A változtatható frekvenciájú hajtás (VFD), más néven állítható frekvenciahajtás, állítható fordulatszámú hajtás, inverter vagy váltóáramú hajtás, egyfajta motorvezérlő, amely az elektromos motort az elektromos motor frekvenciájának és feszültségének változtatásával hajtja meg. VFD szállítóként gyakran kérdeznek tőlem, hogy a VFD hogyan befolyásolja a motor nyomatékát. Ebben a blogbejegyzésben a VFD-k és a motor nyomatéka közötti kapcsolatba fogok beleásni, feltárva az elveket, tényezőket és gyakorlati következményeket.
A motor nyomatékának megértése
Mielőtt megvitatnánk, hogyan befolyásolja a VFD a motor nyomatékát, elengedhetetlen megérteni, hogy mi a motor nyomatéka. A nyomaték a motor által keltett forgási erő, amely a terhelés meghajtásáért felelős. Newton-méterben (N·m) vagy lábfontban (ft-lb) mérik. A motor által termelt nyomaték nagysága számos tényezőtől függ, beleértve a motor kialakítását, az alkalmazott feszültséget és a tápegység frekvenciáját.
Egy szabványos váltakozó áramú motorban a nyomaték-fordulatszám karakterisztika viszonylag rögzített. Alacsony fordulatszámon a motor nagy nyomatékot tud produkálni, ami hasznos nagy terhelések indításakor. A fordulatszám növekedésével a nyomaték általában csökken. Ezt a karakterisztikát a motor mágneses tere, valamint az állórész és a forgórész közötti kölcsönhatás határozza meg.
Hogyan működnek a VFD-k
A VFD úgy működik, hogy a bejövő váltakozó áramot egyenirányítón keresztül egyenárammá alakítja. Ezután egy inverter szakasz az egyenáramot változtatható frekvenciájú és feszültségű váltakozó árammá alakítja vissza. A frekvencia és a feszültség beállításával a VFD szabályozhatja a motor fordulatszámát és nyomatékát.
A VFD alapelve a V/f (feszültség-frekvencia) arány. Egy váltakozó áramú motornál a motorban lévő mágneses fluxus arányos a V/f aránnyal. Az állandó mágneses fluxus (és ezáltal az állandó nyomaték - előállító képesség) fenntartásához a feszültséget a frekvenciával arányosan kell beállítani. Például, ha a frekvencia a névleges frekvencia felére csökken, a feszültséget is a felére kell csökkenteni, hogy a V/f arány állandó maradjon.
A VFD-k hatása a motor nyomatékára
Állandó nyomatékú működés
Számos alkalmazásban, mint például szállítószalagok, térfogat-kiszorításos szivattyúk és emelők, széles fordulatszám-tartományban állandó nyomatékra van szükség. A VFD állandó nyomatékú működést érhet el, ha állandó V/f arányt tart fenn. A frekvencia csökkentésekor a feszültség is arányosan csökken, biztosítva, hogy a motor mágneses fluxusa állandó maradjon. Ennek eredményeként a motor ugyanannyi nyomatékot tud előállítani alacsonyabb fordulatszámon, mint névleges fordulatszámon.
Például, ha egy motor névleges nyomatéka 100 N·m 1500 RPM-en és 50 Hz-en, amikor a VFD 25 Hz-re csökkenti a frekvenciát, a feszültség is felére csökken. A motor továbbra is 100 N·m nyomatékot tud produkálni 750 ford./percnél, ami lehetővé teszi a terhelés hatékony meghajtását alacsonyabb fordulatszámon. Ez az állandó nyomatékú működés kulcsfontosságú olyan alkalmazásokban, ahol a terhelés egyenletes mennyiségű erőt igényel, függetlenül a fordulatszámtól.
