Pohon s premenlivou frekvenciou (VFD), tiež známy ako pohon s nastaviteľnou frekvenciou, pohon s nastaviteľnou rýchlosťou, menič alebo pohon striedavého prúdu, je typ ovládača motora, ktorý poháňa elektromotor zmenou frekvencie a napätia dodávaného do elektromotora. Ako dodávateľ VFD sa ma často pýtajú, ako VFD ovplyvňuje krútiaci moment motora. V tomto blogovom príspevku sa ponorím do vzťahu medzi VFD a krútiacim momentom motora, preskúmam princípy, faktory a praktické dôsledky.
Pochopenie krútiaceho momentu motora
Predtým, ako budeme diskutovať o tom, ako VFD ovplyvňuje krútiaci moment motora, je dôležité pochopiť, čo je krútiaci moment motora. Krútiaci moment je rotačná sila produkovaná motorom, ktorá je zodpovedná za pohon bremena. Meria sa v Newton - metroch (N·m) alebo stopách - librách (ft - lb). Množstvo krútiaceho momentu, ktorý môže motor vyprodukovať, závisí od niekoľkých faktorov, vrátane konštrukcie motora, použitého napätia a frekvencie napájacieho zdroja.
V štandardnom striedavom motore je charakteristika krútiaceho momentu a otáčok relatívne pevná. Pri nízkych rýchlostiach môže motor produkovať vysoký krútiaci moment, čo je užitočné pri spúšťaní ťažkých bremien. S rastúcou rýchlosťou zvyčajne klesá krútiaci moment. Táto charakteristika je určená magnetickým poľom motora a interakciou medzi statorom a rotorom.
Ako fungujú VFD
VFD funguje tak, že konvertuje prichádzajúci striedavý prúd na jednosmerný prúd cez usmerňovač. Potom invertorová sekcia konvertuje jednosmerný prúd späť na striedavý prúd s premenlivou frekvenciou a napätím. Úpravou frekvencie a napätia môže VFD ovládať rýchlosť a krútiaci moment motora.
Základným princípom VFD je pomer V/f (napätie k frekvencii). V striedavom motore je magnetický tok v motore úmerný pomeru U/f. Aby sa udržal konštantný magnetický tok (a tým aj schopnosť vytvárať konštantný krútiaci moment), napätie musí byť upravené v pomere k frekvencii. Napríklad, ak sa frekvencia zníži na polovicu menovitej frekvencie, napätie by sa malo tiež znížiť na polovicu, aby sa pomer V/f udržal konštantný.
Účinky VFD na krútiaci moment motora
Prevádzka s konštantným krútiacim momentom
V mnohých aplikáciách, ako sú dopravníky, objemové čerpadlá a zdvíhadlá, je potrebný konštantný krútiaci moment v širokom rozsahu otáčok. VFD môže dosiahnuť prevádzku s konštantným krútiacim momentom udržiavaním konštantného pomeru U/f. Keď sa frekvencia zníži, napätie sa tiež úmerne zníži, čím sa zabezpečí, že magnetický tok v motore zostane konštantný. Výsledkom je, že motor môže produkovať rovnaké množstvo krútiaceho momentu pri nižších otáčkach ako pri menovitých otáčkach.
Napríklad, ak je motor dimenzovaný na krútiaci moment 100 N·m pri 1500 ot./min a 50 Hz, keď VFD zníži frekvenciu na 25 Hz, napätie sa tiež zníži na polovicu. Motor stále dokáže produkovať krútiaci moment 100 N·m pri 750 ot./min., čo mu umožňuje efektívne poháňať záťaž pri nižších otáčkach. Táto prevádzka s konštantným krútiacim momentom je rozhodujúca pre aplikácie, kde zaťaženie vyžaduje konzistentné množstvo sily bez ohľadu na rýchlosť.
