چگونه یک VFD بر گشتاور موتور تأثیر می گذارد؟

درایو فرکانس متغیر (VFD) که به عنوان درایو فرکانس قابل تنظیم، درایو سرعت قابل تنظیم، اینورتر یا درایو AC نیز شناخته می شود، نوعی کنترل کننده موتور است که با تغییر فرکانس و ولتاژ عرضه شده به موتور الکتریکی، موتور الکتریکی را به حرکت در می آورد. به عنوان یک تامین کننده VFD، اغلب از من می پرسند که چگونه VFD بر گشتاور موتور تأثیر می گذارد. در این پست وبلاگ، من به بررسی رابطه بین VFD و گشتاور موتور می پردازم و اصول، عوامل و مفاهیم عملی را بررسی می کنم.

درک گشتاور موتور

قبل از اینکه در مورد اینکه چگونه VFD بر گشتاور موتور تأثیر می گذارد، بحث کنیم، ضروری است که بدانیم گشتاور موتور چیست. گشتاور نیروی چرخشی تولید شده توسط موتور است که وظیفه هدایت بار را بر عهده دارد. بر حسب نیوتن متر (N·m) یا فوت پوند (ft - lb) اندازه گیری می شود. مقدار گشتاوری که یک موتور می تواند تولید کند به عوامل مختلفی از جمله طراحی موتور، ولتاژ اعمال شده و فرکانس منبع تغذیه بستگی دارد.

در یک موتور AC استاندارد، مشخصه گشتاور - سرعت نسبتاً ثابت است. در سرعت های پایین، موتور می تواند گشتاور بالایی تولید کند که برای راه اندازی بارهای سنگین مفید است. با افزایش سرعت، معمولاً گشتاور کاهش می یابد. این مشخصه توسط میدان مغناطیسی موتور و برهمکنش بین استاتور و روتور تعیین می شود.

VFD ها چگونه کار می کنند

VFD با تبدیل برق AC ورودی به برق DC از طریق یکسوساز عمل می کند. سپس یک بخش اینورتر برق DC را با فرکانس و ولتاژ متغیر به برق AC تبدیل می کند. VFD با تنظیم فرکانس و ولتاژ می تواند سرعت و گشتاور موتور را کنترل کند.

اصل اساسی پشت VFD نسبت V/f (ولتاژ به فرکانس) است. در یک موتور AC، شار مغناطیسی در موتور متناسب با نسبت V/f است. برای حفظ شار مغناطیسی ثابت (و در نتیجه توانایی تولید گشتاور ثابت)، ولتاژ باید متناسب با فرکانس تنظیم شود. به عنوان مثال، اگر فرکانس به نصف فرکانس نامی کاهش یابد، ولتاژ نیز باید به نصف کاهش یابد تا نسبت V/f ثابت بماند.

اثرات VFD ها بر گشتاور موتور

عملیات گشتاور ثابت

در بسیاری از کاربردها، مانند نوار نقاله، پمپ های جابجایی مثبت و بالابرها، گشتاور ثابتی در محدوده سرعتی وسیع مورد نیاز است. یک VFD می تواند با حفظ نسبت V/f ثابت به عملیات گشتاور ثابت دست یابد. هنگامی که فرکانس کاهش می یابد، ولتاژ نیز به طور متناسب کاهش می یابد و اطمینان حاصل می شود که شار مغناطیسی در موتور ثابت می ماند. در نتیجه، موتور می تواند همان مقدار گشتاوری را در سرعت های پایین تر تولید کند که در سرعت نامی تولید می کند.

به عنوان مثال، اگر یک موتور برای گشتاور 100 نیوتن متر در 1500 RPM و 50 هرتز رتبه بندی شود، زمانی که VFD فرکانس را به 25 هرتز کاهش می دهد، ولتاژ نیز نصف می شود. موتور هنوز هم می تواند 100 نیوتن متر گشتاور در 750 دور در دقیقه تولید کند که به آن امکان می دهد بار را به طور موثر با سرعت کمتری هدایت کند. این عملیات گشتاور ثابت برای کاربردهایی که بار بدون توجه به سرعت به نیروی ثابتی نیاز دارد، بسیار مهم است.

