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驱动器节能原理

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驱动器节能原理

2020-08-13 17:05

大多数电动机设计的转子转速是由电机磁极对数以及定子电压和频率决定。他们无法改变转子转速。即使对于定速系统,也很难找到按某一指定速度旋转的电动机。因此,经常需要额外的设备,例如减速箱、阻尼器或变速驱动器。

 

驱动器通过改变电压和频率来控制交流电动机速度。控制电动机的速度可为用户提供更好的过程控制,减少机械磨损,增加功率因数并节省大量能源。

 

大多数应用可以分为以下转矩类别:

  • 恒转矩负载应用(例如传送带)通常需要接近电机额定转矩的起动转矩,并且在接近额定转速时仅显示小变化
  • 线性转矩负载应用(例如螺杆压缩机)具有更线性转矩要求,随速度成正比
  • 变转矩负载应用(风机和泵等)输出转矩与速度的平方成正比,并在接近额定速度时达到100%的转矩

应用程序负载类型

 

在变转矩负载的应用中,节能效果最明显。速度和功率的立方成正比,意味着在变扭矩负载应用中将风机速度降低20%可以节省50%的能源。因此,对于大多数运动控制应用,降低电机转速通常是节省大量能源的最简单方法。

 

平方转矩曲线

改变变转矩负载速度可以节省减速三次方成正比的功率。这是因为功率=转矩*速度,变转矩负载的转矩与速度的平方成正比。在线性V/F模式下,交流变频器可以输出额定转速下100%转矩。这意味着在变转矩应用中,总是有大量的备用转矩可用。

平方律熔接-手中的扭矩

平方转矩控制线性电压与频率的关系,从而降低了电机定子绕组中的转矩能力,从而降低了损耗。

 

动态V/F模式

动态V/F模式适合在低负载条件下将电动机的功率损耗保持在最小的应用。在此模式下,驱动器将根据负载情况对电机输出频率特性变化电压,以便在轻载水平下,电动机在给定频率下的电压会降低。这减少了励磁电流,从而减少了电动机的损耗。

 

PID控制

交流变频器可以通过改变电动机的速度以精确匹配负载来显着降低能耗。为了动态改变电动机的速度,需要考虑过程的测量输出的闭环调节器。使用此功能的常见应用包括压力、液位和温度控制。最常见的调节方法是PID(比例-积分-微分)控制环。所有Control Techniques驱动器在产品中集成了单个或多个PID回路。

 

有源前端系统(AFE)

交流驱动器的输入段通常是一个不受控的二极管整流器,因此无法将功率反馈到交流市电电网,这意味着多余的能量会转化为热能消耗掉。AFE系统使用可控整流桥来使能量在机械系统和交流电源之间双向流动。在机械系统的电气制动会导致大量能量浪费为热能的应用中,这提供了比标准驱动器更高的效率水平。

 

共直流母线系统

DC母线系统提供了另一种通过在制动和电动驱动之间循环能量来降低运行成本的方法。一个特别有效的示例是开卷到卷曲材料的应用中,在卷绕应用中,保持材料的张力很重要。为此,开卷机不断制动,而卷取机不断电动。在理想的系统中,所需的净能量正好足以弥补系统损耗。

将AFE与常见的共直流母线系统结合使用可提供最大的灵活性,使能量既可以在驱动器之间流动,又可以与电网双向流动。在这些应用中,通常将单个AFE单元与许多直流母线连接的驱动器一起使用。

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