什么时候vfd是必不可少的?

学习目标

• 了解各种变频驱动技术前辈们可用。
• 我确定设计和安装变频器时的关注点，并提供缓解技术。
• 知道了基于区域分类和应用的电机选择标准。

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泵荷兰国际集团(ing)系统是广泛使用的荷兰国际集团(ing)ydF4y2Ba各种过程贯穿始终水污水处理设施。最值得注意的是，泵送系统用于转移水对客户和在设施内。它们也被用来为了勇气和勇气污泥删除和喂养/剂量化学物质进入一个过程。

有市场上有许多类型的泵。E每个泵送系统将由三个基本项目:泵、电机和控制器。控制器，比如across- - - - - -的- - - - - -起动器和减速器- - - - - -电压软起动器年代使用在应用程序中不需要精确控制。在这些应用中，泵被要求全速运行，然后关闭。

变频驱动越来越受欢迎在哪里需要精确控制，例如维持流量速率，压力，剂量等。然而，这是年代是有代价的。

变量频率驱动器

vfd都有很多名字:变速传动、调速驱动、变频驱动;交流电开车,微硬碟机、逆变器等。他们习惯了控制一个电动机根据系统需要增加或减少电机的转速或者把马达推到一个保持一定的速度。

为此，变频器将交流电转换为电能直流电权力，然后开关打开/关闭直流电源来控制电机。使用变频器的优点包括节能年代、速度控制和电机起动电流减小。

vfd由整流器组成桥、直流母线和一个逆变器部分(见数字2）。的二极管整流桥转换t交流电源转直流电源。电感-电容滤波器平滑直流母线上的直流电源。一种预充电电路制造技术，由电阻器和绕过接触器，允许直流总线电容器充电缓慢，防止损坏和/或失败到电容器当电源最初应用于变频器时。的逆变器部分打开和关闭开关绝缘栅双极晶体管将直流母线转换为模拟的，脉宽调制， sinwave。

的后中欧Ology用于变频史:

• 6 - 12岁和18岁pulsed当。
• 活跃的front- endd当。
• 矩阵d当。

6 - 12岁和18岁pulsed当

最简单的VFD我们由六个整流器组成的三相全波二极管桥。这种配置中的vfd称为6脉冲驱动器。每个电桥的电流不是均匀的，所以当电源不完全平衡时，驱动器会产生更多的谐波。

减少谐波，6脉冲变频器可以转换为12脉冲或18脉冲驱动器。一个12脉冲变频器由两个并联的6脉冲整流器组成，为直流总线供电，一个18脉冲驱动器有三个6脉冲整流器。

12脉冲和18脉冲整流器连接到一个变压器，引起a20.度整流信号和附加整流器之间的相移有效地降低了谐波。由于增加了额外的整流器和移相变压器，12脉冲和18脉冲驱动器增加了变频器的成本和尺寸。

活跃的front- endd当

AFE驱动器设计有两个逆变器部分：有源整流器和逆变器/控制器。有源整流器打开和关闭驱动前端的igbt，使其从电网中获得接近正弦的电流。实际上，AFE通过主动过滤变频器在任何给定时刻产生的谐波，为驱动器提供了完美平衡的电源。通过开关IGBT在活动过滤器中，驱动器创建取消谐波有效地消除了那些由标准的6脉冲驱动。这将谐波降低到指定的水平，而不考虑输入电压的典型不平衡。电感电容- - - - - -类型过滤器在大多数应用程序中使用tO减少高频电流谐波。

一个安全的- - - - - -驱动类型可以退货吗?能量返回到公用电源或电机，而不增加额外的设备，如制动电阻。当一个负载力a电机转机械移动比设定值快，或者向相反方向旋转马达起发电机的作用。这意味着，而不是从公用事业电源，它会把过多的能量传回变频。除非VFD配备制动电阻，否则驱动器将看到多余的功率作为不利条件并关闭以保护自己免受故障。

矩阵d当

的米atrix开车，由日本安川电气,是一个新型变频器设计在市场上。黑客帝国驱动采用主动前端技术。我t是交流对交流驱动吗而是一个交流到直流的驱动器。该技术取消了直流母线(见数字5）和直接从交流输入产生变频交流输出。

通过移除直流总线和替换它与9个双向igbt非线性输入电流绘制将被淘汰有效地消除谐波并降低共模噪声。The矩阵的设计启用年代regenerat我权力被引导回到供给处或类似于AFE驱动器的电机无需额外设备。在需要长时间全速运行的应用中，Matrix可以关闭适当的igbt，在电机的输入和输出之间提供直接连接，而无需使用a绕过接触器。

