nguyên lý hoạt động của ổ đĩa IBM (thạc sĩ - long tiên sinh )
Thứ bảy, 26/03/2016 | Lượt xem: 7022
-
Một biến tần DC ram trong điều hòa không khí được sử dụng để kiểm soát tốc độ của máy nén động cơ lưu lượng chất làm lạnh biến trong một hệ thống điều hòa không khí để điều chỉnh các điều kiện không gian nhiệt độ . Ngược lại, điều hòa không khí truyền thống điều chỉnh nhiệt độ bằng cách sử dụng một máy nén được định kỳ hoặc làm việc hết công suất tối đa hoặc tắt hoàn toàn. Điều hòa không khí biến tần được trang bị có một ổ đĩa biến tần số mà kết hợp một điều chỉnh biến tần điện để kiểm soát tốc độ của động cơ và do đó máy nén và sản lượng làm mát.
-
Ổ đĩa biến tần số sử dụng một bộ chỉnh lưu để chuyển đổi đến dòng điện xoay chiều (AC) để trực tiếp hiện tại (DC) và sau đó sử dụng điều chế độ rộng xung trong một biến tần điện để sản xuất AC của một mong muốn tần số . Tần số biến AC ổ đĩa một động cơ không chổi than hoặc một động cơ cảm ứng . Như tốc độ của một động cơ cảm ứng là tỷ lệ thuận với tần số của AC, máy nén có thể chạy ở tốc độ khác nhau. [ cần dẫn nguồn ] Một vi điều khiển sau đó có thể lấy mẫu nhiệt độ không khí môi trường xung quanh hiện tại và điều chỉnh tốc độ của máy nén một cách thích hợp. Phần cứng điện tử và hệ thống bổ sung thêm chi phí cho việc lắp đặt thiết bị nhưng có thể dẫn đến tiết kiệm đáng kể chi phí vận hành.
Một ổ đĩa biến tần ( VFD ) (còn gọi là ổ đĩa có thể điều chỉnh tần số , ổ biến tốc độ , AC ổ đĩa , ổ vi hoặc biến tần ổ đĩa ) là một loại ổ đĩa có thể điều chỉnh tốc độ được sử dụng trong cơ điện hệ thống truyền động điều khiển động cơ AC tốc độ vàmô-men xoắn động cơ bằng cách thay đổi đầu vào tần số và điện áp .
VFD được sử dụng trong các ứng dụng khác nhau, từ các thiết bị nhỏ nhất đến lớn nhất của ổ đĩa máy mỏ và máy nén. Tuy nhiên, khoảng một phần ba năng lượng điện của thế giới được tiêu thụ bởi động cơ điện ở tốc độ cố định bơm ly tâm , quạt và máy nén ứng dụng [ cần dẫn nguồn ] và toàn cầu VFD ' thâm nhập thị trường cho tất cả các ứng dụng vẫn còn tương đối nhỏ. Điều này nhấn mạnh cơ hội cải thiện hiệu quả năng lượng đặc biệt quan trọng cho việc cài đặt VFD trang bị thêm và mới.
Hơn bốn thập kỷ qua, điện tử công suất công nghệ đã làm giảm chi phí VFD và kích thước và cải thiện hiệu suất thông qua những tiến bộ trong các thiết bị bán dẫn chuyển đổi, cấu trúc liên kết ổ đĩa, mô phỏng và kiểm soát kỹ thuật và kiểm soát phần cứng và phần mềm.
VFD có sẵn trong một số khác nhau điện áp thấp và trung bình AC-AC và DC-AC cấu trúc liên kết.
