变频器 2018-11-09 13:32
中国电工网讯:
    VFD是变频驱动器。变频器还可以称为变速驱动器,可调速驱动器,变频器,交流变频器,微驱动器和变频器。它是一种通过控制频率和电压来控制电动机速度的系统。频率与电动机的速度成正比。通过调节频率,可以根据要求或应用改变速度。变频器使过程可靠,输出变量易于控制。变频器有不同的类型,如电压源反转(VSI),电流源反转(CSI),脉冲宽度调制(PWM)。主要是基于PWM的变频器在工业中使用,因为CSI在构造时需要大电感器,而VSI具有较差的功率因数。变频器可延长电机的使用寿命。
 
    变频器在许多应用中用于节省电力。在本文中,解释了可以使用变频器的不同应用。变频器的一个应用是水泥工业。在每个阶段的水泥制造过程中使用VFD。本文讨论了VFD在水泥工业中的需求。变速驱动器在输送机中非常重要,可以控制扭矩和速度。
 
    我们的许多家用电器也使用变频器。在空调系统中,变频器用于节约能源。文章介绍了如何使用变频器节省能源.VFD可用于灌溉系统。可以使用VFD根据要求控制水流量。变频器可实现多流量泵送。变频器适用的应用很多。因为它节省了大量的能源;它也用于许多行业。
 
    变频器的工作原理:
 
    变频器将输入的50Hz电源转换为DC,然后转换为可变电压,可变频率输出。在[1]中提到了变频驱动器的框图。
 
    图1变频器方框图
    图1显示了变频器的框图。图中显示变频器有三个阶段,如输入转换器,直流总线和输出逆变器。输入转换器由二极管桥组成。Dc总线由电感和电容组成。输出转换器由IGBT组成。输出逆变器连接到电机。变频器三个阶段的工作如下:转换器:
 
    电机控制器的第一级或变频器是转换器。转换器由六个二极管组成。三相电压直接提供给转换器。转换器允许电流仅在一个方向上流动。如果L1,L2,L3中的一个相电压大于另外两个相电压,则连接到该相电压的二极管导通,并且在二极管的负侧使用相同的原理。在输出端出现六个电流脉冲,因此它也被称为6脉冲变频器。6脉冲变频器用于建筑电气系统,如电子镇流器,不间断电源等.变频器可配置为12脉冲变频器和18脉冲变频器。由于6脉冲变频器具有更多的谐波失真以避免该缺点,因此大多使用12脉冲变频器或18脉冲变频器。转换器单元将3相输入AC电源转换为DC。转换器的常用配置是3相全波二极管桥。
 
    直流母线:
 
    变频器的第二级是直流母线。直流母线的基本原理是去除涟漪。直流母线是转换器和逆变器之间的链路。在整流电路的输出端,我们得到直流信号。整流器的输出包含大量波纹,因此直流总线可以消除输出中的波纹。它还为驱动器提供保护。在DC总线的输出处存在无纹波Dc。
 
    逆变器:
 
    变频器的最后一个阶段是逆变器。逆变器由晶体管组成。晶体管用作开关。在工业中,IGBT是绝缘栅双极晶体管最常用的。如果从顶部开关中的一个闭合,则电动机的相位连接到正DC总线,并且该相上的电压变为正。相同的原理用于底部的开关,并且对于这些底部开关,相位获得负DC总线,并且该相上的电压变为负。通过以任何顺序接通开关,可以改变电动机的相位和旋转。因此,使相电压为正,负或零,可变频率在输出端得到。由于频率与电机速度成正比,电机速度根据要求或应用而变化。因此,逆变器是将滤波后的直流电源转换为交流电源的单元,交流电源供给连接到它的电动机。
 
    速度控制方法:
 
    用于控制电动机速度的方法如下:
 
    V/F控制
 
    在电动机中,电动机定子中感应的电压与频率和气隙磁通量成正比。如果我们降低频率保持电压恒定,则气隙通量会增加。这是不希望的效果。因此,要改变速度,我们必须保持V/F比率不变。V/F方法使用可以将多个电机连接到单个变频器的技术。V/F控制技术具有低启动电流和宽范围速度等优点。在需要精确调速操作器的地方不使用V/F控制方法。
 
    带编码器的V/F使用带编码器的
 
    要精确速度调节V/F.编码器提供高参考频率。因此,速度调节取决于编码器提供的反馈。但是这种方法成本很高,因此不能在许多应用中使用。
 
    开环V/F控制
 
    为了实现动态速度响应,开环V/F控制在工业中得到应用。在该方法中,定子电压和频率同时变化。气隙通量保持不变。随着频率和电压一次变化,V/f比保持不变。
 
    闭环V/F控制
 
    在闭环V/F控制中,使用反馈系统。测量电动机的速度和参考速度。根据这两个速度之间的差异,频率和电压变化以保持V/F比恒定。要测量电动机传感器的使用速度并改变频率控制器的使用。主要是比例控制器被使用。
 
    所有上述控制方法都使用脉冲宽度调制技术通过改变固定信号的宽度来改变速度。通过改变固定信号的宽度,频率变化。PWM为逆变器模块中使用的晶体管或开关提供触发角。PWM通过将三角波与参考信号进行比较来产生触发角。在工业中,主要用作初始瞬态的PWM发电机较少。
 
    可变频率驱动的应用:
 
    水泥工业中的变频器的应用:
 
    主要成分是石灰石和粘土。将这些材料粉碎成细粉,然后混合。在每个阶段的水泥制造过程中使用变频器。变频器用于控制风机,轧机,输送机等的速度。通过变频驱动的控制过程可实现高效的速度控制,低功率损耗,节能,低污染和显着节约经济性。
 
