En frekvensomformare (VFD), även känd som en frekvensomformare, frekvensomriktare, växelriktare eller växelströmsdrift, är en typ av motorstyrenhet som driver en elmotor genom att variera frekvensen och spänningen som tillförs elmotorn. Som VFD-leverantör får jag ofta frågan om hur en VFD påverkar motorns vridmoment. I det här blogginlägget kommer jag att fördjupa mig i förhållandet mellan VFD:er och motormoment, och utforska principerna, faktorerna och de praktiska konsekvenserna.
Förstå motorvridmoment
Innan vi diskuterar hur en VFD påverkar motorns vridmoment är det viktigt att förstå vad motorns vridmoment är. Vridmoment är den rotationskraft som produceras av motorn, som är ansvarig för att driva lasten. Det mäts i Newton - meter (N·m) eller fot - pund (ft - lb). Mängden vridmoment en motor kan producera beror på flera faktorer, inklusive motorns design, den applicerade spänningen och frekvensen av strömförsörjningen.
I en vanlig AC-motor är vridmoment-varvtalskarakteristiken relativt fast. Vid låga hastigheter kan motorn producera högt vridmoment, vilket är användbart för att starta tunga belastningar. När hastigheten ökar minskar vanligtvis vridmomentet. Denna karakteristik bestäms av motorns magnetfält och interaktionen mellan statorn och rotorn.
Hur VFD fungerar
En VFD fungerar genom att omvandla den inkommande växelström till likström genom en likriktare. Sedan omvandlar en växelriktarsektion tillbaka likströmmen till växelström med variabel frekvens och spänning. Genom att justera frekvensen och spänningen kan VFD styra motorns hastighet och vridmoment.
Grundprincipen bakom en VFD är förhållandet V/f (spänning till frekvens). I en AC-motor är det magnetiska flödet i motorn proportionellt mot V/f-förhållandet. För att upprätthålla ett konstant magnetiskt flöde (och därmed en konstant vridmomentproducerande förmåga) måste spänningen justeras i proportion till frekvensen. Till exempel, om frekvensen reduceras till hälften av den nominella frekvensen, bör spänningen också reduceras till hälften för att hålla V/f-förhållandet konstant.
Effekter av VFD på motorns vridmoment
Konstant vridmomentdrift
I många applikationer, såsom transportörer, deplacementpumpar och hissar, krävs ett konstant vridmoment över ett brett hastighetsområde. En VFD kan uppnå konstant vridmoment genom att upprätthålla ett konstant V/f-förhållande. När frekvensen sänks minskas även spänningen proportionellt, vilket säkerställer att det magnetiska flödet i motorn förblir konstant. Som ett resultat kan motorn producera samma mängd vridmoment vid lägre hastigheter som den gör vid nominell hastighet.
Till exempel, om en motor är klassad för 100 N·m vridmoment vid 1500 RPM och 50 Hz, när VFD minskar frekvensen till 25 Hz, halveras också spänningen. Motorn kan fortfarande producera 100 N·m vridmoment vid 750 rpm, vilket gör att den kan driva lasten effektivt vid en lägre hastighet. Denna drift med konstant vridmoment är avgörande för applikationer där belastningen kräver en konstant mängd kraft oavsett hastighet.
Variabel vridmomentdrift
Vissa applikationer, som centrifugalpumpar och fläktar, har ett variabelt vridmomentkrav. Det vridmoment som krävs av dessa belastningar är proportionellt mot kvadraten på hastigheten. En VFD kan optimera energiförbrukningen i dessa applikationer genom att justera spänningen och frekvensen efter lastens vridmomentkrav.
När hastigheten på en centrifugalpump eller fläkt minskar, minskar det vridmoment som krävs av belastningen avsevärt. En VFD kan minska spänningen och frekvensen mer aggressivt än i applikationer med konstant vridmoment, vilket sparar energi. Till exempel, om hastigheten för en fläkt reduceras till hälften av dess nominella hastighet, reduceras det vridmoment som fläkten kräver till en fjärdedel av det nominella vridmomentet. VFD kan justera spänningen och frekvensen därefter, vilket resulterar i avsevärda energibesparingar.
Hög - vridmoment start
En av de betydande fördelarna med att använda en VFD är dess förmåga att ge start med högt vridmoment. Vid en direkt-on-line (DOL) start av en växelströmsmotor drar motorn en stor startström, vilket kan orsaka spänningsfall i strömförsörjningen och mekanisk påfrestning på motorn och belastningen. En VFD, å andra sidan, kan gradvis öka frekvensen och spänningen, vilket gör att motorn kan starta smidigt med högt vridmoment.
VFD kan styra accelerationshastigheten, vilket säkerställer att motorn når önskad hastighet utan att överbelasta systemet. Detta är särskilt användbart för applikationer med tung startbelastning, såsom krossar och blandare. Genom att ge start med högt vridmoment kan VFD förlänga motorns livslängd och minska underhållskostnaderna.
