Задвижването с променлива честота (VFD), известно още като задвижване с регулируема честота, задвижване с регулируема скорост, инвертор или променливотоково задвижване, е вид моторен контролер, който задвижва електрически мотор чрез промяна на честотата и напрежението, подавани към електрическия мотор. Като доставчик на VFD често ме питат как VFD влияе върху въртящия момент на двигателя. В тази публикация в блога ще разгледам връзката между VFD и въртящия момент на двигателя, изследвайки принципите, факторите и практическите последици.
Разбиране на въртящия момент на двигателя
Преди да обсъдим как VFD влияе върху въртящия момент на двигателя, важно е да разберем какво представлява въртящият момент на двигателя. Въртящият момент е силата на въртене, произведена от двигателя, която е отговорна за задвижването на товара. Измерва се в нютон - метри (N·m) или фут - паундове (ft - lb). Количеството въртящ момент, който един двигател може да произведе, зависи от няколко фактора, включително конструкцията на двигателя, приложеното напрежение и честотата на захранването.
В стандартен променливотоков двигател характеристиката въртящ момент - скорост е относително фиксирана. При ниски скорости моторът може да генерира висок въртящ момент, което е полезно за стартиране на тежки товари. С увеличаването на скоростта въртящият момент обикновено намалява. Тази характеристика се определя от магнитното поле на двигателя и взаимодействието между статора и ротора.
Как работят VFD
VFD работи, като преобразува входящото променливотоково захранване в постояннотоково чрез токоизправител. След това инверторна секция преобразува постоянния ток обратно в променлив ток с променлива честота и напрежение. Чрез регулиране на честотата и напрежението VFD може да контролира скоростта и въртящия момент на двигателя.
Основният принцип зад VFD е съотношението V/f (напрежение към честота). В AC двигател магнитният поток в двигателя е пропорционален на съотношението V/f. За да се поддържа постоянен магнитен поток (и по този начин постоянна способност за създаване на въртящ момент), напрежението трябва да се регулира пропорционално на честотата. Например, ако честотата се намали наполовина от номиналната честота, напрежението също трябва да се намали наполовина, за да се запази съотношението V/f постоянно.
Ефекти на VFD върху въртящия момент на двигателя
Работа с постоянен въртящ момент
В много приложения, като конвейери, обемни помпи и подемници, се изисква постоянен въртящ момент в широк диапазон на скоростта. VFD може да постигне работа с постоянен въртящ момент чрез поддържане на постоянно съотношение V/f. Когато честотата се намалява, напрежението също намалява пропорционално, като се гарантира, че магнитният поток в двигателя остава постоянен. В резултат на това двигателят може да произведе същото количество въртящ момент при по-ниски скорости, както при номиналната скорост.
Например, ако моторът е с номинален въртящ момент от 100 N·m при 1500 RPM и 50 Hz, когато VFD намалява честотата до 25 Hz, напрежението също намалява наполовина. Моторът все още може да произведе 100 N·m въртящ момент при 750 RPM, което му позволява да задвижва товара ефективно при по-ниска скорост. Тази работа с постоянен въртящ момент е от решаващо значение за приложения, при които товарът изисква постоянно количество сила, независимо от скоростта.
Работа с променлив въртящ момент
Някои приложения, като центробежни помпи и вентилатори, имат изискване за променлив въртящ момент. Въртящият момент, изискван от тези натоварвания, е пропорционален на квадрата на скоростта. VFD може да оптимизира консумацията на енергия в тези приложения чрез регулиране на напрежението и честотата според изискванията за въртящ момент на товара.
Тъй като скоростта на центробежна помпа или вентилатор намалява, въртящият момент, изискван от товара, намалява значително. VFD може да намали напрежението и честотата по-агресивно, отколкото при приложения с постоянен въртящ момент, спестявайки енергия. Например, ако скоростта на вентилатора се намали до половината от неговата номинална скорост, въртящият момент, изискван от вентилатора, се намалява до една четвърт от номиналния въртящ момент. VFD може да регулира съответно напрежението и честотата, което води до значителни икономии на енергия.
Стартиране с висок въртящ момент
Едно от значителните предимства на използването на VFD е способността му да осигурява стартиране с висок въртящ момент. При директно включване (DOL) стартиране на променливотоков двигател, двигателят черпи голям пусков ток, което може да причини спадове на напрежението в захранването и механично напрежение върху двигателя и товара. VFD, от друга страна, може постепенно да увеличи честотата и напрежението, позволявайки на двигателя да стартира гладко с висок въртящ момент.
VFD може да контролира скоростта на ускорение, като гарантира, че двигателят достига желаната скорост, без да претоварва системата. Това е особено полезно за приложения с големи начални натоварвания, като трошачки и миксери. Като осигурява стартиране с висок въртящ момент, VFD може да удължи живота на двигателя и да намали разходите за поддръжка.
