图1

　　图1.使用VFD以较低的速度操作泵和鼓风机可显着降低能耗，延长电机寿命并减少所需的维护。

　　自20世纪80年代以来，变频驱动器（VFD）已被用于控制三相交流（AC）感应电动机的速度。它们还提供可调节的加速和减速，过载保护和电机的启停控制。这些和其他特性使VFD成为风机，鼓风机，离心泵，搅拌机，搅拌机和输送机的理想选择 - 这需要可变的马力和扭矩 - 以及通过降低速度运行节省能源的应用。

　　VFD将单相或三相交流输入功率转换为直流（DC），然后将其反转为三相交流输出功率。在转换为输出之前，VFD会改变反向功率的频率和电压，使其能够根据设定值控制电机速度，该设定值可以设置为VFD，也可以通过自动化系统发送给它。

　　对于需要受控停止和启动的恒速应用，VFD通常不是最佳选择，因为AC到DC到AC的电子转换导致效率损失约4％。但是，如果需要可变电动机速度，VFD的好处通常足以克服效率损失。要实现这些优势，请考虑使用本文中介绍的指定和使用VFD的十大技巧。

　　1.了解并使用其优点和功能

　　使用VFD的好处包括节能，可调节的电机速度和扭矩，启动时减少的电机浪涌，以及可控制的停止和倒车。可能最大的好处是在较慢的速度下操作鼓风机，风扇和离心泵等设备时的能耗降低。

　　例如，将鼓风机的速度降低到50％也会使空气流量减少50％，但却将功率需求降低了87.5％。所需的风扇，鼓风机和离心泵功率与电机速度的立方成正比，在较低速度下节省了大量能量（见图1）。

　　VFD改变电机速度的能力允许优化机器或过程所需的工作，因为仅提供所需的速度。这与全速运行电动机和节流输出形成对比，这是低效的，降低了电动机寿命，并增加了电动机和节流设备的维护。

　　扭矩也可以受到限制，以保护机器或产品免受可能的损坏。这些调整可以使用可编程逻辑控制器（PLC）或其他控制器自动进行，也可以使用驱动器上的键盘或电位计手动进行。

　　VFD可以降低电机启动电流，该启动电流可以超过电机满载电流的八倍。对于较大的电机，这种满负荷启动对配电系统提出了很高的要求。当电动机以全电压启动时，这些高要求可能导致电压骤降或电压骤降。由VFD提供的受控加速启动解决了该问题。

　　通过VFD，受控加速可降低启动电流并延长电机寿命。在需要频繁启动和停止的应用中尤其如此。此外，VFD无需使用可逆启动器。VFD提供的受控加速和减速可减少设备磨损和相关的破损和损失（见图2）。

图2

　　图2.通过使用受控的加速和减速启动和停止电机，VFD可减少输送机和其他应用中的冲击和破损。

　　2.根据负载大小选择VFD

　　调整VFD通常需要的不仅仅是将马力额定值与电机匹配。必须考虑其控制的负载的运行曲线。选择设备时，还必须考虑恒定或可变负载，频繁启动和停止，或连续运行。

　　应确定运行期间任何时候的扭矩和最高峰值电流。首先确认电机铭牌满载放大器（FLA）。但是，重绕电机的FLA可能比铭牌上列出的更高。

　　VFD的大小应根据峰值扭矩需求而不仅仅是马力。在某些条件下，电动机可能需要更多的功率和/或扭矩，并且当动态负载或冲击负载产生临时过载情况时可能需要过大尺寸。在这些和其他高需求情况下，VFD必须提供足够的电流以确保可接受的电机性能。

　　例如，需要来自VFD的更多动力来提供额外的起动扭矩以启动满载输送机。虽然许多VFD可以在150％过载的情况下运行60秒，但在短时间内可能会出现更高的过载。无论过载持续时间短还是长，都可能需要超大的VFD来提供应用所需的净空。即使是高海拔安装也可能需要加大尺寸，因为可以减少VFD的空气冷却。

　　3.确定制动选项

　　在减速负载时，VFD可能还需要一些帮助。虽然它可以阻止中等惯性负载，但高惯性负载可能会导致驱动器出现过压情况。为了快速减轻重载，应考虑外部动态制动电阻。

　　制动电阻允许VFD通过降低减速电机产生的电压来产生额外的制动转矩。如果没有制动电阻，典型的VFD可提供约20％的制动转矩。外部制动电阻可显着提高VFD的制动力矩，以实现重载的快速减速，并减少频繁启动和停止引起的驱动热量。

　　4.与VFD的接口

　　VFD由硬连线，离散和模拟输入/输出（I / O）控制; 或通过数字通信。VFD的离散输入（通常来自PLC的输出）用于启动和停止驱动器，但也可以使用手动按钮和选择开关。

