超越购买:如何从你的变频驱动器得到最多

VFD性能洞察

• 使用经过审查或工厂培训的安装技术人员可以大大延长变频器的使用寿命。
• 在安装变频器时，要适当注意驱动负载的电机以及连接变频器和电机的电缆，这对于确保最佳性能是不可或缺的。
• 从变频器中获得最佳的每安培扭矩性能还需要最终用户执行适当的自动调谐。

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除了现代变频驱动器(VFD)的许多其他功能之外，以60赫兹以外的速度运行交流感应电动机的简单能力是一件非常美妙的事情。

通过减慢电机速度以满足应用需求，变频器降低了保持负载移动所需的功率。随着时间的推移，电力使用等于能源，所以底线是变频器通过不满负荷运行来节省能源。

大多数人已经熟悉了上一段中的所有信息，所以使用VFD可能是没有争议的。相反，假设已经购买了VFD。但这就是正确使用变频器来省钱的全部方法吗?就像生活中的大多数事情一样，它比这稍微复杂一些。如何优化变频器以节省能源?

正确安装变频器

首先，需要对适当的变频器安装进行简短的讨论。如果VFD在安装不当后爆炸或熔化，没有人可以通过降低能源成本来节省资金。如果产品是由经过审查或工厂培训的人员安装和布线的，许多变频器制造商很乐意为产品提供延长保修。(作为一名工厂培训师，我强烈支持使用被派往工厂的安装人员来实践和学习正确的变频器安装的所有细节。培训包括许多不同的场景，以提供避免陷阱所需的经验。)

正确的安装可以避免问题和缩短变频器的寿命。优秀的安装技术人员会注意到可能导致VFD过早失效的环境问题，如环境温度高、电机引线长度长和功率因数校正电容器。如果能够避免早期死亡，一些虚拟fd可以持续很长时间，使投资回报率(ROI)非常高。

电机-变频器系统的电机尺寸

就其本身而言，变频器可以成为节能的一部分，但驱动器只是整个安装的一部分。另外两个最重要的部分是驱动负载的电机和连接变频器和电机的电缆。

马达可能是两个项目中更重要的一个。首先，确保电机能够处理VFD将发送的脉宽调制(PWM)电压。一些旧的电机，除了效率低下，是用劣质的绝缘系统制造的，可能无法处理变频器产生的电压，并且由于电机引线长而加剧。一般来说，任何电机引线超过100米的应用都应该考虑在电机和变频器之间安装一个输出电抗器，以帮助保护定子(绝缘最薄的地方)的第一圈不发生故障。像许多事情一样，需要考虑权衡。任何一种输出滤波，比如负载电抗器，都会有自己的损失。然而，效率的轻微下降是值得延长电机寿命的。

另一个电动机的考虑因素是尺寸。应用程序需要能够连续提供负载所需扭矩的电机。尺寸合适的电机比尺寸过大的电机更可取。负载不足的电机可能会受到功率因数差的影响，这大大降低了整个系统的效率。解决这个权衡。一个超大的电机可能会让人安心，因为系统不会很快失效，因为所有组件的热损失都远低于它们的阈值，但适当大小的电机将更有效。如果正确选择和安装，适当尺寸的电机也将活得很长寿命，所以权衡对适当尺寸的电机严重加权。

对于新安装，由于政府关于电机效率的规定，所选择的电机很可能非常高效。一般情况下，电机的额定转速越接近同步转速，电机的效率越高。为了使电机最佳运行，变频器需要电机额定转差的准确值。由VFD完成的良好自动调谐，同时附加到电机上，可以产生非常好的电机滑移值。稍后将详细介绍自动调优以及它如何应用于VFD控制方法。

