كيف يتحكم محول التردد ذو الجهد المتوسط ​​في سرعة المحرك؟

أصبحت محركات التردد المتغير ذات الجهد المتوسط ​​(VFDs) جزءًا لا يتجزأ من التطبيقات الصناعية الحديثة، حيث توفر تحكمًا دقيقًا في سرعة المحرك، وكفاءة الطاقة، وتقليل تآكل المعدات. باعتباري موردًا رائدًا لـ VFD للجهد المتوسط، كثيرًا ما يتم سؤالي عن كيفية تحكم محركات الأقراص هذه في سرعة المحرك. في هذه التدوينة، سوف أتعمق في التفاصيل الفنية لـ VFDs ذات الجهد المتوسط ​​وأشرح الآليات الكامنة وراء قدرات التحكم في السرعة الخاصة بها.

فهم أساسيات محركات التيار المتردد

قبل أن نتعمق في عمل محركات VFD ذات الجهد المتوسط، من الضروري فهم المبادئ الأساسية لمحركات التيار المتردد (AC). تعد محركات التيار المتردد أكثر أنواع المحركات شيوعًا المستخدمة في التطبيقات الصناعية نظرًا لبساطتها وموثوقيتها وكفاءتها. يتم تحديد سرعة محرك التيار المتردد من خلال تردد التيار الكهربائي وعدد الأقطاب في المحرك. يمكن حساب السرعة المتزامنة (Ns) لمحرك التيار المتردد باستخدام الصيغة التالية:

نس = (120 * و) / ص

أين:

• Ns هي السرعة المتزامنة بعدد الدورات في الدقيقة (RPM)
• f هو تردد التيار الكهربائي بالهرتز (هرتز)
• P هو عدد الأقطاب في المحرك

على سبيل المثال، محرك ذو 4 أقطاب يعمل على مصدر كهربائي 60 هرتز سيكون له سرعة متزامنة تبلغ:

ن = (120 * 60) / 4 = 1800 دورة في الدقيقة

من الناحية العملية، السرعة الفعلية لمحرك التيار المتردد أقل قليلاً من السرعة المتزامنة بسبب الانزلاق، وهو الفرق بين السرعة المتزامنة والسرعة الفعلية للمحرك. يعد الانزلاق ضروريًا للمحرك لتوليد عزم الدوران ويكون عادةً في حدود 1-5% للمحركات الحثية.

كيف تتحكم VFDs ذات الجهد المتوسط ​​في سرعة المحرك

تتحكم VFDs ذات الجهد المتوسط ​​في سرعة محرك التيار المتردد عن طريق تغيير التردد والجهد للإمداد الكهربائي للمحرك. من خلال ضبط التردد، يمكن لـ VFD تغيير السرعة المتزامنة للمحرك، والتي بدورها تغير السرعة الفعلية للمحرك. يقوم VFD أيضًا بضبط الجهد للحفاظ على نسبة فولت لكل هرتز (V/هرتز) ثابتة، وهو أمر ضروري لضمان عمل المحرك بكفاءة وعدم ارتفاع درجة حرارته.

المكونات الأساسية لـ VFD ذات الجهد المتوسط ​​تشتمل على مقوم، وناقل DC، وعاكس. يقوم المقوم بتحويل طاقة التيار المتردد الواردة إلى طاقة التيار المستمر، والتي يتم بعد ذلك تخزينها على ناقل التيار المستمر. يقوم العاكس بعد ذلك بتحويل طاقة التيار المستمر إلى طاقة تيار متردد بالتردد والجهد المطلوبين للمحرك.

المعدل

المقوم هو المرحلة الأولى من VFD وهو مسؤول عن تحويل طاقة التيار المتردد الواردة إلى طاقة التيار المستمر. هناك نوعان رئيسيان من المقومات المستخدمة في VFDs ذات الجهد المتوسط: مقومات الصمام الثنائي ومقومات الثايرستور.

