Prinsip Teras: Cara VFD Voltan Rendah Mengawal Kelajuan dan Kuasa Motor
A Pemacu Frekuensi Pembolehubah Voltan Rendah (VFD), sering dirujuk sebagai Pemacu Kelajuan Boleh Laras (ASD), ialah komponen penting untuk mengawal kelajuan putaran motor arus ulang alik (AC) dengan menguruskan kuasa elektrik yang dibekalkan kepadanya. Penamaan "voltan rendah" biasanya digunakan untuk VFD yang beroperasi pada voltan industri standard sehingga 690V. Operasi asas adalah berdasarkan mengubah frekuensi dan voltan secara serentak, mengekalkan nisbah voltan-ke-frekuensi (V/f) yang malar untuk memastikan fluks magnet motor kekal malar dan ia boleh memberikan tork yang diperlukan.
VFD secara dalaman menukarkan kuasa AC yang masuk kepada arus terus (DC) menggunakan bahagian penerus, biasanya jambatan diod. Kuasa DC ini kemudiannya ditapis oleh bank kapasitor pautan DC, yang melancarkan kuasa. Akhir sekali, bahagian penyongsang, biasanya terdiri daripada Transistor Bipolar Gerbang Bertebat (IGBT), menukarkan DC semula kepada frekuensi berubah-ubah yang tepat dan bentuk gelombang AC voltan berubah menggunakan teknik yang dipanggil Pulse Width Modulation (PWM).
Faedah Praktikal dan Penjimatan Kos Segera Pelaksanaan VFD
Faedah praktikal menyepadukan VFD ke dalam sistem perindustrian dan komersil melangkaui kawalan kelajuan mudah, secara langsung memberi kesan kepada kos operasi, jangka hayat peralatan dan kualiti proses. Kelebihan ini memberikan pulangan pelaburan yang cepat, terutamanya dalam aplikasi pengendalian bendalir.
Pengurangan Tenaga Ketara Melalui Undang-undang Perkaitan
Untuk beban emparan seperti pam dan kipas, penggunaan kuasa motor mengikut kiub kelajuan (Hukum Perkaitan). Ini bermakna pengurangan kecil dalam kelajuan menghasilkan pengurangan besar-besaran dalam kuasa yang dikeluarkan. Contohnya, mengurangkan kelajuan dengan hanya 20% (beroperasi pada kelajuan 80%) mengurangkan penggunaan kuasa hampir 50% ($0.8^3 = 0.512$). Hubungan berkadar ini adalah pemacu utama untuk penjimatan tenaga yang besar dalam kemudahan HVAC dan rawatan air.
Kawalan Proses dan Perlindungan Peralatan yang Dipertingkatkan
VFD menyediakan keupayaan 'permulaan lembut' dengan perlahan-lahan meningkatkan motor daripada kelajuan sifar kepada kelajuan operasi. Ini menghapuskan arus masuk besar dan kejutan mekanikal yang dikaitkan dengan permulaan 'Across-the-Line', di mana motor menerima voltan penuh serta-merta. Dengan mengurangkan tekanan elektrik dan haus mekanikal pada komponen seperti gear, tali pinggang dan gandingan, VFD memanjangkan selang penyelenggaraan dan hayat operasi keseluruhan peralatan yang didorong. Tambahan pula, kawalan kelajuan yang tepat membolehkan peraturan aliran, tekanan atau suhu yang tepat, meningkatkan kualiti produk dalam proses pembuatan.
Profil Aplikasi VFD Voltan Rendah Biasa
VFD voltan rendah adalah serba boleh dan digunakan di hampir setiap sektor perindustrian. Aplikasi mereka biasanya dikategorikan mengikut jenis beban: tork berubah, tork malar atau kuasa malar.
Jadual di bawah meringkaskan aplikasi biasa dan ciri-cirinya:
| Jenis Permohonan | Beban Biasa | Profil Tork | Faedah Utama |
| HVAC dan Pengepam | Kipas Empar, Peniup, Pam | Tork Pembolehubah (Tork $\propto$ Kelajuan$^2$) | Penjimatan Tenaga Maksimum (Undang-undang Perkaitan) |
| Pengendalian Bahan | Penghantar, Extruder, Pengadun | Tork Malar (Tork tetap) | Kawalan Kelajuan/Kedudukan Tepat |
| Alatan Mesin | Pelarik, Kilang, Spindle | Kuasa Malar (Tork songsang $\propto$ Kelajuan) | Julat Kelajuan Luas untuk Pemesinan |
Pertimbangan Praktikal untuk Pemilihan dan Pemasangan VFD
Pemilihan dan pemasangan yang betul adalah penting untuk mencapai faedah penuh VFD. Pertimbangan utama termasuk keadaan persekitaran, keserasian motor dan pengurangan isu kualiti kuasa yang berpotensi.
Saiz, Lampiran, dan Faktor Persekitaran
VFD mestilah bersaiz betul mengikut penarafan arus beban penuh (FLA) motor, dan selalunya bersaiz besar untuk aplikasi yang memerlukan kitaran tugas atau keperluan tork permulaan yang tinggi. Jenis kepungan mestilah sesuai untuk persekitaran, dari NEMA 1 (tujuan am, dalam) hingga NEMA 4X (tahan kakisan, luar/basuh). VFD menjana haba, jadi kelegaan penyejukan yang mencukupi dan kawalan suhu ambien adalah wajib untuk operasi yang boleh dipercayai.
Mengurangkan Kualiti Kuasa dan Isu Harmonik
Bahagian penerus VFD menarik arus dalam denyutan amplitud pendek yang tinggi, yang boleh menyebabkan herotan harmonik kembali ke dalam talian bekalan elektrik. Ini boleh menjejaskan peralatan sensitif yang lain secara negatif. Strategi mitigasi praktikal termasuk:
- Menambah Reaktor Talian AC pada bahagian input untuk melancarkan arus masuk dan mengurangkan kandungan harmonik.
- Memasang DC Link Chokes antara penerus dan bank kapasitor untuk mengurangkan harmonik dan meningkatkan kestabilan bas DC.
- Menggunakan VFD Active Front End (AFE) atau 18-Pulse Rectifiers untuk aplikasi di mana herotan harmonik total (THD) yang sangat rendah adalah kritikal, walaupun pilihan ini meningkatkan kos modal awal.
Selain itu, pensuisan berkelajuan tinggi IGBT boleh menjana pancang voltan, yang boleh merosakkan belitan motor dari semasa ke semasa. Untuk panjang plumbum motor yang lebih panjang (biasanya melebihi 50 kaki), pemasangan reaktor beban atau penapis keluaran amat disyorkan untuk melindungi penebat motor.
