用于电动机的变频驱动器已经成为各种机械的一个受欢迎的补充，可用于21世纪的长期应用，但它们不再是鼓风机气动刀系统精确风速控制的唯一选择。通常，更简单的空气控制阀可以以显着更低的成本提供相当的性能。
VFD基础知识
典型的VFD电路
变频驱动器有许多名称，其中包括：变速驱动器，变频控制器，逆变器，速度控制器和变频器。大多数人简称为“VFD”。在基本设置中，VFD在电源和电机之间串联连接，进而驱动旋转设备，如泵或风扇。VFD的最终目的是调整电机速度，以确保旋转设备根据所需的转速和最低的能量需求提供最佳性能。
VFD接收50或60 Hz频率的交流（ac）输入功率，将交流功率转换为直流，然后根据外部指令信号调制直流电压，以改变驱动电机的速度。然后，它将调制的直流电压转换回不同电压和Hz的交流电，使驱动电机以所需的转速运行。
这些设备通常可控制1至500马力的电机，并可调节鼓风机，风扇，泵，压缩机，搅拌机，输送机，加工中心和许多其他旋转设备的性能。
用于鼓风机气动刀的VFD
Sonic Air Knife系列
气刀是指将严格控制的加压空气流引导至经常沿输送机移动的清洁，干燥或冷却产品的装置。鼓风机气刀系统的一个共同点是，与大多数压缩机驱动的吹扫装置相比，它们的耗电量降低了75％。
目前大多数系统使用3至50马力的紧凑型高转速离心式鼓风机，气流压力为1至3 psig，空气流量为200至3,000 cfm。这些可用于由双极，60 Hz，3,600 rpm电机驱动的高速皮带轮和皮带轮驱动器; 或使用超高频VFD系统直接驱动鼓风机电机组件，以高达20,000 rpm的速度运行交流电机。
由自动阀门控制的鼓风机和气刀组合比使用VFD电机控制的那些更简单且成本更低。
虽然气刀现在几乎用于所有行业，但大批量食品和饮料灌装和包装设施是这些系统的最大市场。大多数食品和饮料工厂都有基于计算机的系统来监控，控制和调整每条生产线的各个方面，多个VFD为各种电机驱动机械提供多种关键作用。然而，具有最高功率需求的VFD通常是那些在洗涤，冷却或加热过程之后使用的鼓风机驱动的气刀系统; 或在标记之前，喷墨编码和包装。
一些生产线允许转换以处理多种类型的产品。它们通常具有直接与鼓风机VFD连接的PLC，可根据生产速率和特定封装尺寸自动提供实时气刀速度控制，同时优化驱动电机的电气运行成本。在这种情况下，当VFD与鼓风机动力气刀系统结合时，可以调节出风速度，以便仅使用吹扫所需的精确空气量，同时最大化每条生产线上每种条件的总系统效率。这些被认为是VFD控制器的正确使用。
潜在的误用
工程气刀系统通常用于高速饮料输送机，以在贴标签或喷墨编码之前去除水分。
VFD可以是用于气刀速度控制的最有效方法，但是在许多情况下VFD被误用或者至少仅用作昂贵的电动机起动器。结果可能是一系列意想不到的后果，或者只是比用于证明其原始购买的更长的投资回报。如果选择VFD只是作为磁电机启动器的替代品，即使生产线几乎处于稳定状态且驱动电机在大多数时间以全速运行≥80％时也是如此。
因此，专家总是建议电气工程师在进行VFD集成之前检查整个作业现场，特别是为10马力或更大马达的鼓风机或多个鼓风机和VFD供电。这包括安装，布线，操作计划和电源，以确保每个VFD，电机和所有其他相关工厂设备的兼容性和最高可靠性。
虽然VFD和电机来自不同的制造商有许多成功的安装，但是如果出现问题，让VFD制造商供应 - 或者至少为每个安装推荐特定的电机 - 可以消除任何兼容性问题。
然而，即使使用“匹配的”VFD和电动机，也可能发生故障。例如：
静电放电（ESD） 主要影响电机轴承的内表面，因为转子中的电能通过轴承传递到电机的接地外壳。跨轴承表面的这种高频电弧引起“结霜”和“凹陷”，这显着降低了电动机轴承的正常工作寿命。必须特别注意接地程序和适当的电缆屏蔽，以尽量减少这些条件。
轴承损坏的一个例子
VFD的高速内部直流电压调制增强了电磁干扰（EMI），可以破坏附近低压设备，传感器或移动通信设备的信号。一个明显的标志是来自VFD的“呜呜”声。使用适当屏蔽的电缆和外壳安装VFD，或者在其他敏感设备之间增加距离以解决此问题。
往返于VFD的电谐波，电正弦波会干扰同一电路内的计算机，PLC和其他敏感系统的运行。它可能需要电源调节设备，专用电路，或严格遵守进出VFD所需的电缆类型和长度。
VFD或驱动电机过热可能有多种原因。无论如何，过多的热量总会缩短VFD组件或电机组件的使用寿命，因此电气工程师应诊断每种情况并建议采取纠正措施。
共振频率振动随着VFD上的Hz设置降低，可以在低于电机额定运行速度的某个rpm下发展。虽然共振频率振动确实发生在直接驱动鼓风机/电机单元中，但它们通常比V形带驱动器严重得多。V带驱动的鼓风机/电机组件需要多个部件以不同的速度旋转，从而在特定的关键部件速度下产生振动尖峰。鼓风机V型皮带可以作为这些共振频率的减震器，但是减震带本身需要更频繁地更换。确定VFD上引起共振频率振动的Hz设置非常困难。很多时候，谐振频率尖峰仅在鼓风机减速或加速VFD指令时发生，
