变频器(VFD)系统|需求、工作、优点

在本教程中,我们将学习电机,什么是变频驱动,可调变频驱动系统的工亚博彩票下载作,以及在工业过程控制中使用变频调速的好处。

介绍

电动机是行业的职位。它们以非常高的效率将电能转换为机械能。电动机涵盖了大部分能源消费者,也是商业制造和加工到商业和国内环境的应用范围。

电动机的一些常见应用是泵、风扇、搅拌机、压缩机、输送机、磨坊、起重机、汽车、机床等。考虑到电动机的低成本、高可靠性和简单性,看到如此广泛的应用并不令人惊讶。

基本上,所有交流电动机都是恒定的速度机器,当通过主电源(具有适当的起动机构)时。实际上,从负荷到满负荷的速度差异最高为5%。

通常希望以可变速度操作电动机,以便各种目的,如节省能量,提高效率,控制过程的扭矩等。工业过程的自动化导致了AC电动机的可变速度驱动。

变频驱动(VFD)是一种经常用于实现交流电机调速的技术,以控制其转速和转矩。

需要变速驱动器

在进入变频驱动系统的细节之前,让我们看看需要电动机的可变速度操作。

如前所述,所有的交流电机是恒定速度的机器和应用这种固定速度的电机是众多的,如输送带,阻尼器,阀门等。但是对电动机的速度和转矩控制的需要也是必不可少的。

考虑一辆电动汽车的简单示例。如今,许多汽车制造商正在制造所有电动汽车,在特斯拉成功之后,在电池和电动机上运行。很明显,根据交通状况,速度限制,高速公路等,驾驶员必须不断地控制汽车的速度,以避免碰撞。

这意味着汽车必须开始,加速,减速,并且在需要时停止。根据按下加速器踏板,汽车的速度变化。我们生命中的这种组成部分(或至少拥有电动车的人)基本上是一种可变速度控制系统。

在上面的例子中,需要控制电机的速度和转矩是非常必要的。另一个重要的需求的变速驱动器,如vfd是节省大量的能源,因为电动机是一个主要的能源消费者在工业和有一个有效的过程是非常重要的。

重要提示:除非另有说明,否则本教程中提到的所有电动机都是3相交流电机(通常,松鼠笼式电机)。

变速驱动器的类型

变速驱动可以通过多种方式实现。下面是三个主要的变速驱动类别和每个类别中使用的一些方法的列表。

机械变速驱动

  • 带或链条驱动系统具有可调节的滑轮直径。
  • 金属摩擦驱动

液压变速驱动

  • 液压驱动类型
  • 流体动力驱动类型

电磁

  • 涡流耦合

电气变速驱动

  • SCHRAGE电机(AC换向器电机)
  • Ward-Leonard系统(交流电机 - 直流发电机 - 直流电机)
  • 带直流电机的可变电压直流变换器
  • 变频器与交流电机
  • 绕线转子感应电动机(滑转电动机)的滑差控制
  • 交流电机环路变换器
  • 定位驱动(伺服和步进电机)

什么是可变频率驱动器(VFD)?

变频驱动器或简单的VFD是用于控制电动机速度的常用技术之一。在该技术中,功率电子设备通过称为脉冲宽度调制(PWM)的技术来改变对电动机的输入功率的频率,从而控制电动机的速度。

VFD系统采用PWM,能够同时调节电动机的转速和转矩,从而提供连续范围的过程速度控制。

一个变频驱动系统也被称为可调频率驱动(AFD)或变速驱动(VSD)或变电压变频(VVVF)驱动。它是一种简单的装置,它控制电机输入功率的电压和频率,从而控制电机的速度以及由电机驱动的系统。

vfd的主要组成部分

以下图像显示了VFD系统的简单概述。它由三个主要组成部分组成:

  • 整流电路
  • 直流电路单元
  • PWM逆变器电路

变频驱动VFD主要部件

我们将在工作中看到更多关于这些组件亚博彩票下载的内容,但我将对每个进行简要说明。

整流电路

用于将输入的交流电源转换为中间直流电源。

直流电路单元(直流总线)

中间的直流功率被过滤并储存在大功率电容器中。

PWM逆变器电路

逆变器单元利用PWM技术将中间直流电源转换为正弦三相交流电源。

变频驱动VFD构建模块

变频驱动系统的工作

尽管频率控制的方法改变了交流电机的速度是一种众所周知的技术,但最近,这种技术已经获得了广泛的频率和普及。

尽管DC电机的成本高,复杂性和维护,但它们经常用于几乎所有可变速度驱动应用。但是半导体的开发,尤其是电力电子器件和鼠笼式交流感应电动机(与直流电机相比)的低成本吸引了交流驱动器。亚博最新官网网址

例如,使用像VFD这样的各种技术,您不仅可以控制交流电机的速度,还可以控制其扭矩。AC变速驱动器中的基本原理非常简单,我们可以通过从AC电机本身开始了解它。

在简单的鼠笼式交流感应电动机中,转子绕组与定子绕组产生的旋转磁场相交。

AC电动机的同步速度等于定子的磁场的速度略高于在满载时转子的速度。这对于转子的旋转至关重要。转子速度与磁场的速度之间的滞后称为电动机的电动机的“滑动”,并且电动机的扭矩与滑动成比例。

通过电动机的同步速度,即定子磁场旋转的速度取决于定子中的极点以及供电电流的频率。

同步速度= (120 ×频率)/(编号。波兰人)

PWM变频驱动器

当交流感应电机在恒频电源下运行时,通常为50Hz或60Hz,电机的转速是固定的。一个变频驱动系统,顾名思义,通过改变电源的频率来控制交流感应电动机的速度。

VFD还必须根据频率调节输出电压,使得输出电压到频率(V / Hz)或多或少是恒定的,这是产生恒定扭矩的AC电动机的基本特性。

变频驱动VFD PWM

因此,VFD的第一步是利用简单的二极管整流电路将三相交流电源转换为直流电源(直流电压和电流)。整流直流电源包含电压波纹,在被馈电到逆变器之前使用滤波电容器进行平滑处理。VFD的这一部分被称为直流链路电路。

然后必须将DC电压转换回具有可变电压和频率的AC。这是使用电源电子设备如集成栅极双极晶体管或使用脉冲宽度调制(PWM)的IGBT功率晶体管进行的。

输出电压开关ON和OFF在一个高频率和持续时间,即脉冲宽度控制使用一个控制单元(通常是一个微控制器)近似一个正弦波(称为准正弦波)。

可变频率驱动VFD电压和电流波形

整个过程通常由由单片机(微控制器或微处理器)组成的控制单元来监控。微控制器的工作是:

  • 监控输入电源电压。
  • 设定电机的速度。
  • 监控直流链路电压。
  • 检查输出电流和电压是否在合理范围内。

变频调速技术的节能效益

以下是在HVAC系统中使用VFD的好处。其他应用程序也将具有类似的福利。

典型的HVAC系统由风扇,泵,压缩机,空气处理工和冷却器组成。当与可变速度驱动系统一起使用时,所有电机相关设备都可以具有以下优点。

  • 安装和维护简单。
  • 电机起动电流低。
  • 节省能源。
  • 减少启动过程中电机和皮带的机械和热应力。
  • 高功率因数和低kVA。

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