محرك التردد المتغير (VFD)، المعروف أيضًا باسم محرك التردد القابل للتعديل، أو محرك السرعة القابل للتعديل، أو العاكس، أو محرك التيار المتردد، هو نوع من وحدات التحكم في المحرك التي تقود محركًا كهربائيًا عن طريق تغيير التردد والجهد المتوفر للمحرك الكهربائي. كمورد لـ VFD، كثيرًا ما يتم سؤالي عن كيفية تأثير VFD على عزم دوران المحرك. في هذه التدوينة، سوف أتعمق في العلاقة بين VFDs وعزم دوران المحرك، واستكشف المبادئ والعوامل والتأثيرات العملية.
فهم عزم دوران المحرك
قبل أن نناقش كيفية تأثير VFD على عزم دوران المحرك، من الضروري أن نفهم ما هو عزم دوران المحرك. عزم الدوران هو قوة الدوران التي ينتجها المحرك، وهو المسؤول عن دفع الحمل. ويتم قياسه بالنيوتن - متر (N·m) أو القدم - رطل (قدم - رطل). يعتمد مقدار عزم الدوران الذي يمكن أن ينتجه المحرك على عدة عوامل، بما في ذلك تصميم المحرك، والجهد المطبق، وتردد مصدر الطاقة.
في محرك التيار المتردد القياسي، تكون خاصية سرعة عزم الدوران ثابتة نسبيًا. عند السرعات المنخفضة، يمكن للمحرك إنتاج عزم دوران مرتفع، وهو أمر مفيد لبدء الأحمال الثقيلة. ومع زيادة السرعة، ينخفض عزم الدوران عادةً. يتم تحديد هذه الخاصية من خلال المجال المغناطيسي للمحرك والتفاعل بين الجزء الثابت والدوار.
كيف تعمل VFDs
يعمل VFD عن طريق تحويل طاقة التيار المتردد الواردة إلى طاقة تيار مستمر من خلال مقوم. بعد ذلك، يقوم قسم العاكس بتحويل طاقة التيار المستمر إلى طاقة تيار متردد بتردد وجهد متغيرين. من خلال ضبط التردد والجهد، يمكن لـ VFD التحكم في سرعة وعزم دوران المحرك.
المبدأ الأساسي وراء VFD هو نسبة V/f (الجهد إلى التردد). في محرك التيار المتردد، يتناسب التدفق المغناطيسي في المحرك مع نسبة V/f. للحفاظ على تدفق مغناطيسي ثابت (وبالتالي قدرة ثابتة على إنتاج عزم الدوران)، يجب تعديل الجهد بما يتناسب مع التردد. على سبيل المثال، إذا تم تقليل التردد إلى نصف التردد المقنن، فيجب أيضًا تقليل الجهد إلى النصف للحفاظ على نسبة V/f ثابتة.
تأثيرات VFDs على عزم دوران المحرك
عملية عزم الدوران المستمر
في العديد من التطبيقات، مثل الناقلات ومضخات الإزاحة الإيجابية والرافعات، يلزم وجود عزم دوران ثابت على نطاق واسع من السرعة. يمكن لـ VFD تحقيق تشغيل عزم دوران ثابت من خلال الحفاظ على نسبة V/f ثابتة. عندما ينخفض التردد، ينخفض الجهد أيضًا بشكل متناسب، مما يضمن بقاء التدفق المغناطيسي في المحرك ثابتًا. ونتيجة لذلك، يمكن للمحرك أن ينتج نفس مقدار عزم الدوران عند السرعات المنخفضة كما هو الحال عند السرعة المقدرة.
على سبيل المثال، إذا تم تصنيف المحرك لـ 100 نيوتن متر من عزم الدوران عند 1500 دورة في الدقيقة و50 هرتز، عندما يقوم VFD بتقليل التردد إلى 25 هرتز، فإن الجهد ينخفض أيضًا إلى النصف. لا يزال بإمكان المحرك إنتاج 100 نيوتن متر من عزم الدوران عند 750 دورة في الدقيقة، مما يسمح له بقيادة الحمل بفعالية بسرعة أقل. تعد عملية عزم الدوران الثابتة هذه أمرًا بالغ الأهمية للتطبيقات التي يتطلب فيها الحمل قدرًا ثابتًا من القوة بغض النظر عن السرعة.