电机-变频器电缆注意事项

电动机电缆的考虑因素一般涉及电缆的长度和规格。通过查阅变频器制造商的安装文件，可以找到合适的电缆压力表。如前所述，除非采取预防措施，否则长引线长度实际上会导致电机过早失效。阻抗的大变化会导致来自变频器的PWM脉冲(具有相应的高dv/dt值)的反射点。这不是一件要么全有要么全无的事情。阻抗差越大，反射的脉冲就越多。有时唯一的解决办法是通过滤波来抑制脉冲的急剧dv/dt。同样，过滤组件也有自己的一套能量损失和额外的安装成本。

自动变频

为了从新的变频器中获得最佳的每安培扭矩性能，需要适当的自动调谐。一个有效的VFD自动调谐程序将有助于驱动器在VFD中建立良好的电机模型。从工厂开始，驱动器很可能设置为与VFD尺寸匹配的典型电机。这意味着VFD中的额定电机安培值将基于NPPA 70:该电压和马力的电机的国家电气规范(NEC)值。最重要的是，电机模型将需要绕组和磁场的预期损耗值。像损耗这样的数值很少在电机铭牌上注明。这些损耗值被命名为“线对线电阻(Ω)”和“漏感(%)”。在将一些典型的铭牌值输入到驱动器后，最好让变频器在电机上运行自己的测试。最终的结果将绝对显示在输出电流的减少，而运行相同的速度和负载作为预调谐电机。强烈建议在没有任何负载的情况下在电机上运行自动调谐功能。 An attached load will skew the current and slip measurements. It is also preferable that the auto-tuned motor’s internal temperature is close to its normal running temperature due to resistance changing with temperature.

如何处理电机-变频器系统中的轻负荷

帮助VFD从应用程序中获得最佳效率的另一种方法是训练它如何处理负载波动的情况。在低负荷运行时，将输出电压降低到最佳值，可以最大限度地降低功耗，提高效率。变频器中的节能模式可以帮助最大限度地提高效率，特别是在风扇和泵的V/Hz应用中。将节能视为扭矩提升的逆过程是有帮助的。一个从正常水平增加电压，以增加输出扭矩，另一个降低电压，以尽量减少电力使用，导致更有效地利用能源。

有时，如果负载过低，VFD可能需要停止运行。这被称为睡眠。之所以称之为睡眠，是因为尽管驱动器输出关闭，VFD仍然处于运行状态，并监视应用程序的条件是否需要唤醒以重新开始驱动负载。这种类型的操作在泵送应用中很常见，泵的需求可以根据使用情况或一天中的时间而变化。VFD需要进行编程，以确定需要发生什么状态(例如以最低速度运行或输出过低的压力)才能导致驱动器进入睡眠状态或重新唤醒。

最后一种节约能源的可能性与俗称的“吸血鬼力量”有关。它指的是设备在不开机的情况下所消耗的电量。考虑一台液晶平板电视。即使它没有“打开”，也会产生一定的剩余功率。也许它本身的电量不足以引起关注，但考虑到有多少设备在关闭时也在消耗电力。然后，把这个数字乘以世界上所有的家庭和企业，忧虑就会累积起来。同样的原则也适用于vfd。即使变频器不运行，它也会通过整流器和母线电容吸收一些电流。一些制造商已经创造了一种功能，使用一个小的直流电源来保持变频器的“大脑”活跃，同时在它没有运行足够长的时间时打开一个输入断路器。因为大脑仍然有能量，它可以在接收到新的运行命令时关闭输入断路。 Maybe a single drive’s non-running power draw does not warrant the extra equipment, but what if you have 50 or 100 VFDs? The power waste could be significant.

变频器本身可以是一个巨大的胜利，因为它能够匹配电机速度负载需求。然而，还有其他因素，如电机尺寸，电缆选择，自动调谐和节能功能，也应该考虑到最大限度地节省这些能源。

保罗·艾弗里，高级产品培训工程师;日本安川电气美国。编辑:David Miller，内容经理，控制工程、CFE媒体与技术、dmiller@cfemedia.com。

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