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变频器的基础理论知识问答,绝对值得收藏

时间:2019-09-10 11:25   来源:淮安变频器   作者:admin ; 浏览

20多年来,变频器(VFD,又名变速驱动器 - VSD)已经可用于各种应用。这些应用包括单电机驱动泵,风扇和压缩机,以及高度复杂的多驱动机器。(本文包括VFD类型,VFD的优点和缺点基础作为教程)

VFD的功能是调整电机速度以更好地满足驱动负载的要求。结果是更好的过程控制和降低的能耗。VFD系统相当昂贵,但对工厂运营提供了极好的控制。在大多数情况下,能源成本随之降低安装VFD足以抵消(如果不是完全支付)高初始成本。

VFD将来自输入电源的AC电力转换为DC电压。VFD还可以包括控制机构,通过该控制机构远程地与电动机和从动负载通信。

该控制机构便于电子设备的连接,以监控负载速度,启动和停止电动机,以及执行各种其他功能以更有效地满足过程要求。

变频驱动器类型

目前市场上有三种不同的VFD设计类型。理论上,这些VFD的主要区别在于它们将AC电源转换为DC电源的整流类型。

使用变频器最常见的离心负载应用是泵,风扇和压缩机。使用VFD的最常见的恒转矩负载应用是正排量泵,齿轮泵,往复泵,输送机,挤出机,挤出机刀具切割机,混合机和往复式压缩机。选择VFD时的主要考虑因素是:

应用程序的性质,成本,和运营环境。

VFD具有许多基本用途,作为特殊过程控制,在其他类型的变速控制中不常见。当节能是主要目标时,VFD最适合离心负载。由于其在自动过程控制系统中的灵活性,VFD还经常应用于恒定扭矩负载。VFD对应用程序非常敏感,因此必须在选择VFD之前彻底分析应用程序的兼容性。

I.电压源逆变器(VSI)变频器

VSI或可变源逆变器是最早的固态VFD。由于发送到电机的电压,它有时被称为“六步”驱动器。

可变源逆变器操作相对简单。基本上,AC输入电压和频率由整流器转换为DC,然后通过逆变器部分转换回AC,产生所需的电压和频率,以满足VFD输出的每赫兹电压比。

VSI的优势包括良好的速度范围,单个单元的多电机控制以及简单的调节器设计。

一些缺点包括:

随着速度 降低功率因数降低,诱导谐波,和直接开始/停止动作。

仔细观察所显示的波形,可以看出“六步”功率如何导致齿槽效应。

II。电流源逆变器(CSI)变频器

电流源逆变器,也称为电流馈电逆变器,其行为类似于恒流发生器,产生几乎方波的电流。由于其简单性,再生能力,可靠性和低成本,使用电流源逆变器代替可变源逆变器用于大约200马力的大型VFD。

尽管比VSI更加坚固和可靠,但CSI在低速时功率因数较差,并且不适合多电机运行。CSI的另一个缺点是“齿槽效应”,急动的启动/停止运动或运行时的脉冲轴。仔细检查CSI输出电压波形可以看出这是如何发生的。

III。脉冲宽度调制(PWM)变频器

这种类型的VFD创建可变电压的独特方法为

PWM VFD提供

了名称。脉冲宽度调制或PWM VFD可提供恒定电压赫兹比,无线路陷波和电机非常稳定的电流输入。

 

脉冲宽度调制转换器部分使用二极管桥来整流AC电源,而不是SCR桥。由于逆变器部分的输入是恒定的,因此逆变器控制电压和频率。半导体的开关模式用于将DC电力转换为AC输出。这些半导体可能是晶体管,GTO或SCR。

基本上,使用脉冲宽度调制而不是电压或电流逆变器的主要优点是高效率,恒定功率因数,而不管速度和没有齿槽问题。

其他优点包括宽速范围,开路保护和多电机操作。

在缺点方面,PWM需要额外的硬件来实现线路再生能力,设备更复杂,一些PWM单元会产生明显的可听噪声。

变频驱动器的优点

VFD实现了工业中最常见的电机,标准鼠笼式NEMA B型感应电机。使用标准电机意味着VFD不仅适用于新应用,也适用于旧式现有电机的改装。所有类型的交流调速控制器都具有与标准电机的兼容性。

