Ja och nej! Men det finns inget enkelt svar på den här frågan.
Som med många andra frågor finns det ett kort och ett långt svar när du jämför variabla frekvensomriktare (VFD) med variabla hastighetsomriktare (VSD). Det finns olika typer av variabelhastighetsdrifter. Variabla frekvensomriktare är en typ av frekvensomriktare. Den vanligaste typen av variabel hastighetsdrift är Eddy Current.
Det finns dock två betydande skillnader, och detta är det korta svaret: Eddy current drives ändrar kopplingens hastighet samtidigt som motorhastigheten lämnas på full hastighet. VFD:er ändrar ingångsfrekvensen till motorn och ändrar motorvarvtalet.
Självklart kan skillnaderna beskrivas i detalj i en mycket längre beskrivning – en beskrivning som kräver lite mer forskning för att berätta hur, var och när de bäst används. I den här bloggen ska vi försöka reda ut eventuella missuppfattningar mellan de två och klargöra deras definitioner.
Det är sant. Både VSD:er och VFD:er uppnår samma mål: de varierar hastigheten på den drivna utrustningen. Men HUR de gör det är den avgörande skillnaden.
VSDs – Eddy Current
VSDs ändrar hastigheten på den drivna utrustningen samtidigt som de låter motorn arbeta med sin fulla konstruktionshastighet. I en växelströmsmotor leds en elektrisk växelström genom en distribuerad statorlindning för att skapa ett roterande magnetfält som används för att driva en axel. Växelströmsmotorer driver roterande maskiner som fläktar, pumpar och kompressorer med ett enda varvtal och återfinns ofta i värme-, ventilations- och luftkonditioneringssystem (HVAC). Rotationshastigheten och vridmomentet hos en växelströmsmotor bestäms av matningens frekvens och spänning. Eftersom eltillförseln är konstant, förblir motorns varvtal oförändrat. Om hastigheten behöver varieras är en VSD effektiv. Genom att lägga till en VSD till en växelströmsmotor kan hastigheten varieras med precision.
Som exempel kan vi titta på en HVAC-fläkt i en byggnad. När efterfrågan på fläktens hastighet minskar kan fläkten styras för att sänka hastigheten, minska energiflödet och därmed minska energiförbrukningen och de totala användningskostnaderna.
DC-motorer omvandlar elektrisk likströmsenergi till mekanisk energi. Likströmsmotorer förlitar sig på ankarspänning och fältström för att styra motorns hastighet. Eftersom det inte finns någon frekvens i en likströmsmotor är VFD:er inte genomförbara för denna tillämpning. En separat DC-hastighetsregulator är nödvändig. Likströmsmotorer väljs inte ofta för den här tillämpningen.
Ofta utrustas likströmsmotorer i efterhand med en växelströmsmotor och en växelströmsvarvtalsregulator för att åstadkomma den hastighetsvariation som behövs för dess tillämpning. Eddy Current Drives är VSD:er, men de använder ett likströms magnetfält för att koppla ihop två delar – en på ingångsaxeln och en på utgångsaxeln. Genom att öka likströmmen till spolen ökar kopplingen mellan de två delarna, vilket ger ett större vridmoment till belastningen. En varvräknare används för att kontrollera hastigheten och vridmomentet.
Eddy Current förluster i effektivitet är följande:
- Växelströmsmotor – Lika stor som nominell effekt när motorn körs över linjen. Detta gäller både effektfaktor och verkningsgrad.
- DC Control – Typiskt 2 % eller mindre.
- Slip – Minskad hastighet går förlorad i trumman och rotorn (de kopplade delarna). Det minskar effektiviteten i proportion till hastighetsminskningen.
Summan av kardemumman är att det är bäst att köra en virvelströmsanordning vid eller nära nominellt varvtal. Vanligtvis rekommenderas 80-100 % för att optimera effektiviteten.
VFD:er
VFD:er reglerar motorhastigheten genom att variera den spänning och frekvens som tillförs statorn på en vanlig växelströmsmotor. VFD:er kan variera hastighetsregleringen vid start, under körning och vid motorstopp. En standard växelströmsmotor har en publicerad verkningsgrad och effektfaktor. De är ganska höga, vanligtvis långt över 90 %, men endast för en sinusformad spänning vid nominell frekvens. När den drivs med en VFD innehåller den ström som levereras till motorn ett betydande harmoniskt innehåll som inte fungerar, utan ökar motorförlusterna, vilket minskar motorns verkningsgrad. Detta tillstånd förvärras när hastigheten sänks.
VFD:er är ofta utrustade med bypassstartsystem för att aktivera en pump när VFD:n kan gå sönder. Många är utrustade med luftkonditionering för att upprätthålla en säker driftstemperatur. Vissa konstruktioner kräver specialkonstruerade harmoniska filter för att uppfylla de lagstadgade gränsvärdena för harmonisk distorsion. Var och en av dessa lösningar har en kostnad för den extra hårdvaran. Dessutom är det ofta en betydande kostnad för att skapa utrymme för och installera all denna utrustning, till och med i den mån man måste bygga nya konstruktioner i befintliga anläggningar eller utforma extra utrymme i nya anläggningar. Den extra effekt som krävs för att driva denna extra hårdvara ignoreras ofta när man beräknar systemets förmodade effektivitet.
VFD-förluster i effektivitet är följande:
- I²R-förluster – Uppvärmning är den största förlusten som orsakas av motstånd mot strömgenomströmning i motorns lindning och rotorstänger. Den är proportionell mot kvadraten på strömflödet.
- Virvelströmsförluster – Förluster som orsakas av oavsiktligt strömflöde i rotorn och statorn. Dessa begränsas av lamineringarna i statorn och rotorn. De är proportionella mot strömflödet och ökar med glidning.
- Hystereseförluster – Uppvärmning som skapas när järnets magnetiska polaritet i rotorn och statorn vänds om. Detta ökar med glidningen.
Alla ovanstående förluster blir en större procentandel av den utgående hästkraften när hastigheten minskar.
Ett föga känt faktum är att en växelströmsinduktionsmotor är en magnetisk koppling som arbetar vid glidning (mot ett roterande fält). Slipet ökar vid ökad belastning, betydligt mer vid låga varvtal. Vid ett PWM-ekvivalent bashastighet på 100 varv per minut skulle motorn arbeta med 50 varv per minut om dess nominella slirning var 50 varv per minut (en motor med 1750 varv per minut). Därför används vridmomentförstärkning (ökad spänning) för att starta under belastning. Detta slirande är en förlust som blir en högre procentandel av produktionen när hastigheten minskas. Om vridmomentförstärkning används blir förlusterna ännu högre.
Sluttningsvis, över cirka 82 % av bashastigheten, har virvelströmmen faktiskt en bättre systemeffektivitet än VFD:n på grund av lägre styrningsförluster och sinusformad excitering.
Om du tror att du har behov av en virvelströms-VSD, kontakta oss på [email protected] för att avgöra hur vi kan hjälpa dig på bästa sätt!