تشغيل عزم الدوران المتغير
بعض التطبيقات، مثل مضخات الطرد المركزي والمراوح، لها متطلبات عزم دوران متغيرة. يتناسب عزم الدوران الذي تتطلبه هذه الأحمال مع مربع السرعة. يمكن لـ VFD تحسين استهلاك الطاقة في هذه التطبيقات عن طريق ضبط الجهد والتردد وفقًا لمتطلبات عزم الدوران للحمل.
مع انخفاض سرعة مضخة الطرد المركزي أو المروحة، ينخفض عزم الدوران المطلوب بواسطة الحمل بشكل ملحوظ. يمكن لـ VFD أن يقلل الجهد والتردد بقوة أكبر من تطبيقات عزم الدوران الثابت، مما يوفر الطاقة. على سبيل المثال، إذا تم تقليل سرعة المروحة إلى نصف سرعتها المقدرة، فسيتم تقليل عزم الدوران المطلوب للمروحة إلى ربع عزم الدوران المقدر. يمكن لـ VFD ضبط الجهد والتردد وفقًا لذلك، مما يؤدي إلى توفير كبير في الطاقة.
عالي - عزم الدوران عند البدء
واحدة من المزايا المهمة لاستخدام VFD هي قدرته على توفير عزم دوران عالي لبدء التشغيل. في التشغيل المباشر على الخط (DOL) لمحرك التيار المتردد، يسحب المحرك تيارًا كبيرًا، مما قد يتسبب في انخفاض الجهد في مصدر الطاقة والضغط الميكانيكي على المحرك والحمل. من ناحية أخرى، يمكن لـ VFD أن يزيد التردد والجهد تدريجيًا، مما يسمح للمحرك بالبدء بسلاسة مع عزم دوران مرتفع.
يمكن لـ VFD التحكم في معدل التسارع، مما يضمن وصول المحرك إلى السرعة المطلوبة دون التحميل الزائد على النظام. وهذا مفيد بشكل خاص للتطبيقات ذات الأحمال الأولية الثقيلة، مثل الكسارات والخلاطات. من خلال توفير عزم دوران عالي لبدء التشغيل، يمكن لـ VFD إطالة عمر المحرك وتقليل تكاليف الصيانة.
العوامل المؤثرة على العلاقة بين عزم الدوران وVFD
تصميم المحرك
يلعب تصميم المحرك دورًا حاسمًا في كيفية استجابته لـ VFD. الأنواع المختلفة من المحركات، مثل المحركات الحثية والمحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم، لها خصائص مختلفة في عزم الدوران والسرعة. تُستخدم المحركات الحثية على نطاق واسع مع VFDs نظرًا لقوتها وتكلفتها المنخفضة نسبيًا. ومع ذلك، قد يكون لها بعض القيود من حيث التشغيل عالي السرعة والكفاءة مقارنة بالمحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم.
يمكن أن يؤثر تكوين لف المحرك، وعدد الأقطاب، وتصميم الدوار أيضًا على إنتاج عزم الدوران عند استخدام VFD. على سبيل المثال، المحرك الذي يحتوي على عدد أكبر من الأقطاب سيكون له سرعة متزامنة أقل وقد يتطلب إعدادات V/f مختلفة لتحقيق أداء عزم الدوران الأمثل.
إعدادات VFD
إعدادات VFD، مثل أوقات التسارع والتباطؤ، وحد عزم الدوران، ومنحنى V/f، يمكن أن تؤثر بشكل كبير على عزم دوران المحرك. تحدد أوقات التسارع والتباطؤ مدى سرعة وصول المحرك إلى السرعة المطلوبة. إذا كان وقت التسارع قصيرًا جدًا، فقد لا يتمكن المحرك من إنتاج عزم دوران كافٍ لتسريع الحمل، مما يؤدي إلى رحلات التيار الزائد.
يسمح إعداد حد عزم الدوران للمستخدم بتقييد الحد الأقصى لعزم الدوران الذي يمكن أن ينتجه المحرك. وهذا مفيد لحماية المحرك والحمل من التلف. يمكن تعديل إعداد منحنى V/f لتحسين خاصية سرعة عزم الدوران لتطبيقات مختلفة. توفر بعض VFD منحنيات V/f متعددة، مثل المنحنيات الخطية والتربيعية والمخصصة، لتلبية المتطلبات المحددة للحمل.
