Dacă ați lucrat vreodată cu motoare industriale, probabil că ați auzit o mulțime de întrebări despre împerecherea variatoarelor de frecvență (VFD) cu diferite tipuri de motoare. O întrebare care apare în mod regulat în rândul clienților noștri - dintre care mulți sunt mici producători, constructori de mașini și tehnicieni de întreținere - este: „Se poate folosi un VFD trifazat de 3 CP cu un motor de curent continuu?” Ca furnizor specializat în soluții VFD, am petrecut ani de zile trecând prin această întrebare exactă, iar răspunsul nu este un simplu da sau nu. Depinde de modul în care funcționează fiecare componentă, de specificațiile electrice implicate și de ceea ce încercați să realizați cu configurarea. Să dezvăluim acest lucru în mod clar, începând cu elementele de bază atât ale VFD trifazat de 3 CP, cât și ale motorului DC.
În primul rând, să ne bazăm în ceea ce face fiecare parte. Un variator de frecvență, uneori numit convertizor de frecvență VFD, este proiectat pentru a controla viteza motoarelor cu curent alternativ (AC) prin ajustarea frecvenței și tensiunii puterii trimise la motor. Majoritatea VFD-urilor standard de pe piață sunt construite pentru motoare cu inducție cu curent alternativ, motoare sincrone cu curent alternativ sau motoare cu curent alternativ cu magnet permanent - acestea sunt calitățile de lucru ale echipamentelor industriale cum ar fi benzile transportoare, pompele și mașinile-unelte. VFD trifazat de 3 CP este proiectat special pentru motoarele de curent alternativ trifazate cu o putere de 3 cai putere, astfel încât circuitele sale interne sunt reglate pentru a gestiona caracteristicile de putere CA ale acelor motoare. Acesta convertește puterea AC de intrare (fie monofazată, fie trifazată, în funcție de model) în curent continuu (DC), apoi convertește acel DC înapoi în AC cu frecvență variabilă pentru a se potrivi nevoilor de viteză ale motorului. Acest lanț de conversie este cheia aici.
Un motor de curent continuu, pe de altă parte, funcționează cu curent continuu, fără conversie necesară. Viteza sa este controlată prin ajustarea tensiunii trimise la armătură sau, în unele cazuri, prin ajustarea curentului de câmp. Motoarele de curent continuu există de zeci de ani și sunt încă folosite în aplicații care necesită control precis al vitezei la viteze mici, cuplu mare la pornire sau performanță constantă pe o gamă largă de viteze - lucruri precum macaralele, palanele și unele mașini de ambalare. Problema este că un VFD standard nu este cablat pentru a gestiona curent continuu direct, cel puțin nu în modul în care este cablat pentru a gestiona curent alternativ.
Deci, puteți conecta de fapt un VFD trifazat de 3 CP la un motor de curent continuu? Să intrăm în partea tehnică. Răspunsul scurt este: în general nu, nu cu un VFD standard disponibil. Iată de ce. Designul intern al VFD-ului este construit pentru ieșire AC. Preia curent alternativ de intrare, îl rectifică în curent continuu, apoi îl inversează în curent alternativ cu frecvență variabilă. Un motor de curent continuu nu are nevoie de acel CA inversat – are nevoie de putere CC pură. Dacă conectați un motor de curent continuu la bornele de ieșire ale unui VFD standard, trimiteți curent alternativ la o componentă creată pentru curent continuu, care nu va funcționa corect. VFD este proiectat pentru a furniza curent alternativ care alternează direcția la o frecvență stabilită; armătura unui motor de curent continuu se bazează pe fluxul de curent constant (sau modificări ale curentului controlat în cazul motoarelor de curent continuu cu perii) pentru a genera cuplu. Trimiterea de curent alternativ la un motor de curent continuu ar face ca acesta să vibreze excesiv, să producă puțin sau deloc un cuplu utilizabil și ar putea chiar deteriora înfășurările motorului sau VFD-ul însuși dacă se produc vârfuri de curent.
Acestea fiind spuse, există o excepție restrânsă. Dacă motorul dvs. de curent continuu este de fapt un „motor de curent continuu” care a fost reutilizat sau, mai precis, un motor de curent continuu cu bobinaj în serie, care este uneori folosit în aplicații de tracțiune - cum ar fi motoarele vechi de stivuitor electric - unii oameni au experimentat cu modificarea VFD-urilor pentru a lucra cu ele. Dar chiar și atunci, nu este o configurație standard și nu este recomandată pentru majoritatea utilizărilor industriale. Aceste modificări necesită recablarea ieșirii VFD-ului pentru a furniza un DC constant în loc de AC cu frecvență variabilă, ceea ce schimbă întreaga funcție a unității. Nu ar mai fi un VFD, deoarece VFD-urile sunt prin definiție convertoare de frecvență. Pentru acea configurație modificată, ar fi mai bine să utilizați un controler de motor de curent continuu proiectat în acest scop, mai degrabă decât un VFD trifazat de 3 CP pentru AC.
