VFD ส่งผลต่อแรงบิดของมอเตอร์อย่างไร

ไดรฟ์ความถี่แบบแปรผัน (VFD) หรือที่เรียกว่าไดรฟ์ความถี่แบบปรับได้ ไดรฟ์แบบปรับความเร็วได้ อินเวอร์เตอร์ หรือไดรฟ์ AC เป็นตัวควบคุมมอเตอร์ประเภทหนึ่งที่ขับเคลื่อนมอเตอร์ไฟฟ้าโดยการเปลี่ยนแปลงความถี่และแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้กับมอเตอร์ไฟฟ้า ในฐานะซัพพลายเออร์ VFD ฉันมักถูกถามว่า VFD ส่งผลต่อแรงบิดของมอเตอร์อย่างไร ในบล็อกโพสต์นี้ ฉันจะเจาะลึกความสัมพันธ์ระหว่าง VFD และแรงบิดของมอเตอร์ สำรวจหลักการ ปัจจัย และผลกระทบในทางปฏิบัติ

ทำความเข้าใจกับแรงบิดของมอเตอร์

ก่อนที่เราจะพูดถึงว่า VFD ส่งผลต่อแรงบิดของมอเตอร์อย่างไร จำเป็นต้องเข้าใจว่าแรงบิดของมอเตอร์คืออะไร แรงบิดคือแรงหมุนที่เกิดจากมอเตอร์ซึ่งมีหน้าที่ในการขับเคลื่อนโหลด มีหน่วยวัดเป็นนิวตัน - เมตร (N·m) หรือฟุต - ปอนด์ (ฟุต - ปอนด์) ปริมาณแรงบิดที่มอเตอร์สามารถสร้างได้ขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย รวมถึงการออกแบบของมอเตอร์ แรงดันไฟฟ้าที่ใช้ และความถี่ของแหล่งจ่ายไฟ

ในมอเตอร์ AC มาตรฐาน ลักษณะเฉพาะของแรงบิดและความเร็วค่อนข้างคงที่ ที่ความเร็วต่ำ มอเตอร์สามารถสร้างแรงบิดสูง ซึ่งมีประโยชน์สำหรับการสตาร์ทโหลดหนัก เมื่อความเร็วเพิ่มขึ้น แรงบิดมักจะลดลง ลักษณะนี้ถูกกำหนดโดยสนามแม่เหล็กของมอเตอร์และปฏิสัมพันธ์ระหว่างสเตเตอร์และโรเตอร์

VFD ทำงานอย่างไร

VFD ทำงานโดยการแปลงไฟ AC ขาเข้าเป็นไฟ DC ผ่านวงจรเรียงกระแส จากนั้นส่วนอินเวอร์เตอร์จะแปลงไฟ DC กลับเป็นไฟ AC ด้วยความถี่และแรงดันไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงได้ ด้วยการปรับความถี่และแรงดันไฟฟ้า VFD สามารถควบคุมความเร็วและแรงบิดของมอเตอร์ได้

หลักการพื้นฐานเบื้องหลัง VFD คืออัตราส่วน V/f (แรงดันไฟฟ้า - ต่อ - ความถี่) ในมอเตอร์ AC ฟลักซ์แม่เหล็กในมอเตอร์จะเป็นสัดส่วนกับอัตราส่วน V/f เพื่อรักษาฟลักซ์แม่เหล็กให้คงที่ (และความสามารถในการสร้างแรงบิดคงที่) จะต้องปรับแรงดันไฟฟ้าตามสัดส่วนของความถี่ ตัวอย่างเช่น หากความถี่ลดลงเหลือครึ่งหนึ่งของความถี่ที่กำหนด แรงดันไฟฟ้าก็ควรลดลงเหลือครึ่งหนึ่งเช่นกันเพื่อรักษาอัตราส่วน V/f ให้คงที่

