suitable for the operating environment (e.g., NEMA 1 for indoor/clean areas, NEMA 4X for washdown/corrosive areas).

• طريقة التحكم: تستخدم VFDs الحديثة خوارزميات تحكم مختلفة، مثل فولت لكل هرتز (V/هرتز) , التحكم في المتجهات بدون مستشعر (SVC) ، أو التحكم في ناقلات التدفق ، حيث يوفر الأخيران تحكمًا أكبر في عزم الدوران، خاصة عند السرعات المنخفضة.

• التخفيف التوافقي: ال switching process inside the VFD can create electrical harmonics that may distort the power quality of the electrical grid. Selecting a drive with built-in or external harmonic filters is often necessary to comply with power quality standards.

في الختام، محرك التردد المتغير ذو الجهد المنخفض هي قطعة لا غنى عنها من التكنولوجيا الصناعية، وهي بمثابة حجر الزاوية للتشغيل الموفر للطاقة والتحكم الديناميكي الدقيق في العمليات عبر مجموعة كاملة من التطبيقات الآلية.