Să vorbim și despre potrivirea puterii, care este un detaliu esențial pentru orice împerechere a motorului și a unității. VFD trifazat de 3 CP este evaluat pentru a gestiona un motor AC de 3 CP, care consumă o anumită cantitate de curent (aproximativ 7,5 amperi la 230 V trifazic, pentru referință). Un motor de curent continuu de aceeași putere va consuma un curent diferit în funcție de tensiunea nominală. De exemplu, un motor de 3hp 24V DC consumă aproximativ 100 de amperi la sarcină maximă, în timp ce un motor de 3hp 48V DC consumă aproximativ 50 de amperi. Acesta este un mod diferit de consum de curent decât este proiectat pentru a furniza VFD. Chiar dacă ați putea modifica un VFD pentru a ieși în curent continuu, componentele sale interne (cum ar fi tranzistoarele utilizate în stadiul invertorului) ar fi dimensionate pentru curentul mai mic al unui motor de curent alternativ de 3 CP, nu pentru curentul mult mai mare de care are nevoie un motor de curent continuu de aceeași putere. Acest lucru ar duce la supraîncălzire, defectare prematură a pieselor sau un pericol de siguranță din cauza supraîncărcării electrice.
Poate vă gândiți: „Ce se întâmplă dacă folosesc o altă unitate?” E o întrebare bună. Dacă aveți nevoie de controlul vitezei pentru un motor de curent continuu, un VFD nu este instrumentul potrivit. În schimb, ați dori un controler de motor DC, care este conceput special pentru a regla tensiunea DC pentru a controla viteza. Dar dacă lucrați cu motoare de curent alternativ, un VFD este soluția perfectă. Site-ul nostru web are o gamă de opțiuni pentru diferite configurații, inclusiv intrarea monofazată VFD de 5 CP pentru surse de alimentare monofazate mai mici sau o unitate de frecvență trifazată pentru sisteme industriale trifazate mai mari. Dacă aveți doar putere monofazată disponibilă pentru motorul dvs. trifazat, convertorul nostru de frecvență monofazat este proiectat pentru a converti intrarea monofazată în ieșire trifazată, astfel încât să nu trebuie să reconectați instalația pentru alimentare trifazată. Toate acestea sunt soluții pentru controlul motoarelor de curent alternativ, adaptate diferitelor nevoi de putere și dimensiuni ale motorului.
O altă concepție greșită comună pe care o aud de la clienți este că toate dispozitivele de control al motoarelor sunt interschimbabile. Nu este adevărat. VFD-urile sunt specializate pentru motoarele de curent alternativ datorită modului în care este controlată viteza motorului de curent alternativ: pentru motoarele de inducție cu curent alternativ, viteza este determinată de numărul de poli din stator și de frecvența sursei de alimentare. Prin reglarea frecvenței, puteți regla viteza, iar reglarea tensiunii împreună cu frecvența (numită control V/Hz) menține câmpul magnetic al motorului echilibrat, astfel încât să nu se supraîncălzească. Un motor de curent continuu nu are acel design stator - câmpul său magnetic provine fie de la un magnet permanent, fie de la o înfășurare separată a câmpului, astfel încât controlul vitezei funcționează complet diferit. Încercarea de a folosi un VFD pentru un motor de curent continuu este ca și cum ați folosi o cheie ca șurubelniță: s-ar putea să se potrivească, dar nu va funcționa așa cum trebuie și probabil veți deteriora ambele unelte.
Să abordăm, de asemenea, ce se întâmplă dacă cineva încearcă să facă asta oricum. În anii mei ca furnizor, am auzit povești despre clienți care testează acest lucru și ajung să aibă motoare prăjite sau drive-uri stricate. De exemplu, un mic atelier de mașini a încercat odată să-și conecteze VFD cu 3 faze de 3 CP la un motor de curent continuu pentru un transportor personalizat. Când l-au pornit, motorul a scos un zgomot puternic, s-a scuturat violent și și-a ars înfășurarea armăturii în 10 minute. De asemenea, VFD-ul a trebuit să fie trimis pentru reparații, deoarece semnalul de ieșire de curent alternativ a confundat circuitele sale interne de control. Acesta este un rezultat obișnuit, deoarece VFD-ul nu este proiectat să regleze puterea de curent continuu la un motor de curent continuu, iar motorul de curent continuu nu este construit pentru a gestiona puterea de curent alternativ. Nu merită riscul, chiar dacă pare o scurtătură ieftină.
