از آنجایی که تغییر فرکانس موج سینوسی AC در حالت AC دشوار است، اولین کار مبدل فرکانس تبدیل موج به DC است.همانطور که کمی بعد خواهید دید، دستکاری DC به منظور شبیه به AC نسبتا آسان است.اولین جزء تمام مبدل های فرکانس دستگاهی است که به عنوان یکسو کننده یا مبدل شناخته می شود.
مدار یکسو کننده جریان متناوب را به DC تبدیل می کند و این کار را تقریباً به همان روشی که یک شارژر باتری یا جوشکار قوس الکتریکی انجام می دهد انجام می دهد.از یک پل دیودی برای محدود کردن حرکت موج سینوسی AC فقط به یک جهت استفاده می کند.نتیجه یک شکل موج AC کاملا تصحیح شده است که توسط یک مدار DC به عنوان یک شکل موج DC بومی تفسیر می شود.مبدل های فرکانس سه فاز سه فاز ورودی AC جداگانه را می پذیرند و آنها را به یک خروجی DC تبدیل می کنند.اکثر مبدل‌های فرکانس سه فاز می‌توانند برق تک فاز (230 ولت یا 460 ولت) را نیز بپذیرند، اما از آنجایی که تنها دو پایه ورودی وجود دارد، خروجی مبدل‌های فرکانس (HP) باید کاهش یابد زیرا جریان DC تولیدی به نسبت کاهش می‌یابد.از سوی دیگر، مبدل های فرکانس تک فاز واقعی (آنهایی که موتورهای تک فاز را کنترل می کنند) از یک ورودی تک فاز استفاده می کنند و خروجی DC متناسب با ورودی تولید می کنند.
دو دلیل وجود دارد که چرا موتورهای سه فاز نسبت به قطعات شمارنده تک فاز خود در مورد عملکرد سرعت متغیر محبوب تر هستند.ابتدا آنها محدوده قدرت بسیار گسترده تری را ارائه می دهند.اما توانایی آنها برای شروع چرخش به تنهایی به همان اندازه مهم است.از طرف دیگر، یک موتور تک فاز اغلب برای شروع چرخش نیاز به مداخله خارجی دارد.در این صورت بحث خود را به موتورهای سه فازی که روی مبدل های فرکانس سه فاز استفاده می شوند محدود می کنیم.
جزء دوم، معروف به DC Bus (در مرکز تصویر نشان داده شده است) و در همه مبدل های فرکانس دیده نمی شود زیرا به طور مستقیم به عملکرد فرکانس متغیر کمک نمی کند.اما، همیشه در مبدل های فرکانس عمومی با کیفیت بالا (آنهایی که توسط سازندگان مبدل فرکانس اختصاصی تولید می شوند) وجود خواهد داشت.بدون وارد شدن به جزئیات زیاد، باس DC از خازن ها و یک سلف برای فیلتر کردن ولتاژ AC 'ریپل' از DC تبدیل شده قبل از ورود به بخش اینورتر استفاده می کند.همچنین می‌تواند شامل فیلترهایی باشد که مانع از اعوجاج هارمونیک می‌شوند و می‌توانند به منبع برق تامین‌کننده مبدل فرکانس بازگردند.مبدل‌های فرکانس قدیمی‌تر و برخی مبدل‌های فرکانس خاص پمپ به فیلترهای خط جداگانه برای انجام این کار نیاز دارند.
اینورتر از سه مجموعه ترانزیستور سوئیچینگ با سرعت بالا برای ایجاد 'پالس' DC استفاده می کند که هر سه فاز موج سینوسی AC را شبیه سازی می کند.این پالس ها نه تنها ولتاژ موج بلکه فرکانس آن را نیز دیکته می کنند.اصطلاح اینورتر یا وارونگی به معنای «معکوس» است و به سادگی به حرکت بالا و پایین شکل موج تولید شده اشاره دارد.اینورتر مبدل فرکانس مدرن از تکنیکی به نام 'Pulse Width Modulation' (PWM) برای تنظیم ولتاژ و فرکانس استفاده می کند.
درایوهای فرکانس متغیر که معمولاً به عنوان VFD شناخته می شوند، دستگاه های الکترونیکی هستند که سرعت و گشتاور موتورهای الکتریکی را با تغییر فرکانس و ولتاژ برق عرضه شده به موتور کنترل می کنند.آنها به طور گسترده در کاربردهای صنعتی و تجاری برای دستیابی به بهره وری انرژی، کنترل دقیق موتور و انعطاف پذیری عملیاتی استفاده می شوند.
وظیفه اصلی VFD تبدیل توان جریان متناوب فرکانس ثابت (AC) از شبکه الکتریکی به توان AC با فرکانس متغیر است که می تواند به موتور عرضه شود.با تنظیم فرکانس و ولتاژ خروجی، VFD می تواند سرعت چرخش موتور را کنترل کند و امکان کنترل دقیق و بهینه سازی عملکرد موتور را فراهم کند.
یکی از مزایای کلیدی VFD ها قابلیت صرفه جویی در انرژی آنهاست.روش‌های سنتی کنترل موتور مانند دریچه گاز مکانیکی یا خاموش/روشن کردن، مقادیر قابل توجهی انرژی را هدر می‌دهند.از سوی دیگر، VFD ها می توانند سرعت و توان خروجی موتور را با نیازهای بار واقعی مطابقت دهند و در نتیجه باعث صرفه جویی قابل توجهی در انرژی می شود.این ویژگی به ویژه در کاربردهایی که موتور در بارهای جزئی برای مدت طولانی کار می کند مفید است.
VFD ها همچنین کنترل و حفاظت موتور را بهبود می بخشند.VFD ها با قابلیت تنظیم سرعت و گشتاور موتور، راه اندازی و توقف نرم موتور را امکان پذیر می کنند و استرس و سایش مکانیکی را کاهش می دهند.آنها همچنین می توانند ویژگی های حفاظتی پیشرفته موتور مانند حفاظت از اضافه بار، تشخیص اتصال کوتاه و نظارت بر ولتاژ/جریان را ارائه دهند که باعث افزایش طول عمر و قابلیت اطمینان موتور می شود.
یکی دیگر از مزایای VFD ها انعطاف پذیری و سازگاری آنهاست.آنها امکان کنترل دقیق سرعت موتور، شتاب و کاهش سرعت را فراهم می کنند و آنها را برای کاربردهایی با نیازهای عملیاتی مختلف مناسب می کند.علاوه بر این، VFD ها را می توان به راحتی در سیستم های اتوماسیون ادغام کرد، که یکپارچگی یکپارچه با سایر دستگاه های کنترل را ممکن می کند و کارایی کلی سیستم را افزایش می دهد.
به طور خلاصه، درایوهای فرکانس متغیر دستگاه های ضروری هستند که کنترل دقیق و کارآمد انرژی موتورهای الکتریکی را فراهم می کنند.توانایی آنها در تغییر فرکانس و ولتاژ خروجی باعث عملکرد بهینه موتور، صرفه جویی در مصرف انرژی و افزایش حفاظت از موتور می شود.VFD ها با انعطاف پذیری و سازگاری خود، نقش حیاتی در کاربردهای صنعتی و تجاری متعدد ایفا می کنند و به بهبود کارایی و بهره وری کمک می کنند.
