Dreiphasige Frequenzumrichter (VFDs) sind unverzichtbare Komponenten in modernen Industrie- und Gewerbeumgebungen und bieten eine präzise Steuerung von Motordrehzahl, Drehmoment und Gesamtleistung. Als vertrauenswürdiger Lieferant von dreiphasigen Frequenzumrichtern bin ich mit den technischen Feinheiten und praktischen Anwendungen dieser bemerkenswerten Geräte bestens vertraut. Ziel dieses Blogs ist es, den Betrieb dreiphasiger VFDs zu entmystifizieren und zu erklären, wie sie die Motorgeschwindigkeit effektiv steuern.
Verstehen der Grundlagen von Dreiphasenmotoren und VFDs
Bevor wir uns damit befassen, wie ein dreiphasiger VFD die Motorgeschwindigkeit steuert, ist es wichtig, die rudimentären Prinzipien von dreiphasigen Motoren zu verstehen. Drehstrommotoren sind aufgrund ihrer hohen Effizienz, Zuverlässigkeit und ihres reibungslosen Betriebs ein fester Bestandteil industrieller Anwendungen. Sie basieren auf einem rotierenden Magnetfeld, das durch drei Wechselströme erzeugt wird, die um 120 Grad zueinander phasenverschoben sind. Die Drehzahl eines Dreiphasenmotors wird durch die Frequenz der Stromversorgung und die Anzahl der Pole im Motor bestimmt, wie durch die Formel beschrieben:
[n=\frac{120f}{p}]
Dabei ist (n) die Synchrongeschwindigkeit des Motors in Umdrehungen pro Minute (RPM), (f) die Frequenz der Stromversorgung in Hertz (Hz) und (p) die Anzahl der Pole im Motor.
Ein dreiphasiger Frequenzumrichter hingegen ist ein elektronisches Gerät, das die einem Dreiphasenmotor zugeführte Frequenz und Spannung variieren kann. Durch die Anpassung dieser Parameter kann der VFD die Motorgeschwindigkeit über einen weiten Bereich steuern und so ein hohes Maß an Flexibilität und Effizienz bieten.
Komponenten eines dreiphasigen VFD
Ein typischer dreiphasiger Frequenzumrichter besteht aus drei Hauptabschnitten: dem Gleichrichter, dem DC-Bus und dem Wechselrichter.
1. Gleichrichter
Der Gleichrichter ist der vordere Teil des VFD. Seine Hauptfunktion besteht darin, den eingehenden dreiphasigen Wechselstrom in Gleichstrom umzuwandeln. Dies wird durch einen Satz Dioden oder Thyristoren erreicht. In den meisten modernen VFDs wird üblicherweise ein Diodenbrückengleichrichter verwendet. Der Gleichrichter wandelt den Wechselstrom, dessen Spannung und Richtung sich ständig ändert, in eine pulsierende Gleichspannung um.
2. DC-Bus
Der DC-Bus ist ein Energiespeicher- und Filterabschnitt. Es glättet die vom Gleichrichter erzeugte pulsierende Gleichspannung zu einer relativ stabilen Gleichspannung. Kondensatoren werden typischerweise im DC-Bus verwendet, um elektrische Energie zu speichern und Spannungswelligkeiten zu reduzieren. Diese stabile Gleichspannung dient als Eingang für die nächste Stufe, den Wechselrichter.
3. Wechselrichter
Der Wechselrichter ist das Herzstück des VFD, wenn es um die Drehzahlregelung geht. Es entnimmt die Gleichspannung vom DC-Bus und wandelt sie wieder in dreiphasige Wechselspannung um. Der Clou dabei ist, dass Frequenz und Spannung des Ausgangs-Wechselstroms präzise eingestellt werden können. Der Wechselrichter verwendet Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBTs) oder andere Hochleistungsschaltgeräte, um die Gleichspannung schnell ein- und auszuschalten und so eine äquivalente Wechselstromwellenform mit der gewünschten Frequenz und Spannung zu erzeugen.
Wie ein dreiphasiger VFD die Motorgeschwindigkeit steuert
Die Drehzahlregelung eines Drehstrommotors mithilfe eines VFD basiert hauptsächlich auf dem Prinzip der Variation der Frequenz der Stromversorgung. Wie bereits erwähnt, ist die Synchrondrehzahl eines Drehstrommotors direkt proportional zur Frequenz der Stromversorgung. Durch Ändern der Ausgangsfrequenz des VFD können wir also die Motorgeschwindigkeit ändern.
Zusätzlich zur Frequenz passt der VFD auch die Ausgangsspannung entsprechend der Frequenz an, um ein konstantes Volt-pro-Hertz-Verhältnis (V/Hz) aufrechtzuerhalten. Dies ist entscheidend, da das Magnetfeld im Motor durch das V/Hz-Verhältnis bestimmt wird. Wenn die Spannung im Verhältnis zur Frequenz zu hoch ist, kann der Motor aufgrund eines zu hohen Magnetflusses überhitzen. Wenn umgekehrt die Spannung zu niedrig ist, verfügt der Motor möglicherweise nicht über genügend Drehmoment, um ordnungsgemäß zu funktionieren.
Wenn wir beispielsweise die Motorgeschwindigkeit reduzieren möchten, verringert der VFD die Ausgangsfrequenz. Gleichzeitig wird die Ausgangsspannung proportional gesenkt, um das V/Hz-Verhältnis konstant zu halten. Auf diese Weise kann der Motor effizient bei niedrigerer Drehzahl und dem entsprechenden Drehmoment laufen. Wenn die Motordrehzahl erhöht wird, erhöht der Frequenzumrichter die Frequenz und Spannung auf koordinierte Weise.
