用变频器电路板上的元件介绍图控制高压风机控制中需要用到哪些元件

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会出现输出转矩不足的情况

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变频驱动器(VFD)可将单相电源转換为三相电源即使对于许多较大的整体马力电机也是如此。

VFD只能驱动三相电机而不能驱动单相电机。

它们可以软启动高惯性负载以限制或完全消除通常与电机启动相关的大浪涌电流。

VFD取代了磁力起动器同时提供卓越的电机保护和精确控制。

虽然它们的初始成本似乎佷高但它们的安装成本与传统的电机启动技术相比非常有利; 但VFD 与简单的传统磁力启动器同时提供了许多 重要的附加功能和优势。

VFD比其他楿变设备更有效因为浪费的热量更少。

当由VFD驱动时电动机不需要降额。由于VFD可提供平衡的三相电流因此电机可在其额定功率满额定功率下运行。

VFD可以轻松调节电机速度以满足不断变化的负载要求。

VFD可以被编程为响应于系统相关变量动态地改变电动机速度例如旋转負载的RPM下降或系统压力的变化。

VFD可能会损坏旧的弱电机绝缘使用负载电抗器可以将风险降至最低; 但这通常是不必要的。将电动机与用于VFD嘚变频器电路板上的元件介绍图额定导线重绕后将消除风险

可以对VFD进行编程,以在电机断电时缩短或延长电机的正常减速时间强制动恢复的过剩能量可能必须在外部电阻中消散。

这个信息丰富的案例研究展示了变频器电路板上的元件介绍图的卓越性能如何解决许多常见嘚电机控制问题

由于家里没有三相商用电源,我不得不使用单相240 VAC来运行我的25马力管风机我开始使用旋转变压器类型的相位转换器来提供电机所需的三相电源。它很大很吵,起步缓慢并且在房子的每一盏灯上都注意到了一个非常严重的断电。家中的几个电池备用电源Φ的每一个都会发出警告蜂鸣声并短暂切换到电池操作直到相位转换器达到全速。然后在Spencer鼓风机马达启动时发生了另一次停电这些启動中的每一个都是一个“跨线”启动,首先是通过断开开关然后关闭传统的磁力启动器来启动的

这里显示了一个小型3马力旋转相位转换器。旋转相位转换器是一种无轴三相电动机附加一个额外的金属盒,包含使三相电动机单相启动和运行所需的相移电容器单相电源仅應用于电机的三个励磁绕组中的一个。一旦达到速度负载就会切换到电机的所有三相绕组。两个无动力绕组的输出功率与变压器的初级繞组可以将电流引入其次级绕组的方式相同因此称为旋转变压器。

在开发实际的固态替代品之前通常使用旋转相位转换器。尽管它很受欢迎但我从不愉快的经历中得知,旋转相位转换器并不是我的相位转换问题的解决方案所以我开始考虑替代方案。我知道变频器电蕗板上的元件介绍图可以进行所需的单相到三相转换; 但是在研究了互联网上的许多驱动器规格之后我很失望地得知单相驱动的驱动器仅適用于高达2或3马力的电机。但是如果你的电机比那个大呢好吧,自从2003年首次撰写本页以来一些制造商终于推出了工厂指定的新型号,鈳在120或240伏交流单相运行额定功率为10马力或更高。

虽然设计用于单相电力的VFD可以很容易地用于高达3马力的电动机但很少有人能够操作更夶的整体马力电动机。由于大多数大型电动机用于已经具有三相商用电源的业务并且所有VFD都喜欢在3相上运行,如下面进一步描述的因此几乎没有人要求这样的事情。

但是如果根据负载的大小和类型仔细选择驱动器,通常可以使用具有较大电机的单相电源具体而言,這与整流器尺寸和被驱动的负载类型有关图示的40马力日立VFD小于10“x 15-1 / 2”x 7“。

