一图认识变频器 | 基础知识全汇总

剑指工控 星期一, 06/06/2022 - 11:25 发表

前 言：

变频器（VFD）是通过改变供给到电动机的频率和电压驱动电动机马达的控制器。VFD的其他名称是变速驱动器，可调速驱动器，变频器，交流变频器，微驱动器和逆变器。

图片

 

与传统的电机驱动器相比，VFD具有更大的功能和操作能力。除了可调速度控制外，变频器还提供相保护，欠压保护和过压保护。

1、减少能源消耗和能源成本

如果您的应用不需要全速运行，那么您可以通过变频驱动控制电机来降低能源成本，这是变频驱动的一个优点。VFD允许您将电动设备的速度与负载要求相匹配。没有其他交流电动机控制方法可以让您实现这一点。

电动马达系统占当今行业功耗的65％以上。通过安装或升级VFD优化电机控制系统可将设备能耗降低多达70％。此外，VFD的使用提高了产品质量，并降低了生产成本。结合能源效率税收优惠和公用事业回扣，VFD装置的投资回报可能只有6个月。

2、通过更严格的过程控制提高生产率

通过以最有效的速度为您的应用操作电机，减少错误发生的几率，从而提高生产水平，从而为贵公司带来更高的收入。在传送带和传送带上，您可以在启动时消除混乱，从而实现高速传送。

3、延长设备使用寿命并减少维护

您的设备将持续更长时间，并且由VFD控制时的维护时间更短，从而确保最佳的电机应用速度。由于变频器对电机的频率和电压进行了最佳控制，变频器将为您的电机提供更好的保护，例如电热过载，相位保护，欠压，过压等。当您使用变频器启动负载时，不会使电机或被驱动的负载受到启动线上的“瞬间冲击”，但可以平稳启动，从而消除皮带，齿轮和轴承的磨损。因为我们可以有平稳的加速和减速循环，所以它也是减少和/或消除水锤的极好方法。

 

图片

为了让变频器达到更好的使用效果则了解变频器（VFD）的工作原理就非常有必要了。

 

图片

图片

 

图片

 

止回阀只允许一个方向流动，比如我们的二极管有电流流动（方向由二极管符号上的箭头表示）。

电流按二极管图上箭头的方向通过二极管，即电流从阳极流向阴极，如下图所示：

图片

 

只有当阳极电压大于阴极电压时，才会有电流。

因此，当我们将三相交流电连接到转换器时：

– 当 A 相电压大于 B 相或 C 相电压时，该二极管打开，允许电流流动，

– 当 B 相大于 A 相时，B 相二极管打开，而 A 相二极管关闭，

图片

 

– 对于 C 以及总线负侧的三个二极管也是如此。

图片

 

这会在每个二极管打开和关闭时产生六个电流脉冲 。生成的波形将如下所示：

图片

 

图片

图片

 

因此，我们有一个预充电电路。预充电是一种限流电路，可在上电期间减慢总线电容器的充电速率。

此处显示的预充电电路由以下部分组成：

– 接触器，

– 一个电阻器，

– 恒温器。

图片

 

当我们为 VFD 通电，而电容器组尚未充电时，电容器开始通过电阻器充电——一旦 VFD 控制器确定直流链路已充满电，它将关闭触点，成为电阻最小的路径为电流。

图片

  

在接触器未闭合，而变频器仍在启动电机的情况下，流过电阻的电流会增加，导致预充电电阻过热。然后恒温器将起作用，并且由于过热它会解除 VFD。

图片

 

现在让我们回到直流总线——它的电阻器功能是分压，它会保证所有电容器具有相同的电压。

图片

 

IGBT

最后，我们有IGBT，这是驱动输出的最后一步：直流到交流转换器和我们的 PWM 输出。

图片

  

我们知道，最后一步会将直流电转换为交流电，作为脉冲宽度调制输出。

如果不了解脉冲宽度调制 (PWM) 是什么，就不可能谈论 VFD 和绝缘栅双极晶体管，也称为 IGBT。

模拟输入信号可以通过生成可变宽度脉冲来表示其幅度来进行调制。简而言之，PWM 是一种通过数字输出控制模拟信号的方法。

图片

   

要了解 IGBT 在 VFD 中的功能，了解 IGBT 如何单独工作非常重要。

 

IGBT是如何工作的？

在最简单的层面上，绝缘栅双极晶体管 (IGBT) 是一种开关，用于在打开时允许功率流动并在关闭时停止。

图片

  

