概要变频驱动器（VFD）可将单相电源转换为三相电源，即使对于许多较大的整体马力电机也是如此。VFD只能驱动三相电机，而不能驱动单相电机。它们可以软启动高惯性负载，以限制或完全消除通常与电机启动相关的大浪涌电流。VFD取代了磁力起动器，同时提供卓越的电机保护和精确控制。虽然它们的初始成本似乎很高，但它们的安装成本与传统的电机启动技术相比非常有利;但VFD与简单的传统磁力启动器同时提供了许多重要的附加功能和优势。VFD比其他相变设备更有效，因为浪费的热量更少。当由VFD驱动时，电动机不需要降额。由于VFD可提供平衡的三相电流，因此电机可在其额定功率满额定功率下运行。VFD可以轻松调节电机速度，以满足不断变化的负载要求。VFD可以被编程为响应于系统相关变量动态地改变电动机速度，例如旋转负载的RPM下降或系统压力的变化。VFD可能会损坏旧的弱电机绝缘。使用负载电抗器可以将风险降至最低;但这通常是不必要的。将电动机与用于VFD的变频器额定导线重绕后将消除风险。可以对VFD进行编程，以在电机断电时缩短或延长电机的正常减速时间。强制动恢复的过剩能量可能必须在外部电阻中消散。介绍这个信息丰富的案例研究展示了变频器的卓越性能如何解决许多常见的电机控制问题。由于家里没有三相商用电源，我不得不使用单相VAC来运行我的25马力管风机。我开始使用旋转变压器类型的相位转换器来提供电机所需的三相电源。它很大，很吵，起步缓慢，并且在房子的每一盏灯上都注意到了一个非常严重的断电。家中的几个电池备用电源中的每一个都会发出警告蜂鸣声并短暂切换到电池操作，直到相位转换器达到全速。然后在Spencer鼓风机马达启动时发生了另一次停电。这些启动中的每一个都是一个“跨线”启动，首先是通过断开开关然后关闭传统的磁力启动器来启动的。这里显示了一个小型3马力旋转相位转换器。旋转相位转换器是一种无轴三相电动机，附加一个额外的金属盒，包含使三相电动机单相启动和运行所需的相移电容器。单相电源仅应用于电机的三个励磁绕组中的一个。一旦达到速度，负载就会切换到电机的所有三相绕组。两个无动力绕组的输出功率与变压器的初级绕组可以将电流引入其次级绕组的方式相同，因此称为旋转变压器。在开发实际的固态替代品之前，通常使用旋转相位转换器。尽管它很受欢迎，但我从不愉快的经历中得知，旋转相位转换器并不是我的相位转换问题的解决方案。所以我开始考虑替代方案。我知道变频器可以进行所需的单相到三相转换;但是在研究了互联网上的许多驱动器规格之后，我很失望地得知单相驱动的驱动器仅适用于高达2或3马力的电机。但是如果你的电机比那个大呢？好吧，自从年首次撰写本页以来，一些制造商终于推出了工厂指定的新型号，可在或伏交流单相运行，额定功率为10马力或更高。虽然设计用于单相电力的VFD可以很容易地用于高达3马力的电动机，但很少有人能够操作更大的整体马力电动机。由于大多数大型电动机用于已经具有三相商用电源的业务，并且所有VFD都喜欢在3相上运行，如下面进一步描述的，因此几乎没有人要求这样的事情。但是，如果根据负载的大小和类型仔细选择驱动器，通常可以使用具有较大电机的单相电源。具体而言，这与整流器尺寸和被驱动的负载类型有关。图示的40马力日立VFD小于10“x15-1/2”x7“。许多销售人员会说，如果你只是将驱动器的尺寸加倍，它将适用于单相电源。例如，要运行7-1/2马力的电机，请使用15马力的VFD。对于10马力的电机，使用20马力的驱动器等。这是一个相当随意的公式，对许多应用来说可能是安全的;但至少对于较大的驱动器，正确编程，它可能是昂贵的过度杀伤。最好尝试计算所需的驱动器大小。我与之交谈的大多数工程师都使用以下逻辑来确定所需的大小。读取要驱动的电机铭牌上的满载安培（FLA）。请记住，此电流额定值适用于3相电源。要计算单相电力线所需的等效安培数，请将3相FLA乘以3的平方根（1.73）。选择额定INPUT电流容量至少与计算出的单相安培一样大的驱动器。不要把它剪得太细。留一点安全边际。一些销售工程师建议10％的超大系数。并且不要忘记对驱动器进行编程，以限制输出电流到电机的FLA安培！这样可以防止变频器超过额定电流或损坏电机。此程序适用于比较不同制造商的驱动器价格;但是当您准备订购VFD时，请确保您的销售工程师知道您打算从单一阶段运行驱动器，并让他确认并批准您的选择。