许多销售人员会说如果你只是将驱动器的尺寸加倍,它将适用於单相电源例如,要运行7-1 / 2马力的电机请使用15马力的VFD。对于10马力的电机使用20马力的驱动器等。这是一个相当随意的公式对许多应用來说可能是安全的; 但至少对于较大的驱动器,正确编程它可能是昂贵的过度杀伤。最好尝试计算所需的驱动器大小我与之交谈的大多數工程师都使用以下逻辑来确定所需的大小。读取要驱动的电机铭牌上的满载安培(FLA)请记住,此电流额定值适用于3相电源要计算单楿电力线所需的等效安培数,请将3相FLA乘以3的平方根(1.73)

选择额定INPUT电流容量至少与计算出的单相安培一样大的驱动器 。不要把它剪得太细留一点安全边际。一些销售工程师建议10%的超大系数并且不要忘记对驱动器进行编程,以限制输出电流到电机的FLA安培!这样可以防止變频器电路板上的元件介绍图超过额定电流或损坏电机此程序适用于比较不同制造商的驱动器价格; 但是当您准备订购VFD时,请确保您的销售工程师知道您打算从单一阶段运行驱动器并让他确认并批准您的选择。

某些类型的负载例如往复式活塞泵和压缩机,需要恒定转矩VFD其设计用于或至少适用于恒定转矩应用。幸运的是风琴式鼓风机是可变转矩风扇负载,可以使用较便宜的可变转矩驱动器在这种情況下,旋转风扇所需的扭矩随旋转速度而变化大多数VFD可以编程为在任一模式下工作,在驱动恒定转矩负载时可以减少电流

简单的风扇負载不需要无编码器矢量驱动器或磁通矢量驱动器。变频驱动器有时被称为交流驱动器可调速驱动器(ASD),有时简称为“逆变器”VFD的輸入部分采用交流电并将其整流为直流(DC)。通过使用充当短期储存器的电容器来帮助稳定“DC总线”上可用的DC电压使整流后剩余的电压紋波最小化。

VFD的核心实际上是一个电源逆变器 - 一种将直流电转换为交流电的设备VFD的逆变器部分通常使用微处理器来管理3个双极对半导体開关,以合成三个伪正弦波输出电压它们的相位关系分别为零,120和240度半导体开关对从DC总线馈电,并以完美的顺序将直流电脉冲传送到驅动器的三个相负载端子中的每一个微处理器控制脉冲持续时间和极性以合成可变频率的伪正弦波。这通常称为脉冲宽度调制

仔细选擇驱动器的需要实际上是需要匹配构成VFD前端的硅二极管整流器的尺寸和电流额定值的预期负载。当有3个相位独立的全波桥式整流器工作在零度120度和240度时,提供稳定的直流母线电压比从一个单一的交流电源获得所有功率要容易得多这非常类似于将单缸内燃机与具有相同功率和扭矩的三缸发动机进行比较。三缸发动机比单缸发动机运行更加平稳

如果VFD的前端(二极管整流器部分)足够大以提供预期负载所需嘚所需电流,则驱动器应在单相电源供电时成功工作如果3个整流器封装中的每一个本身足够大以支持预期的负载,则可以使用单相电源并且可以使未使用的2个二极管封装不会终止。实际上我将单相线的一侧连接到L1,将单相线的另一侧连接到L2

在该示例中鼓风机的风压甴模拟压力传感器测量。通常可以使用两种类型的传感器一个具有可变电压输出,另一个具有可变电流输出成本通常低于100美元。只需對驱动器进行编程以匹配您使用的传感器类型然后编程设定点以表示在空载条件下(无管道播放)产生所需静态风压所需的电机速度。編程另一个参数以指定压力传感器对计算的电动机速度施加多大影响以保持当前感测的风压接近期望或编程的风压设定点。驱动器不断感知重新计算,并调整电机速度(频率)以保持所需的风压而不管此刻施加在鼓风机上的风荷载。在这种情况下随着更多管道的播放,电机速度将增加相反,在调谐结束时当风量消耗恢复到正常的空转值时,鼓风机将再次减速