ผลของ VFD ต่อแรงบิดของมอเตอร์

การทำงานของแรงบิดคงที่

ในการใช้งานหลายประเภท เช่น สายพานลำเลียง ปั๊มดิสเพลสเมนต์เชิงบวก และรอก ต้องใช้แรงบิดคงที่ตลอดช่วงความเร็วที่กว้าง VFD สามารถบรรลุการทำงานของแรงบิดคงที่โดยการรักษาอัตราส่วน V/f ให้คงที่ เมื่อความถี่ลดลง แรงดันไฟฟ้าก็จะลดลงตามสัดส่วนด้วย ทำให้ฟลักซ์แม่เหล็กในมอเตอร์คงที่ เป็นผลให้มอเตอร์สามารถผลิตแรงบิดในปริมาณเท่ากันที่ความเร็วต่ำกว่าเช่นเดียวกับที่ผลิตที่ความเร็วที่กำหนด

ตัวอย่างเช่น หากมอเตอร์ได้รับการจัดอันดับแรงบิด 100 N·m ที่ 1500 RPM และ 50 Hz เมื่อ VFD ลดความถี่ลงเหลือ 25 Hz แรงดันไฟฟ้าก็จะลดลงครึ่งหนึ่งเช่นกัน มอเตอร์ยังคงสามารถสร้างแรงบิดได้ 100 N·m ที่ 750 RPM ทำให้สามารถขับเคลื่อนโหลดได้อย่างมีประสิทธิภาพที่ความเร็วต่ำลง การทำงานของแรงบิดคงที่นี้มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานที่โหลดต้องใช้แรงสม่ำเสมอโดยไม่คำนึงถึงความเร็ว

การทำงานของแรงบิดแปรผัน

การใช้งานบางอย่าง เช่น ปั๊มหอยโข่งและพัดลม มีความต้องการแรงบิดที่แปรผัน แรงบิดที่ต้องการสำหรับโหลดเหล่านี้จะแปรผันตามกำลังสองของความเร็ว VFD สามารถปรับการใช้พลังงานให้เหมาะสมในการใช้งานเหล่านี้ได้โดยการปรับแรงดันไฟฟ้าและความถี่ตามความต้องการแรงบิดของโหลด

เมื่อความเร็วของปั๊มหอยโข่งหรือพัดลมลดลง แรงบิดที่ต้องการจากโหลดจะลดลงอย่างมาก VFD สามารถลดแรงดันไฟฟ้าและความถี่ได้รุนแรงกว่าการใช้งานแรงบิดคงที่ ซึ่งช่วยประหยัดพลังงาน ตัวอย่างเช่น ถ้าความเร็วของพัดลมลดลงเหลือครึ่งหนึ่งของความเร็วที่กำหนด แรงบิดที่พัดลมต้องการจะลดลงเหลือหนึ่งในสี่ของแรงบิดที่กำหนด VFD สามารถปรับแรงดันไฟฟ้าและความถี่ให้เหมาะสม ส่งผลให้ประหยัดพลังงานได้มาก

สูง - แรงบิดเริ่มต้น

ข้อดีที่สำคัญอย่างหนึ่งของการใช้ VFD คือความสามารถในการสตาร์ทด้วยแรงบิดสูง ในการสตาร์ทโดยตรงแบบออนไลน์ (DOL) ของมอเตอร์ AC มอเตอร์จะดึงกระแสพุ่งเข้าขนาดใหญ่ ซึ่งอาจทำให้แรงดันไฟฟ้าตกในแหล่งจ่ายไฟและความเครียดเชิงกลของมอเตอร์และโหลดได้ ในทางกลับกัน VFD จะค่อยๆ เพิ่มความถี่และแรงดันไฟฟ้า ทำให้มอเตอร์สตาร์ทได้อย่างราบรื่นด้วยแรงบิดสูง

VFD สามารถควบคุมอัตราการเร่งความเร็วได้ ทำให้มั่นใจว่ามอเตอร์ถึงความเร็วที่ต้องการโดยไม่ทำให้ระบบทำงานหนักเกินไป สิ่งนี้มีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับการใช้งานที่มีภาระสตาร์ทหนัก เช่น เครื่องย่อยและเครื่องผสม ด้วยการสตาร์ทด้วยแรงบิดสูง VFD จึงสามารถยืดอายุการใช้งานของมอเตอร์และลดต้นทุนการบำรุงรักษาได้

