为什么使用电驱动？变频驱动器如何控制扭矩/速度和方向

部署驱动器以帮助控制扭矩、速度和方向。在大多数情况下，驱动器适用于机器人、运输、风扇、机床等电力系统应用中的运动或速度控制。

电驱动可以是可变的，也可以是恒定的，用于控制电动机。当电机在变速下运行时，无法部署恒速驱动器，变速驱动器负责。本文将重点介绍变频驱动器 （VFD），也称为交流或变速驱动器。

为什么使用电驱动？

当使用不需要全速运行的应用程序时，变频驱动器可以降低能耗成本。VFD的目的是使电机驱动的设备的速度与所需负载的速度相匹配。这是其他交流电驱动器无法实现的。

在工业中，65%的电力消耗来自电动机。通过使用VFD优化电机可以降低这种消耗，从而减少70%的消耗。

为了确保电机以最有效的速度和精度运行，以提高生产水平，建议使用变频驱动器。

使用VFD控制设备可使它们在达到适当的电机速度时具有更长的使用寿命和更少的维护要求。控制电机频率和电压的VFD可提供最佳的过载、欠压和过压保护。

变频器的类型

存在三种类型的变频器：电压源逆变器（VSI），电流源逆变器（CSI）和脉宽调制逆变器（PWM）。

VSI是最常见的VFD类型，其中使用简单的二极管电路从交流信号中获取直流信号，并具有存储能量的电容器。然后，逆变器电路使用电容器存储的能量将其输送到输出端。

CSI取决于电流而不是电压，并产生取决于可变电压范围的平滑输出。晶闸管桥式逆变器代替二极管桥式整流器以产生电流方波。

变频器的工作原理

使用VFD，电机的转速在提供给电机之前通过输入电压的频率进行控制。交流变频器的第一个动作是将 60 Hz 的三相交流电转换为直流电，然后将直流电反转为直接进入连接的电机的伪三相变频。

接近电转换器的频率为 60 Hz，但从转换器进入电机的频率具有可调节的可变频率，以实现所需的电机速度。

转换器和逆变器构成了PWM交流驱动器的两个主要部分。

图1.变频器工作框图

交流电源线构成为转换器供电的三相电源系统。交流电源线以 60 Hz 的频率运行。

转换器利用整流器将60 Hz AC输入转换为DC输出电压。

图2.转换器部分工作图

电转换器提供的直流输出粗糙;因此，必须使用平滑方法来确保或多或少恒定的输出直流电压。此过滤操作发生在转换和反转阶段之间。平滑后，直流直接送入逆变器级。

图3.变频器部分工作示意图

逆变器部分的目的是产生交流输出，该输出被抽头以驱动电机。负开关和正开关发生在逆变器中，导致脉冲集合。

PWM驱动输出频率通过在其中一个半周期上注入正脉冲，在第一个半周期之后的半周期注入负脉冲来控制。

正弦波输出由窄正弦波和宽正弦波组成。窄表示较低的输出电压值，而较宽的表示较高的电压值。不同的宽度是脉冲宽度调制的原因。该图显示每半个周期有六个脉冲。

磁通量-伏特/赫兹比

向感应电机施加电流会使电机在旋转磁场中产生磁通量，从而产生扭矩。对于满载扭矩的产生，磁通量必须保持在恒定。以恒定磁通量控制电机需要一种称为伏特/赫兹比的特殊方法。这种方法使电压和频率在相同值下按比例增加，以产生良好的电机扭矩。

图4.每赫兹的电压比

例如，如果电压为 430 V，频率为 60 Hz，则伏特/赫兹比为 430/60 或 7.2 V/Hz。

VFD的工作原理是将电压和频率比保持在恒定。如果它不能保持这个恒定，电机电流就会变得不稳定，这可能会降低扭矩。

电机转速

电机速度可以使用公式计算

［Speed（RPM）=Frequency（Hz）timesfrac{120}{n}］

哪里

［n=数字，of，极点］

例如，具有 60 Hz 频率的 2 极电机，速度可以由下式确定

［速度（RPM）=60次压裂{120}{2}=3600RPM］

变频器的好处

节约能源

消耗非常低的电机启动电流

安装简单

消耗低 KVA

具有相对较高的功率因数

减少启动过程中皮带和电机上的机械和热应力

变频器应用

物料在传送带上传输，因为它提供最平稳的启动。

自动系统打开和关闭门，因为VFD操作具有最小的噪音

由于降低了功耗、减少了维护和延长了设备寿命，因此对物料进行提升控制和提升。

变频器的关键要点

电动交流变频器用于控制移动物体的扭矩、速度和方向。

交流电驱动器分为可变驱动器或恒定驱动器，可变驱动器用于在变速下运行的电机。

使用电力交流变频器的原因是能源成本和消耗降低，由于更严格的过程控制而增加产量，延长设备寿命以及减少维护。

VFD使用频率来控制电机的速度，其中输入信号的频率在注入电机之前被控制。

VFD用于传送带中的平稳启动，作为自动系统打开和关闭闸门，以及作为提升材料的提升控制。
审核编辑：陈陈