• مقومات الصمام الثنائي:مقومات الصمام الثنائي هي النوع الأبسط والأكثر شيوعًا من المقومات المستخدمة في VFDs ذات الجهد المتوسط. وهي تتكون من جسر من الثنائيات التي تحول طاقة التيار المتردد إلى طاقة التيار المستمر. تعد مقومات الصمام الثنائي غير مكلفة نسبيًا ولها كفاءة عالية، ولكنها لا تسمح بالتحكم في جهد ناقل التيار المستمر.
• مقومات الثايرستور:تعد مقومات الثايرستور أكثر تعقيدًا وتكلفة من مقومات الصمام الثنائي، ولكنها تسمح بالتحكم في جهد ناقل التيار المستمر. تتكون مقومات الثايرستور من جسر من الثايرستور يمكن التحكم فيه لتغيير مقدار جهد التيار المستمر على ناقل التيار المستمر. وهذا يسمح لـ VFD بضبط جهد ناقل التيار المستمر ليتوافق مع متطلبات المحرك وتحسين الكفاءة الإجمالية للنظام.

حافلة العاصمة

ناقل DC هو المرحلة المتوسطة من VFD وهو مسؤول عن تخزين طاقة التيار المستمر من المقوم. يتكون ناقل التيار المستمر من بنك مكثف يقوم بتصفية جهد التيار المستمر ويوفر مصدرًا ثابتًا للطاقة للعاكس. يعتمد حجم بنك المكثف على تصنيف الطاقة لـ VFD ومتطلبات المحرك.

العاكس

العاكس هو المرحلة النهائية من VFD وهو مسؤول عن تحويل طاقة التيار المستمر من ناقل التيار المستمر إلى طاقة التيار المتردد بالتردد والجهد المطلوبين للمحرك. هناك نوعان رئيسيان من العاكسات المستخدمة في VFDs ذات الجهد المتوسط: محولات مصدر الجهد (VSIs) ومحولات مصدر التيار (CSIs).

• محولات مصدر الجهد (VSIs):VSIs هي النوع الأكثر شيوعًا من العاكس المستخدم في VFDs ذات الجهد المتوسط. وهي تتكون من جسر من الترانزستورات ثنائية القطب ذات البوابة المعزولة (IGBTs) والتي يمكن التحكم فيها لتغيير التردد والجهد لمخرج التيار المتردد. تعد VSIs بسيطة نسبيًا ولها كفاءة عالية، ولكنها تتطلب مخزنًا كبيرًا للمكثفات في ناقل التيار المستمر للحفاظ على جهد ثابت للتيار المستمر.
• محولات المصدر الحالي (CSIs):تعد محركات CSI أقل شيوعًا من محركات VSI ولكنها تستخدم في التطبيقات التي تتطلب عزم دوران عاليًا. وهي تتكون من جسر من الثايرستور يمكن التحكم فيه لتغيير تيار وتردد خرج التيار المتردد. تعد أجهزة CSI أكثر تعقيدًا ولها كفاءة أقل من أجهزة VSI، ولكنها لا تتطلب بنك مكثف كبير في ناقل التيار المستمر.

فوائد استخدام VFDs ذات الجهد المتوسط

توفر محركات VFD ذات الجهد المتوسط ​​العديد من المزايا مقارنة بطرق التحكم التقليدية في المحركات، بما في ذلك:

• كفاءة الطاقة:من خلال تغيير سرعة المحرك لتتناسب مع متطلبات الحمل، يمكن لـ VFDs ذات الجهد المتوسط ​​أن تقلل بشكل كبير من استهلاك الطاقة وتوفر تكاليف التشغيل. على سبيل المثال، المحرك الذي يعمل بنسبة 50% من سرعته المقدرة سوف يستهلك حوالي 12.5% ​​من الطاقة مقارنة بمحرك يعمل بأقصى سرعة.
• التحكم الدقيق في السرعة:توفر VFDs ذات الجهد المتوسط ​​تحكمًا دقيقًا في سرعة المحرك، مما يسمح بالتحكم الدقيق في العملية وتحسين جودة المنتج. وهذا مهم بشكل خاص في التطبيقات التي تحتاج إلى تعديل سرعة المحرك لتتناسب مع متطلبات العملية.
• تقليل التآكل:من خلال تشغيل وإيقاف المحرك بسلاسة وتقليل الضغط الميكانيكي على المحرك والمعدات المشغلة، يمكن لـ VFDs ذات الجهد المتوسط ​​إطالة عمر المعدات وتقليل تكاليف الصيانة.
• تحسين عامل الطاقة:يمكن لـ VFDs ذات الجهد المتوسط ​​أن تعمل على تحسين عامل الطاقة للنظام الكهربائي، مما يمكن أن يقلل الطلب على الشبكة الكهربائية ويوفر تكاليف الكهرباء.

