Основной принцип: как низковольтные ЧРП регулируют скорость и мощность двигателя
А Низковольтный преобразователь частоты (VFD), часто называемый приводом с регулируемой скоростью (ASD), является важным компонентом для управления скоростью вращения двигателя переменного тока (AC) путем управления подаваемой на него электрической мощностью. Обозначение «низковольтное» обычно применяется к частотно-регулируемым приводам, работающим от стандартного промышленного напряжения до 690 В. Основная операция основана на одновременном изменении частоты и напряжения с поддержанием постоянного соотношения напряжения к частоте (V/f), чтобы гарантировать, что магнитный поток двигателя остается постоянным и он может обеспечить необходимый крутящий момент.
VFD внутренне преобразует входящую мощность переменного тока в постоянный ток (DC) с помощью выпрямительной секции, обычно диодного моста. Эта мощность постоянного тока затем фильтруется батареей конденсаторов звена постоянного тока, которая сглаживает мощность. Наконец, секция инвертора, обычно состоящая из биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT), преобразует постоянный ток обратно в сигнал переменного тока с точной переменной частотой и переменным напряжением, используя метод, называемый широтно-импульсной модуляцией (ШИМ).
Практическая польза и немедленная экономия средств от внедрения VFD
Практические преимущества интеграции ЧРП в промышленные и коммерческие системы выходят за рамки простого управления скоростью и напрямую влияют на эксплуатационные расходы, срок службы оборудования и качество процессов. Эти преимущества обеспечивают быструю окупаемость инвестиций, особенно в приложениях, работающих с жидкостями.
Значительное снижение энергии благодаря законам сродства
Для центробежных нагрузок, таких как насосы и вентиляторы, потребляемая мощность двигателя зависит от куба скорости (закон сродства). Это означает, что небольшое снижение скорости приводит к значительному снижению потребляемой мощности. Например, снижение скорости всего на 20% (работа со скоростью 80%) снижает энергопотребление почти на 50% (0,8^3 = 0,512$). Это пропорциональное соотношение является основным фактором значительной экономии энергии в системах отопления, вентиляции и кондиционирования и водоочистных сооружениях.
Улучшенный контроль процесса и защита оборудования
ЧРП обеспечивают возможность «мягкого пуска», медленно разгоняя двигатель от нулевой скорости до рабочей скорости. Это устраняет сильный пусковой ток и механические удары, связанные с запуском по сети, когда двигатель мгновенно получает полное напряжение. Уменьшая электрическое напряжение и механический износ таких компонентов, как шестерни, ремни и муфты, ЧРП продлевает интервалы технического обслуживания и общий срок службы приводного оборудования. Кроме того, точный контроль скорости позволяет точно регулировать поток, давление или температуру, улучшая качество продукции в производственных процессах.
Общие профили применения низковольтных ЧРП
Низковольтные частотно-регулируемые приводы универсальны и используются практически во всех отраслях промышленности. Их применение обычно классифицируется по типу нагрузки: переменный крутящий момент, постоянный крутящий момент или постоянная мощность.
В таблице ниже приведены общие области применения и их характеристики:
| Аpplication Type | Типичные нагрузки | Профиль крутящего момента | Основная выгода |
| HVAC и насосы | Центробежные вентиляторы, воздуходувки, насосы | Переменный крутящий момент (крутящий момент $\propto$ Speed$^2$) | Максимальная экономия энергии (Закон сродства) |
| Погрузочно-разгрузочные работы | Конвейеры, Экструдеры, Смесители | Постоянный крутящий момент (крутящий момент фиксированный) | Точный контроль скорости/положения |
| Станки | токарные станки, фрезы, шпиндели | Постоянная мощность (крутящий момент обратно пропорционален скорости $\propto$) | Широкий диапазон скоростей обработки |
Практические соображения по выбору и установке ЧРП
Правильный выбор и установка имеют решающее значение для достижения всех преимуществ частотно-регулируемого привода. Ключевые соображения включают условия окружающей среды, совместимость двигателей и снижение потенциальных проблем с качеством электроэнергии.
Размеры, корпуса и факторы окружающей среды
Частотно-регулируемый привод должен иметь правильный размер, соответствующий номинальному току полной нагрузки (FLA) двигателя, и часто иметь немного больший размер для применений с жесткими рабочими циклами или высокими требованиями к пусковому моменту. Тип корпуса должен соответствовать окружающей среде: от NEMA 1 (общего назначения, для помещений) до NEMA 4X (коррозионностойкий, для наружного применения/промывания). Частотно-регулируемый привод выделяет тепло, поэтому для надежной работы необходимы достаточные охлаждающие зазоры и контроль температуры окружающей среды.
Уменьшение проблем с качеством электроэнергии и гармоник
Секция выпрямителя ЧРП потребляет ток короткими импульсами высокой амплитуды, которые могут внести гармонические искажения обратно в линию электропитания. Это может негативно повлиять на другое чувствительное оборудование. Практические стратегии смягчения последствий включают в себя:
- Аdding AC Line Reactors on the input side to smooth the incoming current and reduce harmonic content.
- Установка дросселей звена постоянного тока между выпрямителем и батареей конденсаторов для уменьшения гармоник и повышения стабильности шины постоянного тока.
- Использование частотно-регулируемых приводов с активным входом (AFE) или 18-импульсных выпрямителей для приложений, где очень низкий общий гармонический искажение (THD) имеет решающее значение, хотя эти варианты увеличивают первоначальные капитальные затраты.
Аdditionally, the high-speed switching of the IGBTs can generate voltage spikes, which may damage the motor windings over time. For longer motor lead lengths (typically over 50 feet), the installation of load reactors or output filters is highly recommended to protect the motor insulation.