Változó nyomatékú működés
Egyes alkalmazásokhoz, például a centrifugálszivattyúkhoz és a ventilátorokhoz változó nyomaték szükséges. Az ezen terhelések által igényelt nyomaték arányos a fordulatszám négyzetével. A VFD ezekben az alkalmazásokban optimalizálhatja az energiafogyasztást a feszültség és a frekvencia terhelés nyomatékigényének megfelelő beállításával.
A centrifugálszivattyú vagy ventilátor fordulatszámának csökkenésével a terhelés által igényelt nyomaték jelentősen csökken. A VFD agresszívebben képes csökkenteni a feszültséget és a frekvenciát, mint állandó nyomatékú alkalmazásoknál, így energiát takarít meg. Például, ha egy ventilátor fordulatszámát a névleges fordulatszám felére csökkentik, akkor a ventilátor által igényelt nyomaték a névleges nyomaték egynegyedére csökken. A VFD ennek megfelelően tudja beállítani a feszültséget és a frekvenciát, ami jelentős energiamegtakarítást eredményez.
Magas nyomatékú indítás
A VFD használatának egyik jelentős előnye, hogy nagy nyomatékú indítást biztosít. Egy váltakozó áramú motor direkt - on-line (DOL) indításakor a motor nagy bekapcsolási áramot vesz fel, ami feszültségesést okozhat a tápegységben és mechanikai igénybevételt a motoron és a terhelésen. A VFD viszont fokozatosan növelheti a frekvenciát és a feszültséget, lehetővé téve a motor zökkenőmentes indulását nagy nyomatékkal.
A VFD szabályozhatja a gyorsulási sebességet, biztosítva, hogy a motor elérje a kívánt fordulatszámot a rendszer túlterhelése nélkül. Ez különösen nagy indítási terhelésű alkalmazásoknál hasznos, mint például aprítók és keverők. A nagy nyomatékú indítással a VFD meghosszabbíthatja a motor élettartamát és csökkentheti a karbantartási költségeket.
A nyomatékot befolyásoló tényezők – VFD kapcsolat
Motor tervezés
A motor kialakítása döntő szerepet játszik abban, hogy hogyan reagál a VFD-re. A különböző típusú motorok, mint például az indukciós motorok és az állandó mágneses szinkronmotorok, eltérő nyomaték-fordulatszám jellemzőkkel rendelkeznek. Az indukciós motorokat széles körben használják a VFD-kkel robusztusságuk és viszonylag alacsony költségük miatt. Az állandó mágneses szinkronmotorokhoz képest azonban lehetnek bizonyos korlátaik a nagy sebességű működés és a hatékonyság tekintetében.
A motor tekercselési konfigurációja, a pólusok száma és a forgórész kialakítása szintén befolyásolhatja a nyomatéktermelést VFD használatakor. Például egy nagyobb pólusszámú motornak alacsonyabb a szinkron fordulatszáma, és eltérő V/f beállításokra lehet szükség az optimális nyomatékteljesítmény eléréséhez.
VFD beállítások
A VFD beállításai, mint például a gyorsítási és lassítási idők, a nyomatékhatár és a V/f görbe jelentősen befolyásolhatják a motor nyomatékát. A gyorsítási és lassítási idők határozzák meg, hogy a motor milyen gyorsan éri el a kívánt fordulatszámot. Ha a gyorsítási idő túl rövid, előfordulhat, hogy a motor nem tud elegendő nyomatékot előállítani a terhelés felgyorsításához, ami túláramkioldásokat eredményez.
A nyomatékhatár beállítása lehetővé teszi a felhasználó számára, hogy korlátozza a motor által termelhető maximális nyomatékot. Ez hasznos a motor és a terhelés védelme érdekében a sérülésektől. A V/f görbe beállítása állítható a nyomaték-sebesség karakterisztika optimalizálása érdekében a különböző alkalmazásokhoz. Egyes VFD-k több V/f görbét kínálnak, például lineáris, másodfokú és egyéni görbéket, hogy megfeleljenek a terhelés speciális követelményeinek.
