變頻器應用時的12個技巧

　　1）信號線及控制線應選用屏蔽線，這樣對防止干擾有利。當線路較長時，例如距離躍100 m，導線截面應放大些。信號線及控制線不要與動力線放置在同一電纜溝或橋架中，以免相互干擾，最好穿管放置，這樣更合適。

　　2）傳輸信號以選用電流信號為主，因電流信號不容易衰減，亦不容易受干擾。實際應用中傳感器輸出的信號是電壓信號，可以通過變換器將電壓信號變換成電流信號。

　　3）變頻器閉環(huán)控制一般都是正作用的，即輸入信號大，輸出量亦大（例如中央空調制冷工作時及一般壓力、流量、溫度等控制時）。但亦有反作用的，即輸入信號大，輸出量反?。ɡ缰醒肟照{在制熱工作時以及供熱站的取暖熱水泵）。閉環(huán)控制如圖1所示。

　　4）在閉環(huán)控制時能選用壓力信號的，就不要選用流量信號。這是因為壓力信號傳感器價格低，安裝容易，工作量小，調試方便。但工藝過程有流量配比要求的，且要求精確時，那就必須選用流量控制器，并根據(jù)實際的壓力、流量、溫度、介質、速度等來選用合適的流量計（例如電磁式、靶式、渦街式、孔板式等）。

　　5）變頻器內置的PLC、PID功能適合用于信號變動量較小、較穩(wěn)定的系統(tǒng)。但由于內置的PLC、PID功能在工作時只調時間常數(shù)，所以難以得到較為滿意的過度過程要求，而且調試比較費時。

　　另外這種調節(jié)不是智能的，故一般不經(jīng)常采用，而是選用外置的智能化的PID 調節(jié)器。例如日本富士PXD 系列、廈門安東等，十分方便。使用時只要設置SV（上限值），工作時有PV（運行值）指示，又是智能化，保證具有最佳的過渡過程條件，使用較為理想。關于PLC，可按控制量的性質、點數(shù)、數(shù)字量、模擬量、信號處理等要求，選用外置PLC 的各種品牌，例如西門子的S7-400、S7-300、S7-200等。

　　6）信號變換器在變頻器外圍電路中亦被經(jīng)常用到，一般由霍爾元件加電子線路組成。按信號變換和處理方式可分為電壓變電流、電流變電壓、直流變交流、交流變直流、電壓變頻率、電流變頻率、一進多出、多進一出、信號疊加、信號分路等各種變換器。例如深圳的圣斯爾CE-T 系列電量隔離傳感器/變送器，應用十分方便。國內類似產(chǎn)品不少，用戶可按需要自行選擇應用。

　　7）變頻器在應用時往往要配外圍電路，其方式常有：

　?。?）由自制繼電器等控制元件組成的邏輯功能電路；

　?。?）買現(xiàn)成的單元外置電路（例如日本三菱公司的）；

　　（3）選用簡易可編程控制器LOGO（國外、國內都有此產(chǎn)品）；

　　（4）使用變頻器不同功能時，可選用功能卡（例如日本三墾變頻器）；

　　（5）選用中小型可編程序控制器。

　　8）多臺水泵并聯(lián)恒壓供水（例如城市自來水廠的清水泵、中大型水泵站、供熱水中心站等）的變頻技術改造方案常見的有以下兩種。

　　按使用經(jīng)驗，方案（1）節(jié)省初投資，但節(jié)能效果差。起動時先起動變頻器至50 Hz 后，再起動工頻，后轉入節(jié)能控制。供水系統(tǒng)中只有采用變頻器拖動的水泵，壓力略小些，系統(tǒng)存在湍流現(xiàn)象，有損耗。

　　方案（2）投資較大，但比方案（1）多節(jié)能20%，猿臺泵壓力一致，無湍流損耗，效果更佳。

　　9）多臺水泵并聯(lián)恒壓供水時采用信號串聯(lián)方式只用一個傳感器，其優(yōu)點如下。

　?。?）節(jié)省成本。只要一套傳感器及PID，如圖4所示。

　?。?）因只有一個控制信號，所以輸出頻率一致，即同頻率，這樣壓力亦一致，不存在湍流損耗。

　　（3）恒壓供水時，當流量變化，泵的開動臺數(shù)通過PLC 控制隨之變化。最少時1 臺，中等量時2臺，較大量時3 臺。當變頻器不工作停機時，電路（電流）信號是通路的（有信號流入，無輸出電壓、頻率）。

