變頻器控制功能的參數(shù)選擇與典型應(yīng)用
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時(shí)間：2016-12-16
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隨著電力電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，各類(lèi)低壓變頻器的控制功能和控制技術(shù)性能得到了快速提升，相應(yīng)地帶來(lái)了變頻器的各種控制功能和大量名目繁多的相關(guān)控制參數(shù)，參數(shù)的選擇與參數(shù)的設(shè)置就顯得相當(dāng)?shù)闹匾蛷?fù)雜。那么，如何從應(yīng)用場(chǎng)合需求的角度來(lái)選擇控制方式并正確的設(shè)置相關(guān)參數(shù)，就不再是建立在對(duì)參數(shù)的孤立記憶與理解之上了，而是要求技術(shù)人員有全面的系統(tǒng)分析與解決實(shí)際問(wèn)題的能力。
通常，面對(duì)一個(gè)特定的變頻器應(yīng)用場(chǎng)合，應(yīng)按照：提出問(wèn)題→分析問(wèn)題→解決問(wèn)題的思路進(jìn)行，為此，首先要將應(yīng)用需求和實(shí)際工礦環(huán)境信息、數(shù)據(jù)加以收集、整理（這實(shí)際上就是提出問(wèn)題），避免實(shí)際需求功能的重復(fù)和遺漏，需求功能的遺漏會(huì)最終造成無(wú)法完整地實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，而需求功能的重復(fù)是一種表象，容易導(dǎo)入混亂，需要技術(shù)人員從功能性特征的角度去加以歸并；其次，將這些需求歸類(lèi)為對(duì)變頻器功能指標(biāo)的具體需求（這就是分析問(wèn)題），這時(shí)還不需要考慮這些歸類(lèi)后的需求到底要依靠哪個(gè)或哪些具體參數(shù)功能，而只需要考慮需求歸類(lèi)的完整性、合理性與可行性，盡量減少需求歸類(lèi)后各個(gè)功能需求中交叉現(xiàn)場(chǎng)的出現(xiàn)；最后，將歸類(lèi)后的功能需求逐個(gè)分解為對(duì)變頻器某些特定的、具體的參數(shù)的設(shè)置需求（這就是解決問(wèn)題），即按這些需求去尋找具體的參數(shù)功能，這樣當(dāng)你在選擇變頻器時(shí)就能很快判斷該變頻器的選擇是否能滿(mǎn)足總體需求，而進(jìn)一步知道該在這個(gè)變頻器上設(shè)置哪些具體的參數(shù)。
本文將從控制功能需求分析角度出發(fā)，力求通過(guò)對(duì)不同功能的需求分析，介紹如何來(lái)選擇控制方式、控制參數(shù)以及這些參數(shù)的功能設(shè)定。主要從提出問(wèn)題、分析問(wèn)題的角度進(jìn)行設(shè)計(jì)方案規(guī)劃闡述，以期能夠獲得一些應(yīng)用啟發(fā)，與大家商榷。
2 基本參數(shù)功能介紹
變頻器的變頻、變壓調(diào)節(jié)功能（也稱(chēng)v/f特性）是其區(qū)別于其它電子設(shè)備的根本性特征，因此，頻率、電壓等相關(guān)參數(shù)是每個(gè)變頻器最基本的參數(shù)，撇開(kāi)各自名稱(chēng)的不同，其主要的基本參數(shù)如下：
?。?）基本頻率
是指變頻器輸出額定電壓時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率值，有時(shí)也稱(chēng)為額定頻率。通常按照?qǐng)D1（a）所示的設(shè)置就可以滿(mǎn)足v/f特性需求，即將電機(jī)的額定數(shù)據(jù)（額定電壓380v、額定頻率50hz）作為該參數(shù)的值，這時(shí)斜線(xiàn)①的斜率k=380/50=7.6，它的v/f關(guān)系相當(dāng)于直線(xiàn)方程v=7.6f。但也有例外，比如：當(dāng)我們?cè)噲D使用一個(gè)變頻器去驅(qū)動(dòng)1臺(tái)3相50hz ac220v的電機(jī)時(shí)，就需要按圖1（b）中的斜線(xiàn)②來(lái)設(shè)置而不能再按斜線(xiàn)①設(shè)置參數(shù)。