عملیات گشتاور متغیر

برخی از کاربردها، مانند پمپ های گریز از مرکز و فن ها، نیاز به گشتاور متغیر دارند. گشتاور مورد نیاز این بارها متناسب با مجذور سرعت است. یک VFD می تواند مصرف انرژی را در این کاربردها با تنظیم ولتاژ و فرکانس بر اساس نیازهای گشتاور بار بهینه کند.

با کاهش سرعت یک پمپ گریز از مرکز یا فن، گشتاور مورد نیاز بار به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. VFD می تواند ولتاژ و فرکانس را به شدت نسبت به کاربردهای گشتاور ثابت کاهش دهد و در مصرف انرژی صرفه جویی کند. به عنوان مثال، اگر سرعت یک فن به نصف سرعت نامی آن کاهش یابد، گشتاور مورد نیاز فن به یک چهارم گشتاور نامی کاهش می یابد. VFD می تواند ولتاژ و فرکانس را متناسب با آن تنظیم کند و در نتیجه صرفه جویی قابل توجهی در انرژی می شود.

بالا - گشتاور راه اندازی

یکی از مزایای قابل توجه استفاده از VFD توانایی آن در ارائه راه اندازی با گشتاور بالا است. در راه اندازی مستقیم بر روی خط (DOL) یک موتور AC، موتور جریان هجومی زیادی می کشد که می تواند باعث کاهش ولتاژ در منبع تغذیه و استرس مکانیکی بر روی موتور و بار شود. از طرف دیگر، یک VFD می تواند به تدریج فرکانس و ولتاژ را افزایش دهد و به موتور اجازه می دهد تا با گشتاور بالا به آرامی شروع به کار کند.

VFD می تواند نرخ شتاب را کنترل کند و اطمینان حاصل کند که موتور بدون بارگذاری بیش از حد سیستم به سرعت مورد نظر می رسد. این به ویژه برای برنامه هایی با بارهای راه اندازی سنگین مانند سنگ شکن ها و میکسرها مفید است. VFD با ارائه راه اندازی با گشتاور بالا می تواند طول عمر موتور را افزایش داده و هزینه های تعمیر و نگهداری را کاهش دهد.

عوامل موثر بر گشتاور - رابطه VFD

طراحی موتور

طراحی موتور نقش مهمی در نحوه واکنش آن به VFD ایفا می کند. انواع مختلف موتورها مانند موتورهای القایی و موتورهای سنکرون مغناطیس دائمی دارای مشخصات گشتاور - سرعت متفاوتی هستند. موتورهای القایی به دلیل استحکام و هزینه نسبتا کم به طور گسترده با VFD ها استفاده می شوند. با این حال، ممکن است در مقایسه با موتورهای سنکرون آهنربای دائمی، محدودیت هایی از نظر عملکرد و کارایی با سرعت بالا داشته باشند.

پیکربندی سیم پیچ موتور، تعداد قطب ها و طراحی روتور نیز می تواند بر تولید گشتاور در هنگام استفاده از VFD تأثیر بگذارد. به عنوان مثال، موتوری با تعداد قطب های بیشتر سرعت سنکرون کمتری دارد و ممکن است برای دستیابی به عملکرد گشتاور بهینه به تنظیمات V/f متفاوتی نیاز داشته باشد.

تنظیمات VFD

تنظیمات VFD، مانند زمان شتاب و کاهش سرعت، حد گشتاور، و منحنی V/f، می تواند به طور قابل توجهی بر گشتاور موتور تأثیر بگذارد. زمان های شتاب و کاهش سرعت تعیین می کند که موتور با چه سرعتی به سرعت مورد نظر می رسد. اگر زمان شتاب خیلی کوتاه باشد، موتور ممکن است نتواند گشتاور کافی برای شتاب دادن به بار تولید کند و در نتیجه جریان بیش از حد حرکت کند.

تنظیم حد گشتاور به کاربر اجازه می دهد حداکثر گشتاوری را که موتور می تواند تولید کند محدود کند. این برای محافظت از موتور و بار در برابر آسیب مفید است. تنظیم منحنی V/f را می توان برای بهینه سازی مشخصه گشتاور - سرعت برای کاربردهای مختلف تنظیم کرد. برخی از VFD ها چندین منحنی V/f مانند منحنی های خطی، درجه دوم و سفارشی را برای برآوردن نیازهای خاص بار ارائه می دهند.

