רקע
לאחר המצאת מנוע זרם החליפין החשמלי עלה הצורך לשלוט בו, בייחוד בפרמטרים כמו מהירות, כיוון ומומנט המאפיינים את אופן הפעולה שלו. השליטה בו היוותה אתגר משמעותי עבור מהנדסים. בניגוד למנועי זרם ישר DC, שניתן לשלוט בהם בקלות על ידי שינוי המתח המופעל על המסופים שלהם, מנועי AC דורשים שיטות מורכבות יותר בשל האופי החילופי של מקור הכוח שלהם. בואו נבין ונלמד על משנה תדר.
שיטות קודמות לוסת מהירות (VFD):
- ריאוסטטים: אלו היו נגדים משתנים ששימשו לשליטה במתח שהופעל על סלילי הסטטור של המנוע. הם היו מוגבלים ביכולתם לספק שליטה מדויקת ולעתים קרובות גרמו לאובדן אנרגיה עקב יצירת חום.
- שינוי הקוטב: טכניקה זו כללה שינוי פיזי של מספר הקטבים בסטטור של המנוע, מה ששינה את מהירותו. זה היה תהליך מסורבל שלקח זמן ולא היה ניתן לבצע אותו בזמן פעולת המנוע מה שהופך אותו לא מתאים ליישומים של בקרה דינמית.
- רגולטורים (שנאים): שנאים אלו אפשרו שינוי רציף של המתח המופעל על המנוע. הם היו יעילים יותר מריאוסטטים אך עדיין היו להם מגבלות מבחינת דיוק וטווח בקרה.
- ממירי תדר: התקנים אלו המירו את התדר של מקור החשמל החילופי כדי לשנות את מהירות המנוע. הם היו מורכבים ויקרים, מה שהגביל את השימוש הנרחב בהם.
- ממירים סטטיים: התקנים אלו, המשתמשים בתריסטורים ורכיבים מוליכים למחצה אחרים, איפשרו שליטה מדויקת ויעילה יותר במנועי AC. הם סללו את הדרך לשיטות בקרת מנועים מודרניות.
שיטות אלה, על אף שניתן היה לשלוט במנוע באמצעותן לא היו מספקות מסיבות שונות אשר כללו בעיקר יעילות נמוכה, התחממות המנוע ושליטה לא דינמית.
משנה תדר VFD – Variable Frequency Drive פותר את בעיות אלו ומאפשר שליטה במנוע AC בצורה דינמית, יעילה ומהירה.
מה זה משנה תדר?
משנה תדר, הידוע גם בשם וסת מהירות למנוע או ממיר תדר, הוא מכשיר שנועד לשלוט במהירות ובמומנט של מנועים חשמליים על ידי שינוי התדר המסופק למנוע ושינוי הזרם והמתח על המנוע. יכולת זו מאפשרת שליטה מדויקת על מהירות המנוע וצריכת החשמל, תוך אופטימיזציה של ביצועים בתהליכים תעשייתיים מגוונים.
כאמור, מהירות המנוע מושפעת באופן ישיר על ידי תדירות האות בעוד שהמומנט מושפע ע״י הזרם במנוע. ניתן להסביר את הקשר בין המתח, הזרם והתדירות לאופן הפעולה של המנוע על אנלוגיה לאופניים עם מספר הילוכים.
אנלוגיה להשפעת המתח, הזרם והתדירות על מהירות המנוע ומומנטו:
מתח:
- חשבו על המתח כמו ההילוך שבחרתם. הילוכים שונים מאפשרים לכם להגיע למהירויות מקסימליות שונות עבור אותה כמות מאמץ (זרם).
- מתח גבוה יותר שקול להילוך גבוה יותר, המאפשר למנוע להסתובב מהר יותר אך דורש מאמץ רב יותר להגיע למהירות זו. ולהיפך, מתח נמוך יותר דומה להילוך נמוך יותר, מה שמאפשר מהירות מקסימלית נמוכה יותר אך דורש פחות מאמץ להגיע אליה.
תדירות:
- דמיינו את התדירות כמו הסל”ד של המנוע. ככל שהמנוע מסתובב מהר יותר, כך הגלגלים מסתובבים מהר יותר וכך תיסעו מהר יותר.