某些类型的负载，例如往复式活塞泵和压缩机，需要恒定转矩VFD，其设计用于或至少适用于恒定转矩应用。幸运的是，风琴式鼓风机是可变转矩风扇负载，可以使用较便宜的可变转矩驱动器。在这种情况下，旋转风扇所需的扭矩随旋转速度而变化。大多数VFD可以编程为在任一模式下工作，在驱动恒定转矩负载时可以减少电流。简单的风扇负载不需要无编码器矢量驱动器或磁通矢量驱动器。变频驱动器有时被称为交流驱动器，可调速驱动器（ASD），有时简称为“逆变器”。VFD的输入部分采用交流电并将其整流为直流（DC）。通过使用充当短期储存器的电容器来帮助稳定“DC总线”上可用的DC电压，使整流后剩余的电压纹波最小化。VFD的核心实际上是一个电源逆变器-一种将直流电转换为交流电的设备。VFD的逆变器部分通常使用微处理器来管理3个双极对半导体开关，以合成三个伪正弦波输出电压，它们的相位关系分别为零，和度。半导体开关对从DC总线馈电，并以完美的顺序将直流电脉冲传送到驱动器的三个相负载端子中的每一个。微处理器控制脉冲持续时间和极性以合成可变频率的伪正弦波。这通常称为脉冲宽度调制。仔细选择驱动器的需要实际上是需要匹配构成VFD前端的硅二极管整流器的尺寸和电流额定值的预期负载。当有3个相位独立的全波桥式整流器工作在零度，度和度时，提供稳定的直流母线电压比从一个单一的交流电源获得所有功率要容易得多。这非常类似于将单缸内燃机与具有相同功率和扭矩的三缸发动机进行比较。三缸发动机比单缸发动机运行更加平稳。如果VFD的前端（二极管整流器部分）足够大以提供预期负载所需的所需电流，则驱动器应在单相电源供电时成功工作。如果3个整流器封装中的每一个本身足够大以支持预期的负载，则可以使用单相电源，并且可以使未使用的2个二极管封装不会终止。实际上，我将单相线的一侧连接到L1，将单相线的另一侧连接到L2在该示例中，鼓风机的风压由模拟压力传感器测量。通常可以使用两种类型的传感器。一个具有可变电压输出，另一个具有可变电流输出。成本通常低于美元。只需对驱动器进行编程以匹配您使用的传感器类型。然后编程设定点以表示在空载条件下（无管道播放）产生所需静态风压所需的电机速度。编程另一个参数以指定压力传感器对计算的电动机速度施加多大影响，以保持当前感测的风压接近期望或编程的风压设定点。驱动器不断感知，重新计算，并调整电机速度（频率）以保持所需的风压，而不管此刻施加在鼓风机上的风荷载。在这种情况下，随着更多管道的播放，电机速度将增加。相反，在调谐结束时，当风量消耗恢复到正常的空转值时，鼓风机将再次减速。这是一个有趣的理论，但调节器效率和电机速度恢复时间等实际问题可能会限制它们的应用。VFD不是适当设计的风琴风压调节器的实际替代品;但它可以帮助稳定主风躯干中的静压，然后各种调节器供给风箱。必须考虑压力调节器的精度，特别是当静压和调节风压之间的差异最小时。静压的相对大的变化有时会对调节的风压产生令人惊讶的负面影响，可能导致调节节距的不期望的变化。在恢复正常静压时，使用边际储备静压进行调整可能会导致俯仰变化。这是由于压力调节器的不完美性质。在玩VFD的功能时，请谨慎使用并做出正确判断。与大多数事情一样，缺乏理解会导致意想不到的结果利用VFD的变速能力的另一个机会发生在管风琴完成演奏曲调并击中一般取消之后，在旋转以接受掌声并与观众交谈。器官继电器可以向驱动器发出信号以减慢行走速度，从而最大限度地降低鼓风机中搅拌空气的噪音，功耗和摩擦发热。当风琴师开始注册他的下一件时，鼓风机迅速加速到其编程的正常运行速度。恢复时间取决于电机和驱动器的马力储备，编程到驱动器中的电流限制水平以及怠速电机的速度。通过试验和错误，您可以将真实的速度差异编程到驱动器中。对于某些驱动器上的这种情况，斜坡时间可单独编程。为了帮助保持乐器的音调，可以在不播放风琴时使VFD非常缓慢地转动鼓风机电机。这使得环境空气和湿气非常缓慢地通过器官，以稳定风力发电机和管道的温度和湿度。这样做的电力成本很小，因为非常小的动力使鼓风机非常缓慢地转动。当然，这可以手动激活，但是通常有几种不同的方式来编程驱动器，以便通过“关闭”器官来自动完成此操作。虽然在器官鼓风机的情况下它可能并不重要，但VFD通常能够对电机负载采用受控制动。通常有几种可选的制动方案。必要时，回收的能量在电阻器中转换为热量。因此，如果您希望您的电机驱动负载（在本案例研究中使用风琴式鼓风机）快速减速而不是仅仅滑行停止，那么如果您使用的是VFD，则很容易做到。