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淺談變頻器的主要功能及選擇

2014-09-02查看:

變頻技術是應交流電機無級調速的需要而誕生的。20世紀60年代后半期開始, 電力電子器件的更新促使電力...

 變頻技術是應交流電機無級調速的需要而誕生的。20世紀60年代后半期開始, 電力電子器件的更新促使電力變換技術的不斷發展。20世紀70年代開始,脈寬調制變壓變頻(PWM-VVVF)調速研究引起了人們的高度重視。20世紀80年代,作為變頻技術核心的PWM模式優化問題吸引著人們的濃厚興趣, 并得出諸多優化模式,其中以鞍形波PWM模式效果最佳。20世紀80年代后半期開始, 美、日、德、英等發達國家的VVVF變頻器已投入市場并廣泛應用。
  變頻器作為一門日趨成熟新技術和它完善的功能,實際應用也越為廣泛,對提產增效、節約能源、提高經濟效益發揮了重要作用。在近幾年,隨著制藥裝備技術水平的不斷提高,變頻器在制藥裝備上也得到極為廣泛的應用。
1變頻器的主要功能
1.1 變頻器的控制功能
1.1.1 程序控制功能
1.1.1.1由外控信號的狀態進行控制:整個工作過程全部由連接至變頻器輸入控制端的外控信號決定,變頻器只需預置好各擋的轉速及升速時間。
1.1.1.2由變頻器自動切換:即由變頻器內的程序控制功能自動完成工作過程,變頻器須預置的項目有:
a.各程序的運行方式:包括正轉、反轉、升速、降速停止等;
b.程序步之間的切換:規定本程序完成后應轉入的程序步號,決定切換程序步的依據,可以由變頻器內部的計時器決定,也可以由外接控制信號決定。
1.1.2 PID調節功能
根據“目標值”給定方式的不同,大致有兩種情形:
1.1.2.1 鍵盤給定方式
a.接線特點:將反饋信號接至變頻器的外接給定端或反饋信號輸入端即可;
b.給定方法:由鍵盤輸入目標值的百分數。
1.1.2.2 外接給定方式
a.接線特點:將目標給定信號接至外接給定端,而把反饋信號接至輔助給定端或反饋信輸入端;
b.給定方法:由外接電位器進行目標值的給定
1.2 升速和降速功能
1.2.1升速功能
1.2.1.1 升速過程:變頻調速系統中,起動和升速過程是通過逐漸升高頻率來實現的。
1.2.1.2 可供選擇的升速功能:
1.2.1.2.1 升速時間:給定頻率從0 Hz上升至基底頻率 ,所需的時間。升速時間越短,頻率上升越快,越容易“過流”。
1.2.1.2.2 升速方式:主要有三種
a.線性方式:頻率與時間成線性關系;
b.S形方式:開始和結束階段,升速的過程比較緩慢,中間階段按線性方式;
c.半S形方式:升速過程呈S形。
1.2.1.2.3與起動有關的功能:
a.起動頻率:用戶根據需要預置起動頻率 ,使電動機在該頻率下“直接起動”;
b.起動前的直流制動功能:每次起動前,都向電動機繞組中短時間的通入直流電流,目的是保證拖動系統在零速下起動;
C.暫停升速功能:起動慣性較大的負載時,使拖動系統在低速下運轉一段時間,然后再繼續升速。
1.2.2降速功能
1.2.2.1 降速過程:在變頻調速系統中,停止和降速過程是通過逐漸降低頻率來實現的。
1.2.2.2可供選擇的降速功能:
1.2.2.2.1降速時間:給定頻率從基底頻率 下降至0Hz所需的時間。降速時間越短,頻率下降越快,越容易“過流”和“過壓”。
1.2.2.2.2降速方式,主要有三種:
a.線性方式:降速過程中,頻率與時間成線性關系;
b.S形方式:開始和結束,降速比較緩慢,中間階段按線性方式降速;
C.半S形方式:降速過程半S形。
1.3 頻率給定功能
1.3.1頻率給定的選擇功能
a.面板給定方式:通過面板上的鍵盤進行給定。
b.外接給定方式:通過外部的給定信號進行給定。
c. 通信接口給定方式:由計算機或其他控制器通過通信接口進行給定。
1.3.2 外接給定信號的選擇
a. 電壓信號:通常有0—5V,0一±5V,0~10V,0一-4-10V等。
b. 電流信號:通常有0~20mA,4—20mA兩種。
1.4 控制模式的選擇功能
1.4.1矢量控制模式
1.4.1.1通過矢量演算電機內部的狀態,可在輸出頻率為0.5Hz 時,取得電機額定轉矩150%的輸出轉矩。是比V/f 控制更為強力的電機控制,可以抑制由負載變動而引起的速度變動。
1.4.1.2帶速度反饋的矢量控制,這是性能最好的一種控制方式。
1.4.1.3無反饋矢量控制,用途十分廣泛。
1.4.1.4預置矢量控制模式:
a.電動機的容量與變頻器規定的配用電動機容量相同;
b.應輸入電動機的容量、極數等基本數據。
1.4.2 V/f控制模式
1.4.2.1為以往各通用變頻器中所使用的控制模式。不會識別電機參數等,在單純同已往機種更換或簡單使用時有效。另外在無法進行矢量控制的自動調整時、使用高速電機等特殊電機時、多臺電機驅動時請選擇此模式。
1.4.2.2 預置V/f控制模式:
a.設定變頻器的輸出頻率和電壓的基本關系;
