वीएफडी के आंतरिक घटकों और टर्मिनल वायरिंग का परिचय

वीएफडी के आंतरिक घटकों और टर्मिनल वायरिंग का परिचय

परिचय

वेरिएबल फ्रीक्वेंसी ड्राइव (VFD) एक विद्युत नियंत्रण उपकरण है जो मोटर को आपूर्ति की जाने वाली विद्युत की आवृत्ति को बदलकर AC इंडक्शन मोटर की गति को समायोजित करता है। इसका व्यापक रूप से उपयोग पंखे, पंप, कन्वेयर, मशीन टूल्स और कई अन्य औद्योगिक अनुप्रयोगों में किया जाता है। VFD चरणबद्ध गति नियंत्रण और ऊर्जा बचत प्रदान करता है, साथ ही मोटर के लिए सॉफ्ट स्टार्ट और ओवरलोड सुरक्षा भी प्रदान करता है। सुरक्षित और विश्वसनीय वेरिएबल-स्पीड संचालन प्राप्त करने के लिए, इंजीनियरों को ड्राइव के आंतरिक विद्युत और इलेक्ट्रॉनिक घटकों के साथ-साथ मुख्य सर्किट और नियंत्रण टर्मिनलों की सही वायरिंग को समझना आवश्यक है। यह लेख VFD के मुख्य आंतरिक घटकों, प्रत्येक टर्मिनल समूह के कार्य और वायरिंग आवश्यकताओं का परिचय देता है, और उद्योग-मानक संचालन संबंधी अनुशंसाएँ प्रदान करता है।

1. वीएफडी के आंतरिक घटक

एक वीएफडी में आम तौर पर चार मुख्य भाग होते हैं: रेक्टिफायर, डीसी इंटरमीडिएट सर्किट (डीसी बस), इन्वर्टर और कंट्रोल सर्किट, साथ ही कूलिंग, फिल्टरिंग, प्री-चार्जिंग और सुरक्षा के लिए सहायक घटक।

1.1 विद्युत (मुख्य) परिपथ

1.1.1 रेक्टिफायर

रेक्टिफायर आने वाली निश्चित आवृत्ति वाली AC पावर को DC में परिवर्तित करता है। सामान्य प्रयोजन वाले VFD आमतौर पर तीन-फेज ब्रिज रेक्टिफायर का उपयोग करते हैं। तीन-फेज AC इनपुट को आमतौर पर स्नबर कैपेसिटर और वैरिस्टर के नेटवर्क के माध्यम से रेक्टिफायर ब्रिज में डाला जाता है, जो ड्राइव की सुरक्षा के लिए AC मेन से उच्च-आवृत्ति हार्मोनिक्स और सर्ज ओवरवोल्टेज को अवशोषित करते हैं। 380V की तीन-फेज सप्लाई के लिए, रेक्टिफायर उपकरणों का अधिकतम रिवर्स वोल्टेज आमतौर पर 1200–1600V होता है, और अधिकतम रेक्टिफाइड करंट ड्राइव के रेटेड करंट का लगभग दोगुना होता है।

1.1.2 डीसी मध्यवर्ती परिपथ (डीसी बस)

डीसी इंटरमीडिएट सर्किट रेक्टिफायर द्वारा उत्पन्न स्पंदित डीसी को फ़िल्टर और स्थिर करता है। इसका मुख्य भाग बड़े इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर का एक समूह है जो ऊर्जा को संग्रहित और स्थिर करता है, जिससे इन्वर्टर को एक स्थिर डीसी वोल्टेज प्राप्त होता है। कुछ ड्राइव में पावर फैक्टर को बेहतर बनाने और हार्मोनिक्स को कम करने के लिए एक डीसी रिएक्टर (P1 टर्मिनल के माध्यम से जुड़ा हुआ) लगा होता है। तीव्र ब्रेकिंग या बार-बार स्टार्ट/स्टॉप की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों के लिए, मोटर के मंद होने के दौरान उत्पन्न पुनर्योजी ऊर्जा को नष्ट करने और डीसी बस वोल्टेज को अत्यधिक बढ़ने से रोकने के लिए डीसी बस से एक ब्रेकिंग यूनिट और ब्रेकिंग रेसिस्टर को जोड़ा जा सकता है।