在几个方面,VFD与其他变速控制形成鲜明对比。VFD比其他类型的变速控制更理想的主要原因是:节能,改进过程控制,降低系统维护,旁路能力和多电机控制。

1.节能

VFD是迄今为止最有效的速度控制类型,特别是与离心泵和风扇一起使用时。将

VFD应用于离心泵

或风扇时,负载特性受“亲和定律”的约束。这些定律表明速度与电流成正比。扭矩与速度变化的平方成正比,而马力与速度变化的立方成正比。

当绘制马力曲线时,可以看出,当速度降低时,在给定速度下所需的马力非常快速地下降。其他类型速度控制的马力要求也将在降低的速度下降低,但不会低于VFD。

VFD与任何其他类型的变速控制之间在给定速度下的马力要求的差异在于VFD提供更大的能量节省。这是VFD的基本优势之一。

AC VFD的固有特性是它的作用类似于降压启动器。也就是说,它将限制浪涌电流量。跨越线路启动的电动机将拉动大约600%的浪涌电流。VFD将浪涌电流限制在最大值150%。电源公司在启动电机时会向此提供浪涌电流。这称为需求费用。限制大型电机的浪涌电流量可以通过降低需求费用来节省资金。

2.改进过程控制

大多数工厂的一个目标是使其工艺自动化。自动化的关键方面是更好地在工厂仪器设备之间进行通信。AC VFD是一种固态设备,非常适合过程控制网络。这些VFD接收过程控制信号输入,用于启动/停止,速度控制和输出信号。然后将信号传输到DCS系统,PLC系统或返回到个人计算机。其他类型的变速控制通常受限于(如果不是完全没有)这些接口能力。

3.旁路能力

当关键应用需要备用控制装置时,很容易绕过VFD。该

VFD旁路

与VFD并联的启动器允许在几秒钟内完成旁路模式。其他类型的变速控制与电动机和负载物理耦合。每当速度控制设备发生故障时,必须将其解耦,修复并重新安装。VFD在几秒钟内被绕过,而其他类型的速度控制及其应用可能会停机数小时甚至数周。

4.多电机控制

理论上,单个VFD具有控制多个电机的能力。其他类型的变速控制不能提供这种可能性。VFD系统的较小物理尺寸和较低的初始成本是额外的优点。

5.降低系统维护

VFD的使用显着降低了整个系统的维护。这尤其适用于机械设计系统,例如涡流离合器和可变间距捆应用。VFD有助于减少皮带,滑轮,变速箱和联轴器的磨损。由于非常腐蚀性或其他苛刻的材料引起的磨损,所有这些通常都会造成严重的维护问题。

VFD不会打开和关闭电机,这在其他过程中很常见。该VFD只是减慢电动机和负载,以便严格按照规范操作。通过消除循环过程,VFD可以消除整个操作系统中存在的麻烦的浪涌和扭矩脉动。

变频驱动器的缺点

1.初始成本

VFD的初始成本通常高于其他变速控制。事实上,初始成本通常是希望安装VFD的过程工厂的主要障碍。然而,这些VFD 的基本节能投资回收时间和过程控制增强不仅仅是投资的合理性。有一个例外; 如果给定应用的平均节流速度要求低,在90%-100%之间,则回报通常不显着。作为一般规则,2 1/2年预计的最高回报间隔会限制购买VFD。

2.维护技能组

购买固态设计设备的异议通常来自维护人员。

对于经验丰富的维护工人来说,机械装置显然不会产生诊断或其他问题。粗略的检查足以看出设备是否以及为什么会出现故障。与任何固态设备一样,VFD需要特殊的故障排除实践和理论知识。VFD的诊断能力显着提高。这需要对不熟悉固态设计技术的维护人员进行额外的,通常是常年的培训。

3.低速过热

对于恒转矩应用,电机在低速运行期间可能会过热。无论电机的运行速度如何,恒定的转矩负载都会消耗相同的电流。这会在极低的速度下产生问题,因为VFD会降低电机频率以降低电机速度。如果电机在低速运行时产生高热量,则会导致过热。

根据经验,在恒定转矩负载下以额定速度50%运行的B级绝缘的满载电机不会过热。如果电机连续低于50%的速度运行,它将过热。基本上,具有F级绝缘的满载电机的速度可以降低到大约20%的速度而不会过热。连续运行速度越低于电机过热点,电机和VFD必须降额越多。

4.输出谐波

由VFD生成的输出波形是非线性波形。这种波形在电机中产生谐波。谐波是基频与电流分量的倍数。电流分量会在电机中产生热量。根据经验,与在电源线的正弦波形上运行的相同电机相比,VFD在电机中产生的热量增加5%到8%。解决这个问题的方法是使用F级绝缘,变频器额定电机。

5.感应谐波 - 失真和线路陷

波VFD是一种非线性负载,它会引起电源线的谐波。谐波的两个方面是失真和线切口。失真是VFD产生的非正弦波形的结果。这用于以非正弦脉冲的形式从电力线拉出电流。

线路陷波是由带有SCR整流器的VFD引起的。当SCR在AC波形上的特定点连续点火时,谐波将包括切回电源线。

这些可能严重扭曲电源线,如果没有得到适当保护,可能会妨碍电源线上其他设备的运行。

所有具有可控硅整流器(包括交流和直流)的VFD 都应包括隔离变压器或VFD输入端的

线路电抗器,以保护电源免受过度失真。

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