Prevádzka s premenlivým krútiacim momentom
Niektoré aplikácie, ako sú odstredivé čerpadlá a ventilátory, majú požiadavku na premenlivý krútiaci moment. Krútiaci moment požadovaný týmito zaťaženiami je úmerný druhej mocnine rýchlosti. VFD môže optimalizovať spotrebu energie v týchto aplikáciách úpravou napätia a frekvencie podľa požiadaviek na krútiaci moment záťaže.
So znižovaním otáčok odstredivého čerpadla alebo ventilátora výrazne klesá krútiaci moment, ktorý vyžaduje záťaž. VFD môže znížiť napätie a frekvenciu agresívnejšie ako v aplikáciách s konštantným krútiacim momentom, čím šetrí energiu. Napríklad, ak sa otáčky ventilátora znížia na polovicu menovitých otáčok, krútiaci moment požadovaný ventilátorom sa zníži na jednu štvrtinu menovitého krútiaceho momentu. VFD môže zodpovedajúcim spôsobom upraviť napätie a frekvenciu, čo vedie k značným úsporám energie.
Vysoký krútiaci moment štartovania
Jednou z významných výhod použitia VFD je jeho schopnosť poskytovať štartovanie s vysokým krútiacim momentom. Pri priamom štartovaní (DOL) striedavého motora odoberá motor veľký nárazový prúd, ktorý môže spôsobiť poklesy napätia v napájacom zdroji a mechanické namáhanie motora a záťaže. Na druhej strane VFD môže postupne zvyšovať frekvenciu a napätie, čo umožňuje hladké spustenie motora s vysokým krútiacim momentom.
VFD môže riadiť rýchlosť zrýchlenia, čím zaisťuje, že motor dosiahne požadovanú rýchlosť bez preťaženia systému. To je obzvlášť užitočné pre aplikácie s veľkým štartovacím zaťažením, ako sú drviče a miešačky. Poskytovaním štartovania s vysokým krútiacim momentom môže VFD predĺžiť životnosť motora a znížiť náklady na údržbu.
Faktory ovplyvňujúce krútiaci moment - vzťah VFD
Dizajn motora
Konštrukcia motora hrá kľúčovú úlohu v tom, ako reaguje na VFD. Rôzne typy motorov, ako sú indukčné motory a synchrónne motory s permanentnými magnetmi, majú rôzne charakteristiky momentu a otáčok. Indukčné motory sú široko používané s VFD kvôli ich robustnosti a relatívne nízkej cene. Môžu však mať určité obmedzenia z hľadiska vysokorýchlostnej prevádzky a účinnosti v porovnaní so synchrónnymi motormi s permanentným magnetom.
Konfigurácia vinutia motora, počet pólov a konštrukcia rotora môžu tiež ovplyvniť produkciu krútiaceho momentu pri použití VFD. Napríklad motor s vyšším počtom pólov bude mať nižšiu synchrónnu rýchlosť a môže vyžadovať rôzne nastavenia U/f na dosiahnutie optimálneho výkonu krútiaceho momentu.
Nastavenia VFD
Nastavenia VFD, ako sú časy zrýchlenia a spomalenia, limit krútiaceho momentu a krivka U/f, môžu výrazne ovplyvniť krútiaci moment motora. Časy zrýchlenia a spomalenia určujú, ako rýchlo motor dosiahne požadovanú rýchlosť. Ak je čas zrýchlenia príliš krátky, motor nemusí byť schopný produkovať dostatočný krútiaci moment na zrýchlenie záťaže, čo môže mať za následok nadprúdové vypnutie.
Nastavenie limitu krútiaceho momentu umožňuje užívateľovi obmedziť maximálny krútiaci moment, ktorý môže motor vyprodukovať. To je užitočné na ochranu motora a záťaže pred poškodením. Nastavenie krivky U/f je možné upraviť tak, aby sa optimalizovala charakteristika krútiaceho momentu a otáčok pre rôzne aplikácie. Niektoré VFD ponúkajú viaceré krivky U/f, ako sú lineárne, kvadratické a vlastné krivky, aby splnili špecifické požiadavky záťaže.