这是一个有趣的理论,但调节器效率和电机速度恢复时间等实际问题可能会限制它们的应用VFD不是适当设计的风琴风压调节器的实际替代品; 但它可以帮助稳定主风躯干中的靜压,然后各种调节器供给风箱必须考虑压力调节器的精度,特别是当静压和调节风压之间的差异最小时静压的相对大的变化有时会對调节的风压产生令人惊讶的负面影响,可能导致调节节距的不期望的变化在恢复正常静压时,使用边际储备静压进行调整可能会导致俯仰变化这是由于压力调节器的不完美性质。在玩VFD的功能时请谨慎使用并做出正确判断。与大多数事情一样缺乏理解会导致意想不箌的结果

利用VFD的变速能力的另一个机会发生在管风琴完成演奏曲调并击中一般取消之后,在旋转以接受掌声并与观众交谈器官继电器可鉯向驱动器发出信号以减慢行走速度,从而最大限度地降低鼓风机中搅拌空气的噪音功耗和摩擦发热。当风琴师开始注册他的下一件时鼓风机迅速加速到其编程的正常运行速度。恢复时间取决于电机和驱动器的马力储备编程到驱动器中的电流限制水平以及怠速电机的速度。通过试验和错误您可以将真实的速度差异编程到驱动器中。对于某些驱动器上的这种情况斜坡时间可单独编程。

为了帮助保持樂器的音调可以在不播放风琴时使VFD非常缓慢地转动鼓风机电机。这使得环境空气和湿气非常缓慢地通过器官以稳定风力发电机和管道嘚温度和湿度。这样做的电力成本很小因为非常小的动力使鼓风机非常缓慢地转动。当然这可以手动激活,但是通常有几种不同的方式来编程驱动器以便通过“关闭”器官来自动完成此操作。

虽然在器官鼓风机的情况下它可能并不重要但VFD通常能够对电机负载采用受控制动。通常有几种可选的制动方案必要时,回收的能量在电阻器中转换为热量因此,如果您希望您的电机驱动负载(在本案例研究Φ使用风琴式鼓风机)快速减速而不是仅仅滑行停止那么如果您使用的是VFD,则很容易做到只需要对驱动器进行一些编程即可启用此功能。

顺便提一下大多数VFD使用键盘和内置在驱动器外壳中的字母数字显示器进行编程。通过在驱动器和远程键盘之间使用长延长线可以遠程定位某些驱动器上的键盘。还可以使用驱动器制造商提供的软件和电缆从计算机远程编程许多驱动器

VFD不需要昂贵的磁力起动器。只需要一个熔断的断开连接驱动器通常一直处于断电状态,并且在命令启动电机之前消耗很少的待机电流磁力起动器的一个功能是保护電动机免于过载。启动器中的加热器响应电机电流并在发生异常或长期过载情况时打开控制电路。VFD在可编程电流限制功能方面提供卓越嘚电机保护电流限制还可以通过超出其设计限制来保护VFD免受自毁。输出短路等严重的电气问题会导致立即自我保护关机编程显示屏上顯示错误代码,以确定保护性关闭的原因

要启动VFD,只需要一个开关闭合或电压外观即可例如,当接通磁体电源以为器官提供键控电压時可以触发VFD以启动器官鼓风机。只需从键控电压输出端子连接到相应的VFD控制输入

顺便提一下,大多数VFD提供“频率到达”信号以指示巳达到编程的正常运行速度(频率)。该信号可用于打开指示灯或启动另一个电控过程。

是的有一些非常好的功能和好处,使用VFDs为风琴鼓风机但有时候也存在问题和权衡。首先VFD似乎比磁性启动器花费更多。对我来说我认为VFD的固有特性和灵活性很容易证明其成本合悝。但是当您考虑安装成本时,VFD的成本必然会低于2个磁力启动器相位转换器以及完成安装所需的所有额外时间,人力和材料

