AC-drev forklaret: Hvordan VFD'er fungerer, fordele, udvælgelse og applikationer

Hvis du opgraderer et motorkontrolpanel, bestemmer AC-drevet, hvor meget energi din motor forbruger, og hvor præcist du kan styre den. Ved mange eftermonteringer på blæser- og pumpebelastninger reducerer installationen strømforbruget med 20-40%. Men et drev giver kun disse besparelser, hvis det matcher motoren, belastningen og installationsmiljøet. Denne vejledning forklarer, hvad AC-drev er, hvordan man vælger et, og installationsdetaljerne, der er nemme at overse.

Hvad er et AC-drev

Et AC-drev er en elektronisk enhed, der styrer hastigheden og drejningsmomentet for en vekselstrømsmotor ved at variere frekvensen og spændingen, der leveres til den. Det kaldes også et variabelt frekvensdrev, eller VFD, og ​​i nogle brancher er det blot kendt som en inverter.

Drevet modtager en fast AC-forsyning fra nettet eller anlægsdistributionssystemet og konverterer den til en styret udgang. Hovedkomponenterne indeni er ensretteren, en DC-bus, et invertertrin og et styrekort. Operatørgrænsefladen lader dig indstille hastighed, acceleration og beskyttelsesparametre.

Sådan fungerer AC-drev

Induktionsmotorens hastighed er proportional med frekvensen af forsyningsspændingen. Synkronhastigheden beregnes som 120 gange frekvensen divideret med antallet af poler. Når drevet reducerer udgangsfrekvensen, sænker motoren farten.

Spænding og frekvens skal ændres sammen. Ved at holde forholdet mellem spænding og frekvens konstant opretholdes magnetisk flux i motoren. Ved lave hastigheder tilføjer drevet et spændingsboost for at producere nok startmoment.

To hovedkontrolplatforme

V/f-styring er open-loop-metoden. Den indstiller spændingen og frekvensen i henhold til en forudbestemt kurve og er enkel, robust og velegnet til de fleste ventilator-, pumpe- og kompressorapplikationer. Vektorstyring bruger en lukket sløjfe-algoritme, ofte med en encoder, til at regulere drejningsmoment og hastighed med meget højere nøjagtighed. Det bruges på kraner, elevatorer, ekstrudere og værktøjsmaskiner, hvor belastningen ændrer sig hurtigt.

Hvorfor bruge AC-drev

Den stærkeste grund til at bruge en AC drev er energibesparelser ved variabel hastighedsbelastning. Centrifugalventilatorer og -pumper følger affinitetslovene: effekt ændres med hastighedens terning. Reduktion af hastigheden fra 100 procent til 80 procent ændrer strømtilførslen til omkring 51 procent af den oprindelige værdi. En 90 kW blæser, der kører ved 70 procent hastighed, trækker omkring en tredjedel af den effekt, den ville have brug for ved fuld hastighed, og sammenlignet med spjældstyring er besparelserne typisk i intervallet 40-60 procent.

Ud over besparelser forbedrer et drev også proceskonsistensen. Blandere, ekstrudere og tekstilmaskiner er afhængige af stabil hastighed for at holde produktkvaliteten gentagelig. Ved ekstrudering skaber en lille hastighedsvariation en linjetykkelsesforskel, der ender som affaldsmateriale. Den kontrollerede accelerationsfunktion reducerer mekanisk belastning på remme, gearkasser og koblinger, hvilket reducerer vedligeholdelsesomkostningerne og forlænger udstyrets levetid.

Direkte-on-line start trækker seks til otte gange nominel motorstrøm. Et drev begrænser startstrømmen til så lavt som 1,5 til 2 gange nominel strøm, hvilket reducerer spændingsfald på anlæggets linje og mekanisk stød til gear, remme og aksler.

Typer og applikationer

AC-drev er normalt grupperet efter udgangsspænding. Lavspændingsdrev dækker 200-690 V og bruges til motorer fra nogle få hundrede watt til omkring 500 kW. Mellemspændingsdrev dækker 2,3-11 kV og betjener højeffektmotorer i megawatt-området.

Almindelige industrielle applikationer omfatter:

• Centrifugalpumper og ventilatorer i vandbehandling, HVAC og kedelsystemer
• Luftkompressorer i anlæg med store trykvariationer
• Blandere, centrifuger og omrørere i kemikalie- og fødevareforarbejdning
• Elevatorer, portalkraner og hejseværker, der kræver jævne hastighedsændringer
• CNC-værktøjsmaskiner, lodrette drejebænke og roterende skæremaskiner
• Ekstrudere og raffinaderier i gummi- og plastindustrien

Raynen Technology udgiver også applikationsløsninger til specifikke maskiner, såsom energibesparende eftermonteringer af luftkompressorer, kedelventilatorsystemer, beluftningsblæsere til spildevandsbehandling, vandforsyning med konstant tryk og skrueekstrudere. Den samme drevplatform kan konfigureres til at matche disse mekaniske designs.

Sådan vælger du et AC-drev

Start fra motorens typeskilt, ikke fra et katalog. Drevets klassificering bør være baseret på motorstrøm snarere end motoreffekt. Ved variable momentbelastninger såsom ventilatorer og pumper kan drevet ofte have samme størrelse som motoren. For konstante drejningsmomentbelastninger skal der efterlades en margen på en eller to drevstørrelser over motorens mærkeværdi.