底线：在将VFD添加到气刀系统的任何鼓风机/电机之前，用户必须了解可能导致意外后果，更高维修和维护费用以及相应增加总成本的各种因素。长期所有权。
自动流量控制阀
VFD的替代品是在气刀设计中使用流量控制阀。鼓风机动力气刀系统出口处的自动气流控制阀响应PLC信号，就像VFD一样。然而，这就是相似之处的结束，因为空气阀可以提供超过VFD电机控制的一些显着优点。
用于气刀速度控制的阀门可以立即减少或关闭流向生产线的流量。在大多数操作条件下，它们几乎与VFD一样有效。
首先，生产线经理必须定义所有气刀系统的性能目标，以及产品组合和传送带速度的变量。这使得系统设计人员可以调整气刀性能，从而最大限度地降低功率要求和成本，同时实现所需的吹扫效果，以处理最高的生产率和最复杂的产品几何形状。
第二个要求是有一个有效且可重复的气刀速度控制方法。当生产线变量要求降低气刀速度时，这是必要的; 或者完全关闭空气，例如在许多食品和饮料输送线中常见的计划或非计划生产停止期间。
每当产品流动中断并且气刀需要关闭时，无论是每小时只有三次还是多达20次，自动气流控制阀都可以立即将所有空气从气刀中完全转移。在空气转向模式下，鼓风机继续以正常速度运行，同时总鼓风机流量减少到仅25％，并且空气通过旁路出口排放到大气中。这将电机放大器负载降低了50％。没有VFD“滞后时间”，因此线传感器信号立即关闭气刀，然后在收到重启信号时立即恢复全气刀速度。
另一种更适合气流控制阀而不是VFD的条件是生产线只需要两个气刀速度设置。在这种情况下，最大产品或最快线速度需要高风速，而通过气刀区的较小，更简单或更精细的产品需要较低的速度设定。
同样，高风速点不一定是最大可能的，但可以根据需要设置得最高。这样可以降低鼓风机体积和相应的电机电流消耗，以便在上工作点达到峰值效率，类似于VFD设置为最大Hz的80％到95％的优势。
关于VFD是最有效的电机控制系统没有争议。但由于空气控制阀在大多数运行条件下的效率仅降低了几个百分点，因此低成本，易于安装，快速响应和低得多的长期拥有成本都为空气控制阀选项提供了强有力的理由。 。
空气控制阀在响应时间上没有延迟，并且可以在不限制每小时或每班次的循环次数的情况下循环开关。电机以恒定的50或60 Hz和3,000或3,600 rpm运行，同时放大器响应来自生产线的鼓风机空气需求信号而上下循环。虽然VFD确实可以在“调低”模式下将功率需求降低多达75％，但这些低流量/无流量气刀模式占大多数工厂正常生产周期的一小部分，并且真正的运营成本因此，储蓄要少得多。
成本比较
自动Sonic Y-Verter流量控制阀安装在鼓风机动力气刀系统的出口上，对PLC信号的响应与VFD非常相似。
例如，考虑一台20 hp，60 Hz，460 V电机，全气刀速度为28 A.当空气分流阀关闭气刀流量时，电机放大器负载下降50％至约14 A.相比之下，具有VFD控制功能的20马力电机将降至大约30 Hz，这将电机电流降低到大约7 A.假设这种低流量空气运行条件占典型生产日的10％，则节电约为4.2。每个8小时轮班的每小时每小时的千瓦/小时将需要10,000到15,000个总运行天来支付VFD而不是空气控制阀的额外5,000美元购买价格。
即使低流量/旁通条件是气刀系统日常运行时间的90％，每8小时班次节省37千瓦/小时仍需要超过三年的时间才能收回购买价格（材料和安装） VFD。
在应用审查结束时，在购买设备之前，让鼓风机/气刀系统供应商对每个系统进行ROI分析，然后进行相应的处理。
气刀系统的简史
在历史性的1987年“蒙特利尔议定书”之前，近200个国家批准了全球逐步淘汰氯氟烃（CFCs）和其他挥发性有机化合物的协议，这些化合物常见于制冷剂，气溶胶，清洁剂，油墨，涂料，粘合剂和其他物质中。术语气刀几乎完全不为人知。只有少数制造行业中的少量液体吹扫应用需要使用空气来吹扫生产线中的水或碎屑。
20世纪80年代的印刷电路板（PCB）制造业试图在新的个人计算机时代开始时保持爆炸式增长。自动焊接机后清洁板的标准是液态氟利昂，一种CFC化合物，是一种有效且瞬间蒸发的清洁剂。科学家很快意识到，大量用于清洁的氟利昂对地球上的大气层保护层造成了巨大的破坏。
“蒙特利尔议定书”正在解决这一紧迫问题，并在20世纪80年代后期在整个PCB工厂和其他行业实施了水基非氟氯化碳清洁替代品。随着对制造产品吹制水基清洁解决方案的需求不断增长，大多数行业最初选择了他们能找到的成本最低，安装最简单的吹水装置。许多早期用户购买或制造了由工厂现有的高压压缩空气系统提供动力的气刀和空气喷嘴设计。随后，大多数压缩空气吹扫设备的高电力需求得到了更广泛的了解，并开始寻求节能替代品。
不久之后，大多数工程师意识到1到3磅/平方英寸的气刀可以比100磅/平方英寸的压缩空气系统干燥好或更好，这反过来又创造了对当今鼓风机动力气刀系统行业的需求。
变频器官网：www.czdrives.com
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