VFD ——通常也被称为可调或变速驱动器——提高了电机驱动设备的效率,并允许对各种运行速度进行精确的连续控制。持续增长的 VFD 市场有助于支持由工程师设计的高度智能和复杂的机器;使用高性能VFD电机的机器通常与海外制造商的电缆捆绑在一起,以补充“整套设备”。
VFD 在工业应用中越来越普遍,使用频率来调节电机的速度。考虑到确保不间断运行的时间紧迫任务,电缆性能从未如此引人注目。
频率是一个描述电压和电流随时间变化的功率脉冲的电学术语,这些功率脉冲被称为频率周期。在一个频率周期中有正脉冲和负脉冲。电气操作设备的外部电源可以通过工厂的变压器来提高或降低电压,但频率将保持恒定在 50 或 60 赫兹,具体取决于各个国家的法规。
驱动系统有4个主要部件:电源、VFD、电缆和电机,以及辅助部件(例如编码器反馈装置、转速表、传感器、继电器)可用于提高性能。
驱动器的主要作用是传输控制电机启动、运行速度和停止功能的功率脉冲。通过增加驱动器的频率,电机的速度也会增加。相反,降低频率会导致电机减速。为了调整电机的速度,VFD 执行以下三个步骤:
将电源从交流电(AC)转换为直流电(DC),然后再转换回交流电并不是一个干净的过程,因为在转换过程中产生的电源失真可能会导致不需要的额外电压和电流,从而导致电机过热和高压应力。使用敏感时钟或计时功能的应用程序也可能由于损坏电机和电源电缆而变得混乱。
理想状态下,电机应如同预期的功率脉一样,调节提供正确的电流量以维持速度增加。然而,在需要非线性功率(电压变化而电流变化不相同)的情况下,电流不能满足电机的要求,这会产生高压应力并产生过热。
用一个例子来说明,当发生反转时,电压必须从 0 上升到 650 伏,然后再回到 0,大约每秒 20000 次。在此过程中,标称电压可能会从 650 伏超调到 2000 伏或更高。较长的电源电缆通常比较短的电缆经历更大和更强烈的电压峰值。
在电机初始启动期间,可能会有电流涌入,导致电机和电源电缆充当大电容器,必须充电至其正常工作水平。当电机第一次通电时,可以有高达其满负荷功率要求六倍的牵引。因此,安装的电缆必须具有足够的美国线规(AWG)尺寸,以避免任何显著的电压降。.
电缆本身可能是 VFD 系统最关键的部件。由于驱动器有一个自我诊断程序,短路电机可以很容易地检测到,因为设备将下降离线时,电压尖峰发生。当电缆的绝缘层被电压尖峰刺穿时,电流将进入编织屏蔽层。这会产生大量热量,并导致编织层燃烧,直到形成足够大的孔,此时电缆绝缘层将自行愈合。此过程在电缆长度的不同位置重复,直到发生完全故障。
有许多方法可以减少 VFD 系统部件中不必要的电气条件。改变脉冲频率或将逆变器切换到较低的频率可以消除一些谐波,就像在驱动器中添加滤波器、电抗器和隔离变压器一样,尽管这会导致电源电压的额外下降。由于 VFD 电机是双重绝缘的,因此可以避免绝缘绕组中的任何刻痕,并且只要电源电缆的制造是为了防止由于电源畸变而导致的故障,系统就应该配备以处理 VFD 产生的电源类型。
在水和废水行业强劲势头的推动下,低压和中压变频驱动器(VFD)市场出现了健康增长,变频驱动器(VFD)在全球得到了广泛安装。政府的大力支持和亚太地区各行业对 VFD 的广泛采用也刺激了对 VFD 的需求。
耗电量占世界的 28%,一台普通的低压(LV)电动机可以运行至少10年,有些电动机可以运行 15 到 20 年。每提高 1% 的效率就意味着在其使用寿命内节约 10 万美元以上的电力!
考虑到不同地区的能源效率要求不同,使用合适的 VFD 可通过消除电机负载效率低下和降低成本进一步扩大未来的节电。