ปัจจัยที่ส่งผลต่อแรงบิด - ความสัมพันธ์ VFD

การออกแบบมอเตอร์

การออกแบบมอเตอร์มีบทบาทสำคัญในการตอบสนองต่อ VFD มอเตอร์ประเภทต่างๆ เช่น มอเตอร์เหนี่ยวนำและมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร มีลักษณะเฉพาะของแรงบิดและความเร็วที่แตกต่างกัน มอเตอร์เหนี่ยวนำถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายกับ VFD เนื่องจากมีความทนทานและต้นทุนค่อนข้างต่ำ อย่างไรก็ตาม อาจมีข้อจำกัดบางประการในแง่ของการทำงานและประสิทธิภาพความเร็วสูงเมื่อเปรียบเทียบกับมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร

รูปแบบการพันของมอเตอร์ จำนวนขั้ว และการออกแบบโรเตอร์ยังอาจส่งผลต่อการผลิตแรงบิดเมื่อใช้ VFD อีกด้วย ตัวอย่างเช่น มอเตอร์ที่มีจำนวนขั้วสูงกว่าจะมีความเร็วซิงโครนัสต่ำกว่า และอาจต้องใช้การตั้งค่า V/f ที่แตกต่างกันเพื่อให้ได้สมรรถนะแรงบิดที่เหมาะสมที่สุด

การตั้งค่าวีเอฟดี

การตั้งค่าของ VFD เช่น เวลาเร่งความเร็วและการลดความเร็ว ขีดจำกัดแรงบิด และเส้นโค้ง V/f อาจส่งผลกระทบอย่างมากต่อแรงบิดของมอเตอร์ เวลาเร่งความเร็วและการลดความเร็วจะกำหนดความเร็วของมอเตอร์ถึงความเร็วที่ต้องการ หากเวลาเร่งความเร็วสั้นเกินไป มอเตอร์อาจไม่สามารถสร้างแรงบิดได้เพียงพอเพื่อเร่งโหลด ส่งผลให้เกิดการตัดกระแสไฟเกิน

การตั้งค่าขีดจำกัดแรงบิดทำให้ผู้ใช้สามารถจำกัดแรงบิดสูงสุดที่มอเตอร์สามารถผลิตได้ สิ่งนี้มีประโยชน์ในการปกป้องมอเตอร์และโหลดจากความเสียหาย การตั้งค่าเส้นโค้ง V/f สามารถปรับเปลี่ยนได้เพื่อปรับคุณลักษณะความเร็วแรงบิดให้เหมาะสมสำหรับการใช้งานที่แตกต่างกัน VFD บางตัวมีเส้นโค้ง V/f หลายแบบ เช่น เส้นโค้งเชิงเส้น สมการกำลังสอง และเส้นโค้งแบบกำหนดเอง เพื่อตอบสนองความต้องการเฉพาะของโหลด

ลักษณะโหลด

ลักษณะของโหลด เช่น ความเฉื่อย แรงเสียดทาน และประเภทของโหลด (แรงบิดคงที่หรือแรงบิดแปรผัน) ก็ส่งผลต่อความสัมพันธ์ของแรงบิด - VFD เช่นกัน โหลดที่มีความเฉื่อยสูงต้องใช้แรงบิดมากขึ้นในการเร่งความเร็วและลดความเร็ว VFD จะต้องมีขนาดที่เหมาะสมและกำหนดค่าเพื่อรองรับความต้องการแรงบิดสูงในช่วงเวลาชั่วคราวเหล่านี้

แรงเสียดทานในโหลดยังส่งผลต่อแรงบิดที่จำเป็นในการขับเคลื่อนโหลดอีกด้วย หากมีแรงเสียดทานมากเกินไป มอเตอร์อาจต้องใช้แรงบิดมากขึ้นเพื่อเอาชนะมัน การทำความเข้าใจคุณลักษณะโหลดถือเป็นสิ่งสำคัญในการเลือก VFD ที่เหมาะสม และการตั้งค่าพารามิเตอร์ที่เหมาะสมเพื่อให้มั่นใจถึงประสิทธิภาพของแรงบิดสูงสุด