تطبيقات VFDs ذات الجهد المتوسط

تُستخدم محركات VFD ذات الجهد المتوسط ​​في مجموعة واسعة من التطبيقات الصناعية، بما في ذلك:

• المضخات والمراوح:تُستخدم عادةً محركات VFD ذات الجهد المتوسط ​​للتحكم في سرعة المضخات والمراوح في أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC)، ومحطات معالجة المياه، والعمليات الصناعية. من خلال تغيير سرعة المضخة أو المروحة لتتناسب مع متطلبات الحمل، يمكن لـ VFDs ذات الجهد المتوسط ​​أن تقلل بشكل كبير من استهلاك الطاقة وتوفر تكاليف التشغيل.
• الضواغط:يتم استخدام VFDs ذات الجهد المتوسط ​​للتحكم في سرعة الضواغط في أنظمة التبريد وضواغط الهواء وخطوط أنابيب الغاز. من خلال تغيير سرعة الضاغط لتتناسب مع متطلبات الحمل، يمكن لـ VFDs ذات الجهد المتوسط ​​تحسين كفاءة الضاغط وتقليل استهلاك الطاقة.
• الناقلون والرافعات:يتم استخدام VFDs ذات الجهد المتوسط ​​للتحكم في سرعة الناقلات والرافعات في المصانع والمستودعات والموانئ. من خلال تغيير سرعة الناقل أو الرافعة لتتناسب مع متطلبات الحمل، يمكن لـ VFDs ذات الجهد المتوسط ​​تحسين إنتاجية النظام وتقليل استهلاك الطاقة.
• المطاحن والكسارات:يتم استخدام VFDs ذات الجهد المتوسط ​​للتحكم في سرعة المطاحن والكسارات في صناعات التعدين والأسمنت والركام. من خلال تغيير سرعة المطحنة أو الكسارة لتتناسب مع متطلبات الحمل، يمكن لـ VFDs ذات الجهد المتوسط ​​أن تحسن كفاءة العملية وتقلل من استهلاك الطاقة.

خاتمة

تعد VFDs ذات الجهد المتوسط ​​حلاً قويًا ومتعدد الاستخدامات للتحكم في المحرك، حيث يوفر تحكمًا دقيقًا في سرعة المحرك، وكفاءة الطاقة، وتقليل تآكل المعدات. كمورد لـ VFD ذو الجهد المتوسط، نحن ملتزمون بتزويد عملائنا بمنتجات عالية الجودة وخدمة عملاء ممتازة. إذا كنت مهتمًا بمعرفة المزيد عن VFDs ذات الجهد المتوسط ​​أو لديك أي أسئلة حول كيفية استخدامها في تطبيقك، من فضلكتواصل معنالبدء محادثة حول احتياجاتك المحددة. نحن نتطلع إلى العمل معك لإيجاد أفضل حل لمتطلبات التحكم في المحرك لديك.

مراجع

• بولديا، آي.، ونصار، إس.إيه (1999). المحركات الكهربائية: نهج متكامل. الصحافة اتفاقية حقوق الطفل.
• كراوس، بي سي، واسينكزوك، أو.، وسودهوف، إس دي (2002). تحليل الآلات الكهربائية وأنظمة القيادة. وايلي إنترساينس.
• موهان، إن، أوندلاند، تي إم، وروبنز، دبليو بي (2003). إلكترونيات الطاقة: المحولات والتطبيقات والتصميم. وايلي إنترساينس.