1.1.3 इन्वर्टर

इनवर्टर ड्राइव का मुख्य परिपथ है। इसमें आमतौर पर छह पावर स्विचिंग डिवाइस (आधुनिक ड्राइव में अधिकतर IGBT (इंसुलेटेड-गेट बाइपोलर ट्रांजिस्टर) का उपयोग होता है) होते हैं, जो तीन-फेज ब्रिज में व्यवस्थित होते हैं। कंट्रोल सर्किट के नियंत्रण में, स्विच एक निश्चित क्रम में खुलते और बंद होते हैं, जिससे DC पावर को समायोज्य आवृत्ति और वोल्टेज वाले AC आउटपुट में परिवर्तित किया जाता है। छोटे और मध्यम क्षमता वाले ड्राइव में अक्सर इंटीग्रेटेड इंटेलिजेंट पावर मॉड्यूल (IPM) का उपयोग किया जाता है, जो रेक्टिफायर, इनवर्टर, ड्राइवर, सेंसिंग और प्रोटेक्शन कार्यों को एक साथ जोड़ते हैं, और इनकी विशिष्ट स्विचिंग आवृत्ति 20kHz तक होती है।

1.2 नियंत्रण परिपथ

नियंत्रण परिपथ बाह्य आदेश और गति संदर्भ प्राप्त करता है और मुख्य परिपथ के संचालन का समन्वय करता है। इसमें मुख्य रूप से निम्नलिखित भाग शामिल हैं:

नियंत्रण बोर्ड: माइक्रोप्रोसेसर (सीपीयू/डीएसपी) पर आधारित, जो आवृत्ति संदर्भ, नियंत्रण एल्गोरिदम, पैरामीटर प्रबंधन और दोष-सुरक्षा तर्क को संभालता है;

गेट ड्राइवर बोर्ड: नियंत्रण संकेतों को बढ़ाता है और विश्वसनीय रूप से आईजीबीटी को चालू और बंद करता है;

स्विचिंग पावर सप्लाई: डीसी बस वोल्टेज को कंट्रोल बोर्ड और सेंसर के लिए कम वोल्टेज वाली विनियमित सप्लाई में परिवर्तित करती है;

करंट/वोल्टेज सेंसर: आमतौर पर हॉल-इफेक्ट सेंसर जो करंट क्लोज्ड-लूप कंट्रोल और ओवरकरंट/ओवरवोल्टेज प्रोटेक्शन के लिए आउटपुट करंट (आमतौर पर दो फेज) और डीसी बस वोल्टेज को मापते हैं;

कीपैड/डिस्प्ले: पैरामीटर सेटिंग, आवृत्ति निगरानी और दोष संकेत के लिए उपयोग किया जाता है।

1.3 सहायक और सुरक्षा घटक

शीतलन प्रणाली: चूंकि आईजीबीटी मॉड्यूल और रेक्टिफायर ब्रिज काफी गर्मी उत्पन्न करते हैं, इसलिए ड्राइव में उपकरणों को अनुमत तापमान सीमा के भीतर रखने के लिए एक शीतलन पंखा और हीट सिंक लगाया गया है;

ईएमसी फिल्टर और रिएक्टर: विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप (ईएमआई) को दबाते हैं और इनपुट करंट तरंगरूप को बेहतर बनाते हैं;

प्री-चार्ज / इनरश-लिमिटिंग सर्किट: डीसी बस कैपेसिटर को पहली बार पावर ऑन होने पर एक लिमिटिंग रेसिस्टर के माध्यम से चार्ज किया जाता है, और चार्जिंग के बाद एक रिले इनरश करंट को सीमित करने के लिए रेसिस्टर को बायपास कर देता है;

ब्रेकिंग यूनिट: यह ब्रेकिंग रेसिस्टर के साथ मिलकर काम करती है और तेजी से ब्रेकिंग के लिए पुनर्योजी ऊर्जा को नष्ट करती है।

वीएफडी की 2 टर्मिनल वायरिंग

VFD टर्मिनलों को मुख्य सर्किट टर्मिनलों और नियंत्रण टर्मिनलों में विभाजित किया गया है। प्रत्येक टर्मिनल की सही पहचान करना और विनिर्देशों के अनुसार उसकी वायरिंग करना सुरक्षित और स्थिर संचालन के लिए आवश्यक है।

2.1 मुख्य-परिक्रमण टर्मिनल

नीचे दी गई तालिका में मुख्य परिपथ के सामान्य टर्मिनलों और उनके कार्यों को दर्शाया गया है:

मुख्य सर्किट वायरिंग संबंधी आवश्यकताएँ:

इनपुट पावर को केवल R, S, T (थ्री-फेज़) या L, N (सिंगल-फेज़) टर्मिनलों से कनेक्ट करें, और मोटर को केवल U, V, W आउटपुट टर्मिनलों से कनेक्ट करें। AC इनपुट को कभी भी U/V/W से कनेक्ट न करें, अन्यथा ड्राइव के आंतरिक उपकरण क्षतिग्रस्त हो जाएंगे।