Charakteristiky zaťaženia
Charakteristiky zaťaženia, ako je zotrvačnosť, trenie a typ zaťaženia (konštantný krútiaci moment alebo premenlivý krútiaci moment), tiež ovplyvňujú vzťah krútiaci moment - VFD. Záťaž s vysokou zotrvačnosťou vyžaduje väčší krútiaci moment na zrýchlenie a spomalenie. VFD musí mať správnu veľkosť a konfiguráciu, aby zvládla požiadavky na vysoký krútiaci moment počas týchto prechodných období.
Trenie v záťaži môže tiež ovplyvniť krútiaci moment potrebný na pohon záťaže. Ak existuje nadmerné trenie, motor môže vyžadovať väčší krútiaci moment, aby ho prekonal. Pochopenie charakteristík zaťaženia je nevyhnutné pre výber správneho VFD a nastavenie vhodných parametrov na zabezpečenie optimálneho výkonu krútiaceho momentu.
Praktické dôsledky pre výber a aplikáciu VFD
Pri výbere VFD pre konkrétnu aplikáciu je dôležité zvážiť požiadavky na krútiaci moment záťaže. Pre aplikácie s konštantným krútiacim momentom je potrebný VFD, ktorý dokáže udržiavať konštantný pomer V/f v širokom rozsahu otáčok.22KW VFDje skvelou voľbou pre mnohé aplikácie s konštantným krútiacim momentom s požiadavkou na výkon okolo 22 kW.
Pre aplikácie s premenlivým krútiacim momentom sa uprednostňuje VFD s pokročilými funkciami na úsporu energie a možnosťou upraviť pomer V/f podľa požiadaviek krútiaceho momentu záťaže.VFD pre motoryponúka rad frekvenčných meničov vhodných pre rôzne aplikácie motorov, vrátane tých s premenlivým momentovým zaťažením.
Okrem toho by mal byť VFD správne dimenzovaný, aby zvládol menovitý prúd motora a požiadavky na špičkový krútiaci moment počas štartovania a prechodných období. Predimenzovanie alebo poddimenzovanie VFD môže viesť k slabému výkonu, zvýšenej spotrebe energie a potenciálnemu poškodeniu motora a VFD.
Záver
Ako dodávateľ VFD chápem dôležitosť toho, ako VFD ovplyvňuje krútiaci moment motora. VFD môže zabezpečiť prevádzku s konštantným krútiacim momentom pre aplikácie, ktoré vyžadujú konzistentné množstvo sily, prevádzku s premenlivým krútiacim momentom pre energeticky efektívnu prevádzku v aplikáciách s premenlivým krútiacim momentom a štartovanie s vysokým krútiacim momentom pre aplikácie s vysokým zaťažením.
Pochopením princípov činnosti VFD, faktorov ovplyvňujúcich vzťah medzi krútiacim momentom a VFD a praktickými dôsledkami pre výber a aplikáciu VFD môžu používatelia robiť informované rozhodnutia pri výbere VFD pre svoje motorové systémy. Ak hľadáte spoľahlivé riešenie VFD pre vašu motorickú aplikáciu, či už ide o a22KW VFD, aVFD pre motory, alebo anInvertorový pohon, neváhajte nás kontaktovať pre viac informácií a prediskutovanie vašich špecifických požiadaviek. Sme pripravení pomôcť vám nájsť perfektný VFD pre vaše potreby.
Referencie
- Boldea, I. a Nasar, SA (1999). Elektrické pohony: Úvod. CRC Press.
- Fitzgerald, AE, Kingsley, C., Jr., & Umans, SD (2003). Elektrické stroje. McGraw - Hill.
- Krause, PC, Wasynczuk, O., & Sudhoff, SD (2002). Analýza elektrických strojov a pohonných systémov. Wiley - Interscience.