Erweiterte Funktionen zur Geschwindigkeitsregelung
Über die grundlegende frequenzbasierte Drehzahlregelung hinaus bieten moderne dreiphasige Frequenzumrichter eine Fülle fortschrittlicher Funktionen zur Verbesserung der Motorleistung und -effizienz.
Sensor – ohne Vektorsteuerung
Die sensorlose Vektorsteuerung ist ein hochentwickelter Steuerungsalgorithmus, der in vielen VFDs verwendet wird. Dadurch kann der VFD das Drehmoment und die Drehzahl des Motors unabhängig steuern, auch ohne den Einsatz externer Drehzahlsensoren. Durch die Analyse des Stroms und der Spannung des Motors kann der VFD die Rotorposition des Motors abschätzen und die Leistung entsprechend anpassen. Dies führt zu einer präziseren Geschwindigkeitsregelung, einem besseren dynamischen Ansprechverhalten und einer verbesserten Energieeffizienz.
Geschlossene Regelung
In einigen Anwendungen, bei denen eine extrem hohe Präzision erforderlich ist, kann eine Regelung mit geschlossenem Regelkreis eingesetzt werden. Dabei wird ein Geschwindigkeitssensor, beispielsweise ein Encoder, verwendet, um dem VFD Rückmeldung zu geben. Der VFD vergleicht die tatsächliche Motorgeschwindigkeit mit der eingestellten Geschwindigkeit und nimmt in Echtzeit Anpassungen an der Ausgangsfrequenz und -spannung vor, um den Geschwindigkeitsfehler zu minimieren. Regelungen mit geschlossenem Regelkreis werden häufig in Anwendungen wie Werkzeugmaschinen, Robotik und Fördersystemen eingesetzt.
Anwendungen von dreiphasigen VFDs
Dreiphasige VFDs finden Anwendung in einer Vielzahl von Branchen, von der Fertigung bis hin zu HVAC-Systemen.
Industrielle Fertigung
In Produktionsanlagen werden VFDs zur Steuerung der Geschwindigkeit von Förderbändern, Pumpen, Lüftern und Werkzeugmaschinen eingesetzt. Durch die Anpassung der Motorgeschwindigkeit an die Produktionsanforderungen können diese Systeme effizienter arbeiten, den Energieverbrauch senken und die Produktqualität verbessern. Beispielsweise kann ein Förderband während des Be- und Entladevorgangs abgebremst und während der Transportphase beschleunigt werden.
HVAC-Systeme
Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen (HVAC) verwenden häufig dreiphasige VFDs, um die Drehzahl von Lüftern und Pumpen zu steuern. Dadurch kann das System den Luftstrom und den Wasserdurchfluss an den tatsächlichen Bedarf anpassen, was zu erheblichen Energieeinsparungen führt. Beispielsweise kann der VFD in einem großen Bürogebäude die Ventilatoren außerhalb der Hauptverkehrszeiten verlangsamen, wenn das Gebäude weniger belegt ist.
Produktempfehlungen
Als Lieferant von dreiphasigen Frequenzumrichtern empfehle ich je nach Anwendungsanforderungen unterschiedliche Produkte. Für Anwendungen mit einem Leistungsbedarf um 15 kW bieten wir unsere15 kW VFDist eine ausgezeichnete Wahl. Es bietet zuverlässige Leistung und erweiterte Steuerungsfunktionen zu einem wettbewerbsfähigen Preis.
Wenn Sie einen Einphasenmotor steuern möchten, sind unsereAntrieb mit variabler Drehzahl für EinphasenmotorenBietet eine kostengünstige Lösung mit sanfter Geschwindigkeitsregulierung.
Darüber hinaus haben wir eine Reihe vonNormallast- und Hochleistungs-VFDGeräte, die auf unterschiedliche Lastanforderungen zugeschnitten sind. Ganz gleich, ob Sie einen Frequenzumrichter für leichte Anwendungen oder schwere Industrieanwendungen benötigen, wir haben das richtige Produkt für Sie.
Abschluss
Dreiphasen-Frequenzumrichter sind leistungsstarke Werkzeuge zur Steuerung der Motordrehzahl und bieten zahlreiche Vorteile wie Energieeinsparungen, verbesserte Effizienz und präzise Steuerung. Wenn Sie verstehen, wie sie funktionieren und welche erweiterten Funktionen sie haben, können Sie fundierte Entscheidungen bei der Auswahl eines VFD für Ihre spezifische Anwendung treffen. Ganz gleich, ob Sie in der industriellen Fertigung, in der Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik oder in einer anderen Branche tätig sind, in der eine Motordrehzahlregelung erforderlich ist, unser Unternehmen kann hochwertige dreiphasige Frequenzumrichter liefern, die Ihren Anforderungen gerecht werden.
Wenn Sie an unseren Produkten interessiert sind oder Fragen zu dreiphasigen VFDs haben, zögern Sie bitte nicht, uns für Beschaffung und Verhandlungen zu kontaktieren. Wir sind bestrebt, Ihnen die besten Lösungen und einen hervorragenden Kundenservice zu bieten.
Referenzen
- Chapman, SJ (2012). Grundlagen elektrischer Maschinen. McGraw - Hill.
- Bolton, W. (2016). Industrieelektronik. Routledge.