    下图显示了水泥制造过程:
    图2
 
    图2显示了水泥制造过程的框图。水泥由粘土,石灰石等原料组成。水泥制造过程涉及不同的步骤,如图所示。这些步骤是破碎,预混和研磨原料。熟料化是进行冷却以避免进一步化学反应的过程。熟化后,进行水泥的最终研磨。水泥制造过程的最后一步是水泥的运输。
 
    水泥工业的整个过程分为几个部分。如下所述的两部分:
 
    水泥窑引风机
 
    输送机的
 
    水泥窑引风机需要在整个操作过程中控制过程要求。以前的阻尼器,叶片,可变滑动离合器用于控制速度。但是它们具有诸如高功耗和需要维护的缺点。为了克服这个缺点,使用变频器。在[2]中提到了水泥工业的优点。
 
    1、保持均匀的工作温度,降低风扇噪音并节省工厂宝贵的占地面积。
 
    2、ID风扇功率可以达到几千马力,并且使用驱动器来控制空气流量可以节省相当多的能量.
 
    3、变频器以精确匹配系统运行条件的方式优化风扇RPM。
 
    输送机
 
    传送带用于处理原材料和成品材料。输送机在水泥生产过程中不断使用,因此制动输送机的机会增加。它增加了运营成本。为降低运营成本,延长皮带的使用寿命和可用性非常重要。变速驱动器可为输送机提供精确的扭矩和速度控制。这减少了齿轮箱,皮带轮和皮带等机械设备的压力,特别是在启动和停止期间,以及在运行和维护期间。通过使用变频器,可以控制输送机的速度以匹配生产能力并因此减少磨损并节省能源。对于维护检查,皮带更换或维修或避免结冰,可以使传送带以低速运行。
 
    空调变频驱动
 
    随着经济的快速发展和人们生活水平的提高,中央空调系统在酒店,写字楼,超市,医院,工厂等中越来越受欢迎。空调用电量日益增加。如果我们采用合理的智能技术,加上使用变频器的最佳现代设计,我们就可以节约能源。空调系统主要由制冷压缩机组,冷(热)介质循环水系统,冷却循环水系统,冷却塔风机和盘管风机组成。然而,空调系统目前存在缺点,即根据季节难以控制其输出温度。
 
    从流体力学理论来看,离心泵或风扇的输出流量与其速度成正比,输出压力与速度的平方成正比,而输出功率与速度的立方成正比。由此可以很容易地得出结论,我们可以通过控制它们的速度来调节泵和风扇的输出功率。
 
    空调系统具有冷却水系统闭环控制块。系统所要求的循环水温标准为12℃进水口和7℃出水口,允许温差为5℃。如果进气口和出口之间的温度差为3℃,则表明供应的实际需求为3℃/5℃=60%。通过使用变频器,我们可以将泵的速度控制在其额定速度的60%。最终节省了能量。
    图3
 
    图3显示了使用变频器的空调系统的框图。方框图包括ZCD,变频器,LCD显示屏,微控制器,电源,温度参考,栅极驱动电路,感应电机和键盘。使用变频器(七级逆变器)可以节省空调系统的能源。该系统的方框图在图3中提到。它由230V交流电源组成,供给整流电路。整流电路将交流电转换为直流电。这个调节的直流电压被提供给产生纯正弦波的七电平逆变器,并将其提供给感应电动机。微控制器用于根据给定的温度产生PWM序列。反过来,PWM序列仅控制相控整流器和七电平逆变器的输出。栅极驱动电路用于有效驱动相控整流器和七电平逆变器中的开关。
 
    LCD用于显示电流和设定温度。
 
    灌溉系统中的变频驱动
 
    在灌溉应用中,变频器帮助农民根据需要控制或改变流量压力。可以管理流程的各种变化。
 
    1.单泵,多头工作点
 
    变频器可用于灌溉具有不同水流要求的不同区域。变频器可用于大多数不同的灌溉系统,从微/滴灌到洒水喷头和中心枢轴。在诸如微灌的固定块系统中,灌溉区域可以分成多个区域,每个区域可以具有不同的压力要求。例如,如果存在需要不同压力水平的不同区域,则变频器将根据阀门在其各自区域中操作时的要求改变泵速。下图显示了具有多头工作点的单泵。
    图4
 
    图4显示了与变频器连接的电机,用于灌溉具有不同水流量要求的不同区域。可以使用变频器调节水流量。该方法广泛用于灌溉目的。
 
    2.多流量泵
 
    在许多应用中,如果需要改变水流量,可以使用变频器。有许多应用需要在同一应用中连接两个以上的电机但需要不同的速度。因此在这种情况下,变频器有助于保持压力恒定。如果有两个并联的泵,则可以使用两个变频器并允许它们级联。这意味着当泵1超过其流量并且不再能够满足压力条件时,因为它在泵曲线上向右泵送太远,第二个可以调用变频器,然后两个泵将平衡流量和在确定的压力下供应所需的物质。当流量增加或减少时,泵将相应地斜坡上升直到流量减少并且第二个不再需要泵并且它将脱落并且仅泵1将运行。
 
    变频器有助于在许多应用中节省能源。它是一种电力转换装置。它将基本固定频率转换为可变频率,可变电压输出。该固定输出电压用于控制感应电动机的速度。变频器在水生应用中的主要功能是提供节能。通过控制泵的速度而不是通过使用节流阀来控制流量,可以节省大量能量。
 
    变频器用于控制过程温度,压力或流量,无需使用单独的控制器。合适的传感器和电子设备用于将驱动设备与其连接。还可以降低维护成本,因为较低的运行速度可以延长轴承和电机的使用寿命。
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