?。?）轉(zhuǎn)折頻率
是指變頻器在該轉(zhuǎn)折點(diǎn)的輸出電壓已經(jīng)達(dá)到額定電壓參數(shù)所設(shè)置的電壓數(shù)值，在這點(diǎn)以后的輸出頻率運(yùn)行段都不再增加其輸出電壓，即輸出電壓將維持在這個(gè)電壓值不變。在圖1（b）中，對(duì)于斜線(xiàn)①來(lái)說(shuō)，其v/f的轉(zhuǎn)折頻率點(diǎn)是a點(diǎn)；對(duì)于斜線(xiàn)②來(lái)說(shuō)，其v/f的轉(zhuǎn)折頻率點(diǎn)是c點(diǎn)。通常，我們將轉(zhuǎn)折頻率值設(shè)置與基本頻率值相同，以便在變頻器輸出頻率達(dá)到基本頻率后，使變頻器的輸出電壓維持在額定電壓不變。如圖1（a）所示。
?。?）啟動(dòng)頻率
是指變頻器開(kāi)始有電壓輸出時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率。在變頻器啟動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)變頻器的輸出頻率還沒(méi)達(dá)到啟動(dòng)頻率設(shè)定值時(shí)，變頻器就不會(huì)輸出電壓。通常，為確保電機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，可通過(guò)設(shè)定合適的啟動(dòng)頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)。
（4）上下限頻率
上限頻率、下限頻率有時(shí)也被分別稱(chēng)為輸出頻率上限、輸出頻率下限。顧名思義，這個(gè)參數(shù)是對(duì)變頻器運(yùn)行時(shí)輸出頻率的一種限制。需要注意的是，在變頻器啟動(dòng)過(guò)程中，輸出頻率下限是不起作用的。例如：在圖1（a）中當(dāng)變頻器正處于從e點(diǎn)到a點(diǎn)的啟動(dòng)過(guò)程中時(shí)，盡管設(shè)置了輸出頻率下限d點(diǎn)，但ed段仍然有頻率和電壓輸出。只有當(dāng)變頻器已經(jīng)在da段運(yùn)行時(shí)，就再也不能進(jìn)入de段運(yùn)行了。在圖1（c）中的h點(diǎn)就更直觀(guān)地反映了這種情況。輸出頻率上限值的設(shè)定將使變頻器的實(shí)際運(yùn)行頻率輸出值永遠(yuǎn)小于該設(shè)定值，哪怕是給定頻率值超越了上限輸出頻率，變頻器也不會(huì)出現(xiàn)實(shí)際輸出頻率超越上限輸出頻率限制的情況。通常情況下，我們?cè)O(shè)定“上限輸出頻率值≥額定頻率值”，如圖1（a）所示，這樣就可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)在超越額定速度的狀態(tài)下運(yùn)行。但，在圖1（d）中卻發(fā)現(xiàn)了“上限輸出頻率值≤額定頻率值”的相反情況。那么，在什么情形下才要這樣的參數(shù)設(shè)置應(yīng)用呢？例如：對(duì)于一個(gè)輕負(fù)載和低啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的“小馬拉大車(chē)”變轉(zhuǎn)矩負(fù)載應(yīng)用系統(tǒng)或者對(duì)于揚(yáng)程、流量等有輸出限定的節(jié)能控制應(yīng)用場(chǎng)合。對(duì)于前者，只要“小馬”（變頻器標(biāo)稱(chēng)額定輸出功率小于電機(jī)的額定功率）能夠讓電機(jī)得以順利啟動(dòng)，那么，就可以通過(guò)這種方法來(lái)使電機(jī)始終運(yùn)行在其輸出功率小于等于變頻器標(biāo)稱(chēng)額定功率范圍內(nèi)，從而達(dá)到“小馬拉大車(chē)”的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)。對(duì)于后者，可以作為“1+1≤1”的節(jié)能優(yōu)化控制判斷點(diǎn)（控制器通過(guò)對(duì)上限輸出頻率到達(dá)點(diǎn)的判斷，來(lái)決定此時(shí)是選擇繼續(xù)以單臺(tái)泵提升輸出頻率方式變頻運(yùn)行，還是以2臺(tái)泵同時(shí)變頻運(yùn)行），假定：有這樣的2套完全一樣的水泵電機(jī)，其電機(jī)額定功率為45kw，水泵額定流量320m3/h。