变频驱动:VFD的基础和常见应用

电动机在我们的日常生活中有多种应用，但需要适量的电能来提供最佳的扭矩和速度。为了控制这些电机，变频装置(VFD)用于将交流电流转换成来自电源的DC电流。在本文中，我们将了解这些设备是如何工作的，以及它们的重要性

 

 

VFD的历史

尼古拉·特斯拉在1887年获得了第一台三相交流电机的专利，这种电机比托马斯·爱迪生的DC电机效率更高，更耐用。然而，控制交流电机的速度是困难的，这导致了DC电机的可靠性。几十年后，才设计出小部件，从而产生了现在的VFD。当时的VFD用于重工业，但随着技术的进步，变得更适用于日常使用。由于控制硬件和微处理器的出现，VFD具有很大的通用性，并减少了电机的压力。

VFD组件和功能

VFD由5个主要组件组成:转换器、DC链接、逆变器、控制逻辑和用户界面。

 

 

转换器

转换器或交流输入整流器有助于将交流电压转换为DC电压。转换器由多个二极管组成，这些二极管相互并联，只允许电流单向流动。流经转换器的电流被循环通过，直到它被转换成粗略的DC电压。

DC链接

DC链路是由滤波电感和电容组成的滤波部分。DC链接的目的是平滑在前面步骤中从整流器电路获得的波动的DC电压。然后，滤波后的输出馈入逆变器的输入端。

换流器

逆变器的目的是将DC链路的输出(即经过滤波的DC电压)转换回交流电。逆变器用于控制输出到电机的可变电压、可变频率。逆变器由成对连接的IGBT开关组成，以控制电流。这通常连接到一个逻辑控制器，允许操作员接口和调整电机的电压。通过用脉宽调制控制电流的路径，可以从DC源产生交流电压。

用户界面

为了实现最佳功率使用或节能，需要一个用户界面来配置VFD。用户界面是连接到VFD的控制面板，允许用户手动输入。从键盘到液晶触摸屏，不一而足。较新的系统提供蓝牙无线控制面板。

控制逻辑

用户定义的设置然后由控制逻辑解释。它是VFD与用户界面和电机上的反馈设备通信所需的软件。该软件通常基于状态图，在完成一项任务之前，从开始到停止遵循一组序列。这使得VFD完全自动化。

为什么VFD很重要，它们有什么好处?

VFD基本上是一个精炼厂，将粗糙的交流电压转换成更稳定的电流。通过将其转化为DC，它可以在作为AC发送出去之前被进一步精炼。发出的电压是方形的，而不是传统的正弦形式，允许电流逐渐输出。VFD的其他一些优势包括:

降低能耗

方便用户

高功率输出

扭矩和速度控制

不需要电机软启动器。

 

 

VFD的应用

VFD在电气和电机控制系统中有广泛的用途。这些系统需要功率调节，以便在不需要时保存功率。

游泳池过滤系统

VFD可用于室内游泳池过滤系统，以提高清洁度。室内游泳池过滤系统中使用的VFD可以根据需要轻松改变水量，从而有助于降低耗电量。游泳池使用的40%的电力需要用来过滤水。使用VFD的泵可以通过将水吸入过滤系统来帮助水循环。

增压泵

商业或大型建筑，如酒店，需要足够高的水压，以达到所有单位，包括浴室和淋浴，使用增压泵。VFD可以更好地替代压力控制阀，因为它们具有更好的节能效果，并消除了维护成本。

暖通空调系统

VFD已经在HVAC系统中使用了几十年。传统上，它们用于容量调节，但近年来，它们也用于风扇和泵的平衡、设备监控以及在高峰负荷条件下减少设备能耗。VFD有助于减少HVAC系统部件的磨损，因为它们启动电机所需的能量更少，从而减少了部件的应力。

VFD和PLC

VFD需要一个允许用户设置电机速度的接口。PLC甚至DCS系统可用于通过自动设置电机运行的驱动速度来远程控制VFD。PLC也可以连接到人机界面，HMI，允许操作员手动设置电机速度。当需要更多电力时，这允许稳定的电压输出。

随着VFD在HVAC和电气行业中的频繁使用和可靠性，电工和PLC技术人员了解和理解VFD的工作原理及其应用将会受益匪浅。