通过变速驱动器降低电机速度

在许多应用中，在交流电动机的上游添加变频驱动器(VFD)可以降低能耗，减少峰值需求并提高功率因数。在启动和运行期间降低电动机速度可以削减维护成本，增加正常运行时间并延长设备寿命。尽可能降低电动机速度可以减轻电动机及其连接设备的压力。无论是应用程序泵，物料输送机还是自动化设备，都可以通过计算和限制系统的最大必要速度，以及在启动和停止时平滑加速和减速来减少维护。

尽管本文的主要重点是显示降低电机速度如何降低维护和维修成本，但使用VFD在某些应用中还可以节省大量能源。根据美国能源部的出版物“可调速驱动器的部分负载效率”，将旋转设备的速度降低20%可以将输入功率需求降低大约50%。根据IHS Technology的研究，这一点尤为重要，该研究发现，对于工厂中使用的普通电动机，电动机总拥有成本的96%由其终生用电量构成。维修和保养费用占另外2%，购买费用占剩余的2%。

负责IHS Technology旋转机械和控制装置的分析师凯文·席勒(Kevin Schiller)表示，很难计算出连接至电动机的VFD的平均投资回报率。在进行此类计算时要考虑的变量包括电动机规格(包括额定功率，电动机效率，电动机类型)，应用(最常见的是泵，风扇和压缩机)，电动机运行情况(包括电动机的启动/停止频率，在不同的负载百分比，电机运行天数，以前使用机械节流的情况下的运行时间以及其他成本因素(例如回扣/激励措施，电价和VFD效率)。

席勒说，驱动器附件的其他好处可以减少投资回收期，包括减少电动机应力和延长电动机寿命，减少涌入电流，以及在具有这种功能的驱动器上实现可再生的节省和谐波的缓解。

席勒说，一般来说，供应商报告说，客户在做出电机系统购买决定时最多期望2年的投资回报。一些供应商已经相应地改变了策略，计划免费提供更节能的设备，并从安装后实现的节能中收取费用。这在改造方案中更常见，尤其是在楼宇自动化应用(例如HVAC设备)中。

考虑最常见的电动机故障原因时，电动机轴承和损坏的定子绕组位于顶部或顶部附近。两者合计，轴承和绕组问题占电机故障的一半以上。较少的电动机旋转可减少磨损，因此降低电动机速度可增加转子和轴承的使用寿命。以较低的速度运行还会减少动态和静态负载以及热，振动和冲击应力。

从停止状态缓慢上升到运行速度，并以较低的速度运行电动机，这可以减少电动机轴承，电动机绕组绝缘层和连接的机械组件的磨损，从而延长电动机的使用寿命。从理论上讲，降低电动机速度以在泵和风扇上提供50%的流量将使马力要求降低到100%流量时所需功率的1/8。减少了工作量，因此减少了磨损。

工作量减少，发热量也减少，从而延长了绝缘寿命。定子绕组的绝缘寿命受到热量的不利影响，电动机运行速度较慢通常会降低热负荷。在降低速度时，对于所有类型的电动机，在可变转矩负载应用中，绕组寿命都会增加。对于使用全封闭不通风(TENV)，全封闭鼓风机冷却(TEBC)或防滴力通风(DPFV)电机的大多数恒转矩负载过程，情况也是如此。在恒转矩负载下运行全封闭风扇冷却(TEFC)电动机时，由于温度升高，在低速下绝缘寿命可能会降低，因此可能会运行得太慢。

每个过程，输送机和设备应用程序在任何给定的时间点都具有最佳速度。该最佳速度可以以每分钟加仑，每秒英寸，每分钟的零件等表示。保持速度接近此最佳点可以帮助降低维护成本。

VFD提供了调整工作量以匹配负载的功能。一些过程需要调节流量或压力。具有比例积分微分(PID)控制的交流变频器可以控制泵的速度，从而控制流量或压力。该速度调节可能比流量控制阀将多余的流量倾倒回油箱更有效。交流传动控制系统减少总流量或所输送压力的能力还可以实现平稳的变化率，例如减少水锤效应，该效应可能会给电动机，泵，阀门和过程管道带来压力。

不必要的高电动机速度会影响电动机所连接的任何设备。机械系统和动力传输受益于较低的负载和应力。很容易看出，线性致动器中的滚珠丝杠上过高的转速会产生影响，因为太快的运转会导致丝杠弯曲和振荡。由于机械系统(例如泵，风扇和变速箱)中的过快速度，可能会发生其他类型的有害影响。

定制设备，例如多工位转台，必须满足周期时间要求。过度运行工作台和相关执行器会增加运动控制部件(如联轴器，轴承，滚子，滚珠丝杠和变速箱)的磨损。控制转台电机仅以所需速度运行也可以提高长期精度和耐用性。

动态应力(例如高加速度和减速度)，无论速度如何，都会引起各种维护问题，例如轴承故障以及生产设备中的联轴器，皮带和链条断裂。

与受控启动相比，跨线启动在电动机和电气系统上更难。起动和停止是电动机运行中压力最大的部分，因为它们会引起较高的动态应力，频繁的起动和停止会增加电动机的温度。

交流变频器不仅可以控制运行速度，而且还可以降低电动机的加减速率。与全线启动器相比，VFD可以减少涌入电流，从而将启动转矩降低30-75%。这样可以减少皮带，齿轮，链条，离合器，轴和轴承的磨损。如果必须在轻负载的电动机上保持高速，则许多VFD都可以利用内置的可配置电压/赫兹曲线。利用此功能，输出电压相对于输出频率降低。在轻载应用中，这种降低的电压可减少电动机中的励磁损耗并减小电动机电流，从而在不牺牲速度的情况下减小了热应力。

VFD当然并不适合每种应用，但在实际中，通过控制速度，加速和减速可以减少维护，增加正常运行时间并延长设备寿命。了解更多电机专业知识及技巧，可加入电机行业内qq群136274082，业内专业老师傅解答。