什么是变频器?
术语 VFD 代表变频驱动器。它是一种电机控制器,通过改变提供给电机的频率和电压来驱动电机。变频驱动器 (VFD) 也称为交流驱动器、逆变器、变速/可调速驱动器、逆变器、变压驱动器、微型驱动器、变频器或变频逆变器 (VFI)。
频率以赫兹 (Hz) 为单位,与电机速度(以每分钟转数 (RPM) 为单位)直接相关。因此,通过调节输入频率,可以相应地改变电机速度。例如,供电频率越高,电机的转速就越高。
VFD 最适合不需要电动机全速运行的应用,因为它们可以降低电源电压和频率以满足电动机负载的要求。如果应用的电机速度要求发生变化,可以将 VFD 设置为根据需要升高或降低电机速度。除了以变速运行电动机之外,变频器还可以实现平稳的电动机启动。
变频器如何工作?
一般来说,基本的变频驱动系统由逻辑控制器、交流电机和操作员界面组成。VFD 安装在交流电机和电源之间。来自电源的电力首先传输到 VFD,然后 VFD 调节馈送到交流电机的电压。在 VFD 内部,输入电力通过由四 (4) 或六 (6) 个二极管组成的整流器部分,而在其他情况下,它可能包括晶闸管。整流电路将输入的三相或单相交流电转换为直流电。
然后,产生的直流电被馈送到由大电容器和/或电感器组成的滤波器部分,该滤波器部分通过消除任何交流纹波来平滑直流输出。接下来,经过滤波的直流电流入逆变器部分。该部分由半导体开关组成,例如功率晶体管或绝缘栅双极晶体管 (IGBT)(例如 MOSFET 和 MOS 晶体管)。在逆变器中,稳定的直流电压被转换成频率可变的交流交流电压。产生的交流电压的频率与 IGBT 或其他功率晶体管的开关速率成正比。
此步骤允许交流变频器根据您当前的过程需求调整馈入电动机的频率和电压。因此,您可以按照应用程序所需的速度或扭矩运行交流电机。
变频驱动器 (VFD) 的应用
变频驱动器广泛用于各种工业应用,以控制交流电机、输送系统、泵、机床、冷水机、冷却塔和其他需要可变速度和扭矩的应用的速度。
以下是 VFD 的一些主要应用:
A) 输送机系统:为了控制输送机系统的速度,VFD 安装了一个远程电位计,操作员可以调节该电位计以手动设置输送机系统所需的速度。在此类应用中,操作员手动设置电机速度,并将最大和最小频率值编程到 VFD 驱动器参数中。
B) 电梯:现有电梯控制装置中包含 VFD,以实现更平稳的启动和精确的停止。作为一个完全受控的停止,这也是一个可重复的过程。
C) 泵控制:在任何给定时间,定速离心泵提供满足最大负载条件所需的设计水量。因此,在不需要满负荷供水的所有其他条件下,泵输入能量被浪费。因此,在此类泵系统中安装变频驱动器,通过根据回流管温度控制离心泵的循环速度,提供更经济的系统。因此,在这种情况下,VFD 控制器的设定点将是为满负载设计的回水温度。
D) 螺旋压榨机:螺旋压榨机主要用于最大限度地减少湿混合物的水分含量。此类压力机的传统控制采用可变机械节距滑轮,其中操作员手动设置螺旋压力机的速度以满足给定工艺的要求。然而,混合物内容物湿度的任何变化都意味着最终产品将存在很大的不一致。
此外,机械速度调节并不可靠,并且由于磨损损坏,压力机的速度可能会随着调节器的位置而变化。因此,VFD 用于安全启动和平稳操作螺旋压榨机,同时防止其严重磨损。此外,通过 VFD,操作员可以建立螺杆速度和排出锥体气压的最佳组合。
E) 锅炉中的送风机:在大型工业锅炉中,调节控制根据负载的增加来调节锅炉输出。此类锅炉通过燃烧一定比例的空气和燃料混合物来运行。变频驱动器可以安装在送风机的电机中,以便根据燃烧所需的空气量调节风机速度。这将确保锅炉的高效燃烧和更精确的过程控制。