ผลกระทบในทางปฏิบัติสำหรับการเลือกและการใช้งาน VFD

เมื่อเลือก VFD สำหรับการใช้งานเฉพาะ การพิจารณาความต้องการแรงบิดของโหลดถือเป็นสิ่งสำคัญ สำหรับการใช้งานแรงบิดคงที่ จำเป็นต้องใช้ VFD ที่สามารถรักษาอัตราส่วน V/f ให้คงที่ตลอดช่วงความเร็วที่กว้างได้วีเอฟดี 22KWเป็นตัวเลือกที่ยอดเยี่ยมสำหรับการใช้งานที่มีแรงบิดคงที่โดยต้องการกำลังไฟประมาณ 22 กิโลวัตต์

สำหรับการใช้งานแรงบิดแบบแปรผัน แนะนำให้ใช้ VFD ที่มีคุณสมบัติประหยัดพลังงานขั้นสูง และความสามารถในการปรับอัตราส่วน V/f ตามความต้องการแรงบิดของโหลดVFD สำหรับมอเตอร์นำเสนอ VFD หลากหลายประเภทที่เหมาะสำหรับการใช้งานมอเตอร์ต่างๆ รวมถึงมอเตอร์ที่มีโหลดแรงบิดแปรผัน

นอกจากนี้ VFD ควรมีขนาดเหมาะสมเพื่อรองรับกระแสไฟที่กำหนดของมอเตอร์และความต้องการแรงบิดสูงสุดระหว่างช่วงสตาร์ทและช่วงชั่วคราว การเพิ่มขนาดหรือลดขนาด VFD มากเกินไปอาจทำให้ประสิทธิภาพการทำงานต่ำ การใช้พลังงานเพิ่มขึ้น และอาจสร้างความเสียหายให้กับมอเตอร์และ VFD ได้

บทสรุป

ในฐานะซัพพลายเออร์ VFD ฉันเข้าใจถึงความสำคัญของวิธีที่ VFD ส่งผลต่อแรงบิดของมอเตอร์ VFD สามารถให้การทำงานของแรงบิดคงที่สำหรับการใช้งานที่ต้องการแรงในปริมาณที่สม่ำเสมอ การทำงานของแรงบิดแปรผันสำหรับการทำงานอย่างประหยัดพลังงานในการใช้งานที่มีโหลดแรงบิดแปรผัน และแรงบิดสูงในการสตาร์ทสำหรับการใช้งานที่รับภาระหนัก

โดยการทำความเข้าใจหลักการทำงานของ VFD ปัจจัยที่ส่งผลต่อแรงบิด - ความสัมพันธ์ของ VFD และผลกระทบในทางปฏิบัติสำหรับการเลือกและการใช้งาน VFD ผู้ใช้สามารถตัดสินใจได้อย่างชาญฉลาดเมื่อเลือก VFD สำหรับระบบมอเตอร์ของตน หากคุณกำลังมองหาโซลูชัน VFD ที่เชื่อถือได้สำหรับการใช้งานมอเตอร์ของคุณ ไม่ว่าจะเป็นกวีเอฟดี 22KW, กVFD สำหรับมอเตอร์หรือไดรฟ์อินเวอร์เตอร์โปรดติดต่อเราเพื่อขอข้อมูลเพิ่มเติมและหารือเกี่ยวกับความต้องการเฉพาะของคุณ เราพร้อมที่จะช่วยเหลือคุณในการค้นหา VFD ที่สมบูรณ์แบบสำหรับความต้องการของคุณ

อ้างอิง

• Boldea, I. และ Nasar, SA (1999) ไดรฟ์ไฟฟ้า: บทนำ ซีอาร์ซี เพรส.
• ฟิตซ์เจอรัลด์ AE, คิงส์ลีย์, ซี., จูเนียร์, และอูมานส์, SD (2003) เครื่องจักรไฟฟ้า. แมคกรอว์ - ฮิลล์
• Krause, PC, Wasynczuk, O. และ Sudhoff, SD (2002) การวิเคราะห์เครื่องจักรไฟฟ้าและระบบขับเคลื่อน ไวลีย์ - อินเตอร์วิทยาศาสตร์