owner

How AC & DC Drives Save Energy ?

by

How AC & DC Drives Save Energy?

Most motors are designed to rotate at a set speed based on the number of magnetic poles built into them and the supply voltage and frequency applied. They cannot alter their speed. Even for fixed speed systems, it can be difficult to find a motor that rotates at the correct speed for its designated application.

Therefore, extra parts such as gears, dampers or adjustable speed drives or variable speed drives are often required.

How does a variable speed drive work with a motor?

Variable speed drives provide effective speed control of AC motors by manipulating voltage and frequency. Controlling the speed of a motor provides users with improved process control, reduced wear on machines, increased power factor and large energy savings.

Most applications can be grouped into the following torque categories:

  • Constant torque load applications: such as conveyors often require a starting torque close to the rated torque of the motor, and show only small changes as they approach rated speed;
  • Linear torque load applications: such as screw compressors have a more linear torque requirement that increases proportionately with speed;
  • Variable torque load applications: like fans and pumps have torque requirements that increase in proportion to the square of the speed and reach 100% torque just below rated speed.

The most significant energy savings can be achieved in applications with a variable torque load. The cube law relationship between speed and power means that reducing a fan’s speed in a variable torque load application by 20% can achieve energy savings of 50%. Therefore, for most motion control applications, reducing motor speed is often the easiest way to get large energy savings.

Square law fluxing

Altering the speed of variable torque loads can yield power savings proportional to the speed reduction cubed. This is because power is a product of torque and speed, with variable torque loads having torque requirements that increase in proportion to the square of the speed. In linear voltage-frequency mode, AC drives can provide 100% torque up to rated motor speed.

This means that, in variable torque applications, there is always plenty of spare torque capability available.

The square law manipulates the linear voltage to frequency relationship so that the torque capability in the stator windings of the motor is reduced, reducing losses.

Dynamic V to F mode

Dynamic V to F mode is designed for applications where power loss in the motor should be kept to a minimum under low load conditions. In this mode the drive will vary the voltage to frequency characteristic it applies to the motor depending on load level, so that at light load levels the voltage on the motor is reduced for a given frequency. This reduces the magnetizing current which reduces losses in the motor.

PID control

AC drives can significantly reduce energy consumption by varying the speed of the motor to precisely match the effort required for the application. To vary the speed of the motor dynamically, a closed-loop regulator that considers the measured output of a process is required. Common applications where this is used include pressure, level and temperature control. The most common method of regulation is the PID (Proportional-Integral-Derivative) control loop. All Control Techniques drives have either single or multiple PID loops integrated within the product.

Active Front End Systems (AFE)

The input stage of an AC drive is usually an uncontrolled diode rectifier, therefore power cannot be fed back onto the AC mains supply meaning excess energy is converted to heat. AFE systems use a controlled rectifier bridge to enable energy to flow bi-directionally between the mechanical system and the AC supply. This provides far greater efficiency levels than standard drives in applications where electrical braking of the mechanical system would otherwise result in significant amounts of energy being wasted as heat.

Common DC bus systems

DC bus systems offer another approach to reducing running costs by circulating energy between braking and motoring drives. An application example where this is particularly effective is systems where material is unwound and then re-wound. In winding applications it is important to maintain tension in the material. To achieve this, the unwinder is constantly braking and the winder is constantly motoring. In a perfect system, the net energy required is just enough to supply the system losses.

Combining an AFE with a common DC bus system offers maximum flexibility, allowing energy to flow both between drives and bi-directionally with the line supply. It is common in these applications for a single AFE unit to be used with many DC bus connected drives.

Source: <https://acim.nidec.com/en-us/drives/control-techniques/downloads/how-drives-save-energy>

变频器的发展历史

by

变频器的发展历史

变频器的发展历史

1.变频器的发展历程19世纪末发明了三相交流电和三相异步电动机，60—70%的电能被各种电动机所利用，其中80%的电能被交流电动机所利用，20%的电能被直流电动机所利用。直流电动机主要用于高性能的变速传动中。

三相异步电动机结构简单，工作可靠；直流电动机结构复杂，用电刷导电，但调速性能良好，在近百年间直流电动机在调速领域一统天下。人们早就知道交流电动机改变频率可以调速，但因技术问题难以实现。