ویژگی های بار

ویژگی های بار مانند اینرسی، اصطکاک و نوع بار (گشتاور ثابت یا گشتاور متغیر) نیز بر رابطه گشتاور - VFD تأثیر می گذارد. یک بار با اینرسی بالا به گشتاور بیشتری برای شتاب و کاهش سرعت نیاز دارد. VFD باید اندازه و پیکربندی مناسبی داشته باشد تا بتواند نیازهای گشتاور بالا را در این دوره های گذرا انجام دهد.

اصطکاک در بار همچنین می تواند بر گشتاور مورد نیاز برای هدایت بار تأثیر بگذارد. اگر اصطکاک بیش از حد وجود داشته باشد، ممکن است موتور برای غلبه بر آن به گشتاور بیشتری نیاز داشته باشد. درک ویژگی های بار برای انتخاب VFD مناسب و تنظیم پارامترهای مناسب برای اطمینان از عملکرد بهینه گشتاور ضروری است.

مفاهیم عملی برای انتخاب و کاربرد VFD

هنگام انتخاب VFD برای یک کاربرد خاص، توجه به گشتاور مورد نیاز بار بسیار مهم است. برای کاربردهای گشتاور ثابت، یک VFD که بتواند نسبت V/f را در یک محدوده سرعت وسیع حفظ کند، ضروری است.22 کیلو وات VFDیک گزینه عالی برای بسیاری از کاربردهای گشتاور ثابت با توان مورد نیاز حدود 22 کیلو وات است.

برای کاربردهای گشتاور متغیر، یک VFD با ویژگی های پیشرفته صرفه جویی در انرژی و قابلیت تنظیم نسبت V/f بر اساس نیازهای گشتاور بار ترجیح داده می شود.VFD برای موتورهاطیف وسیعی از VFD های مناسب برای کاربردهای مختلف موتور، از جمله موارد با بارهای گشتاور متغیر را ارائه می دهد.

علاوه بر این، VFD باید اندازه مناسبی داشته باشد تا بتواند جریان نامی موتور و حداکثر گشتاور مورد نیاز را در طول دوره های راه اندازی و گذرا کنترل کند. بزرگ کردن یا کوچک کردن VFD می تواند منجر به عملکرد ضعیف، افزایش مصرف انرژی و آسیب احتمالی به موتور و VFD شود.

نتیجه گیری

به عنوان یک تامین کننده VFD، من اهمیت چگونگی تاثیر VFD بر گشتاور موتور را درک می کنم. یک VFD می‌تواند عملیات گشتاور ثابت را برای کاربردهایی که نیاز به نیروی ثابتی دارند، عملیات گشتاور متغیر برای عملکرد کارآمد انرژی در کاربردهایی با بارهای گشتاور متغیر، و شروع با گشتاور بالا برای کاربردهای بارهای سنگین ارائه دهد.

با درک اصول عملکرد VFD، عوامل موثر بر رابطه گشتاور - VFD، و مفاهیم عملی برای انتخاب و کاربرد VFD، کاربران می توانند هنگام انتخاب VFD برای سیستم های موتور خود تصمیمات آگاهانه بگیرند. اگر به دنبال یک راه حل قابل اعتماد VFD برای کاربرد موتور خود هستید، خواه این باشد22 کیلو وات VFD، یکVFD برای موتورها، یا یکدرایو اینورتر، برای اطلاعات بیشتر و بحث در مورد نیازهای خاص خود با ما تماس بگیرید. ما آماده ایم تا به شما در یافتن VFD مناسب برای نیازهایتان کمک کنیم.

مراجع

• Boldea، I.، و Nasar، SA (1999). درایوهای الکتریکی: مقدمه. مطبوعات CRC.
• فیتزجرالد، AE، کینگزلی، سی، جونیور، و اومانز، SD (2003). ماشین آلات الکتریکی. مک گراو - هیل.
• Krause، PC، Wasynczuk، O.، و Sudhoff، SD (2002). تجزیه و تحلیل ماشین های الکتریکی و سیستم های محرک. وایلی - بین علوم.