如何使用通用变频器 _知识百科

近十多年来，随着大规模集成电路和计算机控制技术的发展以及现代控制理论的应用，特别是矢量控制技术的应用，使得交流变频调速技术逐步具备了宽的调速范围，高的稳速精度，快的动态响应，以及在四象限作可逆运行等良好的技术性能，调速特性可与直流电力拖动相媲美。
在交流调速技术中，由于变频调速的调速性能与可靠性在不断完善，价格也在不断降低，特别是它的节电效果明显，实现变频调速极为方便，因此，在一切需要速度控制的场合，变频器以其操作方便，体积小，控制性能高而获得广泛的应用。
1通用变频器的发展
工业中使用的变频器可以分为通用变频器和专用变频器。通用变频器用于一般工业驱动；专用变频器用于特定的控制对象。通用变频器的特点是功能多样化，可以适用于不同的场合。 80年代中期，通用变频器又沿着两个方向发展：节能用通用变频器和自动化用通用变频器。其中，自动化用通用变频器主要用于运输机械，机床，电梯等。中小型通用变频器的主体一般采用V/f比控制，即VVVF控制。目前市场上销售的变频器大都是V/f控制的，使用相当广泛。中小型变频器的发展方向是：降低噪声，减少谐波对电源的影响，提高低速时的转矩，以及产品更加小巧。为了减小中小容量变频器的体积，普遍采用智能化功率模块。所谓智能化功率模块是将变频器的三相主电路， IGBT的驱动电路，部分检测电路和保护电路集成在一块模块内，用户使用时只需设计控制电路和电源，在配以适当的滤波电容即可构成一台变频器，它的体积比采用普通功率模块的变频器可以缩小30%以上。
为了满足当今对变频器更高性能和更精巧化的要求，新近推出的通用变频器采用无速度传感器矢量控制，传统的矢量控制调速几乎都是与电机配套销售的，这是由于矢量控制调速系统的性能依赖于电机参数的准确性。新型矢量控制调速系统具有参数自整定功能，在变频器起动时自动地测量电机参数，并调整系统控制参数，如PI调节器的参数等，因此在各种条件下均可保持系统工作在最佳状态，可以高效和充分利用电机的能力，操作更加方便。无速度传感器矢量控制调速系统除了用来改进通用变频器性能外，另一目的是简化矢量控制，省去速度传感器，提高系统的可靠性指标。
2变频器的合理选用
目前变频器已应用到冶金，纺织，矿山，工业控制，家用电器等各行各业。采用变频器目的有以下几点：根据工作要求有调速的场合采用；为节能而采用；在电动机的软启动及制动等功能中采用。在选用变频器时要重点考虑以下方面的问题。
211变频器容量的计算
选用变频器时，变频器容量大小的确定至关重要。因为合理的容量选择是节约能量，节省开支，安全运行的保障，根据现有资料和经验，比较简便的方法为：（1）按电机的额定电流Im并考虑其过载系数K来计算变频器电流的大小（2）当一个变频器供多台电动机使用时，要考虑在一部分电动机已经运转而另一部分电动机起动的情况。
（3）电动机实际负载小于其额定负载时可以用理论公式计算，将有功电流按实际功率打折扣再加上无功电流。
但通常不宜过分降低变频器的容量，因为：电动机起动电流与负载大小无关，它不应大于变频器过流容量；大电动机电抗小，故电流脉动大，易造成变频器过流动作；变频的电动机最大转矩小于工频时的最大转矩，在起动及低速区要求加大变频器及电机容量。如715kW电动机用在215kW负载下，按电流计算需用317kW的变频器，考虑电流脉动，可选515kW. 212V/f类型的选择变频器的选定过程，实际上就是一个变频器与电动机的最佳匹配过程， V/f类型的选择包括最高频率，基本频率，转矩类型等项目。
最高频率是变频器―电动机系统可以运行的最高频率，由于变频器自身的最高频率可能较高，当电动机容许的最高频率低于变频器的最高频率时，应按电动机及其负载的要求来选定。基本频率是变频器对电动机进行恒功率控制和恒转矩控制的分界线，应按电动机的额定电压进行设定。转矩类型指的是负载是恒功率负载还是恒转矩负载。 V/f控制在低频时是恒转矩（即恒电流）调速，由于转速低，冷却效果差，温升可能比额定时大2―3倍，恒转矩负载应适当加大电动机及变频器的容量。通用变频器均备有多条V/f曲线供用户选择，用户在使用时应根据负载的性质选择合适的V/f曲线。
213考虑其它因素的影响
除上述必要的项目外，在选用不同品牌的变频器时，还必须考虑一些参数对使用的影响，如：（1）环境温度：不同品牌的变频器都标明了工作时的环境温度，如日立J100系列为10°―40°C，当允许温度范围内温度每增加1℃，其额定电流将要减少215%.（2）谐波：变频器工作时要产生谐波，由于谐波电流的影响，使电动机的功率因素及效率降低，同样负载情况下其电流上升10%，也就是说原来电动机的有效功率可能减少，应降额使用。