Фактори, влияещи върху връзката въртящ момент - VFD
Дизайн на двигателя
Дизайнът на двигателя играе решаваща роля за това как той реагира на VFD. Различните типове двигатели, като асинхронни двигатели и синхронни двигатели с постоянни магнити, имат различни характеристики на въртящия момент и скоростта. Индукционните двигатели се използват широко с VFD поради тяхната здравина и относително ниска цена. Те обаче могат да имат някои ограничения по отношение на високоскоростната работа и ефективността в сравнение със синхронните двигатели с постоянен магнит.
Конфигурацията на намотките на двигателя, броят на полюсите и дизайнът на ротора също могат да повлияят на производството на въртящ момент при използване на VFD. Например, двигател с по-голям брой полюси ще има по-ниска синхронна скорост и може да изисква различни настройки V/f за постигане на оптимален въртящ момент.
VFD настройки
Настройките на VFD, като времето за ускорение и забавяне, ограничение на въртящия момент и V/f крива, могат значително да повлияят на въртящия момент на двигателя. Времената за ускорение и забавяне определят колко бързо двигателят достига желаната скорост. Ако времето за ускорение е твърде кратко, двигателят може да не е в състояние да произведе достатъчен въртящ момент, за да ускори товара, което води до прекъсвания по свръхток.
Настройката за ограничение на въртящия момент позволява на потребителя да ограничи максималния въртящ момент, който двигателят може да произведе. Това е полезно за защита на двигателя и товара от повреда. Настройката на кривата V/f може да се регулира за оптимизиране на характеристиката въртящ момент - скорост за различни приложения. Някои VFD предлагат множество V/f криви, като линейни, квадратни и персонализирани криви, за да отговорят на специфичните изисквания на товара.
Характеристики на натоварването
Характеристиките на товара, като инерция, триене и вида на товара (постоянен въртящ момент или променлив въртящ момент), също влияят на връзката въртящ момент - VFD. Товар с висока инерция изисква повече въртящ момент за ускоряване и забавяне. VFD трябва да бъде правилно оразмерен и конфигуриран, за да се справи с изискванията за висок въртящ момент по време на тези преходни периоди.
Триенето в товара също може да повлияе на въртящия момент, необходим за задвижване на товара. Ако има прекомерно триене, двигателят може да изисква повече въртящ момент, за да го преодолее. Разбирането на характеристиките на натоварването е от съществено значение за избора на правилния VFD и задаване на подходящите параметри, за да се осигури оптимален въртящ момент.
Практически изводи за избор и приложение на VFD
Когато избирате VFD за конкретно приложение, от решаващо значение е да вземете предвид изискванията за въртящ момент на товара. За приложения с постоянен въртящ момент е необходим VFD, който може да поддържа постоянно съотношение V/f в широк диапазон на скоростта.22KW VFDе чудесен вариант за много приложения с постоянен въртящ момент с изискване за мощност около 22 KW.
За приложения с променлив въртящ момент се предпочита VFD с усъвършенствани функции за пестене на енергия и възможност за регулиране на съотношението V/f според изискванията за въртящ момент на товара.VFD за двигателипредлага набор от VFD, подходящи за различни двигателни приложения, включително такива с променливи натоварвания на въртящия момент.
В допълнение, VFD трябва да бъде правилно оразмерен, за да се справи с номиналния ток на двигателя и изискванията за пиков въртящ момент по време на стартови и преходни периоди. Прекомерното или по-малкото размери на VFD може да доведе до лоша производителност, увеличена консумация на енергия и потенциална повреда на двигателя и VFD.
Заключение
Като доставчик на VFD разбирам значението на това как VFD влияе върху въртящия момент на двигателя. VFD може да осигури работа с постоянен въртящ момент за приложения, които изискват постоянно количество сила, работа с променлив въртящ момент за енергийно ефективна работа в приложения с натоварвания с променлив въртящ момент и стартиране с висок въртящ момент за приложения с голямо натоварване.
Чрез разбиране на принципите на работа на VFD, факторите, влияещи върху връзката въртящ момент - VFD и практическите последици за избора и приложението на VFD, потребителите могат да вземат информирани решения при избора на VFD за техните двигателни системи. Ако търсите надеждно VFD решение за вашето моторно приложение, независимо дали става въпрос за22KW VFD, аVFD за двигатели, или anИнверторно задвижване, не се колебайте да се свържете с нас за повече информация и да обсъдим вашите специфични изисквания. Ние сме готови да ви помогнем да намерите перфектния VFD за вашите нужди.
Референции
- Boldea, I., & Nasar, SA (1999). Електрически задвижвания: Въведение. CRC Press.
- Fitzgerald, AE, Kingsley, C., Jr., & Umans, SD (2003). Електрически машини. Макгроу - Хил.
- Krause, PC, Wasynczuk, O., & Sudhoff, SD (2002). Анализ на електрически машини и задвижващи системи. Wiley - Interscience.