اصول کاری درایو فرکانس متغیر (VFD)

یک جایگزین برای شیرهای کنترلی برای تنظیم جریان سیال، تنظیم سرعت ماشین(های) محرک جریان سیال است. در مورد کنترل جریان مایع، این به شکل پمپ های با سرعت متغیر است. در مورد کنترل جریان هوا، به معنای تغییر سرعت چرخش کمپرسورها یا دمنده ها است.
کنترل جریان توسط کنترل سرعت ماشین برای برخی کاربردهای فرآیندی بسیار منطقی است. مطمئناً تغییر دادن سرعت فشار دادن سیال برای کنترل جریان توسط دستگاه، به‌جای اینکه اجازه دهید دستگاه همیشه با سرعت کامل کار کند و سرعت جریان را با خنثی کردن دبی (خروجی) دستگاه یا بازیافت تنظیم کنید، از نظر انرژی کارآمدتر است.  در واقع میتوان گفت که سیستم یک جزء کمتر دارد (دریچه کنترل) که باعث کاهش هزینه در قسمت تجهیزات مکانیکی کنترل دبی میشود و به طور بالقوه قابلیت اطمینان سیستم را افزایش می دهد.

توجه: تنظیم جریان سیال با استفاده از یک دریچه کنترلی به همراه یک پمپ با سرعت ثابت مشابه تنظیم سرعت خودرو با اعمال نیروی متغیر به پدال ترمز در حالی که پدال گاز را در موقعیت تمام قدرت نگه می دارد، می باشد.

الکترونیک قدرت مدرن ابزاری را برای کنترل الکترونیکی سرعت برای هر نوع و توان موتور الکتریکی با استفاده از دستگاهی به نام درایو فراهم می کند.  درایوهای موتور AC فرکانس و ولتاژ اعمال شده به سیم‌پیچ‌های استاتور موتور را تغییر می‌دهند، زیرا فرکانس چیزی است که سرعت میدان مغناطیسی دوار استاتور را که روتور دنبال می‌کند، تعیین می‌کند.
موتورهای DC زمانی به بسیارر برتر از موتورهای AC در کاربردهای با سرعت متغیر که در آن گشتاور راه اندازی بالا (گشتاور در سرعت صفر) مورد نیاز بود،  در نظر گرفته می شدند. با این حال، ظهور الکترونیک قدرت و کنترل در درایو فرکانس متغیر (VFD) دامنه سرعت عملکرد مفید موتورهای القایی AC را تا حد زیادی گسترش داد که تقریباً می توان هر کاری را با موتور AC انجام داد که قبلاً فقط با موتور DC امکان پذیر بود. . این بسیار با ارزش است، زیرا موتورهای القایی AC ماشین های بسیار ساده تر و قابل اعتمادتری نسبت به موتورهای DC هستند. موتورهای DC از کموتاتورها و برس ها برای هدایت نیروی الکتریکی به آرمیچرهای دوار خود استفاده می کنند که هر دوی این اجزا در معرض سایش هستند.

موتورهای القایی AC توان را با القای الکترومغناطیسی به روتورهای خود منتقل می کنند، نه با تماس مستقیم، بنابراین نه کموتاتور و نه برس لازم نیست. در واقع، تنها جزء “ساییدگی” در موتورهای القایی AC یاتاقان های نگهدارنده شفت هستند که البته در همه ماشین های دوار مشترک است و بنابراین مختص موتورهای القایی AC نیست.

از دیگر مزایای کنترل سرعت ماشین می توان به قابلیت “راه اندازی نرم” دستگاه به جای شتاب گیری سریع از توقف کامل به سرعت کامل اشاره کرد. موتورهای الکتریکی با راه اندازی نرم تا حد زیادی سایش ماشین ها را کاهش می دهند و عمر مفید آنها را افزایش می دهند. در کاربردهایی مانند کنترل تسمه نقاله، کنترل حرکت ماشین روباتیک و پیشرانه خودروهای الکتریکی، فناوری موتور با سرعت متغیر به عنوان مکانیزم کنترلی کاملاً منطقی است زیرا دستگاه حرکت دهنده اصلی در حال حاضر (در بیشتر موارد) یک موتور الکتریکی با کنترل دقیق سرعت است. این موتور مزایای عملی زیادی را به همراه دارد.

در برخی کاربردها، ترمز ژنراتوری میتواند امکان پذیر باشد: جایی که موتور به عنوان یک ژنراتور الکتریکی برای کاهش سرعت ماشین  استفاده می شود. ترمز ژنراتوری ، انرژی جنبشی درون دستگاه را به شبکه برق منتقل می کند، جایی که ممکن است در سایر فرآیندها به طور موثر مورد استفاده قرار گیرد، و باعث صرفه جویی در مصرف انرژی و کاهش سایش ترمزهای مکانیکی (اصطکاکی) نصب شده در دستگاه می شود.

با تمام این مزیت‌های ذاتی پمپ‌ها، فن‌ها و کمپرسورهای با سرعت متغیر (برخلاف استفاده از شیرهای کنترل اتلاف‌کننده)، ممکن است تعجب کنیم، «چرا کسی باید از شیر کنترل برای تنظیم جریان استفاده کند؟ چرا تمام جریان های سیال را با استفاده از ماشین های پمپاژ با سرعت متغیر کنترل نمی کنید؟ چندین پاسخ خوب برای این سوال وجود دارد:

• ماشین‌های با سرعت متغیر اغلب نمی‌توانند سرعت جریان سیال را به سرعت دریچه‌های کنترل افزایش یا کاهش دهند.
• دریچه های کنترل این قابلیت را دارند که به طور مثبت جریان را متوقف کنند. یک پمپ یا دمنده متوقف لزوماً از عبور جریان جلوگیری نمی کند
• برخی از کاربردهای فرآیندی باید حاوی یک عنصر اتلاف کننده باشند تا سیستم بتواند کار کند (مثلاً شیرهای کاهش دهنده در سیستم های تبرید حلقه بسته)
• دستیابی به محدوده تقسیم ممکن است با کنترل سرعت چندگانه ماشین دشوار یا غیرممکن باشد
• گزینه های محدود برای وضعیت ایمن خرابی
• در بسیاری از موارد، هیچ ماشینی برای یک مسیر جریان خاص (مثلاً یک شیر تخلیه فشار، یا یک شیر کنترل کننده جریان آب از سد) برای کنترل سرعت وجود ندارد.

در فرایندهای کنترلی حلقه بسته با استفاده از سنسورهای تعبیه شده در خروجی میتوان با توجه به نیاز سیستم سرعت موتور را جهت رسیدن به فشار مورد نظر تغییر داد. این به منزله داشتن فشار مناسب در سیستم سیال میباشد.