Wat is een frequentieregelaar?
Een frequentieregelaar (VFD) is een elektronisch regelapparaat dat wordt gebruikt om regelbare snelheidsregeling te bieden voor AC- en DC-motoren. De meest voorkomende typen AC-motoren zijn AC-inductiemotoren of asynchrone motoren. De voordelen van het gebruik van een VFD zijn energiebesparingen voor HVAC-ventilator- en pomptoepassingen, verbeterd motorkoppel en snelheidsregeling in industriële toepassingen en verbeterde motorbeveiliging.
Motorafmetingen voor VFD-werking:
Frequentieregelaars kunnen motoren bedienen van ¼ pk bij 120 volt eenfase tot 20,000 kilowatt bij 11,000 volt driefase. Industriële motoren zijn doorgaans driefasenmotoren en de meest voorkomende spanning in de VS is 480 V. Andere veelvoorkomende spanningen zijn 230, 2300 en 4160 V. De motor is ontworpen om te werken op verschillende spanningen, afhankelijk van de polen van de motor.
Motoren zijn ontworpen om te draaien op een constante snelheid, afhankelijk van het aantal polen in de motor. De frequentie van de spanning die aan de motor wordt geleverd, bepaalt de snelheid van de motor. Deze snelheid is een functie van de toegepaste frequentie vermenigvuldigd met 120 gedeeld door het aantal polen per fase.
Hoe een frequentieregelaar de snelheid van een motor verandert:
VFD's regelen motoren door de frequentie te variëren tussen 0 en 60 cycli of Hertz per seconde. Ze kunnen ook frequenties buiten de standaard 0-60 Hz-band wijzigen tot 600 Hz. Eenmaal boven de 600 Hz is de toepassing doorgaans een hogesnelheidsspindelmotor. Eenmaal boven de 600 Hz is de toepassing doorgaans een hogesnelheidsspindelmotor. De VFD varieert de ingangsfrequentie door de uitgangsfrequentie van de AC-sinusgolf aan te passen aan de motor. Om dit te bereiken, heeft de VFD vier hoofdcomponenten:
- De diodegelijkrichter of convertersectie zet de 60 Hz wisselspanning van het net om in gelijkspanning via een diodegelijkrichter.
- De DC-bussectie slaat de omgezette AC-spanning op in een condensator. Voor een 480 V AC-ingang kan de piekspanning bij de driefasen-DC-bus 648 V DC zijn (= 480 V x Sq. Rt. √1,82).
- De invertersectie of IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) zet de opgeslagen DC-spanning om in een analoge AC-sinusgolfvorm, pulsbreedtemodulatie genaamd, om een AC-golfvorm te simuleren. De pulsbreedtegemoduleerde golfvorm heeft een amplitude (hoogte), wat de maximale ingangsspanning is, meestal 480 volt, en een duty cycle (breedte). Het aantal duty cycles per seconde is de frequentie in Hertz en de snelheid waarmee de IGBT aan- en uitgaat is de draagfrequentie. Draagfrequenties variëren van 2,000 Hz tot 15,000 Hz. Hogere draagfrequenties produceren betere golfvormen. Stel je een lichtschakelaar op de muur voor die spanning en stroom doorlaat om een gloeilamp van stroom te voorzien. Spanning en stroom stromen naar de gloeilamp met een snelheid van 60 cycli per seconde. Elk lichtflikkering is te snel om met het blote oog te worden waargenomen.
- De VFD-besturingssectie bepaalt de spanning en frequentie of het duty cycle-nummer dat naar de motor wordt gestuurd. De motor gebruikt een pulsbreedtegemoduleerde golfvorm om de snelheid van de motor te regelen.
De evolutie van frequentieregelaars
VFD's zijn in de loop van de tijd geëvolueerd, maar de basisfunctionaliteit is gebleven. Ze worden in veel toepassingen gebruikt en helpen industrieën te evolueren. Met de huidige toename van IIoT en slimme productie, zullen VFD's integraal worden voor procesverbetering en zinvolle gegevens leveren om fabrikanten te helpen leiders te worden in hun industrieën.