电机控制中的变频驱动器 (VFD)

VFD 通过仔细的速度控制和效率解决了驱动三相电机的挑战，而且在大多数情况下成本不会过高。它们可以配置为在从小型独立机器中心到庞大的大型机器网络的应用程序中运行。内部参数允许用户进行出色的电机控制。 

 

为什么选择变频驱动器？

当谈到移动工业运营所需的大负载时，三相电机通常被称为重击手。与电压较低的单相亲戚相比，它们使用的电流更少。此外，单相电机的启动和沿受控方向运行的难度要大得多。作为另一个比较，由于实现转子磁场旋转的碳刷的磨损，直流电机的运行效率较低。

虽然这些三相电机有一些巨大的优势，但在操作它们时也有一些额外的困难。简单的电机启动器电路允许我们连接两个这样的启动器，彼此互锁，它们可以在两个相线反转的情况下以任一方向启动和运行电机。然而，像启动器这样的开/关控制是有限的，只能完全打开或完全关闭。突然启动时，电机会消耗大量电流，导致公用事业成本增加。

大型应用的另一个缺点是主电压的小波动，例如由设施中的其他设备打开引起的。在模拟启动器电路中，这些波动会直接传递到电机线圈，从而在原本平稳的旋转中造成小的不平衡。

 

VFD 从一件健身器材中解放出来。 

该型号没有按钮或屏幕，因此必须通过通信端口进行编程。

 

变频驱动的好处

为了克服前面列出的缺点，采用了数字控制设备以实现更好的控制。变频驱动器或 VFD 仔细调节以脉冲形式发送到电机的电流，其频率可以从正常的 50/60Hz 电源降低。通过这种方式，“变频”这个名称为我们提供了这些驱动器的明显优势。

在应用过程中需要注意 VFD 的一件事是，它们可以很容易地以低于其额定值的频率（因此转速）运行电机，但在尝试使其运行得更快时应该非常谨慎。尽管理论上可行，但电机设计为仅以 RPM 运行。电机运行得更快会导致发热、效率降低和寿命缩短。VFD 还提供一些其他内置优势。

首先，即使没有传感器，您也可以获得有关系统的一些基本反馈。它监控提供给电机的电流，如果电流超过可接受的水平，它会显示故障。

还可以调整许多控制电机运行方式的运行参数。您可以调整启动加速和减速时间（斜坡率）、速度（在全额定 RPM 太快的情况下）以及许多其他选项。

一个令人惊讶的好处是这些设备的成本低。一对小型启动器以及手动控制所需的按钮可能要花费数百美元或更多。一个类似的小马力电机 VFD，按钮集成在前面，成本仍然只有一百多美元。对于更大的应用程序，成本可能会急剧上升，但仅设备的复杂性并不意味着它非常昂贵。

 

VFD 的基本工作原理

VFD的输入电压可以是单相120-240VAC，也可以是208-480VAC，有时甚至更高。小型电机的单相输入模型提供了很大的好处，因为您不需要三相电源来运行电机。

 

VFD 的输入端子。 

注意只有两个螺丝端子加接地 - 这表示单相输入。此外，小网络端口用于 RS-232 通信，在这种情况下不是以太网控制。

输入交流电通过整流器和滤波电容器转换为直流电。这提供了与电机额定电压水平匹配的恒定直流电压。

为了运行电机，直流电压以非常高的频率脉冲开启和关闭，通常为数千赫兹。每个脉冲的开启时间与关闭时间的比率将允许电流增加或减少，例如，如果脉冲在 90% 的时间内开启，而其余 10% 的时间关闭，则预计电流将接近值。

这一系列快速脉冲的百分比在 100% off 和 100% positive 之间变化，然后回到 100% off，然后 100% negative，并重复。 

这些百分比完成一个完整周期的速度可以设置在 0 到 60Hz 之间的任何位置。或者，可以命令它在打开时以设定的速率上升到 60Hz。此时，有多种控制选项。

 

您如何控制 VFD？

根据应用，您可以找到可以从各种控制的 VFD。有时，他们的任务可能是运行一台独立的机器，人机交互非常有限。其他时候，复杂的计算机网络可能会在整个设施中运行通信。任何东西都有 VFD。

大多数 VFD 的正面都有一个小屏幕，上面可能有一些数字来显示信息，或者偶尔像彩色触摸屏一样花哨。也可能会有一个启动和停止按钮，以及一个用于速度控制的旋转电位器。这称为人机界面或 HMI，根据制造商的不同，种类繁多。从这里控制它被称为“本地”控制。

还有另一种非常常见的方法来控制独立机器上的 VFD。大多数 VFD 的盖子下面都有一排小螺丝端子或一个小多线连接器。这些连接点允许数字输入，换句话说，用于启动、停止和方向控制的按钮。还有一个用于外部电位器的模拟输入。所有这些输入都允许将 VFD 安全地塞进控制柜中，并在外部带有贴有标签的按钮，从而使操作员与机柜内的三相电源隔离。 

 

VFD 输出端子和两排用于数字控制的接头。

 

绿色螺丝端子接头可连接继电器，因此您可以在电机开启或达到全速时控制其他输出。

在某些情况下，这些数字和模拟输入可以由 PLC 等数字控制器提供，从而实现更好的控制。

对于大规模实施，通过网络控制 VFD 的所有操作是非常常见的。以太网、PROFINET、DeviceNet 和其他可以与许多 VFD 通信。有时此功能是默认内置的（特别是 EtherNet），但在很多情况下，网络连接是通过带状电缆或排针组连接的附加模块。在这些情况下，只需一根网络电缆连接到驱动单元，即可立即远程控制和更改所有运动。

需要注意的一件事：连接以太网电缆进行连接时要小心。很多时候，RS-232 连接器也可能使用相同的 8 针 RJ45 插孔，看起来像以太网端口。RS-232 协议用于编程，而不是操作。您不能只连接以太网电缆。确保验证它具有正确的网络协议。

 

毫无疑问，VFD 的受欢迎程度和应用将不断增加，了解它们的运作是一项非常宝贵的财富。