Faktorer som påverkar vridmomentet - VFD-relationen
Motordesign
Utformningen av motorn spelar en avgörande roll för hur den reagerar på en VFD. Olika typer av motorer, såsom induktionsmotorer och permanentmagnet synkronmotorer, har olika vridmoment - hastighetsegenskaper. Induktionsmotorer används ofta med VFD på grund av deras robusthet och relativt låga kostnad. De kan dock ha vissa begränsningar när det gäller höghastighetsdrift och effektivitet jämfört med permanentmagnet synkronmotorer.
Motorns lindningskonfiguration, antal poler och rotordesign kan också påverka vridmomentproduktionen vid användning av en VFD. Till exempel kommer en motor med ett högre antal poler att ha en lägre synkronhastighet och kan kräva olika V/f-inställningar för att uppnå optimal vridmomentprestanda.
VFD-inställningar
Inställningarna för VFD, såsom accelerations- och retardationstider, vridmomentgräns och V/f-kurva, kan påverka motorns vridmoment avsevärt. Accelerations- och retardationstiderna avgör hur snabbt motorn når önskad hastighet. Om accelerationstiden är för kort kan det hända att motorn inte kan producera tillräckligt med vridmoment för att accelerera belastningen, vilket resulterar i överströmsutlösningar.
Vridmomentgränsinställningen tillåter användaren att begränsa det maximala vridmoment som motorn kan producera. Detta är användbart för att skydda motorn och belastningen från skador. V/f-kurvans inställning kan justeras för att optimera vridmoment-varvtalskarakteristiken för olika applikationer. Vissa VFD:er erbjuder flera V/f-kurvor, såsom linjära, kvadratiska och anpassade kurvor, för att möta de specifika kraven för lasten.
Lastegenskaper
Lastens egenskaper, såsom tröghet, friktion och typ av last (konstant vridmoment eller variabelt vridmoment), påverkar också förhållandet vridmoment - VFD. En last med hög tröghet kräver mer vridmoment för att accelerera och bromsa. VFD:n måste vara rätt dimensionerad och konfigurerad för att klara de höga vridmomentkraven under dessa övergående perioder.
Friktion i lasten kan också påverka det vridmoment som behövs för att driva lasten. Om det finns överdriven friktion kan motorn kräva mer vridmoment för att övervinna det. Att förstå belastningsegenskaperna är viktigt för att välja rätt VFD och ställa in lämpliga parametrar för att säkerställa optimal vridmomentprestanda.
Praktiska konsekvenser för VFD-val och tillämpning
När du väljer en VFD för en specifik tillämpning är det avgörande att beakta lastens vridmomentkrav. För tillämpningar med konstant vridmoment behövs en VFD som kan bibehålla ett konstant V/f-förhållande över ett brett varvtalsområde.22KW VFDär ett utmärkt alternativ för många applikationer med konstant vridmoment med ett effektbehov runt 22 KW.
För tillämpningar med variabelt vridmoment föredras en VFD med avancerade energibesparande funktioner och möjligheten att justera V/f-förhållandet enligt lastens vridmomentkrav.VFD för motorererbjuder en rad VFD:er som är lämpliga för olika motortillämpningar, inklusive de med variabel vridmomentbelastning.
Dessutom bör VFD vara rätt dimensionerad för att hantera motorns märkström och toppvridmomentkraven under start- och transientperioder. Överdimensionering eller underdimensionering av VFD kan leda till dålig prestanda, ökad energiförbrukning och potentiell skada på motorn och VFD.
Slutsats
Som VFD-leverantör förstår jag vikten av hur en VFD påverkar motorns vridmoment. En VFD kan ge konstant vridmomentdrift för applikationer som kräver en konsekvent mängd kraft, variabel vridmomentdrift för energieffektiv drift i applikationer med variabla vridmomentbelastningar och högt vridmomentstart för applikationer med tung belastning.
Genom att förstå principerna för VFD-drift, faktorerna som påverkar förhållandet mellan vridmoment och VFD och de praktiska konsekvenserna för VFD-val och tillämpning, kan användare fatta välgrundade beslut när de väljer en VFD för sina motorsystem. Om du letar efter en pålitlig VFD-lösning för din motorapplikation, oavsett om det är en22KW VFD, aVFD för motorer, eller enInverter Drive, kontakta oss gärna för mer information och för att diskutera dina specifika krav. Vi är redo att hjälpa dig att hitta den perfekta VFD för dina behov.
Referenser
- Boldea, I. & Nasar, SA (1999). Elektriska enheter: en introduktion. CRC Tryck.
- Fitzgerald, AE, Kingsley, C., Jr., & Umans, SD (2003). Elektriska maskiner. McGraw - Hill.
- Krause, PC, Wasynczuk, O., & Sudhoff, SD (2002). Analys av elektriska maskiner och drivsystem. Wiley - Interscience.