通过可变速度的未来驱动更大的效率

在能源效率的世界里，变频驱动(VFD)是王道。由于组件质量和小型化的改进，在系统中添加VFD是一个相当简单的选择。如今的变频器的效率约为98%，很容易成为能量转换链中最高效的部分，在这一链中，变频器将电能转换为机械能。事实上，在系统中添加VFD不仅可以通过改变电机的速度来帮助减少能源使用，而且还可以提高功率因数(如果使用得当)，降低维护成本，并提高最终用户产品的吞吐量和质量。

如今，各方都有更多的压力要求提高能源效率，降低能源总支出。vfd在能源效率方面已经取得了最大的进步，但在室温超导体方面却没有取得突破。正因为如此，vfd只是节能未来的一部分。更新，更高效的电机技术是另一个关键部分-优质和超优质效率感应电机，永磁同步电机，以及相对较新的同步磁阻电机。

想想惠普，不是现在的

尺寸和选择与感应电机一起使用的VFD一直是一个非常简单的任务:向首选的VFD供应商提供电机电压和电机铭牌HP，或者最好是电机铭牌电流。1975年能源政策和节约法案的最新修正案(2014年)提高了电机的最低效率，同时涵盖了比以往任何时候都多的电机类型。然而，新的，更高效率的电机选项不会影响尺寸和选择VFD的应用。相反，这意味着相同的额定HP电机使用更少的电流。根据电流的不同，这有时会导致完成相同工作所需的VFD较小，因为大多数VFD制造商根据感应电机的国家电气规范(NEC)满载电流表指定其马力等级。这些表的电流值通常高于今天的感应电机，特别是与优质和超级优质效率电机相比。

在设计异步电动机时，转子损耗很难在不变得越来越昂贵的情况下解决，因此限制了这项技术的效率。为了让电机在效率上更进一步，电机制造商创造了永磁同步电机(PM电机)。PM电机通常具有高于高级效率规格的电流值，具有非常接近统一的功率因数。永磁电机在历史上一直用于需要非常高的运行速度或在较低速度下的高扭矩的特殊应用。然而，今天发现越来越多的PM电机安装在HVAC系统中并不罕见，因为通过速度范围提高了效率。由于PM电机的高功率因数和效率，重要的是根据电机马力而不是电机电流来选择VFD。

在为应用程序选择PM电机时，重要的是要了解它们需要vfd来操作。一些电机制造商正在研究永磁电机的跨线启动，但到目前为止，市场上还没有这种电机。此外，PM电机与感应电机的工作方式不同，因此所选的VFD需要专门设计的电机控制算法。这种算法需要更多的处理能力，因此只有少数VFD制造商在紧凑/微型VFD中提供PM电机控制。一些VFD制造商还要求指定控制下的PM电机类型(表面磁铁或内部磁铁);有些人发现很难用一种电机控制算法控制所有PM电机，而其他VFD制造商可以处理PM电机控制的挑战，没有任何问题。

最后，为了充分利用PM电机，VFD应该具有电机识别功能(有时称为电机ID或电机自动调谐)，在速度范围内物理运行电机，并测量速度曲线上的关键点。仅采用静止测量的电机识别功能将无法正确优化VFD，这将导致电机控制低于标准，特别是在低速时。手动电机调谐过程是可能的与PM电机，但它主要是试验和错误的内置电机识别功能在最好的vfd不需要进一步调谐。

在过去，PM电机控制只是一个闭环/编码器反馈事件，但开环，电机控制算法已经有了很长的路要走，所以更基本的应用不需要编码器反馈来进行准确和有效的控制。这使得PM电机和vfd在HVAC系统中得到更广泛的应用，其中电机通常以较低的速度运行;对于感应电动机，效率往往会下降。结合已在可变扭矩泵和风机应用中发挥作用的亲和定律，这些装置的投资回收期从已经令人印象深刻的6至12个月进一步缩短。如果您的应用需要更大的电机速度范围，例如起重机或起重机，则需要将PM电机与能够编码器反馈的高级VFD配对。

同步磁阻电动机

在应用中要考虑的最后一种电机类型是市场上的新产品。同步磁阻电机(SynRM)是一种采用特殊转子设计的电机，可以提高电机效率，同时消除潜在的昂贵和精确命名的稀土材料，而稀土材料对永磁电机是必不可少的。转子的设计是利用磁阻特性，在转子中创建空气槽，以帮助转子趋向于与定子磁场对齐。通过在转子的给定象限内增加更多的空气槽，定子的磁场具有更强的拉力，从而在更小的占地面积内获得更大的扭矩。由于转子的气槽设计，没有电流流动，这可以减少转子损失，并允许这些类型的电机达到，甚至超过，当与VFD配对时，超级优效率指导方针。

与PM电机一样，SynRM机器需要VFD进行操作，但为PM电机开发的算法并不只是为SynRM机器开箱即用。到目前为止，只有少数VFD制造商开发了以最有效的方式使用SynRM机器所需的电机控制算法。因此，当您联系您首选的VFD制造商为您的SynRM机器选择VFD时，告知他们您正在运行的电机类型是很重要的。此外，由于SynRM机器具有较低的功率因数，因此选择的VFD应基于电机电压和电机电流，而不是电机HP，否则VFD可能没有电流容量来正常运行电机。SynRM机器是理想的应用低于300马力的可变扭矩泵和风扇应用或开环，恒扭矩应用。

- Sean Gaffney是Vacon公司的高级产品经理。由主编埃里克·艾斯勒编辑，石油与天然气工程，eeissler@cfemedia.com．

关键概念

• 在为应用程序选择PM电机时，重要的是要了解它需要vfd来操作。
• vfd应该具有电机识别功能，在速度范围内物理运行电机，并测量速度曲线上的关键点。

考虑一下这个

在选择VFD时，根据马力而不是电流做出决定。

在线额外

-请参阅下面关于变频驱动器(vfd)的相关故事。

您是否具有本内容中提到的主题的经验和专业知识?你应该考虑为我们的CFE媒体编辑团队做出贡献，并获得你和你的公司应得的认可。点击在这里开始这个过程。