　?。?）更有利的是，因為系統(tǒng)只有一個控制信號，即使3 臺泵投入不同，但工作頻率卻相同（即同步），壓力亦一致，這樣湍流損耗為零，亦即損耗最小，所以節(jié)電效果最佳。

　　10）減小基底（基本頻率）是提高起動轉矩最有效的方式。原理分析如下。

　　（2）為什么減小基底頻率提高起動轉矩是最有效的呢？具體如表1 所列。

　　由表1知，由于起動轉矩大幅度提高，所以一些難以起動的設備，例如擠出機、清洗機、甩干機、混料機、涂料機、混合機、大型風機、水泵、羅茨鼓風機等均能順利起動了。這比通常提高起動頻率進行起動效果明顯。使用此法再配合由重載變輕載措施，提高電流保護到最大值，幾乎一切設備都能起動了。因此說采用減小基底頻率來提高起動轉矩是最有效的，亦是最方便的辦法。

　　（3）在應用此條件時基底頻率減小不一定非要一下降至30 Hz。可采用每5 Hz逐步進行下降，下降到達的頻率只要能起動系統(tǒng)就行。

　?。?）基底頻率下限不要低于30 Hz。從轉矩看，下限越低轉矩越大。但亦要考慮，電壓上升過快，動態(tài)du/dt過大時對IGBT有損傷。實際使用結果是，在50 Hz下降到30 Hz 的范圍時可安全放心地使用此提升轉矩的措施。

　?。?）有人擔心，例如下降基底頻率為30 Hz 時電壓已達380 V。那么當正常工作有可能需要達到50 Hz 時，是否輸出電壓躍380 V，這樣電動機受不了，回答是這樣的現(xiàn)象是不會發(fā)生的。

　?。?）有人擔心如下降基底為30 Hz 時，電壓已達380 V。那么正常工作有可能需要達50 Hz 時輸出頻率是否可達額定頻率50 Hz，回答是輸出頻率當然可以達到50 Hz。

　?。?）以上（5）（6）兩條由軟件編寫過程決定。使用過程已證實了，這兩點盡可放心。

　　11）動壓、靜壓、全壓三者間關系如下。

　?。?）靜壓是水泵出水口壓力直至最高點時所需壓力（揚程），一般每10 m高水柱是1 kg水壓。

　?。?）動壓是水流動過程中，液體與管壁、閥門（調節(jié)閥、制回閥、減壓閥等）、同一斷面不同層存在的流速差所引起的阻力所造成的壓力降，這部分計算很困難，按實際經(jīng)驗，動壓臆20%（最大時）靜壓值。

　　（3）全壓越（靜壓+動壓）臆1.2 靜壓。

　?。?）水泵一定要設定下限頻率約在30 Hz，否則易把封閉管內水抽空。因大量空氣溶入水中，待起動水泵時，易產(chǎn)生氣室，形成高壓危險。

　　12）經(jīng)驗值與經(jīng)濟值介紹如下。

　　應用變頻器對各種設備來說實現(xiàn)節(jié)電是可行的，這已有很多現(xiàn)實成功案例證實。

　　（1）經(jīng)驗值是較保守的，而且有較大富裕度，不是最經(jīng)濟的，有潛力可挖。使用經(jīng)驗值時按現(xiàn)場實際布置，使用工況參數(shù)，要有一定的變動，以不影響正常使用為下限條件。這是有可能實現(xiàn)節(jié)能的前提。

　?。?）經(jīng)濟值是以滿足系統(tǒng)下限條件為原則，把經(jīng)驗值適度下降，挖掘潛力來實現(xiàn)節(jié)能功效。若使用工況參數(shù)不變，節(jié)能從何說起？況且變頻器本身不是能源的發(fā)生器械（發(fā)電機、蓄電池、太陽能），其自身效率很高，在97豫耀98%，但總還存在損耗，為2豫耀3豫。

　　作者簡介：

　　張選正（1935-），男，1956 年上海電機學院本科畢業(yè)，畢業(yè)后一直從事變頻技術方面的工作。1995 年退休后，擔任國內外多家變頻器應用公司的技術支持、技術顧問，做變頻節(jié)能方面的工作。