T这里有一个几应用程序特定的需要考虑的项目之前安装矩阵型驱动器：

• 如果存在输入电压干扰，igbt更容易损坏和失效，哪一个可能会减少故障间隔时间。
• 输出电压限制为约90％输入电压。马达需要固定的功率才能运转。这鲍威R与欧姆定律有关。如果电压降低，电流将增加，以满足电机的功率要求。当增加的电流高于铭牌电流时，电机将产生过多的热量。久而久之，加热过度原因恶化电机绝缘哪一个缩短电机的寿命和可能会导致过早的失败。
• 矩阵驱动器没有DC我njectionb斜。该特性允许在交流电压断开后将直流电压注入交流电机的绕组，为转子提供制动力。无直流b我们没有DC我njectionb斜。在风机应用时采用风机是反向移动的之前启动VFD时，矩阵驱动器无法停止风扇之前加大。

安装的考虑年代

在安装或更换变频器时需要考虑多个项目：谐波缓解、反映艾德波电机和电缆的保护，减缓电磁干扰/噪音和温度增加。

谐波- - - - - -谐波是一个主要的问题考虑vfd。每IEEE标准519 - 2014:电力系统谐波控制的推荐规程和要求，谐波是由非线性负载改变系统的正弦特性而产生的交流电源电流(以及因此产生的电流)交流电压降)，从而导致交流电力系统中谐波电流的流动。这些谐波电流通过公用电源传输，并导致电压谐波被提供给其他用户。典型的变频谐波失真基于SKM权力工具模块年代进行了说明荷兰国际集团(ing)ydF4y2Ba表1。

为了减轻谐波，现有的变频器被指定为18脉冲驱动器和线路电抗器。18脉冲驱动器已被证明将谐波降至IEEE 519以下-2014年水平。然而，在过去的几年中，驱动技术和滤波器设计的进步已被证明在减少IEEE谐波方面同样有效519 - 2014驱动器低于100的级别马力占地面积更小，成本更低。对于大于100的驱动器马力18脉冲驱动器仍然是一种选择，但正在慢慢被AFE和矩阵驱动器所取代。

有效的谐波缓解技术包括:

• 安装3.％或5%行反应堆。线路反应堆电感器是否增加了阻力性质在输入电源和变频器之间。额外的阻抗有助于保护驱动器免受输入电源中断和也降低源和上游设备看到的谐波水平。每Transcoil能得到n艾尔，行和l外形尺寸reactorb亚瑟士，如果反应器被指定为两者之一3%或5%，这意味着反应堆将投射出一个3％或5%当流过它的电流为VFD的额定电流时的阻抗。线路电抗器已经将谐波水平降低到IEEE 519-2014的水平。
• 本月12脉冲或更高的驱动器。
• 安装无源/调谐滤波器(反应堆)和电容器)；减少年代功率因数和可能引起共振。
• 安装有源过滤器,这由于功率因数降低，必须过大。
• 安装AFE或矩阵驱动。

反映了w鸟纲- - - - - -反映艾德波年代，如果不减轻，会对电机和电机引线造成损坏。反射波是由驱动的逆变器部分的igbt开关引起的。有了新技术，igbt可以在不到一微秒的时间内打开/关闭向上20赫兹。开关使脉冲沿电机引线传输。由于阻抗不匹配，这个脉冲可以反射到驱动器。

由于更高的切换速率和较长的电缆运行，反射波在下一个脉冲之前就完全衰减了。结果，反射波遇到入射波，它们的值加起来产生更高的峰值电压，范围从1000来2000年伏在电机终端。这些反射波和峰值电压尖峰对电缆绝缘造成压力，电机绝缘和电机绕组和轴承增加荷兰国际集团(ing)的生活跨度设备的。对于额定为208/240的变频器，通常不需要考虑反射波伏交流。

为了保护电机和电缆，大多数现有的变频器都配备了负载电抗器。此外，电机被指定为逆变器工作。T逆变电机的绝缘系统应设计成能承受电机额定线对线电压的3.1倍。这相当于额定电压为460的电动机端子处峰值电压上限为1426伏伏。

其他缓解技术包括:

• 使用inverter-duty电动机年代。
• 安装电机引线长度根据制造商建议。
• 安装反应堆(通常保护到500华氏度左右eet)在逆变器输出端如果电机引线长度超过制造商建议。
• 安装电压对时间的导数（dv / dt）过滤器在逆变器输出(通常保护到约2，华氏000度eet)。
• 逆变器输出处的正弦滤波器(不受距离限制)。
• 电机缓冲电路(不限制距离)。