ग्राउंडिंग टर्मिनल को विश्वसनीय रूप से ग्राउंड किया जाना चाहिए। ग्राउंड कंडक्टर छोटा, मोटा और कम प्रतिबाधा वाला होना चाहिए, आदर्श रूप से इसका आकार पावर कंडक्टर के समान होना चाहिए।

डीसी बस (P+, P-) और ब्रेकिंग-रेसिस्टर टर्मिनल खतरनाक उच्च वोल्टेज प्रवाहित करते हैं। केवल योग्य कर्मियों को ही इन्हें छूना चाहिए, और जब ये चालू हों तो इन्हें कभी भी न छुएं।

2.2 नियंत्रण टर्मिनल

कंट्रोल टर्मिनल बाहरी कमांड जैसे स्टार्ट, स्टॉप, फॉरवर्ड/रिवर्स और मल्टी-स्पीड सेलेक्शन (डिजिटल इनपुट, DI) या स्पीड/फ्रीक्वेंसी रेफरेंस सिग्नल (एनालॉग इनपुट, AI, जैसे 0–10V वोल्टेज या 4–20mA करंट) प्राप्त करते हैं, और पीएलसी या होस्ट सिस्टम को रनिंग स्टेटस और फॉल्ट सिग्नल आउटपुट करते हैं (रिले/ट्रांजिस्टर आउटपुट, RO)। आमतौर पर +24V सप्लाई, एक कॉमन टर्मिनल COM/0V और एक +10V रेफरेंस टर्मिनल भी प्रदान किए जाते हैं।

2.2.1 डिजिटल इनपुट (डीआई) वायरिंग

डिजिटल इनपुट आमतौर पर ड्राई कॉन्टैक्ट्स द्वारा नियंत्रित होते हैं। NPN (सिंक) या PNP (सोर्स) वायरिंग मोड पैरामीटर द्वारा चुना जाता है। जब बाहरी 24V सप्लाई का उपयोग किया जाता है, तो एक समान पोटेंशियल स्थापित करने के लिए बाहरी सप्लाई के नेगेटिव टर्मिनल को ड्राइव के 0V/COM टर्मिनल से कनेक्ट किया जाना चाहिए।

2.2.2 एनालॉग इनपुट (एआई) वायरिंग

वोल्टेज सिग्नल (0–10V) और करंट सिग्नल (0–20mA या 4–20mA) आमतौर पर एक ही टर्मिनल से जुड़े होते हैं; इनपुट प्रकार का चयन DIP स्विच और पैरामीटर द्वारा किया जाता है। एनालॉग सिग्नलों के लिए शील्डेड ट्विस्टेड-पेयर केबल का उपयोग किया जाना चाहिए, जिसका एक सिरा नॉइज़ इम्यूनिटी को बेहतर बनाने के लिए ग्राउंडेड हो।

2.2.3 रिले/ट्रांजिस्टर आउटपुट (आरओ) वायरिंग

रिले आउटपुट चलने, गति प्राप्त करने और खराबी जैसे संकेत प्रदान करते हैं। सामान्य संपर्क रेटिंग लगभग 250VAC/3A या 30VDC/1A होती है; कृपया विशिष्ट मॉडल के मैनुअल को देखें।

2.3 वायरिंग संबंधी प्रक्रियाएँ और सावधानियाँ

विश्वसनीय ग्राउंडिंग: खराब ग्राउंडिंग के कारण होने वाले विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप (ईएमआई) और उच्च-आवृत्ति धारा क्रॉसस्टॉक से बचने के लिए ड्राइव और मोटर के बीच एक सीधा ग्राउंड कनेक्शन स्थापित करें।

परिरक्षित केबल: इनपुट और मोटर आउटपुट केबलों के लिए परिरक्षित केबल को प्राथमिकता दी जाती है, जिसमें परिरक्षित केबल को ठीक से ग्राउंड किया गया हो।

बिजली और नियंत्रण तारों का पृथक्करण: नियंत्रण और संचार केबलों को बिजली केबलों (50V से ऊपर) के निकट या समानांतर नहीं ले जाना चाहिए। यदि समानांतर मार्ग अपरिहार्य है, तो यथासंभव अधिक से अधिक दूरी रखें (अनुशंसित दूरी लगभग 50 मिमी या अधिक है), और जहां वे प्रतिच्छेदित हों, वहां 90° का कोण बनाएं।

इनपुट और आउटपुट वायरिंग को अलग रखें: कंट्रोल सिग्नलों में PWM उच्च-आवृत्ति हस्तक्षेप के प्रवेश को रोकने के लिए ड्राइव इनपुट केबलों को मोटर आउटपुट केबलों से अलग रखें।