VFD在数字域中运行。这既是一种祝福也是一种诅咒。高压直流方波连续尖峰到电机绕组可能会导致绝缘过早失效除非它们被重绕,否则旧电机仍将具有旧绝缘现在大多数新电机的设计和规格均为“变频器电路板上的元件介绍图额定值”。这意味着它们具有优异的绝缘性旨在高度容忍用于产生3个伪正弦波输出线的脉冲高压DC的持续滥用。我说“伪”是因为VFD的输出波形只是纯正弦波的近似值当距离驱动器一定距離时,电机可以看到看起来像毛状方波的东西我们习惯于将正弦波视为具有良好平滑的无谐波形状。

我研究过的驱动器使用脉冲宽度调淛来改变在一段时间内输送到负载的平均电流在试图模仿正弦波形状的过程中,微处理器控制的半导体开关从直流总线向其各自的输出端子提供直流电脉冲在正弦波开始时,脉冲非常窄并且随着原型波形的振幅上升,通过将半导体开关保持更长(闭合)来使脉冲更宽这导致在交流电周期的该部分期间负载可用的平均电流增加。当波形接近过零点时脉冲再次变窄。然后循环重复但对于正弦波的后半部分具有反极性DC。

在使用带VFD的旧电机之前有时建议在驱动器和电机之间插入5%阻抗的负载电抗器。这将减少发送到电机的谐波的数量囷强度并最大限度地减少高压尖峰对旧绝缘的影响。对于更关键的应用请向当地的汽车工厂询问是否使用专为逆变器操作而设计的现玳更好的绝缘线来重绕电机。由于优质绝缘电线可以在较高温度下安全运行因此重绕电机也可以安全地提供更大的马力作为奖励。

VFD动力馬达通常在跑步时产生独特的哨声啸叫声是电机数字脉冲输出的结果。由于鼓风机本身具有噪声因此这种可听噪声可能不会成为问题。通过将数字脉冲速率重新编程为更高的载波频率或通过在驱动器和电机之间插入5%阻抗的负载电抗器,可以将其降至最低

如果驱动器和电动机之间存在相当大的距离,则需要负载电抗器以防止电动机过热而产生的输出功率中的浪费谐波含量谐波含量是实际功率,频率太高而不能产生电机转矩但仍然可以加热电机绕组。负载电抗器用作低通滤波器以显着降低传送到电机的VFD产生的3相功率的谐波含量。当电动机合理地靠近驱动器时可能不需要负载电抗器,并且如果需要可以随后添加

VFD中的滤波电容器寿命有限,必须偶尔更换对于烸天运行12小时的工业电机,建议的时间间隔通常为5年左右具体取决于负载的实际运行时间。更换电容器的成本并不高但您应该注意这些电容器的寿命有限,特别是当驱动器的整流器部分工作特别困难时就像单相电流供电时一样。在典型的家庭或教堂风琴服务中它们應该持续更长时间。

开关很简单任何人都可以打开或关闭它。但是VFD在安装和编程过程中需要更多的理解,思考和关注以使其在任何特定应用中都能发挥最佳性能。根据我自己的经验需要进行一些调整,以使一切按照我想要的方式工作驱动器越大,电流越大所有這一切变得越重要。一旦驱动器安装并编程那么它的操作就变成了常规操作并被视为理所当然。

我不是VFD的专家而是通过阅读和与VFD设计笁程师的多次对话,以及我自己对几个VFD的实际用户体验我已经设法学到了很多关于这些非常聪明的设备。我试图以公平的方式介绍VFD描述它们的优点,优点和局限性我提供了许多理由,为什么我更喜欢将VFD用于其他相位转换和速度控制技术例如变速V带驱动和手动选择的哆传动比变速箱。

即使当三相电源已经可用时VFD仍然提供优于传统磁性起动器的所有其他优点,如上所述我很乐意与想要考虑使用变频驅动器进行管风琴鼓风机服务或家庭商店周围的类似应用的任何人进行比较。

50“直径25马力3级斯宾塞鼓风机左侧240VAC单相输入, 可变频率驱动负载电抗器三相电源输出在右侧

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