只需要对驱动器进行一些编程即可启用此功能。顺便提一下，大多数VFD使用键盘和内置在驱动器外壳中的字母数字显示器进行编程。通过在驱动器和远程键盘之间使用长延长线，可以远程定位某些驱动器上的键盘。还可以使用驱动器制造商提供的软件和电缆从计算机远程编程许多驱动器。VFD不需要昂贵的磁力起动器。只需要一个熔断的断开连接。驱动器通常一直处于断电状态，并且在命令启动电机之前消耗很少的待机电流。磁力起动器的一个功能是保护电动机免于过载。启动器中的加热器响应电机电流，并在发生异常或长期过载情况时打开控制电路。VFD在可编程电流限制功能方面提供卓越的电机保护。电流限制还可以通过超出其设计限制来保护VFD免受自毁。输出短路等严重的电气问题会导致立即自我保护关机。编程显示屏上显示错误代码，以确定保护性关闭的原因。要启动VFD，只需要一个开关闭合或电压外观即可。例如，当接通磁体电源以为器官提供键控电压时，可以触发VFD以启动器官鼓风机。只需从键控电压输出端子连接到相应的VFD控制输入。顺便提一下，大多数VFD提供“频率到达”信号，以指示已达到编程的正常运行速度（频率）。该信号可用于打开指示灯，或启动另一个电控过程。是的，有一些非常好的功能和好处，使用VFDs为风琴鼓风机。但有时候也存在问题和权衡。首先，VFD似乎比磁性启动器花费更多。对我来说，我认为VFD的固有特性和灵活性很容易证明其成本合理。但是，当您考虑安装成本时，VFD的成本必然会低于2个磁力启动器，相位转换器以及完成安装所需的所有额外时间，人力和材料。VFD在数字域中运行。这既是一种祝福，也是一种诅咒。高压直流方波连续尖峰到电机绕组可能会导致绝缘过早失效。除非它们被重绕，否则旧电机仍将具有旧绝缘。现在大多数新电机的设计和规格均为“变频器额定值”。这意味着它们具有优异的绝缘性，旨在高度容忍用于产生3个伪正弦波输出线的脉冲高压DC的持续滥用。我说“伪”是因为VFD的输出波形只是纯正弦波的近似值。当距离驱动器一定距离时，电机可以看到看起来像毛状方波的东西。我们习惯于将正弦波视为具有良好平滑的无谐波形状。我研究过的驱动器使用脉冲宽度调制来改变在一段时间内输送到负载的平均电流。在试图模仿正弦波形状的过程中，微处理器控制的半导体开关从直流总线向其各自的输出端子提供直流电脉冲。在正弦波开始时，脉冲非常窄，并且随着原型波形的振幅上升，通过将半导体开关保持更长（闭合）来使脉冲更宽。这导致在交流电周期的该部分期间负载可用的平均电流增加。当波形接近过零点时，脉冲再次变窄。然后循环重复，但对于正弦波的后半部分具有反极性DC。在使用带VFD的旧电机之前，有时建议在驱动器和电机之间插入5％阻抗的负载电抗器。这将减少发送到电机的谐波的数量和强度，并最大限度地减少高压尖峰对旧绝缘的影响。对于更关键的应用，请向当地的汽车工厂询问是否使用专为逆变器操作而设计的现代更好的绝缘线来重绕电机。由于优质绝缘电线可以在较高温度下安全运行，因此重绕电机也可以安全地提供更大的马力作为奖励。VFD动力马达通常在跑步时产生独特的哨声。啸叫声是电机数字脉冲输出的结果。由于鼓风机本身具有噪声，因此这种可听噪声可能不会成为问题。通过将数字脉冲速率重新编程为更高的载波频率，或通过在驱动器和电机之间插入5％阻抗的负载电抗器，可以将其降至最低。如果驱动器和电动机之间存在相当大的距离，则需要负载电抗器以防止电动机过热而产生的输出功率中的浪费谐波含量。谐波含量是实际功率，频率太高而不能产生电机转矩，但仍然可以加热电机绕组。负载电抗器用作低通滤波器，以显着降低传送到电机的VFD产生的3相功率的谐波含量。当电动机合理地靠近驱动器时，可能不需要负载电抗器，并且如果需要可以随后添加。VFD中的滤波电容器寿命有限，必须偶尔更换。对于每天运行12小时的工业电机，建议的时间间隔通常为5年左右，具体取决于负载的实际运行时间。更换电容器的成本并不高，但您应该注意这些电容器的寿命有限，特别是当驱动器的整流器部分工作特别困难时，就像单相电流供电时一样。在典型的家庭或教堂风琴服务中，它们应该持续更长时间。开关很简单。任何人都可以打开或关闭它。但是，VFD在安装和编程过程中需要更多的理解，思考和

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