- הגדלת התדירות דומה לדיווש מהיר יותר, מה שמגביר את מהירות המנוע והגלגלים. ולהיפך, הפחתת התדירות דומה לדיווש לאט יותר, מה שמפחית את המהירות.
זרם:
- חשבו על הזרם כמו הכמות הכוח שאתם מפעילים על הדוושות. ככל שתלחצו חזק יותר (זרם גבוה יותר), כך המנוע ייצר יותר מומנט וכך תאיצו מהר יותר, ללא קשר להילוך (מתח).
- הגדלת הזרם דומה לדחיפה חזקה יותר על הדוושות, מה שמעניק יותר כוח למנוע ומאפשר לו להתגבר על עומסים גדולים יותר ולהאיץ מהר יותר.
- הפחתת הזרם דומה לדחיפה פחות חזקה על הדוושות, מה שמפחית את המומנט והתאוצה של המנוע.
מומנט:
- חשבו על המומנט ככוח המשיכה של המנוע או עוצמת הדיווש. הוא קובע עד כמה קל למנוע להתגבר על התנגדות ולהאיץ את האופניים.
- מומנט גבוה יותר מאפשר לכם לטפס במעלה גבעות תלולות יותר ולשאת משאות כבדים יותר.
- בעוד שהוא נשלט בעיקר על ידי זרם, ניתן להשפיע על מומנט באופן עקיף גם על ידי מתח. במקרים מסוימים, התאמת המתח יכולה להשפיע על הזרם הנצרך על ידי המנוע, מה שבתורו משפיע על המומנט המיוצר.
סיכום:
- כדי להשיג את המהירות הרצויה, עליכם לבחור את השילוב הנכון של מתח (הילוך), תדירות (סל”ד) וזרם (כוח דיווש).
- לדוגמה, אם אתם רוצים לנסוע מהר בשטח מישורי, כדאי שתבחרו במתח גבוה (הילוך גבוה) ותדירות גבוהה (דיווש מהיר).
- עם זאת, אם אתם צריכים לטפס במעלה גבעה תלולה, ייתכן שתעברו למתח נמוך יותר (הילוך נמוך יותר) ותדירות נמוכה יותר (דיווש איטי יותר), אך תפעילו זרם גבוה יותר (דחפו חזק יותר על הדוושות) כדי לייצר יותר מומנט ולהתגבר על השיפוע.
אנלוגיה זו מדגימה כיצד זרם, מתח ותדירות עובדים יחד כדי לשלוט במהירות ובמומנט של מנוע חשמלי חילופי, בדומה לאופן שבו אתם שולטים באופניים באמצעות הילוכים ומאמץ דיווש.
אז איך וסת המהירות משפיע גם על המהירות וגם על המומנט?
בקרת מהירות:
- VFDs ממירים את אות ה-AC הנכנס לבקר לפלט בתדר ומתח רצוי ומתח. על ידי שינוי תדירות הפלט, ה-VFD שולט ישירות במהירות המנוע.
- VFDs מודרניים משתמשים לעתים קרובות באלגוריתמים מתקדמים של בקרה ומבוססת משוב כדי להשיג בקרת מהירות מדויקת מאוד.
בקרת מומנט (זרם):
- ל-VFDs יש גם את היכולת לשלוט בזרם המועבר למנוע. בדרך כלל מושגת על ידי התאמת המתח ו/או מודולציית אות של מתח הפלט (PWM)
- על ידי שליטה בזרם, VFD יכול לשלוט במומנט המופק על ידי המנוע.
- בכמה יישומים, VFDs משתמשים באלגוריתמי בקרת מומנט ישירה (DTC), המספקים שליטה מדויקת עוד יותר במומנט המנוע.
יתרונות של שליטה כפולה:
- ביצועים משופרים: על ידי שליטה במהירות ובמומנט, VFDs יכולים למטב את ביצועי המנוע החשמלי החילופי עבור יישומים ספציפיים.
- חיסכון באנרגיה: ניתן להשתמש ב-VFDs כדי להפחית את צריכת האנרגיה של מנועים חשמליים חילופיים. זאת משום שהם יכולים להפעיל את המנוע במהירות המרבית ובמומנט היעיל ביותר עבור העומס הנתון.