Belastningsmomentkarakteristikken er den første ting at identificere. Variable drejningsmomentbelastninger har drejningsmoment, der stiger med kvadratet af hastigheden. Konstante drejningsmomentbelastninger leverer det samme drejningsmoment over hele hastighedsområdet, og konstante effektbelastninger reducerer drejningsmomentet, når hastigheden stiger.

Andre faktorer omfatter omgivende temperatur, højde og typen af kabinet. De fleste drev nedsættes over 40 grader Celsius og over 1000 m højde. Hvis motorkablet er længere end 50 m, spørg efter en udgangsreaktor for at beskytte motorviklingen mod reflekterede spændingsspidser.

Hvis drevet skal overvåges fra en PLC eller SCADA, skal du kontrollere, hvilken kommunikationsgrænseflade der er tilgængelig. Støvede, fugtige eller kemisk aggressive miljøer kræver en højere indtrængningsbeskyttelse eller en ordentlig indkapsling.

Overvejelser om installation og indkøb

Harmonisk forvrængning er et almindeligt problem, når flere drev føder fra den samme transformer. Tilføjelse af en linjereaktor eller en DC-drossel reducerer strømforvrængningen og er normalt en billig måde at overholde lokale strømkvalitetsgrænser.

Bremsning: Hvis lasten kan eftersyne motoren, for eksempel en kran, der sænker en last eller en transportør, der stopper med en tung byrde, har du brug for enten en dynamisk bremsemodstand eller en regenerativ enhed.

Glem aldrig dokumentation og eftersalgssupport. Spørg efter brugervejledningen, elektriske tegninger og opsætningssoftwaren på det sprog, som dine teknikere bruger. Raynen Technology udgiver disse materialer i sin downloadcenter . Hvis drevleverandøren ikke leverer disse varer på forhånd, risikerer du længere idriftsættelsestider og højere reparationsomkostninger senere. For en bestemt motor og belastning er teknisk support side er det rigtige sted at bekræfte drevstørrelser og kompatibilitet, før du bestiller.

Raynen-drev til industrielle AC-applikationer

Raynen Technology, det industrielle automationsmærke bag raynendrive.com, designer og producerer AC-drev sammen med bløde startere, servosystemer, PLC'er og menneske-maskine-grænseflader. Virksomheden blev grundlagt i 2007 og er noteret på Shanghai Stock Exchange. Produktporteføljen er beregnet til at dække kontrol-, drev- og udførelseslagene af en komplet maskine.

Til standard lavspændingsventilator, pumpe og tekstilapplikationer giver RVE21 Smart-drevet en kompakt, brugervenlig løsning med ligetil parameterindstilling. Når processen kræver præcis hastigheds- og drejningsmomentstyring, tilbyder RVE32 vektordrevet lukket sløjfe-ydelse til kraner, elevatorer, blandere og værktøjsmaskiner. Til højeffektmotorer inden for vandforsyning og petrokemisk service håndterer RVE1000-serien mellemspændingsforsyning op til 11 kV.

Virksomhedens katalog omfatter også lavspændings- og mellemspændingssoftstartere, PLC'er, HMI'er, servomotorer og servodrev. Denne bredde er vigtig af to grunde. For det første kan du få konsekvent teknisk support fra én leverandør. For det andet kan drevet integreres med et komplet kontrolsystem, der inkluderer PLC'en og HMI'en, hvilket fremskynder idriftsættelsen.

RVE21 Smart Low-Voltage AC Drive til 55-200 kW motorer RVE21-serien tilbyder et bredt spændingsområde og op til 200 % overbelastningsevne med en aftagelig skærm til side-by-side installation. Dets uafhængige luftvejsdesign sikrer pålidelig køling, hvilket gør det til et omkostningseffektivt valg til integration med PLC- og HMI-systemer. Se produkt →

RVE32 Vector AC Drive til højeffektapplikationer op til 800 kW RVE32-serien har sensorløs vektorkontrol og automatisk sløjfeparametertilpasning, der ikke kræver fejlfinding. Fås i plast- eller jernskaller med Modbus-standard, den passer til højeffektbehov fra 250 til 800 kW med dual-line display. Se produkt →

RVE1000 mellemspændings AC-drev til direkte højspændingsmotorstyring RVE1000-serien bruger flertrins H-bro-kaskade til spændingsoverlejring og ARM/DSP-kontrol, hvilket muliggør direkte kørsel af højspændingsmotorer uden filtre. Designet til båndtransportør master-slave kontrol, det tjener kemiske industrier, løfte-, luftkompressorer og stålindustrier. Se produkt →

Det rigtige AC-drev sparer energi, forbedrer processtabiliteten og beskytter motoren og downstream-udstyret. Vælg det fra motorens typeskilt, bekræft belastningstypen, og kontroller miljø- og kommunikationskravene. Hvis du har en specifik applikation, skal du bruge Raynens tekniske supportteam til at bekræfte størrelsen og det komplette dokumentationssæt, før du afgiver en ordre.