电机和驱动器:有效的电机管理技巧和工具，第4部分

迈克尔·莱达，马达和驱动工程师先进能源公司在这份2020年12月的文字记录中，他解释了高效运动管理的技巧和工具。第四部分主要介绍变频驱动器(vfd)。为清晰起见，本文略作了编辑。

变频驱动的技巧和建议

现在我们进入第四个也是最后一个主题，变频驱动器。本内容包括VFD基础知识，识别添加VFD的潜在应用程序，以及涉及VFD的一些应用程序问题。

vfd有很多名字。这里我列出了一些:变速驱动器，变频驱动器，逆变器，只是驱动器。

VFD是一种用来调节电动机速度的装置。电网电源可以连接到变频器的输入端子，然后变频器的输出端子将连接到电机。VFD可以作为一种介质，通过改变电机端子上看到的频率和电压来控制电机速度和转矩。

旧的速度控制方法之前，这里列出的vfd包括双速机器，齿轮箱，滑轮，皮带，软启动，挡板。

vfd的优点是什么?

• 速度控制。马达的启动和停止都很容易。电机端子处无涌流，意味着对电机绕组的压力较小。
• 改进了精确应用的过程控制，特别是当您在VFD包中添加编码器反馈时。
• 高质量的VFD在所有电机负载下都具有高功率因数，因为电容器和VFD抵消了电机的电感。

使用vfd的一些缺点是额外的资本投资。你可能得向老板要更多的钱。以我的经验，事情并不总是顺利的。

vfd也增加谐波失真到您的系统由于他们的电容性。如果VFD没有正确编程或大小，您可能会在应用程序中遇到麻烦。最后，变频器可能会缩短电机寿命。

VFD接收三相交流电源，将其转换为直流，然后通过脉宽调制或PWM信号的形式转换回交流。它前端有一个AC - DC整流器，后端有一个DC-AC逆变器，在两者之间有一个直流母线。vfd利用igbt实现快速切换能力。

当你走进一个设施，你可能会听到一些高音可听到的噪音，如果vfd正在使用。这被称为开关频率或载波频率，对于工业应用中的标准商用vfd来说，通常是2到20千赫兹。并不是所有的vfd都是这样设计的，只是简单的。

哪些应用程序可以使用vfd ?离心负荷，如泵，风扇和鼓风机，节流流程和可变流程。新型空气压缩机是VFD的热门应用。任何锅炉或冷水机组给水泵都是很好的机会。当然，场馆各处的球迷都是很好的机会。

如果您的工作时间较长，那么您就有更多的时间来节省能源并抵消VFD本身的成本。目标更大的电机更快的回报，以抵消最初的成本。一旦你确定了潜在的汽车申请人，再深入挖掘一下，以确定进行更深入分析的最佳候选人。

如果你对你的工厂做了我们所说的机动调查，你会捕捉到很多这方面的信息。查看估计的，或者更好的，准确的运行小时数。我们建议查看所有年使用时间超过6000小时的离心负荷。

接下来，我们将看看三个不同的应用程序，并比较添加VFD的有效性。首先我们来看一个糟糕的VFD候选程序，一个非常高负载的应用程序。

你可能会问，为什么我们不应该在高负载的应用程序中添加vfd呢?变频器本身确实会消耗一些能量。如果你把VFD放在电机上，电机接近满负荷运行，你会给电路增加不必要的功率，实际上会提高用电量。在这里添加VFD没有意义。

第二个例子，我们看到一个中等负载的应用程序。大部分的运行时间是在60% ~ 70%负荷左右。这提供了一个很好的机会来减缓电机和捕获一些基于亲和定律的能源节约。

最后，在我们的第三个例子中，我们在应用程序中有一个中等到低的负载，甚至有些负载低于50%，但总的运行时间仍然很高。这是一个很好的候选人，增加变频器，并提供了一个巨大的机会，显著节省能源。

最后几张幻灯片是关于vfd的。有一些缺点。我想花几分钟讨论一下这些问题，以及如何缓解这些问题。一些众所周知的应用问题包括反射波，我们将在一分钟内深入讨论，以及轴承效应，包括凹槽，油脂发黑和潜在的增加电机故障。

这是怎么发生的?好吧，电机轴承通常会呈现来自VFD的高电压的最小阻力路径，然后在电机轴上感应。电压将达到一个水平，以克服润滑脂层和轴承，然后轴电流将放电。这叫做凹槽。

下一张幻灯片中有一些润滑脂分解和轴承凹槽的图片。如果我们进行的是面对面的培训，我们可以在团队中传递一些实际的例子。

由于VFD发送给电机的脉冲宽度调制信号，电机终端实际上可能会看到机器额定电压的三到四倍的峰值电压。更高质量的vfd找到了缓解这一问题的方法，但并不是所有的方法。当VFD和电机之间有很长的引线时，这个问题变得特别严重，这在工业设施中非常常见。

你可能在工厂的一端有一个控制室，vfd被安置在那里，为整个设施的电机提供动力。这对电机绕组来说不是好消息。

我们如何缓解这些问题?轴承问题可以通过使用绝缘轴承来解决。你也可以考虑购买轴接地系统或接地刷。这些都是你可以从汽车维修供应商那里得到的东西。

当涉及到绝缘轴承时，这是当你购买电机或当你修理它时向你的经销商提出的要求。

我们如何减轻谐波和反射波问题?一种方法很简单，在变频器和电机之间使用较短的电缆。但这并不总是可能的。您也可以购买可选的线路电抗器或负载电抗器与您的VFD。

也有滤波器，基本上增加电感系统。增加滤波器和电抗器可以将谐波失真降低到更合理的水平，但你需要权衡利弊。

总而言之，变频器可用于速度控制、过程控制、消除电机的高涌流、在所有负载下保持高功率因数并增加节能潜力。

然而，一些缺点包括额外的资本投资，增加系统的谐波，由于不正确的编程可能引起的麻烦跳闸，甚至可能减少电机寿命。vfd并不适用于所有应用。在添加VFD之前，仔细筛选您的应用程序。好的。我们的内容到此结束。

今天我们介绍了电机基础知识，电机应用，电机管理和变频驱动器。我在这里列出了一些参考资料。如果你在做马达测试，IEEE标准112非常好，主要用于三相电机，IEEE标准114用于单相电机。一般电机知识和规格，可以使用NEMA MG1。我称它为汽车圣经。

对于电机维修，您可以看到列出的最后一个标准，EASA AR100。这个版本今年有了新的版本。

原始内容可以在设备工程．

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