- פחות שחיקה ובלאי: VFDs יכולים לעזור להאריך את חיי המנוע החשמלי החילופי על ידי הפחתת העומס על רכיבי המנוע. מושגת על ידי מניעת הפעלת המנוע במהירויות או במומנטים מוגזמים.
באופן כללי, VFDs מציעים דרך יעילה ופשוטה לשליטה במנועי זרם חילופין חשמליים. יכולתם לשלוט במהירות ובמומנט הופכת אותם לאידיאליים למגוון רחב של יישומים.
היתרונות של משנה תדר
- יעילות אנרגטית: משנה תדר מאפשר שליטה מדויקת על מהירות המנוע, מה שמאפשר למנוע לפעול ברמה אופטימלית. על ידי התאמת מהירות המנוע לדרישות העומס בפועל, משנה תדר ממזער בזבוז אנרגיה, וכך חוסך בעלויות תפעול ובזיהום סביבתי.
- התנעה רכה (Soft Start) ומתח מכני מופחת: משנה תדר מאפשר התנעות ועצירות רכות, ומגביר בהדרגה את מהירות המנוע. תכונה זו מפחיתה את הלחץ המכני על הציוד, מאריכה את תוחלת החיים של המנוע והמכונות תוך מזעור עלויות התחזוקה.
- בקרת תהליכים משופרת: וסתי מהירות מציעים שליטה מדויקת על מהירות המנוע והמומנט, המאפשרות כוונון עדין של תהליכים. רמת בקרה זו מבטיחה איכות מוצר עקבית, ומשפרת את דיוק הייצור.
- בלאי מופחת: משנה תדר מאריך את תוחלת החיים של הציוד ומקטין את הסבירות להשבתה בלתי צפויה, מה שמוביל להגברת הפרודוקטיביות.
- בטיחות משופרת: ממירי תדר משלבים תכונות בטיחות המזהות עומס יתר, מתח יתר ותקלות, מה שמבטיח סביבת עבודה בטוחה יותר לצוות ולציוד.
- עמידה בתקנות: עם דגש הולך וגובר על יעילות אנרגטית וקיימות סביבתית, השימוש במשנה תדר מסייע להפחית את צריכת האנרגיה ואת הזיהום.
- ניטור ובקרה מרחוק: משנה תדר מודרניים רבים מציעים יכולות ניטור ובקרה מרחוק, המאפשרות למפעילים לפקח על פעולות, לאבחן בעיות ולבצע התאמות ממרכז בקרה.
וסתי מהירות בתעשייה
וסתי מהירות נמצאים בשימוש נרחב על פני קשת של תעשיות כמו:
- פסי ייצור: במתקני ייצור, משנה תדר מווסת את מהירות המנוע ברצועות מסוע, משאבות, מפוחים, להבי חיתוך, מאווררים ועוד..
- מערכות HVAC: מערכות חימום, אוורור ומיזוג אוויר נתמכות על וסת מהירות כדי לווסת את מהירויות המאוורר והמשאבה.
- אנרגיה מתחדשת: משנה תדר ממלא תפקיד מרכזי במערכות אנרגיה מתחדשת, שליטה במהירות של טורבינות רוח, מערכות מעקב בפאנלים סולאריים, ומקסום לכידת האנרגיה מתנאי סביבה משתנים.
- מערכות מים: מערכות משאבות במפעלים לטיפול במים נהנות מוסת מהירות ע״י התאמת קצבי הזרימה בהתאם לביקוש, חיסכון באנרגיה ושיפור אמינות המערכת.
וסתי מהירות יכולים לתמוך כל תהליך המצריך תנועה מדוייקת ומבוקרת של מנועי זרם חילופין.
החברות הטובות בעולם למשנה תדר
״שרף טכנולוגיות הנעה״ עומדת בחזית החדשנות של וסתי מהירות ותדר, ומייבאת וסתי תדר מהיצרנים המובילים בעולם כמו מיצובישי אלקטריק (Mitsubishi Electric) קינקו אוטומיישן (Kinco Automation) וטריו מושן (Trio Motion Technology). את האיכות והמצוינות של החברות הללו בטכנולוגיית VFD ניתן לראות בהשפעה הטרנספורמטיבית שיש למערכות אלו על הפעילות התעשייתית. מיצובישי אלקטריק ידועה בפתרונות וסתי המהירות החדשניים שלה, המציעים אמינות, יעילות וביצועים ללא תחרות. משנה התדר שלהם מתהדרים באלגוריתמי בקרה מתקדמים, המבטיחים בקרת מנוע מדויקת וחיסכון באנרגיה. בקרי המהירות של Trio מצטיינים באספקת פתרונות בעלי ביצועים גבוהים המותאמים לצרכים תעשייתיים ספציפיים, עם התמקדות בגמישות ובחוסן. בקרי המהירות של קינקו מציעים אמינות גבוהה, ביצועים מעולים ומחיר אטרקטיבי.