Điều khiển [ sửa ]
Bộ điều khiển VFD là một trạng thái rắn hệ thống chuyển đổi năng lượng điện tử bao gồm ba tiểu hệ thống riêng biệt: một chỉnh lưu chuyển đổi cây cầu, một dòng điện một chiều. (DC) liên kết, và một biến tần điện áp nguồn biến tần (VSI) ổ đĩa (xem "cấu trúc liên kết chung ' tiểu mục dưới đây) có đến nay là loại phổ biến nhất của ổ đĩa. Hầu hết các ổ đĩa là AC-AC ổ đĩa trong đó họ chuyển đổi dòng AC đầu vào đến đầu ra biến tần AC. Tuy nhiên, trong một số ứng dụng như DC bus chung hoặc năng lượng mặt trời ứng dụng, ổ đĩa được cấu hình như ổ đĩa DC-AC. Bộ chuyển đổi chỉnh lưu cơ bản nhất cho các ổ đĩa VSI được cấu hình như một ba pha, sáu xung, toàn sóng cầu diode . Trong một ổ đĩa VSI, liên kết DC bao gồm một tụ điện mà smooths ra bộ chuyển đổi DC đầu ra gợn và cung cấp một đầu vào gay gắt với các biến tần. Lọc điện áp DC này được chuyển đổi để bán sinđiện áp đầu ra AC sử dụng các yếu tố chuyển đổi hoạt động của biến tần. Ổ đĩa VSI cung cấp cao hơn hệ số công suất và giảm méo hài hơn giai đoạn kiểm soát hiện tại nguồnbiến tần (CSI) và tải chuyển mạch biến tần (LCI) ổ đĩa (xem "cấu trúc liên kết chung" tiểu mục dưới đây). Bộ điều khiển ổ đĩa cũng có thể được cấu hình như một chuyển đổi giai đoạn có đầu vào chuyển đổi một pha và đầu ra biến tần ba pha. [ 7 ]
Tiến bộ điều khiển đã khai thác gia tăng mạnh mẽ trong điện áp và dòng điện và tần số chuyển mạch của các thiết bị điện trạng thái rắn trong sáu thập kỷ qua. Giới thiệu vào năm 1983, [ 8 ] các bóng bán dẫn lưỡng cực cách điện cửa khẩu (IGBT) có trong hai thập kỷ qua đi đến thống trị VFD như một thiết bị biến tần chuyển đổi. [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]
Trong biến mô-men xoắn các ứng dụng phù hợp với Volts mỗi Hertz (V / Hz) điều khiển ổ đĩa, AC đặc điểm động cơ yêu cầu mức độ điện áp đầu ra của biến tần cho động cơ được điều chỉnh để phù hợp với tải có mô men cần thiết trong một tuyến tính mối quan hệ V / Hz. Ví dụ, đối với 460 volt, 60 động cơ Hz mối quan hệ tuyến tính V / Hz này là 460/60 = 7,67 V / Hz. Trong khi phù hợp trong các ứng dụng khác nhau, rộng, điều khiển V / Hz là dưới mức tối ưu trong các ứng dụng hiệu suất cao liên quan đến tốc độ thấp hoặc đòi hỏi, điều chỉnh tốc độ động, định vị và đảo ngược yêu cầu tải. Một số ổ đĩa kiểm soát V / Hz cũng có thể hoạt động trong bậc hai chế độ V / Hz hoặc thậm chí có thể được lập trình để phù hợp với đa điểm đường V / Hz đặc biệt. [ 12 ] [ 13 ]
Hai nền tảng điều khiển ổ đĩa khác, điều khiển vector và kiểm soát mô-men xoắn trực tiếp (DTC), điều chỉnh cường độ điện áp động cơ, góc từ tài liệu tham khảo và tần số [ 14 ]để kiểm soát chính xác từ thông của động cơ và mô-men xoắn cơ khí.
Mặc dù không gian vector điều chế độ rộng xung (SVPWM) ngày càng trở nên phổ biến, [ 15 ] PWM sin (SPWM) là phương pháp đơn giản nhất được sử dụng để thay đổi động cơ điện áp ổ đĩa (hoặc hiện tại) và tần số. Với điều khiển SPWM (xem hình 1.), Sản lượng bán sin, biến độ rộng xung được xây dựng từ nút giao của một tín hiệu tần số sóng mang có răng cưa với một tín hiệu hình sin điều biến mà có thể thay đổi trong tần số hoạt động cũng như trong điện áp (hoặc hiện hành). [ 9 ] [ 16 ] [ 17 ]
Hoạt động của động cơ trên tốc độ ghi trên nhãn đánh giá (tốc độ cơ sở) là có thể, nhưng được giới hạn điều kiện mà không yêu cầu nhiều quyền lực hơn so với đánh giá ghi trên nhãn của động cơ. Điều này đôi khi được gọi là "lĩnh vực suy yếu", và cho động cơ AC, phương tiện hoạt động dưới đánh giá V / Hz và tốc độ ghi trên nhãn đánh giá ở trên.thường trực nam châm động cơ đồng bộ có khá hạn chế lĩnh vực phạm vi tốc độ suy yếu do nam châm liên tục liên kết thông . Động cơ đồng bộ rotor vết thương và động cơ cảm ứng có phạm vi rộng lớn hơn nhiều tốc độ. Ví dụ, một mã lực 100, 460 V, 60 Hz, 1775 RPM (4 cực) động cơ cảm ứng cung cấp 460 V, 75 Hz (6,134 V / Hz), sẽ được giới hạn 60/75 = 80% mô-men xoắn 125% tốc độ (2.218,75 RPM) = 100% sức mạnh. [ 18 ] Ở tốc độ cao hơn các động cơ cảm ứng mô-men xoắn có thể bị hạn chế hơn nữa do sự giảm của mô-men xoắn ly khai [ một ] của động cơ. Sức mạnh như vậy, đánh giá có thể được sản xuất thường chỉ lên đến 130-150% của tốc độ ghi trên nhãn đánh giá. Vết thương cánh quạt động cơ đồng bộ có thể chạy ở tốc độ cao hơn. Trong các ổ đĩa máy cán thường 200-300% tốc độ cơ sở được sử dụng. Độ bền cơ học của rotor giới hạn tốc độ tối đa của động cơ.