F) 恒定风量(CAV)系统: CAV系统向给定空间提供恒定量的空气,以控制该空间内的温度。系统根据设计的负载条件提供足够的空气容量。当变频器安装在鼓风系统中时,它通过根据负载条件调节鼓风机的速度来控制进入空间的气流。因此,只有在需要完全冷却或加热的情况下,CAV 系统的电机才会全速运行。
G) 冷却塔:设置的冷却塔用于冷却水,从而提高下游连接的冷凝器的效率。当水完全流过塔时,风扇循环打开和关闭以控制水温。在风扇系统中加入 VFD 可以控制风扇的速度。而且由于VFD系统能够将水温与室外温度进行比较,因此可以根据水温的变化来调节风扇的速度。这使得冷却塔系统更加高效。
总而言之,变频驱动器在上述应用中广泛使用的一些原因包括:
- 提高系统效率,节省能源消耗,从而降低系统成本。
- 减少机器的机械应力和磨损,延长其使用寿命。
- 减小所需电机的尺寸
- 满足给定工艺的速度和扭矩要求
- 较低水平的机械噪音,即来自泵和风扇的机械噪音
- 切断高峰用电,避免高峰用电价格飙升
- 提高在工厂环境中工作的操作员的安全
- 在混合动力应用中执行功率转换
Allen-Bradley VFD 概述
Allen-Bradley VFD 由美国工业自动化技术提供商罗克韦尔自动化制造。其中包括多种 PowerFlex® 交流和直流变频驱动器可供选择,这些驱动器专为提高生产力、灵活性和易用性而设计。这些 VFD 可以处理中压和低压应用,具有广泛的额定功率。一般来说,Allen-Bradley VFD 旨在帮助机器制造商和系统集成商简化机器设计并提高系统性能。
ABB VFD 概述
ABB VFD,通常称为 ABB 变速驱动器,由总部位于瑞士苏黎世的瑞典-瑞士跨国公司 ABB 集团设计、制造和销售。ABB 集团为各种行业和制造工厂提供先进的自动化技术。
ABB VFD 主要用于调节三相交流感应电机的电机速度和扭矩。其性能稳定、综合性能优良、过载能力强、低速大扭矩输出、高性能矢量控制技术、良好的动态特性,是全球公认的变频驱动品牌。标准 ABB 变频驱动器易于安装、设置和操作;因为它们具有通用的现场总线接口、设计、调试、规格和维护流程。
Allen-Bradley VFD 与 ABB VFD 的比较
全球两大领先的变频驱动器制造商是罗克韦尔自动化/Allen-Bradley 和 ABB 集团。在本节中,我们将比较两个制造商提供的 VFD 驱动器的电压分类和专业应用。
A)低压变频交流驱动器
ABB 和 Allen-Bradley 均提供多种低压交流变频器可供选择。这些驱动器提供广泛的额定功率、全局电压、先进功能、多种控制模式和封装选项。它们旨在让您与工厂运营保持联系并最终提高系统的生产力。
Allen-Bradley 低压交流变频器分为两类,即 PowerFlex® 架构级 VFD 和 PowerFlex® 紧凑型 VFD。
- PowerFlex® 架构级 VFD:这些变频器设计易于使用,并提供特定于应用的参数和广泛的控制功能。它们非常适合需要扭矩、速度和/或位置控制的通用应用。此外,它们还提供节省时间的好处。架构级可用的 Allen-Bradley 变频驱动器包括: (i) PowerFlex 755TS;(ii) PowerFlex 753 交流变频器;(iii) PowerFlex 755 交流变频器;(iv) PowerFlex 755T;(v) PowerFlex 70 交流变频器;(vi) PowerFlex 700 交流变频器;(vii) PowerFlex 700L 交流变频器;(viii) PowerFlex 700S 交流变频器。