　　其他可配置的驱动输入包括点动，故障复位，加速/减速选择，预设速度（步进）选择，比例 - 积分 - 微分（PID）控制等。VFD的离散输出包括故障存在，频率获得，非零速度和本地/远程指示。一些高端驱动器还包括用于速度参考的频率输出。驱动器的模拟输入通常接受来自PLC或远程电位计的速度命令。这些模拟信号通常为0到10伏DC，4到20毫安或类似的东西。

　　驱动器的模拟输出（如果可用）也具有相同的信号电平。模拟输出可以提供与电机速度成比例的速度参考信号。该速度信号可用于在主从设备中命令下游VFD的速度。此配置可以同步多个VFD电机的速度。或者，模拟输出可以向PLC提供模拟速度，电流和转矩信号。

图3.

　　图3. V / Hz驱动器很受欢迎，印刷机和其他卷筒纸转换应用受益于闭环控制VFD的精确速度调节。

　　5.了解数字通信选项

　　数字通信协议允许通过单根电缆在PLC和VFD之间传送命令和信息，而不是硬连线I / O所需的许多电线和电缆。协议范围从简单的串行接口（如Modbus RS-232 / RS-485）到更先进的以太网和现场总线通信选项（如EtherNet / IP）。

　　这些通信接口允许VFD由主设备控制，例如PLC或其他高级控制器。该接口可以消除对硬连线离散和模拟I / O的需求，并可以监控变频器的速度，电流，故障和其他参数。与驱动器的串行RS-232连接适用于位于PLC附近的单个驱动器应用。如果需要多个驱动器，RS-485网络可以菊花链，多点配置处理多个驱动器，并将通信距离延长至4,000英尺。

　　以太网接口在速度，带宽和网络配置选项方面提供更高的性能。使用工业以太网协议（如Modbus TCP / IP或EtherNet / IP），可以通过单个PLC控制多个驱动器，从而简化VFD接线并提供远程配置驱动器的简便方法。

　　6.应用正确的控制模式

　　该应用通常决定VFD控制模式的类型：伏特/赫兹（V / Hz），无传感器矢量或闭环。V / Hz控制电压和频率之间的比率，以改变电动机磁通，从而为电动机提供工作转矩。V / Hz驱动器适用于大多数应用，例如风扇和泵。

　　无传感器矢量VFD以其在宽速度范围内的精确速度控制而闻名，无需编码器反馈，因为它们在开环中工作良好。闭环VFD通过监控实际电机速度和滑差信息，使用编码器反馈实现精确的速度控制。无传感器矢量和闭环VFD提供出色的速度调节，为造纸厂，卷筒纸处理，印刷机和其他转换应用提供严格的速度控制（见图3）。

　　7.定义运动配置文件

　　如何配置VFD的运动配置文件在很大程度上取决于应用程序。运动曲线参数包括电机速度，加速度，减速度，斜坡线性度，转矩控制，制动和PID。市场上的大多数VFD都包含这些参数，尽管PID可能仅适用于更高级的驱动器。

　　可以使用操作员键盘和显示器或通过数字通信访问和编程这些参数。仔细阅读本手册将有助于用户理解这些参数并确保正确安装，设置和控制。

　　8.概述安装要求

　　遵循安装要求非常重要，因为VFD在运行时会产生大量热量。频繁启动和停止会导致驱动器加热外壳，需要通风以保持温度符合驱动器规格。该手册提供的信息有助于计算不同操作条件下VFD的预期热输出。如果长时间低速运行，标准感应电机可能会过热。如果需要低速运行，则应指定变频器额定电动机。

　　9.指定操作参数

　　从控制角度来看，不应通过打开输入电压源上的接触器来定期停止VFD，因为这会缩短其使用寿命。这应该仅用于紧急停止目的。驱动器I / O或通信应控制所有其他实例中的启停。本手册中概述了这些以及许多其他安装和操作程序，应谨慎使用，并且应与VFD供应商联系以解决任何问题。

　　10.处理噪音和谐波

　　VFD会产生电噪声和谐波，可能会损坏电机，设备，变压器和电源线。幸运的是，过滤器和线路或负载电抗器可以将许多问题降至最低。大多数VFD安装说明建议使用无源谐波滤波器，如交流线路电抗器和扼流圈。这些器件可降低谐波并保护VFD免受驱动器线路侧的瞬态过压影响。

　　在线路侧，有源谐波滤波器将谐波电流波形反转并将其反馈回线路，以抵消VFD产生的噪声。在负载侧，负载电抗器可保护电机电缆绝缘层免受短路和反射波损坏。在标准感应电机的所有应用中以及在VFD与电机距离超过75英尺的任何应用中包括这些电抗器都是良好的设计实践。

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