Vả. 1: SPWM sin đầu vào và đầu ra PWM 2 cấp
Một nhúng bộ vi xử lý điều chỉnh hoạt động tổng thể của bộ điều khiển VFD. Cơ bản lập trình của bộ vi xử lý được cung cấp là người dùng không thể truy cập phần mềm . Sử dụng chương trình của màn hình hiển thị , thay đổi và chức năng các thông số khối được cung cấp để kiểm soát, bảo vệ và giám sát các VFD, động cơ và thiết bị điều khiển. [ 9 ] [ 19 ]
Bộ điều khiển ổ đĩa cơ bản có thể được cấu hình để lựa chọn bao gồm các thành phần như điện năng tùy chọn và phụ kiện như sau:
· Kết nối thượng nguồn chuyển đổi - ngắt mạch hoặc cầu chì , cách ly contactor , EMC bộ lọc, đường lò phản ứng , bộ lọc thụ động
· Kết nối với DC liên kết - phanh trực thăng , hệ thống phanh điện trở
· Kết nối hạ lưu của biến tần -. Lò phản ứng đầu ra, bộ lọc sóng sin, bộ lọc dV / dt [ b ] [ 21 ]
Giao diện điều hành
Giao diện người dùng cung cấp một phương tiện cho một nhà điều hành để bắt đầu và dừng động cơ và điều chỉnh tốc độ hoạt động.Thêm chức năng điều khiển hành có thể bao gồm đảo chiều, và chuyển đổi giữa các điều chỉnh tốc độ bằng tay và điều khiển tự động từ bên ngoài điều khiển quá trình tín hiệu. Giao diện người dùng thường bao gồm một chữ và số hiển thị và / hoặc đèn chỉ thị và mét để cung cấp thông tin về hoạt động của ổ đĩa. Một giao diện điều hành bàn phím và màn hình hiển thị đơn vị thường được cung cấp trên mặt trước của bộ điều khiển VFD như thể hiện trong các bức ảnh trên. Màn hình hiển thị bàn phím thường có thể là cáp kết nối và gắn kết một khoảng cách ngắn từ bộ điều khiển VFD. Nhất cũng được cung cấp với đầu vào và đầu ra thiết bị đầu cuối (I / O) để kết nối nút bấm, chuyển mạch và các thiết bị giao diện điều hành khác hoặc tín hiệu điều khiển. Một truyền thông nối tiếp cảng cũng thường có sẵn để cho phép VFD phải được cấu hình, điều chỉnh, theo dõi và kiểm soát sử dụng máy tính.
Hoạt động ổ đĩa
Động cơ điện biểu đồ tốc độ mô-men xoắn
Đề cập đến các biểu đồ đi kèm, các ứng dụng ổ đĩa có thể được phân loại như là duy nhất góc phần tư, hai góc phần tư hoặc bốn góc phần tư; bốn góc phần tư của bảng xếp hạng được xác định như sau:
· Góc phần tư I - Lái xe hoặc xe hơi, [ 27 ] về phía trước tăng tốc góc phần tư với tốc độ tích cực và mô-men xoắn
· Góc phần tư II - Tạo hoặc phanh, phanh phía trước- giảm tốc góc phần tư với tốc độ tích cực và mô-men xoắn tiêu cực
· Quadrant III - Lái xe hoặc xe hơi, đảo ngược tăng tốc góc phần tư với tốc độ tiêu cực và mô-men xoắn
· Góc phần tư IV - Tạo hoặc phanh, phanh đảo ngược-giảm tốc góc phần tư với tốc độ tiêu cực và mô-men xoắn tích cực.
Hầu hết các ứng dụng liên quan đến tải đơn góc phần tư hoạt động trong góc phần tư I, chẳng hạn như trong biến mô-men xoắn (ví dụ như máy bơm ly tâm hoặc người hâm mộ) và nhất định không đổi mô-men xoắn (ví dụ như máy đùn) tải.
