电动机在我们日常生活的多种应用中都有使用，但需要适量的电能才能提供最佳的扭矩和速度。为了控制这些电机，使用变频器(VFD)将交流电转换为直流电。在本文中，我们将带大家了解变频器的工作原理以及它们的重要性。
VFD的历史
尼古拉·特斯拉于年获得了第一台三相交流电机的专利，该电机比托马斯·爱迪生的直流电机具有更好的效率和耐用性。然而，控制交流电机的速度很困难，它没有直流电机的可靠性。几十年后，小型元件才被设计出来，从而产生了当前的变频器（VFD）。当时的变频器用于重工业用途，但随着技术的进步，变得更适用于日常使用，这得益于控制硬件和微处理器的兴起，变频器具有很强的多功能性，并且可以减轻电机的压力。
VFD组成及功能
VFD由5个主要组件组成：转换器、滤波电路、逆变器、控制逻辑和用户界面。
转换器
转换器或交流输入整流器有助于将交流电压转换为直流电压。该转换器由多个彼此并联的二极管组成，仅允许电流沿一个方向流动。流经转换器的电力循环流动，直到转换成粗略的直流电压。
滤波电路
滤波电路是整流器电路后面的一部分，用于吸收脉冲电压，以制电压波动。然后，滤波后的输出被馈送到逆变器的输入。
逆变器
逆变器的目的是将直流母线的输出（即经过滤波的直流电压）转换回交流电。逆变器用于控制向电机输出可变电压、可变频率。逆变器由成对连接的IGBT开关组成，用于控制电流。它通常连接到逻辑控制器，允许操作员连接和调整电机的电压。通过脉宽调制控制电流路径，可以从直流电源产生交流电压。
用户界面
为了实现最佳电力使用或节省能源，需要一个用户界面来配置VFD。用户界面是连接VFD的控制面板，允许用户手动输入。这些范围从键盘到液晶触摸屏。较新的系统提供蓝牙无线控制面板。
控制逻辑
然后，控制逻辑解释用户定义的设置。它是VFD与用户界面和电机上的反馈设备进行通信所需的软件。软件通常基于状态图，在完成任务之前从开始到停止遵循一组序列。这使得VFD能够完全自动化。
为什么VFD很重要？它们有什么好处？
VFD基本上是一个将粗糙的交流电压转变为更稳定的电流的精炼厂。通过将其转换为直流电，它可以在作为交流电发送回之前进一步完善。发出的电压是方形的，而不是传统的正弦形，允许电流逐渐输出。VFD的其他一些优点包括：
减少能源消耗
用户友好性
高功率输出
扭矩和速度控制
电机无需软启动器。
VFD的应用
VFD在电气和电机控制系统中具有广泛的用途。这些系统需要功率调节以在不需要时节省电力。
游泳池过滤系统
VFD可用于室内游泳池过滤系统，以提高清洁度。室内游泳池过滤系统中使用的变频器可以根据需要轻松改变水量，从而有助于降低电力消耗。游泳池所用电力的40%需要用于过滤水。使用VFD的泵可以将水吸入过滤系统，从而有助于水的循环利用。
增压泵
商业或大型建筑（如酒店）需要足够高的水压才能使用增压泵到达所有单位，包括浴室和淋浴间。VFD可以成为压力控制阀的更好替代品，因为它们具有更好的节能效果并消除维护成本。
暖通空调系统
VFD已在暖通空调系统中使用了数十年。传统上它们用于容量调节，但近年来它们也用于风扇和泵平衡、设备监控以及在峰值负载条件下削减设备能源使用。VFD有助于减少暖通空调系统组件的磨损，它们启动电机所需的能量更少，从而减少了部件的压力。
VFD和PLC
VFD需要一个允许用户设置电机速度的接口。PLC甚至DCS系统可用于通过自动设置电机运行的驱动速度来远程控制VFD。PLC还可以连接到人机界面HMI，允许操作员手动设置电机速度。当需要更多电力时，这可以实现一致的电压输出。
随着VFD在暖通空调和电气行业中的使用越来越频繁且越来越可靠，电工和PLC技术人员能够了解和理解VFD的功能及其应用。
在工业自动化和能源管理中，VFD的应用越来越广泛，为各行各业带来了显著的经济和环境效益。通过合理选择和使用VFD，企业能够实现更高的运营效率、降低能耗、提高产品质量，推动可持续发展。
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