सुरक्षा: वायरिंग या रखरखाव से पहले इनपुट पावर को बंद कर दें और डीसी बस कैपेसिटर के डिस्चार्ज होने का इंतजार करें।

3 सामान्य प्रश्न (FAQ)

प्रश्न 1: क्या एसी इनपुट को यू, वी, डब्ल्यू टर्मिनलों से जोड़ा जा सकता है? नहीं। आर/एस/टी (या एल/एन) पावर इनपुट टर्मिनल हैं और यू/वी/डब्ल्यू मोटर आउटपुट टर्मिनल हैं; इन्हें उल्टा जोड़ने से ड्राइव को नुकसान होगा।

प्रश्न 2: डीसी बस टर्मिनल P+ और P- किस लिए हैं? P+/P- बाहरी ब्रेकिंग यूनिट को जोड़ने के लिए धनात्मक और ऋणात्मक डीसी बस टर्मिनल हैं; P+ और PB के बीच एक ब्रेकिंग प्रतिरोधक जोड़ा जा सकता है।

Q3: क्या एनालॉग संदर्भ के लिए 0–10V या 4–20mA का उपयोग किया जाना चाहिए? दोनों ही स्वीकार्य हैं; चुनाव फील्ड इंस्ट्रूमेंटेशन और नियंत्रण आवश्यकताओं पर निर्भर करता है, और संबंधित इनपुट प्रकार और सीमा को पैरामीटर में सेट किया जाना चाहिए।

प्रश्न 4: वीएफडी के लिए परिरक्षित केबल की आवश्यकता क्यों होती है? मोटर का आउटपुट उच्च आवृत्ति वाला पीडब्ल्यूएम वोल्टेज होता है; परिरक्षित केबल विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप (ईएमआई) को दबाता है और इसे नियंत्रण संकेतों और अन्य उपकरणों को बाधित करने से रोकता है।

प्रश्न 5: वायरिंग से पहले डिस्चार्ज होने का इंतजार क्यों करना चाहिए? डीसी बस इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर उच्च-वोल्टेज ऊर्जा संग्रहित करते हैं और बिजली बंद होने के बाद भी चार्ज रहते हैं; बिजली के झटके से बचने के लिए डिस्चार्ज होने का इंतजार करना आवश्यक है।

4 निष्कर्ष

एक VFD में चार मुख्य भाग होते हैं - रेक्टिफायर, DC इंटरमीडिएट सर्किट, इन्वर्टर और कंट्रोल सर्किट - साथ ही कूलिंग, फ़िल्टरिंग, प्री-चार्जिंग और सुरक्षा के लिए सहायक घटक भी होते हैं। मुख्य सर्किट टर्मिनलों (R/S/T, U/V/W, P+/P-, PB, P1, G) और कंट्रोल टर्मिनलों (DI, AI, RO, +24V/COM, आदि) की सही पहचान करना और विश्वसनीय ग्राउंडिंग, शील्डिंग और पावर व कंट्रोल वायरिंग के पृथक्करण जैसी वायरिंग प्रक्रियाओं का पालन करना ड्राइव के सुरक्षित, स्थिर और दीर्घकालिक संचालन की कुंजी है।

5 संदर्भ

[1] इलेक्टफैन्स, "वीएफडी के चार मुख्य घटक और कार्य सिद्धांत", http://www.elecfans.com/d/1864805.html

[2] शंघाई जिनक्सिन, "वीएफडी की मुख्य परिपथ संरचना का विस्तृत विवरण", https://www.jinxinservice.com/maintainance/2518.html

[3] शंघाई जिनक्सिन, "वीएफडी के टर्मिनलों का उपयोग कैसे करें", http://www.jinxinservice.com/maintainance/2421.html

[4] सीमेंस उद्योग सहायता केंद्र, "एमएम430 वायरिंग आरेख" और "डिजिटल इनपुट वायरिंग विधि", https://www.ad.siemens.com.cn

[5] ईटन, एप्लीकेशन नोट AP040076EN "वीएफडी वायरिंग बेस्ट प्रैक्टिसेस", 2014

[6] एबीबी, तकनीकी नोट 138 "उत्तरी अमेरिका पैकेजेड ड्राइव वायरिंग प्रथाएं"

[7] फेज टेक्नोलॉजीज, "वीएफडी एनाटॉमी ऑफ ए ड्राइव", https://www.phasetechnologies.com/support/educational

[8] विभिन्न वीएफडी उपयोगकर्ता मैनुअल (मुख्य-परिपिट टर्मिनल परिभाषाएँ: R/S/T, U/V/W, P+/P-, PB, P1, G)