Một số ứng dụng liên quan đến tải trọng hai góc phần tư hoạt động trong góc phần tư I và II có tốc độ là tích cực nhưng sự thay đổi mô-men xoắn cực như trong trường hợp của một fan hâm mộ giảm tốc nhanh hơn so với tổn thất cơ khí tự nhiên. Một số nguồn tin xác định các ổ đĩa hai góc phần tư như tải hoạt động trong góc phần tư I và III có tốc độ và mô-men xoắn là cùng (tích cực hoặc tiêu cực) phân cực theo cả hai hướng.
Một số ứng dụng hiệu suất cao liên quan đến tải bốn góc phần tư (Góc phần tư I đến IV), nơi tốc độ và mô-men xoắn có thể được trong bất kỳ hướng nào như trong tời nâng, thang máy, băng tải đồi núi. Tái sinh chỉ có thể xảy ra ở DC liên kết xe buýt của ổ đĩa khi điện áp biến tần là ở mức độ nhỏ hơn so với động cơ back- EMF và điện áp biến tần và back-EMF là cùng cực. [ 28 ]
Bắt đầu một động cơ, một VFD ban đầu áp dụng một tần số thấp và điện áp, do đó tránh dòng khởi động cao kết hợp với trực tiếp trên vạch xuất phát . Sau khi bắt đầu của VFD, tần số áp dụng và điện áp được tăng lên với tốc độ kiểm soát hoặc đẩy mạnh để tăng tốc độ tải. Phương pháp này thường cho phép bắt đầu từ một động cơ để phát triển 150% mômen định mức của nó trong khi VFD đang thu hút ít hơn 50% giá trị hiện tại của nó từ nguồn điện trong phạm vi tốc độ thấp. Một VFD có thể được điều chỉnh để tạo ra một mô-men xoắn 150% bắt đầu ổn định từ bế tắc cho đến tốc độ cao. [ 29 ] Tuy nhiên, làm mát động cơ bị suy giảm và có thể dẫn đến quá nóng như tốc độ giảm như vậy mà kéo dài tốc độ thấp hoạt động động cơ với mô-men xoắn quan trọng không phải là thường có thể không có quạt thông gió riêng có động cơ.
Với một VFD, trình tự dừng chỉ là đối diện như trình tự bắt đầu. Tần số và điện áp áp dụng cho các động cơ được đẩy mạnh xuống với tốc độ kiểm soát. Khi tần số phương pháp tiếp cận bằng không, động cơ được tắt. Một lượng nhỏ phanh mô-men xoắn có sẵn để giúp giảm tốc độ tải nhanh hơn một chút so với nó sẽ dừng lại nếu các động cơ đã được chỉ đơn giản là tắt và được bờ biển. Thêm mô-men xoắn phanh có thể thu được bằng cách thêm một mạch phanh (điện trở điều khiển bởi một bóng bán dẫn) để tiêu tan năng lượng phanh. Với một chỉnh lưu bốn góc phần tư (hoạt động-front-end), VFD có thể phanh tải bằng cách áp dụng một mô-men xoắn ngược và tiêm năng lượng trở lại dòng AC.
Lợi ích
Tiết kiệm năng lượng
Nhiều ứng dụng tải của động cơ tốc độ cố định được cung cấp trực tiếp từ đường dây điện AC có thể tiết kiệm năng lượng khi họ đang hoạt động ở tốc độ thay đổi, bằng phương tiện của VFD. Tiết kiệm chi phí năng lượng như vậy đặc biệt rõ rệt trong biến mô-men xoắn ly tâm quạt và bơm các ứng dụng, trong đó mô-men xoắn và công suất của tải trọng khác nhau với các hình vuông và hình lập phương , tương ứng, của tốc độ. Sự thay đổi này cho một giảm điện năng lớn so với hoạt động tốc độ cố định cho một giảm tương đối nhỏ trong tốc độ. Ví dụ, 63% tốc độ tải động cơ chỉ tiêu thụ 25% năng lượng tốc độ đầy đủ của nó. Điều này phù hợp với pháp luật mối quan hệ xác định mối quan hệ giữa các biến tải ly tâm khác nhau.
Tại Hoa Kỳ, ước tính có khoảng 60-65% năng lượng điện được sử dụng để cung cấp động cơ, trong đó 75% là fan hâm mộ mô men thay đổi, bơm và tải máy nén khí. [ 30 ] Mười tám phần trăm năng lượng được sử dụng trong 40 triệu động cơ trong Mỹ có thể được lưu lại bằng công nghệ cải thiện hiệu quả năng lượng như VFD. [ 31 ] [ 32 ]
Chỉ có khoảng 3% tổng số cơ sở lắp đặt động cơ AC được cung cấp với ổ đĩa AC. [ 33 ] Tuy nhiên, người ta ước tính rằng công nghệ ổ đĩa được thông qua trong bao nhiêu là 30-40% của tất cả các động cơ mới được cài đặt. inverter tây ninh.com