Deci, când ar funcționa vreodată un VFD și un motor DC împreună? Singurul scenariu la care mă pot gândi este dacă aveți un sistem hibrid în care un motor de curent continuu este utilizat ca parte a unei configurații de frânare regenerativă, iar VFD-ul gestionează feedback-ul de putere. Chiar și atunci, aceasta este o aplicație foarte specializată, nu un caz de utilizare standard. Dispozitivele regenerative (un tip de VFD avansat) pot capta energia de la un motor care acționează ca un generator - ca atunci când un transportor încetinește - și pot trimite acea energie înapoi la rețeaua electrică. Dar asta este pentru motoarele de curent alternativ, nu pentru motoarele de curent continuu. Pentru un motor de curent continuu într-un sistem regenerativ, veți avea nevoie de un controler specific pentru curent continuu pentru a gestiona feedback-ul energetic, nu de un VFD.
Dacă scopul tău este să controlezi viteza unui motor de curent continuu, mișcarea corectă este să cauți un regulator de viteză a motorului de curent continuu, nu un VFD. Aceste controlere sunt proiectate pentru a regla tensiunea armăturii sau curentul de câmp al motoarelor de curent continuu, astfel încât să funcționeze perfect cu designul motorului. De asemenea, sunt dimensionate corect pentru consumul de curent al motoarelor de curent continuu, care, așa cum am menționat mai devreme, poate fi mult mai mare decât un motor de curent alternativ de aceeași putere. De exemplu, un motor DC de 3 CP are nevoie de un controler evaluat pentru cel puțin 100 de amperi dacă este de 24 V, în timp ce un VFD de 3 CP este evaluat doar pentru aproximativ 7,5 amperi la 230 V. Încercarea de a utiliza un VFD aici ar însemna subdimensionarea controlerului cu o marjă uriașă, ceea ce duce la supraîncălzire și eșec.
Acum, dacă lucrați cu un motor de curent alternativ și vă întrebați dacă un VFD de 3 CP este potrivit pentru dvs., acolo strălucesc produsele noastre. VFD trifazat de 3 CP este construit pentru a funcționa cu o gamă largă de motoare AC trifazate, de la 1/2 CP până la 3 CP, în funcție de eficiența și aplicația motorului. Acceptă atât controlul V/Hz, cât și controlul vectorial, ceea ce vă oferă un control mai precis al vitezei și un cuplu mai mare la viteze mici - perfect pentru aplicații precum transportoare mici, mașini-unelte și echipamente agricole. Oferim, de asemenea, alte VFD pentru a se potrivi diferitelor nevoi: dacă aveți un motor de 5 CP, intrarea noastră monofazată VFD de 5 CP vă permite să-l utilizați cu putere monofazată, ceea ce este comun în multe setări comerciale fără conectări trifazate. Pentru încărcături mai mari, linia noastră de transmisie cu frecvență trifazată include modele cu valori mai mari de cai putere, astfel încât să puteți găsi potrivirea potrivită pentru echipamentul dumneavoastră.
Să încheiem asta. Principala concluzie este că un VFD trifazat de 3 CP nu poate fi utilizat cu un motor de curent continuu standard. Design-urile lor interne sunt adaptate pentru diferite tipuri de putere și funcții ale motorului, iar încercarea de a le asocia va duce la performanțe slabe, posibile deteriorari ale echipamentelor și riscuri de siguranță. Dacă aveți nevoie de controlul vitezei pentru un motor de curent continuu, rămâneți la un controler de motor de curent continuu special conceput. Dacă lucrați cu un motor de curent alternativ și căutați un VFD, linia noastră de convertoare de frecvență și VFD - inclusiv VFD trifazat de 3 CP, intrare monofazată VFD de 5 CP și convertor de frecvență monofazat pentru configurații cu putere redusă - sunt concepute pentru a satisface nevoile industriale în mod fiabil.
Dacă aveți întrebări despre VFD-ul potrivit pentru motorul dvs. de curent alternativ, aveți nevoie de ajutor pentru dimensionarea unui drive sau doriți să aflați mai multe despre produsele noastre, nu ezitați să contactați. Suntem aici pentru a vă ajuta să găsiți soluția potrivită pentru echipamentul dumneavoastră industrial, indiferent de aplicație.
Referințe
- Controlul motoarelor electrice: principii și aplicații, McGraw-Hill, 2019
- Variable Frequency Drive Design and Operation, IEEE Press, 2021
- Manual de control al motoarelor industriale, National Electrical Manufacturers Association (NEMA), 2020