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变频器六大基本功能

2016-09-13 14:36:09 admin 35

        变频器(Variable-frequencyDrive,VFD),全称变频调速器,是应用变频技术与微电子技术,通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。

       变频器主要由整流(交流变直流)、滤波、逆变(直流变交流)、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。变频器是三相电动机的驱动控制设备之一,在工业自动化领域,其作用和地位举足轻重,不可或缺。

        变频器主要具有以下功能:

一、软起动节能

        电机硬启动对电网造成严重的冲击,而且还会对电网容量要求过高,启动时产生的大电流和震动时对挡板和阀门的损害极大,对设备、管路的使用寿命极为不利。而使用变频节能装置后,利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始,最大值也不超过额定电流,减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求,延长了设备和阀门的使用寿命。节省了设备的维护费用。

        变频器在诞生之初,是针对最普遍使用的三相异步鼠笼式电动机来做的,三相异步电动机的速度公式是n=60f(1-s)/p,通过改变电动机的输入频率,进而改变电动机的转速是最彻底最方便可靠的方式。电动机直接起动的瞬间电流是正常稳定运行的6~8倍,降压起动是4~5倍,而变频调速,不会超过1.5倍变频器额定电流,无论是对电网冲击,还是设备适应性,其好处是显而易见的。

二、无级调速软

        无级调速,就是无等级无台阶的调速,从零速起动到最高速度,以及从最高速度降到零速,一气呵成,速度曲线连续、平滑、稳定,如图1所示,极大的适应了负载惯性,提高了多个机械设备相互间的适应能力,提高了生产效率,大大降低了机械摩擦、振动和噪音,延长了设备寿命,降低了维护成本。普通变频器输出频率都在0.00Hz~400.00Hz左右,频率分辨率都在0.01Hz,有些到达650.00Hz,高频的变频器可以输出达到5000Hz,已经完全覆盖工业调速的所有范围。

        在变频器诞生之前,我们已经有很多机械调速方式,在我们的日常生活中随处可见,如大小齿轮,皮带,减速机等等,而这些调速方式,每次只能输出一个固定比例的速度,要想频繁改变速度就不是那么容易,当然还有滑差电机的方式,但毕竟使用范围有限,而且维护和成本较高。随着晶体管、微处理芯片等核心元器件的出现,促使无级调速技术实现重大突破。变频器的诞生是顺应工业自动化水平需要和多个相关产业发展的结果(公众号:泵管家)。

三、变频节能

        为了保证生产的可靠性,各种生产机械在设计配用动力驱动时,都留有一定的富余量。当电机不能在满负荷下运行时,除达到动力驱动要求外,多余的力矩增加了有功功率的消耗,造成电能的浪费。风机、泵类等设备传统的调速方法是通过调节入口或出口的挡板、阀门开度来调节给风量和给水量,其输入功率大,且大量的能源消耗在挡板、阀门的截流过程中。当使用变频调速时,如果流量要求减小,通过降低泵或风机的转速即可满足要求。以风机水泵型负载的节能的例子来说:一台离心泵电机功率为55千瓦,当转速下降到原转速的4/5时,其耗电量为28.16千瓦,省电48.8%,当转速下降到原转速的l/2时,其耗电量为6.875千瓦,省电87.5%。

        变频器的节能功能,已经被广泛应用与各种工业和民用生产生活中,尤其将变频器用于平方转矩负载时更为突出,例如风扇、风机、泵、螺旋桨负载,这是由此类负载转矩曲线决定的。在低速时由于流体的流速低,所以负载转矩很小,随着电动机转速的增加,流速增快,负载转矩和功率也越来越大。

四、设备及自我保护功能

        大家知道,在实际设备运行过程中,常常会有多种因素导致各种故障和设备损坏,如果能够进行智能检测,和自动报警及保护,将是非常有必要的,例如欠电压、过电压、雷击、过载、负载堵转、温度过高、通信故障、电磁干扰、电源缺相、电机缺相、负载短路、接地短路等等,有些故障是致命的,一旦出现,后果不堪设想。

        变频器在研发过程中,首先出于对变频器自身内部器件安全性考虑,就加入了多重检测和保护,例如变频器逆变模块的允许最大电流一般不会超过额定的2倍,电解电容允许的最高温度为85℃,电磁兼容设计等等,再加上会负载侧的检测和反馈(如电机温度检测及保护、瞬时掉电不停机等),使得今天的变频器高度智能化,不仅能保护自身的安全正常使用,也大大保护了前后级设备的安全运行。

五、功率因数补偿节能

        无功功率不但增加线损和设备的发热,更主要的是功率因数的降低导致电网有功功率的降低,大量的无功电能消耗在线路当中,设备使用效率低下,浪费严重。

使用变频调速装置后,由于变频器内部滤波电容的作用,从而减少了无功损耗,增加了电网的有功功率。

六、自动化控制功能

        今天的变频器的控制功能已经非常齐全,可以很好的配合其他控制设备和仪器,实现系统化组网的集中实时监视和控制,如配合DCS,PLC,传感器,HMI,CNC,上位机,伺服驱动器等等,大大提高了生产线的自动化程度,节省了人力物力,提高了效率,降低了成本。例如变频器可以有多种频率给定方式,如数字设定,电位器,外部模拟量(0~10V,4~20mA),多段速,PID等方式,可以外搭各种控制器、反馈信号的频率指令,远程/本地控制切换,方便了用户的多种控制需要,还有一些公司,陆续推出多款行业专机,针对一些细分行业用户进行个性化定制开发,一体化开发,为用户节省了选型的麻烦系统兼容性的问题,节约了成本。

        变频器,是工业自动化领域重要的一员。随着中国自动化产业高速发展,中国优秀变频器品牌的产品性能和稳定性,在一些方面已经超越了很多国外品牌,而且国产品牌市场份额逐步提升。

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