【導讀】當使用不需要全速運行的應用程序時(shí)，變頻驅動(dòng)器可以降低能耗成本。VFD 的目的 是使電機驅動(dòng)的設備的速度與所需負載的速度相匹配。這是其他交流電驅動(dòng)器無(wú)法實(shí)現的。
為什么要使用電力驅動(dòng)？
當使用不需要全速運行的應用程序時(shí)，變頻驅動(dòng)器可以降低能耗成本。VFD 的目的 是使電機驅動(dòng)的設備的速度與所需負載的速度相匹配。這是其他交流電驅動(dòng)器無(wú)法實(shí)現的。
在工業(yè)領(lǐng)域，65% 的電力消耗來(lái)自電動(dòng)機。通過(guò)使用變頻器優(yōu)化電動(dòng)機，可以減少 70% 的電力消耗。
為了確保電機以有效的速度和精度運行，以提高生產(chǎn)水平，建議使用 變頻驅動(dòng)器。
使用變頻器控制設備可延長(cháng)設備的使用壽命，減少維護需求，因為它們可達到適當的電機速度。變頻器控制電機頻率和電壓可提供的過(guò) 載、欠壓和過(guò)壓保護。
VFD 的類(lèi)型
存在三種類(lèi)型的 VFD：電壓源逆變器 (VSI)、電流源逆變器 (CSI) 和脈沖寬度調制逆變器 (PWM)。
VSI 是常見(jiàn)的 VFD 類(lèi)型，其中使用簡(jiǎn)單的二極管電路從交流信號中獲取直流信號，并有一個(gè)存儲能量的電容器。然后，逆變器電路使用電容器存儲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，電機的轉速通過(guò)輸入電壓的頻率來(lái)控制，然后再將其提供給電機。交流驅動(dòng)器的個(gè)動(dòng)作是將 60 Hz、三相交流電轉換為直流電，然后將直流電逆變?yōu)閭稳嘧冾l，直接進(jìn)入連接的電機。
進(jìn)入電力轉換器的頻率為 60 Hz，但從轉換器輸出到電機的頻率具有可調的可變頻率，以實(shí)現所需的電機轉速。
變流器和逆變器構成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(xiàn)構成為轉換器供電的三相電力系統。交流電源線(xiàn)以 60 Hz 頻率運行。
該轉換器利用整流器將 60 Hz 交流輸入轉換為直流輸出電壓。
圖 2.轉換器部分工作圖。圖片由 Simon Mugo 提供
電力轉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，用于驅動(dòng)電機。逆變器中發(fā)生正向和負向切換，從而產(chǎn)生脈沖集合。
PWM 驅動(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。不同的寬度構成了脈沖寬度調制。該圖顯示每半個(gè)周期有六個(gè)脈沖。
磁通量-伏特/赫茲比
向感應電動(dòng)機施加電流會(huì )導致電動(dòng)機在旋轉磁場(chǎng)中產(chǎn)生磁通量，從而產(chǎn)生扭矩。為了產(chǎn)生滿(mǎn)載扭矩，磁通量必須保持恒定?？刂齐妱?dòng)機保持恒定磁通量需要一種稱(chēng)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，電機電流就會(huì )變得不穩定，從而會(huì )降低扭矩。
電機轉速
電機轉速可以使用公式計算 速度(RPM)=頻率(Hz)×120n
在哪里
n=極點(diǎn)數
例如，對于頻率為 60 Hz 的 2 極電機，其速度可以通過(guò)以下公式確定速度（RPM）=60×1202=3600RPM
VFD 優(yōu)勢
節省能源
消耗極低的電機啟動(dòng)電流
安裝簡(jiǎn)單
消耗低千伏安
具有相對較高的功率因數
減少啟動(dòng)過(guò)程中皮帶和電機的機械應力和熱應力
VFD 應用
物料在傳送帶上傳輸，因為它提供了平穩的啟動(dòng)。
由于 VFD 操作噪音極小，因此采用自動(dòng)系統來(lái)打開(kāi)和關(guān)閉大門(mén)
由于降低了功耗、減少了維護、延長(cháng)了設備壽命，提升機控制和物料的提升。
變頻驅動(dòng)器的關(guān)鍵要點(diǎn)
電動(dòng)交流驅動(dòng)器用于控制運動(dòng)物體的扭矩、速度和方向。
電動(dòng)交流驅動(dòng)器分為可變驅動(dòng)器或恒定驅動(dòng)器，可變驅動(dòng)器用于以可變速度運行的電動(dòng)機。
使用電動(dòng)交流驅動(dòng)器的原因是降低能源成本和消耗、通過(guò)更嚴格的過(guò)程控制來(lái)提高產(chǎn)量、延長(cháng)設備壽命并減少維護。
VFD 使用頻率來(lái)控制電機的速度，其中輸入信號的頻率在注入電機之前受到控制。
VFD 用于傳送帶的平穩啟動(dòng)、作為打開(kāi)和關(guān)閉大門(mén)的自動(dòng)系統以及作為提升物料的提升機控制。
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