- VFD电路及其操作
- VFD电路的整流器部分
- VFD电路的滤波器部分
- VFD电路的开关或反相器部分
- 不同类型的VFD
- VSI型VFD
- CSI类型VFD
- PWM型VFD
- 如何为我的应用选择VFD？
- VFD的优点
- VFD的缺点
世界上有许多工厂和工厂使用不同类型的大功率电动机。由于高功率消耗，工厂最终要支付大量的电费。为了克服高功耗并提高效率，四十年前推出了VFD，但电路不够坚固。
VFD是变频驱动器或变频器的简称。频率决定了电动机的转速，通过控制交流频率，可以控制电动机的转速。电子和电气市场上可以使用不同类型的VFD，从小型电机相关应用到大功率感应电机。除三相VFD外，还可以使用单相VFD。
VFD电路及其操作
VFD电路由三部分组成。
1.整流器部分
2.过滤器部分
3.开关或逆变器部分。
在下图中，这三个部分在框图内显示。这是三相VFD的基本电路框图。
VFD电路的整流器部分
整流器部分使用6个二极管。二极管D1，D2和D3与正极相连，二极管D4，D5和D6与负极相连。这六个二极管用作二极管桥，将三相交流信号转换为单个直流电源。三相R，B和Y跨二极管连接。取决于正弦波极性，二极管会正向偏置或反向偏置，从而在正轨和负轨中提供正脉冲或负脉冲。
要了解有关整流器工作原理的更多信息，请点击链接。
VFD电路的滤波器部分
众所周知，标准整流二极管只能将交流信号转换为直流信号，但输出直流信号不够平滑，因为还存在与频率相关的交流纹波。为了整流交流纹波并获得平滑的直流输出，需要某种纹波抑制滤波器。滤波器的标准组件是使用不同类型的大型电容器和电感器。在滤波器部分，主要是电容器过滤掉交流纹波并提供平滑的直流输出。
在某些情况下，还可以使用其他类型的滤波器来减少输入的交流噪声和谐波。
VFD电路的开关或反相器部分
开关或逆变器部分将直流电转换为交流电。在本节中，将使用不同类型的电子开关，包括大功率晶体管，IGBT或MOSFET。开关可以快速接通或断开，并且负载会收到与交流电非常相似的脉动电压。输出频率与开关速率成正比。高开关速率可提供高频输出，而低开关速率可提供低频输出。
不同类型的VFD
根据VFD将交流电转换为直流电并进行整流的方式，市场上还有其他类型的VFD。
VFD 的主要三种类型是 VSI ， CSI 和 PWM 。
VSI型VFD
VSI代表电压源逆变器。这是最常见的变频驱动器类型。在此类VFD中，使用简单的二极管电桥将交流信号转换为直流电，并使用电容器存储能量。逆变器开关电路使用电容器中存储的能量并提供输出。
优点
1.速度范围好。
2.多种电机控制功能。多个电动机可以与单个VSI VFD类型连接。
3.设计简单。
4.从生产和安装方面来说，它具有成本效益。
缺点
1.由于齿槽效应，在启动和停止情况下负载电动机的表面会发生抖动。
2.输出提供不同类型的谐波和噪声。
3.如果控制电动机速度或降低速度，则整体功率因数会受到很大阻碍，从而导致功率因数不佳。
CSI类型VFD
CSI代表电流源逆变器。VSI型VFD的设计方式使其可以根据可变频率范围提供平滑的电压输出，但是在CSI型VFD中，其结构取决于电流而不是电压。同样，在CSI的情况下，使用SCR桥式转换器代替二极管桥式整流器。使用串联电感器作为电容器的替代品来过滤输出能量，以实现平稳的电流输出。CSI型VFD的作用类似于恒流发生器。CSI型VFD能够提供方波电流，而不是方波电压。
优点
1.可靠的VSI型VFD。
2.支持在不适合使用VSI的情况下使用更高功率的感应电动机。
3.设计简单。
4.良好的再生能力。
缺点
1.整体功率因数很差，特别是在低转速下。
2.存在齿槽效应，运转时可能使电机轴振动。
3.就VSI而言，它不适用于多电机运行。
PWM型VFD
这是VSI类型VFD的改进和修改版本。PWM代表脉冲宽度调制。使用PWM技术，VFD能够提供保持频率比的稳定电压输出。该结构使用二极管电桥将交流信号整流为直流信号。开关电路在可变频率范围内控制占空比。额外的调节器用于调节PWM输出，以便为负载提供稳定，适当的电压和电流。
优点
1.没有堵塞或抽动的影响。
2.速度和控制范围广。
3.由不同类型的保护电路组成。
4.恒定功率因数。
5，产生很高的效率。
6.高效节能。
缺点
1.设计复杂。
2.复杂的实施。
3.需要其他硬件。
4.驱动电路中会产生噪声。
5，成本高的解决方案
如何为我的应用选择VFD？
为了为特定应用选择合适的VFD，需要对负载有很好的了解。不同类型的电动机产生不同类型的扭矩。在某些应用中，恒定扭矩是必需的，而在其他应用中，则需要控制扭矩。同样，电动机两端的负载也是电动机规格（主要是额定功率）的决定因素。
为了为适当的应用选择适当的VFD，我们需要评估或考虑以下因素。
1.电机功率
2.费用
3.变频器和电机的运行环境
4.单相或三相
5.具有单个电动机的单个VFD或具有多个电动机的单个VFD
6.其他控制功能要求
VFD的优点
有很多原因使VFD成为容易获得其他控制器的消费者的普遍选择。VFD普及的最重要原因是低能耗功能和初始设置成本。VFD在能耗方面提供了高效率，而不是同一网段中的任何控制器设备。因此，在需要大型马力电动机的大型工厂和工厂中，VFD功耗低，从而降低了电费，并节省了成本。
VFD限制了电动机启动和停止条件期间的浪涌电流，这也降低了电源线中的浪涌负载，并为昂贵的电动机提供了安全余量。
除了上述优点之外，VFD还可以降低系统维护成本。无需其他昂贵的电气连接和控制操作。可以选择连接多个可以使用单个VFD控制的电机，从而进一步降低了额外的系统设置成本。
VFD的缺点
然而，尽管具有上述优点，但是VFD系统也存在一些缺点。VFD系统的主要缺点是初始设置投资。对于需要使用VFD控制多个大功率电动机的工厂或工厂，需要大量投资。
此外，VFD会导致电机发热，并且需要特殊的电机构造。该结构需要特殊类型的电机绝缘，并且需要为变频器额定应用指定电机。
VFD的另一个主要缺点是，主电源线会严重受到失真，线路陷波谐波的干扰。因此，在运行条件下，连接在同一电源线中的其他设备也会受到阻碍。
然而，现代半导体工业的进步极大地改善了现代VFD系统的构造。在固态设备时代之前，旋转机械是制造VFD的主要组件。在现代微处理器时代，VFD配备了各种保护措施，例如欠压，过压，热过载保护等，并带有适当的控制设施。工业中的电机应用占世界25％的电能消耗，可以使用VFD对其进行有效控制。