进入20世纪70年代，电力电子和微电子技术有了突飞猛进的发展，为变频器的诞生奠定了基础。就在此时，一场石油危机席卷全球，节约能源成了当务之急。人们首先发现风机和泵类是用异步电动机恒速拖动，用阀门和挡板控制流量，浪费极大。如果采用调速控制，可以大大节约电能。

第一代变频器出现以后，可以进行调速控制，节能20%—30%。

2.现代变频器的特点

变频器因为是由计算机控制，使他的控制性能大大提高，应用范围越来越广。已经由最初的单机调速，发展为现在的闭环调速系统，联网控制，组成柔性控制系统等。它是目前最好的异步电动机调速系统，目前还没有任何一种系统能取代变频器。它在很多应用领域已经取代了直流电动机，使控制系统的可靠性大大提高。

 

3.变频器应用

1）节能：风机、水泵、变频空调、变频冰箱。

2.）工艺控制： 提高工艺要求、提升产品质量、减轻人工劳动强度、提高生产效率和成品率。如传送带的调速和同步控制、多段速运行控制（音乐喷泉、饲料喂料电动机、矿井提升机）、PID控制、纺织工艺、机床工艺、定长定位控制。3） 多传动控制系统：实现精确速度控制、多单元同步传动或比例同步传动以提高工艺要求等。

4.通用变频器功能增强

通信功能；PID控制功能；与计算机、PLC、单片机、现场总线控制构成控制系统等。

5.专用变频器 丹佛斯无负压供水专用变频器、菱科空压机专用变频器、富士电梯专用变频器、德力西注塑机专用变频器、雕刻机专用变频器、春日针棉织机专用变频器、丹佛斯空调专用变频器等。专用变频器是为了某项具体应用而设计，具有更加良好的控制特性。

6.变频器性能提高

1.）优化控制技术：U/f控制 、转差频率控制、矢量控制 、直接转矩控制 ；

2） 增大容量：大容量、高耐压开关器件的开发，串并联应用技术及控制技术的提高；

3.）减小体积：智能功率模块及复合集成功率模块的发展，开关器件、驱动电路和保护电路制造在同一封装内，实现了变频器的高性能、高可靠、小型化；

4.）降低成本：专用变频器、专用集成功率模块(ISPM)的发展。

5.）减小噪声和电磁污染：IGBT开关器件的发展，在变频器主回路串入各类电抗器。

7.个性化变频器

1.)智能IC卡参数的存取方式;

2.）PDA（个人数字助理）界面，采用PDA界面的变频器，省去了变频器与计算机之间的布线，可直接在PDA上进行参数编程、故障诊断和数据监视。如施耐德的ATV71变频器。

3） 高功率变频器模块的立体封装形式，立体封装形式已能将IGBT、电流电压温度传感器、保护回路、直流回路、散热装置和强制风冷的电路组合在一起。冷却效果好，功率密度高。

 

Source: <https://www.360kuai.com/pc/996241dd3edb24280?cota=4&kuai_so=1&tj_url=so_rec&sign=360_e39369d1>

如何学习变频器？这34个知识点看懂了就出师了！（1/3）

by

如何学习变频器？这34个知识点看懂了就出师了！（1/3）

变频器的英文译名是VFD（Variable-frequency Drive），这可能是现代科技由中文反向译为英文的为数不多实例之一。（但VFD也可解释为Vacuum fluorescent display，真空荧光管，故这种译法并不常用）。变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源的频率和幅度的方式来控制交流电动机的电力传动元件。变频器在中、韩等亚洲地区受日本厂商影响而曾被称作VVVF（Variable Voltage Variable Frequency Inverter）。

1: VVVF 是 Variable Voltage and Variable Frequency 的缩写，意为改变电压和改变频率，也就是人们所说的变压变频。

2: CVCF 是 Constant Voltage and Constant Frequency 的缩写，意为恒电压、恒频率，也就是人们所说的恒压恒频。

我们使用的电源分为交流电源和直流电源，一般的直流电源大多是由交流电源通过变压器变压，整流滤波后得到的。交流电源在人们使用电源中占总使用电源的95％左右。 

无论是用于家庭还是用于工厂，单相交流电源和三相交流电源，其电压和频率均按各国的规定有一定的标准，如我国大陆规定，直接用户单相交流电为220V，三相交流电线电压为380V，频率为50Hz，其它国家的电源电压和频率可能于我国的电压和频率不同，如有单相100V/60Hz，三相200V/60Hz等等，标准的电压和频率的交流供电电源叫工频交流电。 