- PowerFlex® 紧凑型 VFD:这些变频器为需要速度控制和独立机器级控制或简单系统集成的应用提供简单且经济高效的解决方案。它们的设计还易于在紧凑的封装中使用,从而优化了应用的多功能性和面板空间的使用。Allen-Bradley 提供的此类 VFD 变频器包括: (i) PowerFlex® 523 交流变频器;(ii) PowerFlex® 525 交流变频器;(iii) PowerFlex® 527 交流变频器;(iv) PowerFlex® 4M 交流变频器;(v) PowerFlex® 4 交流变频器;(vi) PowerFlex® 40 交流变频器;(vii) PowerFlex® 40P 交流变频器;(viii) PowerFlex® 400 交流变频器
ABB 集团还提供各种低压交流变频器,包括:
- ACS55-ABB 驱动器:这些变频交流驱动器为跑步机、漩涡浴缸、太阳能跟踪器和自动门等各种低功耗应用提供广泛的速度和控制功能。它们的额定功率为 0.18…2.2kW (0.25…3Hp),单相电源电压范围为 110…120V 和 200…240V(-15% 或 +10%)。它们的设计允许更快地集成到机器中,并具有灵活的安装选项。它们还包括 DriveConfig 套件选项,即使没有电源连接也可以设置驱动器。ACS55-ABB 变频器可用于工业和家庭环境。
- ACS150-ABB 驱动器:这些 VFD 设计用于集成到各种工业机械中,包括输送机、风扇、泵、混合器或任何需要变速的定速交流电机。它们具有 0.37…4 kW 的宽功率范围和功能,可提供平稳的性能。它们的许多功能都是标准功能,例如 PID 控制、EMC 滤波和内置制动斩波器。它们还包括一个名为 FlashDrop 套件的可选设置工具,用于更快、更轻松地配置无电源驱动器。ACS150-ABB 变频器可提供单相 (200…240V) 和三相 (200…240V/ 380…480V) 电源。
B)中压变频交流传动
同样,ABB 集团和罗克韦尔自动化/Allen-Bradley 都提供中压交流变频器,可在更广泛的应用需求中提供卓越的性能。
在此类别中,Allen-Bradley 提供 PowerFlex® 7000、PowerFlex® 6000 和 ArcShield™ PowerFlex® 7000 交流变频器。
- PowerFlex® 6000 交流变频器:这些变频器旨在为各种工业应用提供灵活性。它们非常适合需要 2.4 kV(千伏)至 11 kV 变速电机控制、可变扭矩和恒扭矩控制、电机电流高达 680 A(安培)的新型和改造应用。它们非常适合可变扭矩应用,例如简单的独立离心泵和风扇。根据应用要求和电机电源电压,PowerFlex® 6000 VFD 可提供多种配置。
- PowerFlex® 7000 变频器:这些是液冷或风冷变频变频器,额定功率范围广泛,范围为 200…34000 Hp,电源电压范围为 2400…6600 V AC。它们非常适合用作通用独立交流驱动器,可提供速度、方向和扭矩控制,以及标准同步或异步交流电机的启动和停止。
- ArcShield™ PowerFlex® 7000 变频器:该变频器系统采用 ArcShield™ 技术,这是为 Allen-Bradley 中压交流变频器开发的首个抗电弧技术。该防电弧系统具有完整的再生功能,并且经认证符合最全面的全球防电弧标准。它提供高达 50 kA(千安培)的电弧故障额定值,并符合 2B 型可访问性保护标准。
相反,ABB 中压 VFD 不像 Allen-Bradley 同类产品那样包含 ArcShield 技术。ABB 集团最常见的两种中压交流变频器包括:
- ACS 2000 交流变频器:这是一款技术领先的中压变频器,完美适应各行业的各种标准速度控制应用。无限的多功能性使 ACS 2000 变频器能够完美适应世界所有地区的不同操作条件和工业环境,包括危险区域。这些驱动器受益于简单的设计和强大的控制平台,可确保始终可靠的运行。此外,它们还提供多种配置和驱动选项,额定功率范围广泛,从 250 kW 到 3.68 MW。因此,您可以选择最合适的 ACS 2000 变频器来提高系统和工业流程的效率。
- ACS 1000 交流变频器:这是 ABB 集团久经考验的中压变频变频器。无论行业类型如何,它都是各种标准工业应用的理想选择。为了优化您的工业流程,您可以通过选择各种可用的预设计选项来针对特定应用定制 ACS 1000 变频器。由于其广泛的多功能性,ACS 1000 变频器可以在不同的工业环境和操作条件下,甚至在危险区域中可靠地运行。它们的额定功率为 315 kW 至 5 MW。此外,由于其简单的设计和强大的控制能力,ACS 1000 驱动器以其高可靠性而闻名。
从上面的讨论中,您可以注意到,Allen-Bradley 中压交流变频器(尤其是 PowerFlex® 7000 变频器)的额定功率比 ABB 中压交流变频器的额定功率要高得多。
C)变频直流驱动器
Allen-Bradley 提供全系列变频直流驱动器,称为 PowerFlex® 直流驱动器。它们包括 PowerFlex® DC 现场控制器、PowerFlex® DC 数字驱动器和 PowerFlex® DC 独立稳压器 (SAR)。这些直流 VFD 专为直流电机控制和高达 4000 kW (6000 Hp) 的改造应用而设计。它们是各种要求苛刻的直流应用的理想选择。
同样,ABB 集团还提供几乎所有工业应用的变频直流驱动器,无论是作为经济高效的改造还是新安装的一部分。这些驱动器基于最新的控制技术,同时为您提供额定功率范围从 9 kW (12 Hp) 到 18 MW (24,000 Hp) 的完整三相直流驱动器选择。它们的设计和制造具有灵活性,具有多种 I/O 和通信选项,以及多种可编程性和内置控制程序。ABB 提供的变频直流传动包括 DCS 800-A、DCS 550、DCS 800-S、DCT 880 和 DCS 880-S。
D) HVAC 变频驱动器
ABB 集团提供专为 HVAC(供暖、通风和空调)应用量身定制的交流变频器。他们包括:
- ACH550-HVAC 驱动器:这些驱动器有两种安装选项:(i) 壁挂式驱动单元(ACH550-01 系列),功率范围为 0.75…160 kW (0.5…200 Hp) 和三相供电电压380…480V(+10% 或 -15%)。(ii) 独立式驱动装置(ACH550-02 系列),额定功率为 200…355 kW (250…500 Hp),三相电源电压范围为 380…480V(+10% 或 -15%)。ABB ACH550 是智能 HVAC 变频器,致力于生产优质空气和节约能源,从而缓解大多数环境问题。它们提供了良好的灵活性、可靠性以及所有必要的 HVAC 通信协议。这些驱动器针对特定应用进行了预编程,包括冷却塔、冷水机和带有泵电机、压缩机和风扇的空气处理装置。
- ACH580-HVAC 变频器: ABB 变频器的 ACH580-01 系列额定功率为 0.75 … 250 kW,三相电源电压范围为 380V…480V(+10% 或 -15%)。该驱动器系列在可靠性和简单性方面树立了新标准,确保您的 HVAC 系统平稳运行。此外,其内置功能显着减少了现场调试时间,同时通过提供简单的诊断和故障排除为现有电机控制系统增加了价值。
此外,ACH580 ABB 变频器可作为壁挂式或柜式变频器提供,可以更轻松地集成到您的工厂设施和不同环境中的电网连接中。它们还包括多个 PID 控制回路,可提供最先进的过程控制。此外,ACH580 HVAC 驱动器还具有多泵控制、控制超控和电机预热功能。