然而，重要的是要注意，它们具有每秒打开和关闭数千次的能力！

IGBT 是一种固态器件，这意味着它没有移动部件。

它不是打开和关闭物理连接，而是通过向称为栅极的半导体组件施加电压来操作，该组件会改变其属性以创建或阻止电气路径。

让我们仔细看看典型的 IGBT：端子（引脚）代表栅极、集电极和发射极。

图片

  

电流沿着由集电极和发射极组成的电导路径流动，而栅极控制器件。

这是它的电气绘图表示。

图片

 

IGBT 的行为类似于开关。正如这个词本身所暗示的，

– 当施加正电压时，门将关闭（打开），允许电流在集电极和发射极之间流动；

– 如果没有施加足够的电压，栅极保持关闭（关闭），不允许任何电流在集电极和发射极之间流动。

为防止设备关闭，此电压在此关闭状态下保持为负。

 

脉宽调制信号

现在我们已经了解了我们的 IGBT 是如何工作的，让我们回到 IGBT 在 VFD 中的应用，让我们将我们的 IGBT 表示为接触开关，以便更简单地理解。

图片

 

顶部 IGBT（在我们的表示中是开关）位于正直流母线中，下部位于负直流母线中，因此当顶部开关之一闭合时，电机相位和电压变为正值。

另一方面，当下部开关之一闭合时，电机相位和电压变为负值。

图片

  

因此，通过控制这些开关打开和关闭的速度和顺序，我们可以控制信号的相位和频率：零、负或正。

图片

 

需要注意的是，VFD 的输出信号是 PWM 信号，结果是矩形波形。

该波在 VFD 的运行中至关重要，因为正是这种可变的电压和频率使 VFD 能够控制电机的速度。

图片

  

VFD控制处理器程序

VFD 的控制处理器包含一个通常用户无法访问的程序，但是，有许多参数和设置可以调整和调整，以便为每个应用程序优化 VFD 操作，以满足特定的电机和驱动设备规格和需求。

以下是 VFD 中常见的可调参数和设置：

– 可调：比例、积分、微分 (PID)

– 最小和最大速度

- 限流，等等！

参数的数量根据 VFD 的复杂程度而有所不同。它们的范围可以从 50 到 200 多个参数！

可以对其进行配置和微调以生成斜坡、频率和电压，以便电机根据负载要求（所需的速度和电压）运行。

图片

 

变频驱动器的一个重要特点是，随着给定应用中电机速度要求的变化，驱动器可以简单地提高或降低电机的速度以满足新的运行要求，否则仅使用机械装置是不可能的。减速器，或晶体管系统添加更多的极。

 

变频器应用

VFD 的使用广泛用于许多工业和商业应用。

– 在工业应用中，VFD 用于控制挤出机、电动起重机、过山车和机械公牛，其间有很多！

图片

  

– 在商业应用中，VFD 广泛用于泵中以控制水箱中的流量甚至容积，以及 HVAC 行业，被认为是绿色技术。

图片

  

最终，VFD 会改变提供给交流电机的频率以控制其速度；允许平稳启动，并根据应用需要调整电机速度。

 

总 结

 

变频驱动器通过改变其电源的频率和电压来实现精确的电机速度控制。

变频驱动器是用于数字应用的电机控制器设备，从小型电器到大型压缩机，等等！

VFD 的主要功能是通过改变电源电压和频率来驱动和控制电机速度和转矩以满足应用要求。

 

VFD 控制器内部有多个阶段：

  • 驱动输入阶段是交流电被馈入逆变器时。

  • 对于管家，电流互感器测量和比较进入和离开 VFD 的电流，检查接地故障；此外，使用预充电电路可防止初始浪涌损坏。

  • 在驱动和驱动输出阶段，交流电然后通过六脉冲整流器或转换器转换为直流电。

  • 该直流电在直流总线中得到缓冲和过滤，其电阻器的功能是分压并保证所有电容器具有相同的电压。

  • 现在过滤的直流电可以通过IGBT再次转换为交流电，其作用类似于开关，允许以脉宽调制输出的形式控制信号的相位和频率。

  • 最后，在电机和传动系统阶段，此脉冲宽度调制输出允许控制电机的速度，从而控制其机械输出。

 

VFD 已经发生了巨大的变化。它们已经发展成为微处理器控制器形式的高度复杂的高频功率器件。

图片

Tags: 
变频器 |