Mikä on taajuusmuuttaja?

Taajuusmuuttaja, joka tunnetaan myös nimellä AV-taajuusmuuttaja tai taajuusohjattu taajuusmuuttaja (VFD), on moottorin ohjauslaite, jota käytetään sähkömoottorin nopeuden ja vääntömomentin säätämiseen. Se sijoitetaan yleensä virtalähteen ja moottorin väliin. [1]

Invertteriohjain koostuu useista keskenään yhteistyössä toimivista avainkomponenteista. Näitä komponentteja ovat tehopuolijohteet, ohjausyksikkö, tasasuuntaaja, tasavirtaväylä ja lähtöinvertteri.

Tehopuolijohteet ovat keskeisessä roolissa muuntaessaan tulevan vaihtovirran tasavirraksi, joka varastoidaan sitten tasavirtaväylään. Ohjausyksikkö hallitsee taajuusmuuttajan toimintaa ja valvoo erilaisia parametrejä, kuten nopeutta, virtaa ja jännitettä. Se myös säätää lähtötaajuutta ja -jännitettä halutun moottorin nopeuden ja vääntömomentin saavuttamiseksi.

Tasasuuntaaja muuntaa tulevan vaihtovirran tasavirraksi, joka varastoidaan tasavirtaväylään. Tätä varastoitua energiaa käytetään lähtöinvertterin virranlähteenä, joka muuntaa tasavirran takaisin vaihtovirraksi halutulla taajuudella ja jännitteellä moottorin nopeuden ohjaamiseksi.

Näiden pääkomponenttien lisäksi taajuusmuuttaja voi sisältää myös lisäominaisuuksia, kuten jarrutusvastuksia, suodattimia ja liitäntöjä ulkoisiin laitteisiin kytkemistä varten.

Taajuusmuuttajia käytetään monenlaisissa sovelluksissa eri toimialoilla. Taajuusmuuttajan käyttö moottorin nopeuden ja kiihtyvyyden säätämiseen laajentaa sen käyttömahdollisuuksia verrattuna vakionopeudella toimivaan moottoriin. [2] Niitä käytetään yleisesti valmistusteollisuudessa, jossa niitä käytetään kuljetinjärjestelmissä, pumpuissa, puhaltimissa ja kompressoreissa sähkömoottoreiden nopeuden ja vääntömomentin säätämiseen. Autoteollisuudessa taajuusmuuttajia käytetään kokoonpanolinjoissa ja robottijärjestelmissä moottorin nopeuden ja sijainnin tarkkaan säätämiseen. Niitä käytetään myös LVI-järjestelmissä ilmastointilaitteiden ja jäähdyttimien nopeuden säätämiseen, mikä parantaa energiatehokkuutta ja alentaa käyttökustannuksia.

Uusiutuvan energian alalla taajuusmuuttajat ovat keskeisessä roolissa muuntaessaan aurinkopaneeleista tai tuuliturbiineista saatavaa tasavirtaa (DC) vaihtovirraksi (AC) kotitalouksien ja yritysten käyttöön. Niitä käytetään myös verkkoon kytketyissä ja verkosta riippumattomissa järjestelmissä sähkön virtauksen hallintaan ja vakaan sähkönsyötön varmistamiseen.

Lisäksi taajuusmuuttajia käytetään merenkulku- ja ilmailuteollisuudessa alusten ja lentokoneiden propulsiojärjestelmien ohjaamiseen sekä vetovoimakäytöissä, kuten sähköjunissa ja raitiovaunuissa. Kaupallisella ja asuinalueilla niitä käytetään hisseissä, liukuportaissa ja autotallin ovien avaajissa sujuvan ja luotettavan liikkeen ohjaamiseen.

Suoravetojärjestelmän ja taajuusmuuttajavetojärjestelmän suurin ero on siinä, miten ne säätelevät sähkömoottorin kierrosnopeutta.

Suoravetojärjestelmä on yksinkertainen kokoonpano, jossa moottori on kytketty suoraan kuormaan ilman välivaihteistoa. Tämä tarkoittaa, että moottorin nopeus on suoraan verrannollinen kuorman nopeuteen. Suoravetojärjestelmässä moottori käy vakionopeudella ja kuorma säädetään vastaamaan tätä nopeutta. Suoravetojärjestelmiä käytetään usein sovelluksissa, joissa tarkkaa nopeuden säätöä ei tarvita, kuten tuulettimissa ja pumpuissa.

Suorituskyvyn osalta taajuusmuuttaja tarjoaa useita etuja suoraan käyttöjärjestelmään verrattuna. Ensinnäkin se mahdollistaa paremman energiatehokkuuden säätämällä moottorin nopeuden vastaamaan kuormitusvaatimuksia sen sijaan, että se kävisi vakionopeudella kuormituksesta riippumatta. Tämä voi johtaa merkittäviin energiansäästöihin, erityisesti sovelluksissa, joissa kuormitus vaihtelee ajan myötä.

Lisäksi taajuusmuuttaja mahdollistaa tasaisemman ja tarkemman nopeuden säätelyn, mikä tekee siitä sopivan sovelluksiin, jotka vaativat suurta tarkkuutta, kuten CNC-koneisiin ja kuljetinjärjestelmiin. Mahdollisuus nostaa tai laskea moottorin nopeutta asteittain vähentää myös moottorin ja muiden mekaanisten komponenttien kulumista ja pidentää niiden käyttöikää.

Taajuusmuuttajat ovat yleistyneet eri toimialoilla niiden lukuisien etujen ansiosta. Näitä ovat muun muassa:

1. Energiansäästö – Taajuusmuuttajat auttavat säästämään energiaa säätämällä moottorin nopeutta kuormitusvaatimusten mukaan, mikä vähentää virrankulutusta
2. Pienempi mekaaninen rasitus – Säätämällä nopeutta ja vääntömomenttia taajuusmuuttajat voivat auttaa vähentämään laitteisiin kohdistuvaa mekaanista rasitusta, mikä pidentää laitteiden käyttöikää ja alentaa huoltokustannuksia
3. Parempi ohjaus – Taajuusmuuttajat tarjoavat tarkan ohjauksen moottorin nopeudelle ja vääntömomentille, mikä mahdollistaa paremman prosessinohjauksen ja parantaa tuotteiden laatua
4. Pehmeä käynnistys ja pysäytys – Taajuusmuuttajat mahdollistavat moottorin pehmeän käynnistyksen ja pysäytyksen, mikä vähentää laitteiden kulumista ja minimoi virtapiikit
5. Joustavuus – Taajuusmuuttajia voidaan säätää erilaisiin kuormitusolosuhteisiin sopiviksi, mikä tarjoaa joustavuutta erilaisissa sovelluksissa ja prosesseissa
6. Säästää tilaa – Taajuusmuuttajat ovat kompakteja ja vaativat vähemmän tilaa kuin perinteiset moottorinohjauslaitteet, minkä ansiosta ne sopivat asennuksiin, joissa tilaa on rajoitetusti

1. Inverter Drive Systems. (n.d.). Mikä on taajuusmuuttaja? Haettu 30. heinäkuuta 2024 osoitteesta: https://www.inverterdrivesystems.com/abb-products/abb-drives/what-is-an-inverter
2. OMRON Industrial Automation. (n.d.). Taajuusmuuttajat. Haettu 30. heinäkuuta 2024 osoitteesta: https://www.ia.omron.com/support/guide/9/introduction.html#:~:text=Taajuusmuuttaja%20säätelee%20taajuutta,moottorin%20sovellukset%20rajoitetut.