【導(dǎo)讀】當(dāng)使用不需要全速運(yùn)行的應(yīng)用程序時(shí)，變頻驅(qū)動(dòng)器可以降低能耗成本。VFD 的目的 是使電機(jī)驅(qū)動(dòng)的設(shè)備的速度與所需負(fù)載的速度相匹配。這是其他交流電驅(qū)動(dòng)器無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。
為什么要使用電力驅(qū)動(dòng)？
當(dāng)使用不需要全速運(yùn)行的應(yīng)用程序時(shí)，變頻驅(qū)動(dòng)器可以降低能耗成本。VFD 的目的 是使電機(jī)驅(qū)動(dòng)的設(shè)備的速度與所需負(fù)載的速度相匹配。這是其他交流電驅(qū)動(dòng)器無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。
在工業(yè)領(lǐng)域，65% 的電力消耗來(lái)自電動(dòng)機(jī)。通過(guò)使用變頻器優(yōu)化電動(dòng)機(jī)，可以減少 70% 的電力消耗。
為了確保電機(jī)以有效的速度和精度運(yùn)行，以提高生產(chǎn)水平，建議使用 變頻驅(qū)動(dòng)器。
使用變頻器控制設(shè)備可延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，減少維護(hù)需求，因?yàn)樗鼈兛蛇_(dá)到適當(dāng)?shù)碾姍C(jī)速度。變頻器控制電機(jī)頻率和電壓可提供的過(guò) 載、欠壓和過(guò)壓保護(hù)。
VFD 的類型
存在三種類型的 VFD：電壓源逆變器 (VSI)、電流源逆變器 (CSI) 和脈沖寬度調(diào)制逆變器 (PWM)。
VSI 是常見(jiàn)的 VFD 類型，其中使用簡(jiǎn)單的二極管電路從交流信號(hào)中獲取直流信號(hào)，并有一個(gè)存儲(chǔ)能量的電容器。然后，逆變器電路使用電容器存儲(chǔ)的能量將其傳送到輸出。
CSI 依靠的是電流而不是電壓，并產(chǎn)生取決于可變電壓范圍的平滑輸出。使用晶閘管橋式逆變器代替二極管橋式整流器來(lái)產(chǎn)生電流方波。
VFD 的工作原理
使用 VFD，電機(jī)的轉(zhuǎn)速通過(guò)輸入電壓的頻率來(lái)控制，然后再將其提供給電機(jī)。交流驅(qū)動(dòng)器的個(gè)動(dòng)作是將 60 Hz、三相交流電轉(zhuǎn)換為直流電，然后將直流電逆變?yōu)閭稳嘧冾l，直接進(jìn)入連接的電機(jī)。
進(jìn)入電力轉(zhuǎn)換器的頻率為 60 Hz，但從轉(zhuǎn)換器輸出到電機(jī)的頻率具有可調(diào)的可變頻率，以實(shí)現(xiàn)所需的電機(jī)轉(zhuǎn)速。
變流器和逆變器構(gòu)成PWM交流傳動(dòng)裝置的兩個(gè)主要部分。
圖 1. VFD 工作框圖。圖片由 Simon Mugo 提供
交流電源線構(gòu)成為轉(zhuǎn)換器供電的三相電力系統(tǒng)。交流電源線以 60 Hz 頻率運(yùn)行。
該轉(zhuǎn)換器利用整流器將 60 Hz 交流輸入轉(zhuǎn)換為直流輸出電壓。
圖 2.轉(zhuǎn)換器部分工作圖。圖片由 Simon Mugo 提供
電力轉(zhuǎn)換器提供的直流輸出很粗糙；因此，必須使用平滑方法來(lái)確保輸出直流電壓大致恒定。這種濾波作用發(fā)生在轉(zhuǎn)換和逆變階段之間。平滑后，直流電直接送入逆變階段。
圖 3.逆變器部分工作原理圖。圖片由 Simon Mugo 提供
逆變器部分的作用是產(chǎn)生交流輸出，用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)。逆變器中發(fā)生正向和負(fù)向切換，從而產(chǎn)生脈沖集合。
PWM 驅(qū)動(dòng)輸出頻率是通過(guò)在其中一個(gè)半周期注入正脈沖并在緊隨其后的半周期注入負(fù)脈沖來(lái)控制的。
正弦波輸出由窄和寬的正弦波組成。窄表示較低的輸出電壓值，而寬表示較高的電壓值。不同的寬度構(gòu)成了脈沖寬度調(diào)制。該圖顯示每半個(gè)周期有六個(gè)脈沖。
磁通量-伏特/赫茲比
向感應(yīng)電動(dòng)機(jī)施加電流會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中產(chǎn)生磁通量，從而產(chǎn)生扭矩。為了產(chǎn)生滿載扭矩，磁通量必須保持恒定。控制電動(dòng)機(jī)保持恒定磁通量需要一種稱為伏特/赫茲比的特殊方法。這種方法使電壓和頻率按比例增加到相同的值，以產(chǎn)生良好的電動(dòng)機(jī)扭矩。
圖 4.每赫茲的電壓比。圖片由 Simon Mugo 提供
例如，如果電壓為 430 V 且頻率為 60 Hz，則伏特/赫茲比為 430/60 或 7.2 V/Hz。
VFD 的作用是保持電壓和頻率比恒定。如果無(wú)法保持該恒定，電機(jī)電流就會(huì)變得不穩(wěn)定，從而會(huì)降低扭矩。
電機(jī)轉(zhuǎn)速
電機(jī)轉(zhuǎn)速可以使用公式計(jì)算 速度(RPM)=頻率(Hz)×120n
在哪里
n=極點(diǎn)數(shù)
例如，對(duì)于頻率為 60 Hz 的 2 極電機(jī)，其速度可以通過(guò)以下公式確定速度（RPM）=60×1202=3600RPM
VFD 優(yōu)勢(shì)
節(jié)省能源
消耗極低的電機(jī)啟動(dòng)電流
安裝簡(jiǎn)單
消耗低千伏安
具有相對(duì)較高的功率因數(shù)
減少啟動(dòng)過(guò)程中皮帶和電機(jī)的機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力
VFD 應(yīng)用
物料在傳送帶上傳輸，因?yàn)樗峁┝似椒€(wěn)的啟動(dòng)。
由于 VFD 操作噪音極小，因此采用自動(dòng)系統(tǒng)來(lái)打開(kāi)和關(guān)閉大門
由于降低了功耗、減少了維護(hù)、延長(zhǎng)了設(shè)備壽命，提升機(jī)控制和物料的提升。
變頻驅(qū)動(dòng)器的關(guān)鍵要點(diǎn)
電動(dòng)交流驅(qū)動(dòng)器用于控制運(yùn)動(dòng)物體的扭矩、速度和方向。
電動(dòng)交流驅(qū)動(dòng)器分為可變驅(qū)動(dòng)器或恒定驅(qū)動(dòng)器，可變驅(qū)動(dòng)器用于以可變速度運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)。
使用電動(dòng)交流驅(qū)動(dòng)器的原因是降低能源成本和消耗、通過(guò)更嚴(yán)格的過(guò)程控制來(lái)提高產(chǎn)量、延長(zhǎng)設(shè)備壽命并減少維護(hù)。
VFD 使用頻率來(lái)控制電機(jī)的速度，其中輸入信號(hào)的頻率在注入電機(jī)之前受到控制。
VFD 用于傳送帶的平穩(wěn)啟動(dòng)、作為打開(kāi)和關(guān)閉大門的自動(dòng)系統(tǒng)以及作為提升物料的提升機(jī)控制。
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