خصائص التحميل
خصائص الحمل، مثل القصور الذاتي، والاحتكاك، ونوع الحمل (عزم الدوران الثابت أو عزم الدوران المتغير)، تؤثر أيضًا على العلاقة بين عزم الدوران وVFD. يتطلب الحمل ذو القصور الذاتي العالي مزيدًا من عزم الدوران للتسارع والتباطؤ. يحتاج VFD إلى الحجم المناسب والتكوين للتعامل مع متطلبات عزم الدوران العالي خلال هذه الفترات العابرة.
يمكن أن يؤثر الاحتكاك في الحمل أيضًا على عزم الدوران اللازم لدفع الحمل. إذا كان هناك احتكاك زائد، فقد يحتاج المحرك إلى المزيد من عزم الدوران للتغلب عليه. يعد فهم خصائص الحمل أمرًا ضروريًا لاختيار VFD المناسب وتعيين المعلمات المناسبة لضمان أداء عزم الدوران الأمثل.
الآثار العملية لاختيار VFD وتطبيقه
عند اختيار VFD لتطبيق معين، من المهم مراعاة متطلبات عزم الدوران للحمل. بالنسبة لتطبيقات عزم الدوران الثابت، يعد VFD الذي يمكنه الحفاظ على نسبة V/f ثابتة على مدى سرعة واسع أمرًا ضروريًا.22 كيلو واط متغير التردديعد خيارًا رائعًا للعديد من تطبيقات عزم الدوران الثابت مع متطلبات طاقة تبلغ حوالي 22 كيلو وات.
بالنسبة لتطبيقات عزم الدوران المتغير، يفضل استخدام VFD مع ميزات توفير الطاقة المتقدمة والقدرة على ضبط نسبة V/f وفقًا لمتطلبات عزم الدوران للحمل.VFD للمحركاتتقدم مجموعة من محركات VFD المناسبة لمختلف تطبيقات المحركات، بما في ذلك تلك ذات أحمال عزم الدوران المتغيرة.
بالإضافة إلى ذلك، يجب أن يكون حجم VFD مناسبًا للتعامل مع التيار المقدر للمحرك ومتطلبات عزم الدوران القصوى أثناء فترات التشغيل والفترة العابرة. إن زيادة حجم VFD أو تصغيره يمكن أن يؤدي إلى ضعف الأداء، وزيادة استهلاك الطاقة، وتلف محتمل للمحرك وVFD.
خاتمة
كمورد لـ VFD، فأنا أفهم أهمية كيفية تأثير VFD على عزم دوران المحرك. يمكن أن يوفر VFD تشغيل عزم دوران ثابت للتطبيقات التي تتطلب قدرًا ثابتًا من القوة، وتشغيل عزم دوران متغير لتشغيل فعال للطاقة في التطبيقات ذات أحمال عزم دوران متغيرة، وبدء عزم دوران عالي لتطبيقات الأحمال الثقيلة.
من خلال فهم مبادئ تشغيل VFD، والعوامل التي تؤثر على العلاقة بين عزم الدوران وVFD، والتأثيرات العملية لاختيار VFD وتطبيقه، يمكن للمستخدمين اتخاذ قرارات مستنيرة عند اختيار VFD لأنظمتهم الحركية. إذا كنت تبحث عن حل VFD موثوق به لتطبيق المحرك الخاص بك، سواء كان ذلك22 كيلو واط متغير التردد، أVFD للمحركات، أومحرك العاكسلا تتردد في الاتصال بنا للحصول على مزيد من المعلومات ومناقشة متطلباتك المحددة. نحن على استعداد لمساعدتك في العثور على VFD المثالي لاحتياجاتك.
مراجع
- بولديا، آي.، ونصار، س.أ (1999). المحركات الكهربائية: مقدمة. الصحافة اتفاقية حقوق الطفل.
- فيتزجيرالد، AE، كينغسلي، C.، الابن، وأومانز، SD (2003). الآلات الكهربائية. ماكجرو - هيل.
- كراوس، بي سي، واسينكزوك، أو.، وسودهوف، إس دي (2002). تحليل الآلات الكهربائية وأنظمة القيادة. وايلي - التداخل.