מדוע לבחור בשרף טכנולוגיות לפתרונות VFD?
ההשפעה האדירה של בקר מהירות מעצבת מחדש את הנופים התעשייתיים על ידי יעילות ושליטה חסרות תקדים. שרף טכנולוגיות הנעה, באמצעות שותפותה עם יצרנים מובילים בתעשייה כמו מיצובישי אלקטריק ממשיכה לעמוד בראש המהפכה הזו, ומעצימה את התעשיות לאמץ את העתיד של בקרת מנועים חשמליים בביטחון וחדשנות.
מוצרים קשורים
מיצובישי (Mitsubishi Electric):
לחברת מיצובישי אלקטריק יש מספר סדרות בקטגוריית וסתי המהירות אשר תכונותיהן העיקריות להלן:
| FR-D | FR-E | FR-A |
|---|---|---|
| תלת פאזי | תלת פאזי | תלת פאזי |
| עד מנוע 7.5kW | עד מנוע 30kW | עד 500kW |
| תכנת נשלף | תכנת קבוע | תכנת נשלף |
| ללא PLC פנימי | מכיל PLC פנימי | מכיל PLC פנימי |
| עבודה ב RS485 ו MODBUS RTU | עבודה בתקשרות שונות (CC-link, modbus, profibus, etherCAT, etherNET ועוד..) | עבודה בתקשרות שונות (CC-link, modbus, profibus, etherCAT, etherNET ועוד..) |
| יישומים פשוטים | יישומים תעשייתיים סטנדרטיים ויישומים הדורשים עבודה עם תקשורות שונות | יישומים מורכבים ועתירי ביצועים |
משאבים נוספים:
- אתר מיצובישי אלקטריק: http://www.mitsubishielectric.com/
- קטלוג VFDs של מיצובישי אלקטריק: https://us.mitsubishielectric.com/fa/en
- מדריכי משתמש של VFDs של מיצובישי אלקטריק: https://us.mitsubishielectric.com/fa/en
Kinco Automation:
קינקו אוטומציה מייצרת מגוון רחב של וסתי תדר (VFDs) בעלי ביצועים גבוהים במחירים נוחים. בקרים אלו מאפשרים בקרה מדויקת ויעילה של מנועי זרם חילופין (AC) במגוון רחב של יישומים.
מאפיינים עיקריים של וסתי המהירות של קינקו:
- טווח רחב של מתחים: תומכים במתחי כניסה ויציאה שונים להתאמה לסוגים שונים של מנועים ורשתות חשמל.
- יעילות גבוהה: מסייעים בחיסכון משמעותי בצריכת האנרגיה ומפחיתים עלויות תפעול.
- מידות קומפקטיות: מתאימים להתקנה במגוון רחב של חללים.
- קלות שימוש: תוכנה אינטואיטיבית ופעולות פשוטות להבנה.
- מגוון רחב של תכונות: כוללים מסנני EMC, מצבי בקרה מרובים, הגנה מפני תקלות ואפשרויות תקשורת.
סדרות VFDs פופולריות של קינקו:
- סדרת CV20: סדרה בעלת מחיר נוח ומתאימה ליישומים פשוטים.
- סדרת FV20: סדרה בעלת ביצועים גבוהים ומתאימה ליישומים מורכבים יותר.
- סדרת SVFV100: סדרה עם דיוק בקרה גבוהה ומתאימה ליישומים הדורשים תפעול רגיש.
קינקו VFDs הם פתרון אידיאלי למי שמחפש בקרה מדויקת, יעילה וחסכונית של מנועי AC.
למידע נוסף:
אנא צרו קשר אם יש לכם שאלות נוספות.
