Un variator de frecvență (VFD), cunoscut și sub denumirea de variator de frecvență, variator de viteză reglabil, invertor sau convertizor de curent alternativ, este un tip de controler de motor care antrenează un motor electric variind frecvența și tensiunea furnizate motorului electric. În calitate de furnizor de VFD, sunt adesea întrebat despre modul în care un VFD afectează cuplul motorului. În această postare pe blog, voi aprofunda relația dintre VFD-uri și cuplul motor, explorând principiile, factorii și implicațiile practice.
Înțelegerea cuplului motorului
Înainte de a discuta modul în care un VFD afectează cuplul motorului, este esențial să înțelegem ce este cuplul motorului. Cuplul este forța de rotație produsă de motor, care este responsabilă pentru antrenarea sarcinii. Se măsoară în Newton - metri (N·m) sau picior - lire (ft - lb). Cantitatea de cuplu pe care o poate produce un motor depinde de mai mulți factori, inclusiv de designul motorului, tensiunea aplicată și frecvența sursei de alimentare.
Într-un motor de curent alternativ standard, caracteristica cuplu - viteză este relativ fixă. La turații mici, motorul poate produce un cuplu mare, care este util pentru pornirea sarcinilor grele. Pe măsură ce viteza crește, cuplul scade de obicei. Această caracteristică este determinată de câmpul magnetic al motorului și de interacțiunea dintre stator și rotor.
Cum funcționează VFD-urile
Un VFD funcționează prin conversia curentului de intrare în curent continuu printr-un redresor. Apoi, o secțiune de invertor convertește puterea de curent continuu înapoi în putere de curent alternativ cu o frecvență și o tensiune variabile. Reglând frecvența și tensiunea, VFD-ul poate controla viteza și cuplul motorului.
Principiul de bază din spatele unui VFD este raportul V/f (tensiune - la - frecvență). Într-un motor de curent alternativ, fluxul magnetic din motor este proporțional cu raportul V/f. Pentru a menține un flux magnetic constant (și astfel un cuplu constant - capacitatea de a produce), tensiunea trebuie ajustată proporțional cu frecvența. De exemplu, dacă frecvența este redusă la jumătate din frecvența nominală, tensiunea ar trebui, de asemenea, redusă la jumătate pentru a menține constant raportul V/f.
Efectele VFD-urilor asupra cuplului motorului
Funcționare cu cuplu constant
În multe aplicații, cum ar fi transportoarele, pompele volumetrice și palanele, este necesar un cuplu constant pe o gamă largă de viteze. Un VFD poate obține o funcționare cu cuplu constant prin menținerea unui raport V/f constant. Când frecvența este scăzută, tensiunea este și ea scăzută proporțional, asigurându-se că fluxul magnetic din motor rămâne constant. Ca rezultat, motorul poate produce aceeași cantitate de cuplu la viteze mai mici ca și la viteza nominală.
De exemplu, dacă un motor este evaluat pentru 100 N·m de cuplu la 1500 RPM și 50 Hz, atunci când VFD reduce frecvența la 25 Hz, tensiunea este, de asemenea, înjumătățită. Motorul poate produce în continuare un cuplu de 100 N·m la 750 RPM, permițându-i să conducă eficient sarcina la o viteză mai mică. Această funcționare cu cuplu constant este crucială pentru aplicațiile în care sarcina necesită o cantitate constantă de forță, indiferent de viteză.
Funcționare cu cuplu variabil
Unele aplicații, cum ar fi pompele centrifuge și ventilatoarele, au o cerință variabilă de cuplu. Cuplul necesar acestor sarcini este proporțional cu pătratul vitezei. Un VFD poate optimiza consumul de energie în aceste aplicații ajustând tensiunea și frecvența în funcție de cerințele de cuplu ale sarcinii.
Pe măsură ce viteza unei pompe centrifuge sau a unui ventilator scade, cuplul necesar de sarcină scade semnificativ. Un VFD poate reduce tensiunea și frecvența mai agresiv decât în aplicațiile cu cuplu constant, economisind energie. De exemplu, dacă viteza unui ventilator este redusă la jumătate din viteza sa nominală, cuplul necesar ventilatorului este redus la un sfert din cuplul nominal. VFD-ul poate regla tensiunea și frecvența în consecință, rezultând economii substanțiale de energie.
Cuplu ridicat de pornire
Unul dintre avantajele semnificative ale utilizării unui VFD este capacitatea sa de a oferi pornire cu un cuplu ridicat. Într-o pornire directă în linie (DOL) a unui motor de curent alternativ, motorul atrage un curent de pornire mare, care poate provoca scăderi de tensiune în sursa de alimentare și solicitări mecanice asupra motorului și a sarcinii. Un VFD, pe de altă parte, poate crește treptat frecvența și tensiunea, permițând motorului să pornească fără probleme cu un cuplu ridicat.
VFD poate controla viteza de accelerație, asigurându-se că motorul atinge viteza dorită fără a supraîncărca sistemul. Acest lucru este util în special pentru aplicații cu sarcini de pornire mari, cum ar fi concasoare și mixere. Prin furnizarea de pornire cu un cuplu ridicat, VFD poate prelungi durata de viață a motorului și poate reduce costurile de întreținere.