电米agnetic我nterference- - - - - -当很多驱动器是安装在一个区域，有一种可能性的电磁干扰或共模电流。这些不需要的电信号，大多被称为噪声，被引入控制系统并在系统中产生不需要的影响。它们会导致通信错误，降低设备性能和设备故障或非操作。受电磁干扰影响的设备包括我们es 4来20.毫安级电流回路如超声波传感器，称重和温度传感器，接近或光电传感器和电脑。

通信设备，如可编程逻辑控制通信链路包括RS-232, RS-484，r夸张地表现感情输入/输出，datah南侧p逻辑单元,年代可以乘公共汽车和devicen等也会受到影响。

缓解技术包括:

• 正确安装- - - - - -阻抗接地系统。
• 安装输入输出屏蔽VFD电缆。
• 安装共模扼流圈。
• EMIfilters。

反应器和过滤器的设计应由驱动器制造商推荐因为低损耗反应堆可能产生共鸣的电压。

温度- - - - - -vfd可以产生相当多的热量。这发生在打开/关闭igbt。开关频率，范围为2赫兹到20千赫兹或更高是驱动器用来控制电机的。开关频率越高，产生的热量就越多。开关频率可以改变，以帮助降低温度在驱动器。然而，调整变频器切换频率是有代价的。

调整后的结果如下切换频率一个T更高频率：

• 电机发出的可听噪音较低。一个人的典型听觉范围是20到20，000赫兹。脉宽调制生产年代电机定子中的谐波电流。这些电流产生的磁场会引起电机定子机械部分的振动，从而产生高电压- - - - - -球场艾德从马达发出的声音在人类能听到的范围内。高- - - - - -球场艾德噪声是直接相关的切换频率；越高切换频率，音调越高。增加了切换频率最终会导致频率的变化高- - - - - -球场艾德声音要高于大多数人的敏感阈值，也就是在2000到5之间，000赫兹。
• 增加内部加热变频器内部。增加开关频率会增加igbt的通断速率。这会导致热损失西文必须从驱动器中消散。
• 低次谐波。
• 由于谐波较低，电机发热减少。谐波电流以更高的频率运行，导致电机感应加热。通过减少不断增加的谐波电流，减少了感应加热。谐波电流与开关频率之间存在间接关系。的更高的开关频率，越低谐波电流。BY增加开关，可以减少电机的感应加热d。
• d撕开需要一个更大的散热器，这会增加驱动器的大小

在较低的频率，情况正好相反。

当设备产生年代热，这种热能必须从设备中移除，以防止过热，这会导致内部电子设备故障。一些热量通过散热器散发出去。安装在驱动器内部的风扇用于通过外壳中的通风口将热量从驱动器中排出。在正常运作情况下，散热系统会排出热量，因此必须提供适当的通风/冷却系统，以减少热量对散热系统使用寿命的影响。

汽车

逆变占空式电动机(见数字6）,满足全国电气制造商协会毫克1:第31部分和适用于变频应用程序。这些汽车可承受电压应力，如反射波，并确保在预期的20年使用寿命内可靠运行。

Inverter-duty电动机s受到PWM造成的影响，包括电机损耗增加，低速时通风不足，电机绕组上介电应力增加，磁噪声和轴电流。当使用变频器控制电机时，主要关注的是反射波。Reflected波vfd产生峰值电压1000元来2，000伏这是可以看到的在电机终端。如前所述，E反射波峰值电压尖峰应力电缆绝缘和电机绝缘，绕组和轴承有效地缩短了设备的寿命。

为确保电机可靠运行，NEMA1毫克:电机和发电机提供两个p艺术规定与变频器配套使用的电机的制造标准。在部分30.2.2.8，绝缘:电机的绝缘是必需的能够承受峰值电压为1，000伏。该标准指出，只要达到峰值电压是少于1000人伏上升时间大于2微其次，使用寿命不会有明显的降低。然而，作为新技术一直介绍d进入市场，部分31添加了需要460分伏特电机额定承受到1;600伏在上升的时候0。1微秒。

当vfd,inverter-duty电动机s是安装并按制造商要求操作，使用寿命不应显著缩短当电机端子处的峰值电压有效地减轻。在哪里的安装需要安装电机的距离大于制造商推荐的最大距离，请考虑安装dV/dT滤波器或负载电抗器减少峰值电压尖峰。

一般- purpose与我nverter- duty米otor

的inverter-duty电动机与标准感应电动机相比，S具有以下特点:

• Inverter-duty电动机s是NEMA P高级效率类型马达。
• 电机绕组我们ev真空浸渍技术消除空气由于温度升高而形成的口袋。
• 该绝缘材料适用于较高的温度等级。通常情况下,inverter-duty电动机年代绝缘c小姑娘大于额定温度的155°C)。

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