（3）噪声：用变频器后谐波电流将加大电动机噪声，必要时可用电抗器限制，当谐波频率与系统的固有频率相等时，将使整个系统发生严重谐振而无法稳定地工作。因此变频器在进行频率调节时，必须跳过该谐振点，称为频率跨跳功能。
3变频器的合理使用
制造商在开发，制造变频器时，充分考虑了用户的需要，设计了多种可供用户选择的设定，保护功能，但如何充分发挥这些功能，合理使用变频器，必须注意下列几个方面的问题：（1）合理调整起动转矩
调整起动转矩是为了改善变频器起动时的低速性能，使电机输出的转矩能满足生产负载起动的要求。在异步电动机变频调速系统中转矩的控制较复杂，在低频段，由于电阻，漏电抗的影响不容忽略，若仍保持V/f为常数，则磁通将减小，进而减小了电机的输出转矩。为此，在低频段要对电压进行适当补偿以提升转矩。可是，漏阻抗的影响不仅与频率有关还和电机电流大小有关，准确地补偿是很困难的，因此一般变频器均由用户进行人工设定补偿。
近年来开发了一些能进行自动补偿的变频器，但所需的计算量，硬件，软件都较复杂，这种变频器一般为用户提供了两种选择：自动设置和自动转矩提升。当电压补偿过大时，将会造成电动机铁心饱和，励磁电流增加，引起电动机的过载。
（2）合理设定加，减速时间
电机的运动方程式为Jdω/dt=Te2Tz式中， Te为电磁转矩；Tz为负载转矩。
电机在加，减速时的加速度dω/dt取决于加速转矩（Te2Tz），而变频器在起，制动过程中的频率变化率是用户设定的。若电机转动惯量J或电机负载Tz变化，按预先设定的频率变化率升速或减速时，有可能出现加速转矩不够，从而造成电机失速，即电机转速与变频器输出频率不协调，从而造成过电流或过电压。因此，需要根据电机转动惯量和负载合理设定加，减速时间，使变频器的频率变化率能与电机转速变化率相协调。
检查此项设定是否合理的方法是先按经验选定加，减速时间进行设定，若在起动过程中出现过流则可适当延长加速时间；若在制动过程中出现过流，则适当延长减速时间；另一方面，加，减速时间不宜设定太长。时间太长将影响生产效率，特别是频繁起，制动的负载。
（3）合理设定频率跨跳
V/f控制的变频器驱动异步电动机时，在某些频率段，电机的电流，转速会发生振荡，严重时系统无法运行，甚至在加速过程中出现过电流保护，使得电机不能正常启动，在电机轻载或转矩惯量较小时更为严重。普通变频器均备有频率跨跳功能，用户可以根据系统出现振荡的频率点，在V/f曲线上设置跨跳点及跨跳宽度，当电机加速时可以自动跳过这些频率段，保证系统能够正常运行。可以设定的数值有两个：跨跳频率和跨跳宽度。普通变频器提供给用户的设定点有3处，用户可以根据系统调试时出现的振荡点设定跨跳频率和跨跳频率宽度。
图2跨跳频率的设定（4）合理选择制动电阻
当电机制动运行时，贮存在电机中的动能经过PWM变频器回馈到直流侧，从而引起滤波电容电压超过设定值后，经制动电阻消耗回馈的能量。小容量变频器带有制动电阻，大容量变频率器的制动电阻通常由用户根据负载的性质和大小，负载周期等因数进行选配。制动电阻的阻值大小将决定制动电流的大小，制动电阻的功率均是按短时工作制进行标定的，选择时应加以注意。当电机以四象限运行时，要考虑各种工作情况下制动能量的需求，校核最严重的情况，并据此确定制动电阻。
（5）合理设定变频器的保护
由于设置不当，负载变化，外界运行条件的改变，以及变频器的元器件的损坏或接触不良等因素都有可能造成变频器的故障。当变频器出现故障和非正常运行时，变频器必须有快速可靠的保护。通用变频器提供的保护功能有：过电流保护，过电压保护，反接保护，外部跳闸，瞬时电源故障， EEPROM出错， CPU错误，功率模块故障等。必须正确设定保护参数，并且使电动机与变频器的保护参数相匹配。当变频器出现外部故障时，变频器应具备协调处理能力，使变频器停止工作。有些故障是变频器的参数设定不合理造成的，这时需要重新设置。例如由于加速时间设定不合理可能造成加速过程的过电流，适当延长加速时间就可以避免加速过程电流的发生。有些故障现象是短时出现的，如电源供电质量造成的短时过电压，在电源恢复正常时变频器可以恢复正常运行。
随着电力电子技术的进一步发展，大量新器件的出现，各种高压集成电路，智能化集成电路不断推陈出新，使通用变频器的性能日臻完善，功能越来越强，如何根据用户的要求使变频器工作在最佳状态并不是一件容易的事。