变频驱动（VFD）工作原理
变频驱动（VFD）工作原理
内容：
- 什么是VFD，为什么使用它？
- 变频器如何控制电机速度？
- 变频器的应用
- 变频器的优点
- 变频器工作原理
变频器是一种改变三相网络的频率和电压（输出频率和电压控制）以控制电机速度的电子设备。
什么是VFD，为什么使用它？
什么是VFD：变频器通过调节电机的速度来显着降低功耗，因为电机不是以额定速度运行，也不是全功率运行。在没有变频器的情况下，无论当时系统的负载如何，都可以只使用一种速度和额定功率。这在风扇中的水头或气流的情况下尤其明显。在这种情况下，输出通过带阻尼器的节流来控制，头部由进气叶片控制。
商业和工业建筑中的许多HVAC系统使用单速交流电机来操作风扇。如前所述，风扇的进气气流由叶片或阻尼器控制。另一种控制方法是使用变频器，它将提供电机速度控制，从而消除阻尼器，从而简化系统设计。
这三种方法在 100% 气流负载下提供相同的功耗，但当负载降低时，变频器允许消耗的能量要少得多。在HVAC系统中，当负载降低50%时，测试表明IF使用额定功耗的21%，叶片控制时功耗为65%，使用阻尼器时，功耗为87%。
变频器如何控制电机速度？
使用VFD可以在最大扭矩下改变从零到最大（rpm）范围内的旋转速度，也可以在降低扭矩的同时超过最大允许的旋转速度。VFD通过将输入交流电流转换为直流电来控制输出电流频率，然后对电压进行脉宽调制，以获得具有所需特性的交流电流。
电源电压首先馈送到整流器，在那里它被转换为直流电。然后由电容器平滑并馈送到晶体管转换器。其开路状态下的晶体管具有极低的电阻。它们在特定时间通过电子控制打开和关闭。当相位相对于彼此移动时，会产生类似于三相电压的电压。脉冲呈矩形，但这根本不影响电机的VFD操作。
变频器的应用
市政供水系统中的泵站很好地说明了VFD应用的经济效果。VFD驱动器工作的特点是需要在水管中保持一定的压力，这在功能上与时变的耗水量有关。在使用变频驱动器的控制系统出现之前，压力控制是通过包括变频、驱动泵单元同时运行的数量以及闸阀的位置，即通过节流来进行的。
在某些情况下，对机构轴的角速度进行平滑控制的需求是由技术本身决定的。例如，火力发电厂的锅炉和动力装置的容量是通过燃料供应机构容量的平稳变化来调节的。在SDPP和TPP中，使用煤炭运行，后者在供应到锅炉炉之前，在工厂中被粉碎到粉碎状态。煤粉由DFD（桨式除尘器）送入炉内。传统上，该机构的驱动由速度可调的直流电机执行。使用晶闸管控制单元进行调节。直流电机有几个操作缺点。它们价格昂贵，这些电机的刷子机构会快速磨损，对污垢非常敏感，需要定期调整和清洁。
除了使用直流电机外，无级控制功能还通过机械变化来实现，例如在大型机器驱动器中。机械齿轮箱的使用总是伴随着相当大的损失，并且这种系统的控制范围有限。
使用带有短闭转子的异步电机提供的频率驱动器可以消除直流发动机和机械调节系统的所列缺点。这些机器是最便宜的，结构简单，没有刷子设备，并且可以适应在最恶劣的条件下工作。引入使用变频驱动器的控制系统是一种创新措施，通常很快就会收回成本。
变频驱动器制造商为涉及电动机的应用提供广泛的驱动器。适用于各种负载、泵和风扇的理想解决方案。中档系统用于燃煤发电厂、采矿、磨坊、公用事业等。额定值范围如下：3 kV、3.3 kV、4.16 kV、6 kV、6.6 kV、10 kV 和 11 kV+。
随着变速驱动器的出现，控制最终用户的水压没有问题。具有巧妙脚本结构的界面非常适合控制泵送设备。由于设计紧凑，驱动器可以安装在不同的机柜设计中。新一代产品具有先进技术的特性：
- 矢量模式下的高速和精确控制;
- 显著节能;
- 快速动态特性;
- 低频扭矩大;
- 双制动等
变频器的优点
在优化和潜在利益方面，提供了以下机会：
- 高精度调节过程;
- 远程诊断驱动器;
- 监控营业时间;
- 监控机器故障和老化;
- 延长机器的使用寿命;
- 显著降低电动机的噪音。
变频器工作原理
变频器工作原理基于其频率驱动功能，利用旋转电机的基本特性，通过定子电磁场参数对电压频率的依赖性来表示。因此，感应电机定子电磁场的角速度由下式表示：
● 0 = 2f1/p
f1-电源电压频率，p-定子绕组的极对数。
因此，通过改变电源电压的频率，我们可以平稳地调节定子旋转场的角速度，从而调节电机的转子速度。
整流电压除了恒定分量外，还包含一个变量，该变量具有具有一定幅度的单向脉动形式。由脉动引起的高频分量的存在会损害电子设备的运行，因此频率控制驱动器通常配备此类滤波器。
与负载串联的电感允许电流的直流分量畅通无阻地通过，使其仅具有线圈导线的一个小有源电阻。然而，交流电分量会受到扼流圈的感性电阻的影响。在这种情况下，在电流上升的半周期内，扼流圈会感应出相反方向的电动势。此时磁芯被磁化，即能量被储存。在同一半周期内，滤波电容器充电。在电流衰减的半周期中，存储在扼流圈中的能量被释放，防止其下降，电容器被放电到负载中，也保持电流值。这导致交流分量显著平滑。
逆变器在输出端形成具有可变频率和幅度的交流电压。逆变器电路的基础由电力电子开关组成，其功能由IGBT技术制成的晶体管执行。脉宽调制的VFD原理用于控制按键。控制信号由脉冲相位控制系统产生。执行器调节过程可以通过操作员设置任务手动执行，也可以在自动模式下执行。
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