通常，把电压和频率固定不变的工频交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。为了产生可变的电压和频率，该设备首先要把电源的交流电变换为直流电（DC），这个过程叫整流。把直流电（DC）变换为交流电（AC）的装置，其科学术语为“inverter”(逆变器)。

一般逆变器是把直流电源逆变为一定的固定频率和一定电压的逆变电源。对于逆变为频率可调、电压可调的逆变器我们称为变频器。

 变频器输出的波形是模拟正弦波，主要是用在三相异步电动机调速用，又叫变频调速器。对于主要用在仪器仪表的检测设备中的波形要求较高的可变频率逆变器，要对波形进行整理，可以输出标准的正弦波，叫变频电源。一般变频电源是变频器价格的15－－20倍。由于变频器设备中产生变化的电压或频率的主要装置叫“inverter”，故该产品本身就被命名为“inverter”，即：变频器。

变频器也可用于家电产品。使用变频器的家电产品中，不仅有电机（例如空调等），还有荧光灯等产品。

用于电机控制的变频器，既可以改变电压，又可以改变频率。但用于荧光灯的变频器主要用于调节电源供电的频率。汽车上使用的由电池（直流电）产生交流电的设备也以“inverter”的名称进行出售。变频器的工作原理被广泛应用于各个领域。例如计算机电源的供电，在该项应用中，变频器用于抑制反向电压、频率的波动及电源的瞬间断电。

 

 

 

 

Source: <https://www.eet-china.com/mp/a58062.html>

直流电动机 (DC Motor) 和交流电动机 (AC Motor) 的区别

by

直流电动机 (DC Motor) 和交流电动机 (AC Motor) 的区别

主要区别

人们常常对交流和直流电动机的区别感到困惑，而即使是专业人士有时也不确定这两种电动机的用途。两种类型的电动机的主要功能是相同的，它们的工作原理是提供相同的输出。这两者之间没有可比性，因为两者都有各自的用途，但简化区分两者的主要区别在于，交流电动机是交流电动机，而直流电动机是直流电动机。这些电动机的工作方式和适用的设备也有变化。交流电机更适合于不需要大量输出的小规模服务，而直流电机主要用于更主要的应用，因为它们可以更好地实现这些功能。两者都用来控制系统的速度，在交流电机的情况下，这是通过改变向系统供电的频率来实现的，而直流电机系统的速度取决于所施加的直流电压。交流电机成本较高，而直流电机易于制造。交流电动机主要有两种类型，即感应电动机和同步电动机。对于直流电动机，有四种不同类型的电动机，即永磁定子、电磁绕线定子、并联电动机和复合电动机。交流电动机有其自身的优点，如加速方式可控，转速和转矩可根据需要改变，并且在开始时对功率的要求很低。另一方面，直流电动机被用于许多玩具和其他工业物体，如机器、车辆和其他重要物品。他们也有一个优势，因为他们的速度是很容易控制绕组的帮助，也可以很快安装。这两种类型的电动机各有优缺点，但由于其独特的特性，在各个领域得到了广泛的应用。

什么是交流电动机(AC Motor)？

交流电动机有两个主要部分，即定子和转子。定子是一个静止的部件，周围有线圈，线圈产生磁场。在这个帮助下，转子在施加转矩时移动。交流电动机的其他部件包括轴承、机架和绕组，这些部件有助于工作。这两种类型的电动机按各自的原理工作。感应电动机采用转子，并借助感应电流产生磁场，这种电动机又称异步电动机。第二种类型的同步电动机不依赖感应电动机，它利用转子的频率和磁场，在这种情况下，磁场是借助于永磁体形成的，与感应电动机相比速度更快。在这些类型的电机中没有电刷和弹簧，从而节省了一些维护成本。

什么是直流电动机(DC Motor)？

直流电动机有六个主要部件，即转子、定子、换向器、轴、磁场和电刷。它的主要功能是借助电流产生机械能。磁场是在两端的两个强力介质的支持下产生的。电动机的静止部分被称为定子，定子有磁场和两块磁铁以及机壳。轴和换向器帮助转子根据来自定子的磁场旋转。换向器借助电流流过的绕组连接到定子上。当施加电流时，由于绕组和磁铁的极值不同，转子会随着定子移动，从而使电机执行其功能。不同类型的直流电动机根据要求工作不同，但基本原理不变。弹簧和其他部件的存在在某些方面增加了成本，并且尺寸更大。