若當(dāng)前系統(tǒng)實(shí)際僅需要流量256m3/h，那么只需要1套水泵電機(jī)以40hz的頻率運(yùn)行就可以滿(mǎn)足需求，此時(shí)，電機(jī)實(shí)際消耗功率約需要24kw。若此時(shí)系統(tǒng)實(shí)際需求流量需要增加到305m3/h時(shí)，那么該電機(jī)必須以約48hz的頻率運(yùn)行來(lái)滿(mǎn)足此時(shí)的流量需求，那么，此時(shí)該電機(jī)實(shí)際消耗功率約為40kw?，F(xiàn)在讓我們同樣在系統(tǒng)實(shí)際需求流量為305m3/h時(shí)，改變僅1#泵變頻運(yùn)行的這種習(xí)慣，讓系統(tǒng)在需求流量大于288m3/h時(shí)就轉(zhuǎn)換為2套電機(jī)水泵系統(tǒng)同時(shí)變頻運(yùn)行狀態(tài)，為了同樣達(dá)到305m3/h的實(shí)際系統(tǒng)流量需求，那么2套電機(jī)水泵系統(tǒng)就必須同時(shí)按輸出頻率約24hz的頻率運(yùn)行，那么，此時(shí)2套水泵電機(jī)各自?xún)H需要消耗約6kw的輸出功率，即累計(jì)消耗功率小于12kw?？梢?jiàn)此時(shí)2套泵同時(shí)變頻運(yùn)行要遠(yuǎn)比單套水泵電機(jī)運(yùn)行時(shí)所消耗的功率40kw要小很多。此就是“1+1≤1”的節(jié)能優(yōu)化運(yùn)行控制。關(guān)于詳細(xì)的功率計(jì)算對(duì)比，請(qǐng)參閱本人發(fā)表在2005年05月的《變頻器世界》的“中央空調(diào)系統(tǒng)變頻節(jié)能改造控制技術(shù)的分析與實(shí)現(xiàn)”一文相關(guān)章節(jié)的內(nèi)容。
除以上幾個(gè)與頻率相關(guān)的基本參數(shù)外，還有一個(gè)最大、最小頻率的概念，它是對(duì)應(yīng)最大、最小頻率給定值的一個(gè)范疇參數(shù)，通常我們將以上幾個(gè)頻率參數(shù)都設(shè)定在這兩個(gè)參數(shù)的范圍內(nèi)，如圖1（d）所示。
?。?）轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償
變頻器將電機(jī)在一定時(shí)間內(nèi)從靜止?fàn)顟B(tài)驅(qū)動(dòng)到一定的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，需要克服機(jī)械裝置的靜態(tài)轉(zhuǎn)矩阻力和運(yùn)行加速度轉(zhuǎn)矩阻力。由于電機(jī)在低速時(shí)激磁電壓降低，為此，需要補(bǔ)償電機(jī)的欠激磁狀態(tài)，使電機(jī)低速運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)矩增強(qiáng)（v/f特性增強(qiáng)，也即v/f在低頻段的斜率增大），以此來(lái)克服這2種轉(zhuǎn)矩阻力。圖1（b）中的斜線(xiàn)③是對(duì)斜線(xiàn)①的轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償作用后的結(jié)果。需要指出，轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償值較大時(shí)，容易導(dǎo)致低速時(shí)電機(jī)發(fā)生過(guò)激磁狀態(tài)，按這種狀態(tài)連續(xù)運(yùn)行時(shí)，電機(jī)可能會(huì)發(fā)生快速發(fā)熱現(xiàn)象，危害電機(jī)的安全運(yùn)行；同時(shí)，轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償值過(guò)大時(shí)，也容易產(chǎn)生啟動(dòng)階段過(guò)壓甚至過(guò)流故障發(fā)生。轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償值的大小應(yīng)該以滿(mǎn)足電機(jī)啟動(dòng)需求的最小值為較好。
評(píng)論