Factori care afectează relația cuplu - VFD
Design motor
Designul motorului joacă un rol crucial în modul în care acesta răspunde la un VFD. Diferite tipuri de motoare, cum ar fi motoarele cu inducție și motoarele sincrone cu magnet permanent, au caracteristici diferite de cuplu - viteză. Motoarele cu inducție sunt utilizate pe scară largă cu VFD-uri datorită robusteții și costului relativ scăzut. Cu toate acestea, ele pot avea unele limitări în ceea ce privește funcționarea la viteză mare și eficiența în comparație cu motoarele sincrone cu magnet permanent.
Configurația înfășurării motorului, numărul de poli și designul rotorului pot afecta, de asemenea, producția de cuplu atunci când se utilizează un VFD. De exemplu, un motor cu un număr mai mare de poli va avea o viteză sincronă mai mică și poate necesita diferite setări V/f pentru a obține o performanță optimă a cuplului.
Setări VFD
Setările VFD, cum ar fi timpii de accelerare și decelerare, limita de cuplu și curba V/f, pot avea un impact semnificativ asupra cuplului motorului. Timpii de accelerare și decelerare determină cât de repede motorul atinge viteza dorită. Dacă timpul de accelerare este prea scurt, este posibil ca motorul să nu poată produce suficient cuplu pentru a accelera sarcina, ceea ce duce la declanșări la supracurent.
Setarea limitei de cuplu permite utilizatorului să limiteze cuplul maxim pe care îl poate produce motorul. Acest lucru este util pentru a proteja motorul și sarcina împotriva deteriorării. Setarea curbei V/f poate fi ajustată pentru a optimiza caracteristica cuplu-viteză pentru diferite aplicații. Unele VFD oferă mai multe curbe V/f, cum ar fi curbe liniare, pătratice și personalizate, pentru a îndeplini cerințele specifice ale sarcinii.
Caracteristici de încărcare
Caracteristicile sarcinii, cum ar fi inerția, frecarea și tipul de sarcină (cuplu constant sau cuplu variabil), afectează, de asemenea, relația cuplu - VFD. O sarcină cu inerție mare necesită mai mult cuplu pentru a accelera și decelera. VFD-ul trebuie să fie dimensionat și configurat corespunzător pentru a face față cerințelor de cuplu ridicat în aceste perioade tranzitorii.
Frecarea în sarcină poate afecta, de asemenea, cuplul necesar pentru a conduce sarcina. Dacă există frecare excesivă, motorul poate necesita mai mult cuplu pentru a o depăși. Înțelegerea caracteristicilor sarcinii este esențială pentru selectarea VFD-ului potrivit și setarea parametrilor corespunzători pentru a asigura performanța optimă a cuplului.
Implicații practice pentru selecția și aplicarea VFD
Când selectați un VFD pentru o anumită aplicație, este esențial să luați în considerare cerințele de cuplu ale sarcinii. Pentru aplicații cu cuplu constant, este necesar un VFD care poate menține un raport V/f constant pe o gamă largă de viteze.VFD de 22 kWeste o opțiune excelentă pentru multe aplicații cu cuplu constant, cu o cerință de putere în jur de 22 KW.
Pentru aplicațiile cu cuplu variabil, este de preferat un VFD cu caracteristici avansate de economisire a energiei și capacitatea de a regla raportul V/f în funcție de cerințele de cuplu ale sarcinii.VFD pentru motoareoferă o gamă de VFD potrivite pentru diverse aplicații ale motoarelor, inclusiv cele cu sarcini variabile de cuplu.
În plus, VFD-ul ar trebui să fie dimensionat corespunzător pentru a gestiona curentul nominal al motorului și cerințele de cuplu de vârf în timpul perioadelor de pornire și tranzitorii. Supradimensionarea sau subdimensionarea VFD-ului poate duce la performanțe slabe, la creșterea consumului de energie și la deteriorarea potențială a motorului și a VFD-ului.
Concluzie
În calitate de furnizor de VFD, înțeleg importanța modului în care un VFD afectează cuplul motorului. Un VFD poate oferi funcționare cu cuplu constant pentru aplicații care necesită o cantitate constantă de forță, funcționare cu cuplu variabil pentru funcționare eficientă din punct de vedere energetic în aplicații cu sarcini variabile cu cuplu și pornire cu cuplu mare pentru aplicații cu sarcini grele.
Înțelegând principiile funcționării VFD, factorii care afectează relația cuplu - VFD și implicațiile practice pentru selecția și aplicarea VFD, utilizatorii pot lua decizii informate atunci când aleg un VFD pentru sistemele lor motoare. Dacă sunteți în căutarea unei soluții VFD de încredere pentru aplicația dvs. de motor, fie că este vorba de unVFD de 22 kW, aVFD pentru motoare, sau unDrive invertor, nu ezitați să ne contactați pentru mai multe informații și pentru a discuta cerințele dumneavoastră specifice. Suntem gata să vă ajutăm în găsirea VFD-ului perfect pentru nevoile dumneavoastră.
Referințe
- Boldea, I., & Nasar, SA (1999). Acționări electrice: o introducere. CRC Press.
- Fitzgerald, AE, Kingsley, C., Jr. și Umans, SD (2003). Mașini electrice. McGraw - Hill.
- Krause, PC, Wasynczuk, O. și Sudhoff, SD (2002). Analiza mașinilor electrice și a sistemelor de acționare. Wiley - Interștiință.