主要区别

  • 交流电动机用于输出功率在1到100瓦之间的小规模应用。另一方面，直流电动机被用于更大的应用，并获得更大的功率输出。
  • 与直流电动机相比，交流电动机的效率较低，在10%至20%之间。直流电动机通常效率较高。
  • 交流电动机的结构简单，而直流电动机的结构比较复杂。
  • 交流电机无需定期检查维护，稳定性更高，但直流电机必须正确维护，因为存在换向器，稳定性较差。
  • 交流电动机的控制结构比较复杂，而直流电动机易于监控。
  • 交流电动机更昂贵，但结构更轻、更好、更高效。直流电动机更便宜，但相比之下更重，尺寸更大

 

 

Source: <https://www.tl80.cn/article/1630>

单相220v转三相380v变频器的功能与使用

by

单相220v转三相380v变频器的功能与使用

一、升压变频器的工作原理

通用变频器是应用变频技术与微电子技术的原理，通过改变电机工作电源频率的方式来控制交流电动机的电力控制设备，把电压和频率固定不变的工频交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置，其工作过程是先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再将直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。

 

升压变频器是在普通变频器的基础上把工频交流220V电源通过整流器（倍压整流）转换成直流电源，然后再将直流电源转换成频率、电压均可控制的三相380V交流电源以供给电动机。这种方式没有通过变压器升压，只是通过整流器升压电路升压，大大降低了变频器的体积和重量，相比于升压器，成本也更低。

二、升压变频器的功能介绍

1、单相转三相变相的功能，220v转380v升压的功能，频率转换的功能；

2、具备通用变频器的大部分功能，比如软启动功能（降低启动电流，减少对电网的冲击，可替代软启动器），调速功能（0到电机额定转速无极调节），端子启停正反转切换功能（通过外部开关控制电机启动、停止、正转和反转，可替代交流接触器）等；

3、具备电机保护功能，过流过载过压过热短路保护等，有效延长设备使用寿命。

三、升压变频器的使用特点

1、普通民用电输入，输出完全匹配三相异步电机；

2、按民用单相电计费，经济性好；

3、输入宽压范围设计，适应部分地区普遍市电电压偏低的工作环境；

4、输出保护功能完善，有过压、过载、过温、短路、过流等多种保护；

5、部分设备可配合传感器和PLC实现自动化控制和节能目的，比如温控风机、水泵恒压供水等。

四、与单相220v转三相380v升压器对比

1、升压器内置变压线圈，体积笨重，是同功率变频器的好几倍，移动和运输成本极高；

2、升压器在选型时，考虑电机启动电流，功率须至少大于负载总功率的两倍，使用进一步提高成本，而变频器考虑过载情况，一般负载大一级功率选型即可；

3、同功率升压器价格是升压变频器的两倍甚至三倍；

4、升压器没有其他附加功能，无法配合其他工控机实现自动化控制，而升压变频器的附加功能可满足各种复杂的工控场合。

五、升压变频器可解决的现实中的问题

1、电源电压不匹配问题，即电源220V，设备用电380V；

2、电源相位不匹配问题，即电源单相，设备用电三相；

3、电源频率不匹配问题，即电源50Hz/60Hz，设备用电0-650Hz（任意设定）。

六、升压变频器使用注意事项

1、升压变频器输入端功率必须足够，否则运行中会跳欠压故障无法正常运行；

2、升压变频器属于升压电路升压，对于负载方面最大用于22kw以下的轻载型现场，在选型方面，轻载的电机选用大一级的变频器，重载的现场选用大二级的变频器；

3、升压变频器只能用于电机类感性负载，不能作为其他负载电源使用；

4、升压变频器不适用于需要快速启动停止的现场，和位能负载的场合；

5、 部分设备电机可以通过改电机接法使用三相220V电（如电机星形接法状态下是三相380V电机，可改成三角接法即可使用三相220V，具体可咨询电机生产厂家），此时可购买我司单相220V转三相220V变频器解决变相问题。

 

 

Source: <https://www.sohu.com/a/350808338_120410069>