現(xiàn)在，在許多使用電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用中，該技術(shù)需要不同的速度。變速驅(qū)動(dòng)器(VSD)在電機(jī)工業(yè)應(yīng)用中的驅(qū)動(dòng)效率方面發(fā)揮著重要作用，無(wú)論是在設(shè)計(jì)階段還是在車間。

整流器、中間電路、逆變器和控制單元是VSD單元的關(guān)鍵部件，如下圖所示。整流器將交流電(AC)轉(zhuǎn)換為直流電(DC)。在中間電路中，整流后的直流電源通常由電感和電容組合調(diào)節(jié)。逆變器將經(jīng)過(guò)整流和調(diào)節(jié)的直流電轉(zhuǎn)換回可變頻率和電壓的交流電源。通常，這是通過(guò)生成具有不同頻率和有效電壓的高頻脈寬調(diào)制信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。控制單元監(jiān)督VSD的整個(gè)操作;它監(jiān)視和控制整流器、中間電路。

VSD將與壓力傳感器或流量傳感器等傳感器連接，并進(jìn)行編程以保持某個(gè)值(設(shè)定點(diǎn))。它們可以與多個(gè)傳感器接口，實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖和其他控制功能，并與提供實(shí)時(shí)操作數(shù)據(jù)的當(dāng)前計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接。

VSD的節(jié)能潛力取決于所驅(qū)動(dòng)負(fù)載的特性。負(fù)載分為三種類型：變轉(zhuǎn)矩、恒轉(zhuǎn)矩和恒功率。可變扭矩負(fù)載在離心式風(fēng)扇和泵中很普遍，并提供最大的節(jié)能潛力。這是因?yàn)榕ぞ仉S速度的平方(H1/H2=(N1/N2)2)而變化，而功率隨速度的平方(P1/P2=(N1/N2)3)而變化。并且流量根據(jù)速度的變化而變化(Q1/Q2=(N1/N2))。

那么變速驅(qū)動(dòng)器對(duì)電機(jī)有害嗎?

來(lái)自典型的基于逆變器的 VSD 的基于 PWM 的可變電壓/可變頻率激勵(lì)將如何影響典型的感應(yīng)電機(jī)?

VSD 用于改變感應(yīng)電機(jī)的速度。感應(yīng)電機(jī)傳統(tǒng)上一直是恒速設(shè)備。它們以與施加電流的頻率(大部分)同步的速度運(yùn)行，盡管相位關(guān)系滯后。要改變速度，您需要一個(gè)頻率(也可能是電壓)可以改變的電源(可能是高功率)。這樣做，你就有了一個(gè) VSD。對(duì)于 VSD 控制器，施加的電壓電平通常隨著頻率的降低而向下調(diào)整：由于反電動(dòng)勢(shì)在較低的速度下降低，因此需要較低的施加電壓(否則電機(jī)電流會(huì)過(guò)度上升)。

到目前為止，這非常簡(jiǎn)單。但是我們?nèi)绾潍@得可變頻率呢?我們只有 50Hz 或 60Hz 可用。非常簡(jiǎn)單?；蛘呖赡芟?π 弧度一樣簡(jiǎn)單。獲取交流線路電壓，對(duì)其進(jìn)行全波整流、濾波，然后將該總線電壓施加到由功率 FET 或 IGBT 器件制成的 H 橋(或三相 H 橋)上。如前所述，這是逆變器的核心。到目前為止，一切都很好。

使用適當(dāng)定時(shí)和相位排列的 PWM 信號(hào)來(lái)控制 H 橋的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。通過(guò)改變脈沖寬度/占空比，H 橋輸出將在電機(jī)繞組中產(chǎn)生電流，平均而言，該電流主要呈現(xiàn)正弦曲線。電機(jī)的繞組電感及其慣性往往會(huì)使事情變得平滑。但這就是事情可能會(huì)變得有點(diǎn)麻煩的地方。

那些討厭的 PWM 波形平均來(lái)說(shuō)是可以的——但它們快速開(kāi)關(guān)的事實(shí)意味著它們中有很多高頻成分。這可能會(huì)導(dǎo)致電機(jī)繞組過(guò)熱。高 di/dt 還意味著電機(jī)繞組上會(huì)有高電壓瞬變。如果電機(jī)不是為逆變器工作而設(shè)計(jì)的，它可能會(huì)損壞。

損壞可能發(fā)生在您可能預(yù)料到的地方 - 電機(jī)繞組上的絕緣可能會(huì)惡化或完全損壞。煙霧和電弧是明顯的跡象。

損壞也可能發(fā)生在您可能沒(méi) 想到的地方——軸承。同樣，PWM 電流的高頻成分是罪魁禍?zhǔn)?。它可以通過(guò)電容將電流通過(guò)軸承耦合到電機(jī)外殼。這可能會(huì)導(dǎo)致看起來(lái)像點(diǎn)蝕或腐蝕的損壞——軸承的設(shè)計(jì)目的不是承載電流，而是承載機(jī)械載荷。

另一個(gè)問(wèn)題——從逆變器和電機(jī)之間的連接處輻射出的 EMI;或通過(guò)輸入的交流電源線傳導(dǎo)回來(lái)。在逆變器和電機(jī)之間添加 LC 濾波器有助于解決上述加熱和絕緣問(wèn)題。有時(shí)這只是由于從電機(jī)到過(guò)濾器元件的循環(huán)電流而移動(dòng)了熱量，所以也要注意這一點(diǎn)。在處理此問(wèn)題時(shí)，必須從逆變器和電機(jī)供應(yīng)商處獲得應(yīng)用工程幫助。