Terhelési jellemzők
A terhelés jellemzői, mint a tehetetlenségi nyomaték, a súrlódás és a terhelés típusa (állandó nyomaték vagy változó nyomaték), szintén befolyásolják a nyomaték - VFD összefüggést. A nagy tehetetlenségi nyomatékú terhelés nagyobb nyomatékot igényel a gyorsításhoz és lassításhoz. A VFD-t megfelelően méretezni és konfigurálni kell, hogy kezelje a nagy nyomatékkal kapcsolatos követelményeket ezekben az átmeneti időszakokban.
A teher súrlódása szintén befolyásolhatja a teher hajtásához szükséges nyomatékot. Ha túl nagy a súrlódás, a motornak nagyobb nyomatékra lehet szüksége annak leküzdéséhez. A terhelési jellemzők megértése elengedhetetlen a megfelelő VFD kiválasztásához és a megfelelő paraméterek beállításához az optimális nyomatékteljesítmény biztosítása érdekében.
Gyakorlati vonatkozások a VFD kiválasztásához és alkalmazásához
Amikor egy adott alkalmazáshoz VFD-t választunk, alapvetően fontos figyelembe venni a terhelés nyomatékigényét. Állandó nyomatékú alkalmazásokhoz olyan VFD-re van szükség, amely széles fordulatszám-tartományban állandó V/f arányt képes fenntartani.22KW VFDnagyszerű lehetőség számos állandó nyomatékú alkalmazáshoz 22 KW körüli teljesítményigény mellett.
Változó nyomatékú alkalmazásokhoz előnyben részesítjük a fejlett energiatakarékos funkciókkal és a V/f aránynak a terhelés nyomatékkövetelményei szerint történő beállításával rendelkező VFD-t.VFD MotorokhozVFD-k széles választékát kínálja különféle motoralkalmazásokhoz, beleértve a változó nyomatékú terhelésűeket is.
Ezenkívül a VFD-t megfelelően méretezni kell, hogy képes legyen kezelni a motor névleges áramát és a nyomaték csúcsigényét az indítási és átmeneti időszakokban. A VFD túl- vagy alulméretezése gyenge teljesítményhez, megnövekedett energiafogyasztáshoz, valamint a motor és a VFD esetleges károsodásához vezethet.
Következtetés
VFD szállítóként megértem annak fontosságát, hogy a VFD hogyan befolyásolja a motor nyomatékát. A VFD állandó nyomatékú működést biztosít az állandó nagyságú erőt igénylő alkalmazásokhoz, változó nyomatékú működést az energiahatékony működés érdekében változó nyomatékú terhelésű alkalmazásokban, valamint nagy nyomatékú indítást nagy terhelésű alkalmazásokhoz.
A VFD működési elveinek, a nyomaték-VFD viszonyt befolyásoló tényezőknek, valamint a VFD kiválasztásának és alkalmazásának gyakorlati következményeinek megértésével a felhasználók megalapozott döntéseket hozhatnak, amikor motorrendszereikhez VFD-t választanak. Ha megbízható VFD megoldást keres motoros alkalmazásához, legyen szó akár a22KW VFD, aVFD Motorokhoz, vagy egyInverter meghajtó, forduljon hozzánk bizalommal további információért és konkrét igényeinek megbeszéléséhez. Készen állunk, hogy segítsünk megtalálni az igényeinek megfelelő VFD-t.
Hivatkozások
- Boldea, I. és Nasar, SA (1999). Elektromos hajtások: Bevezetés. CRC Press.
- Fitzgerald, AE, Kingsley, C., Jr. és Umans, SD (2003). Elektromos gépek. McGraw – Hill.
- Krause, PC, Wasynczuk, O. és Sudhoff, SD (2002). Elektromos gépek és hajtásrendszerek elemzése. Wiley – Interscience.