מהו כונן תדר משתנה?
כונן תדר משתנה (VFD) הוא התקן בקרה אלקטרוני המשמש לספק בקרת מהירות מתכווננת עבור מנועי AC ו-DC. הסוגים הנפוצים ביותר של מנועי AC הם מנועי אינדוקציה AC או מנועים אסינכרוניים. היתרונות של שימוש ב-VFD הם חיסכון באנרגיה עבור יישומי מאוורר ומשאבה HVAC, שיפור מומנט המנוע ובקרת המהירות ביישומים תעשייתיים, ושיפור הגנת המנוע.
גדלי מנוע עבור פעולת VFD:
כוננים בתדר משתנה יכולים להפעיל מנועים הנעים בין ¼ כוח סוס ב-120 וולט חד פאזי ל-20,000 קילוואט ב-11,000 וולט תלת פאזי. מנועים תעשייתיים הם בדרך כלל תלת פאזיים, והמתח הנפוץ ביותר בארה"ב הוא 480 וולט. מתחים נפוצים אחרים הם 230, 2300 ו-4160 וולט. המנוע מיועד לפעול על מגוון מתחים בהתאם לקטבים של המנוע .
מנועים מתוכננים לפעול במהירות קבועה בהתאם למספר הקטבים במנוע. תדירות המתח המסופק למנוע קובעת את מהירות המנוע. מהירות זו היא פונקציה של התדר המופעל כפול 120 חלקי מספר הקטבים לפאזה.
כיצד VFD משנה את מהירות המנוע:
VFDs שולטים במנועים על ידי שינוי התדר בין 0 ל-60 מחזורים או הרץ לשנייה. הם יכולים גם לשנות תדרים מחוץ לפס ה-Hz הסטנדרטי 0-60 עד 600 הרץ. ברגע שמעל 600 הרץ, היישום הוא בדרך כלל מנוע ציר במהירות גבוהה. ברגע שמעל 600 הרץ, היישום הוא בדרך כלל מנוע ציר במהירות גבוהה. ה-VFD משנה את תדר הכניסה על ידי התאמת תדר המוצא של גל הסינוס AC למנוע. כדי להשיג זאת, ל-VFD יש ארבעה מרכיבים עיקריים:
- מקטע מיישר הדיודה או הממיר ממיר את מתח הקו 60 הרץ AC למתח DC באמצעות מיישר דיודה.
- קטע אוטובוס DC מאחסן את מתח ה-AC המומר בקבל. עבור כניסת 480 וולט AC, מתח השיא באפיק DC תלת פאזי יכול להיות 648 וולט DC (= 480 V x Sq. Rt. √1.82).
- מקטע המהפך או IGBT (טרנזיסטור דו-קוטבי של שער מבודד) ממיר את מתח ה-DC המאוחסן לצורת גל סינוס אנלוגית AC הנקראת אפנון רוחב פעימה כדי לדמות צורת גל AC. לצורת הגל המאופנת ברוחב הפולס יש משרעת (גובה), שהיא מתח הכניסה המרבי, בדרך כלל 480 וולט, ומחזור עבודה (רוחב). מספר מחזורי העבודה בשנייה הוא התדר בהרץ, והקצב שבו ה-IGBT נדלק ומכבה הוא תדר הספק. תדרי הספק נעים בין 2,000 הרץ ל-15,000 הרץ. תדרי נשא גבוהים יותר מייצרים צורות גל טובות יותר. דמיינו מתג אור על הקיר המאפשר מתח וזרם להפעיל נורה. מתח וזרם זורמים אל הנורה בקצב של 60 מחזורים לשנייה. כל הבהוב אור מהיר מכדי להיות מזוהה בעין בלתי מזוינת.
- סעיף בקרת VFD קובע את המתח והתדירות או את מספר מחזור העבודה שנשלח למנוע. המנוע משתמש בצורת גל מאופנן ברוחב דופק כדי לשלוט על מהירות המנוע.
האבולוציה של כונני תדר משתנים
VFDs התפתחו עם הזמן, אבל הפונקציונליות הבסיסית נשארה. הם משמשים ביישומים רבים ועוזרים לתעשיות להתפתח. עם הזינוק הנוכחי ב-IIoT ובייצור חכם, VFDs יהפכו לאינטגרליים לשיפור תהליכים ויספקו נתונים משמעותיים כדי לעזור ליצרנים להפוך למובילים בתעשיות שלהם.