b.應輸入電動機的容量、極數等基本數據。
1.5 變頻器的保護功能
1.5.1 過流保護功能
1.5.1.1必須立即停止輸出的過電流:當輸出電路短路、接地和逆變電路發生橋臂直通等情況時,會出現危險的短路電流必須立即停止輸出并跳閘保護變頻器。
1.5.1.2升降速過電流的自處理:在升速過程中發生過電流時,變頻器將自動延長升降時間或自動暫停升降速,使電流回到限值內,然后再恢復到原設定的升降速時間。
1.5.1.2 運行過電流的自處理:在運行過程中發生過流時變頻器將自動地適當降低工作頻率,使電流回到限值以內后,再恢復到原設定頻率。
1.5.2電壓保護功能
1.5.2.1 降速過電壓的自處理:由于降速過快而發生過電壓時,變頻器將自動延長降速時間或自動暫停降速,減緩降速過程,直到電壓回到正常范圍后再恢復到原設定的降速時問。
1.5.2.2欠電壓保護:欠電壓包含有電源電壓過低、電源缺相、電源瞬時停電。
1.5.3過載保護功能
1.5.3.1變頻器過負荷保護功能主要用于變頻器的過負荷保護。原因可能是:加減速時間過短、V/f模式設定異常、負荷過大、變頻器容量不足等原因。解決方法:延長加減速時間、將V/f模式設定返回到初始值、減小負荷、增加變頻器容量。
1.5.3.2電機過負荷保護功能主要用于電動機的過負荷保護。
1.5.4 快速制動功能
1.5.4.1快速制動功能可用于緊急情況快速制動避免危險的發生。
2 變頻器的選擇
2.1 變頻器規格的選擇
  關于變頻器的標準規格,或者說變頻器的額定值,一般從容量、輸出電壓、瞬時過載能力三個方面給予考慮。
2.1.1變頻器的容量
2.1.1.1額定輸出電流
  指輸出線電流,單位用A表示。這是反映變頻器容量的關鍵的量,是逆變器中半導體開關器件所能承受的電流耐量,通常是不允許連續過電流運行的。負載電動機的選擇,無論是拖動單臺電動機還是拖動多臺電動機,均應以連續運行總電流不超過變頻器額定電流為原則。
2.1.1.2可用電動機的功率
  以電動機的額定功率kW 表示。這種表達方式是有條件的,對電動機有嚴格的限制。日本產的變頻器所標出的功率值,是以變頻器輸出額定電流時可以拖動的日本產(甚至是變頻器廠家自產)的4極標準(普通型)電動機的功率值標出的,也就是說,是針對一種特定電動機標出的,僅可視為一種參考值。非日本標準的異步電動機,即使是日本標準的、特種用途異步電動機或6極以上異步電動機,其額定電流都有可能大于上述特定電動機的額定電流。從常識看,6極以上異步電動機在同樣功率下的效率,特別是功率因數,都低于4極異步電動機,其額定電流自然要大些。在為現場原有電動機選配變頻器時,不能只看功率值是否一致而盲目地選用變頻器。
2.1.1.3額定輸出容量
  以變頻器的額定輸出功率kVA表示,是指額定輸出電流與電壓下的額定功率。為了表示變頻器的能力,給出的是參考值。因為電網電壓下降時,變頻器輸出電壓會低于額定值,而輸出kVA值會隨之減小。變頻器的kVA值很難確切地表達變頻器的能力.變頻器的額定輸出容量,只能作為變頻器負載能力的一種輔助表達手段。
2.1.2 變頻器的輸出電壓
  變頻器輸出電壓的等級是為適應異步電動機的電壓等級而設計的,通常等于電動機的工頻額定電壓。實際上,變頻器的工作電壓是按V/f曲線關系變化的。變頻器規格表中給出的輸出電壓。是變頻器的可能最大輸出電壓,即基頻下的輸出電壓。
2.1.3瞬時過載能力
  基于主回路半導體器件的過載能力,通用變頻器的電流瞬時過載能力常是額定輸出電流的150%、1分鐘。與標準異步電動機(過載能力通常200%左右)相比較,變頻器的過載能力較小。允許過載時間亦很短。在變頻器傳動的情況下.異步電動機的過載能力得不到充分的發揮。
2.2變頻器類型的選擇
  通用變頻器按控制功能分為3種類型:普通功能型V/f控制變頻器;具有轉矩控制功能的高功能型V/f控制變頻器和矢量控制高性能變頻器。變頻器類型的選擇要根據負載的要求來進行。
2.4.1鼓風機泵類負載:在過載能力方面的要求較低。低速運行時,負載較輕。對轉速精度沒有什么要求,通常可以選擇價廉的普通功能型。
2.4.2恒轉矩類負載,例如擠壓機、攪拌機、傳送帶等需要具有恒轉矩特性的設備,但在轉速精度以及動態性能方面要求不高,選型時可選無矢量控制的變頻器。
2.4.3對于有些負載低速時要求有較硬的機械特性,要求有一定的調速精度,但在動態性能方面無較高要求,可選用無反饋矢量控制功能的變頻器。
2.4.4對于某些負載對調速精度和動態性能都有較高要求,并要求高精度同步運行,可采用帶速度反饋的矢量控制功能的變頻器。
3.結論
  以上是在對變頻器得使用過程中對變頻器性能及選擇的粗淺認識,由于被控對象的千差萬別,性能指標要求的各不相同,變頻器的選擇及配置遠不如上述所列幾種。要做到熟練應用還應在工程實踐中認真探索。
變頻器的控制模式代表著變頻器的性能和水平,在工程應用中根據不同的負載及不同控制要求,合理選擇變頻器以達到資源的最佳配置。

作者簡介:馬飛(1975-),男,聊城萬合工業制造有限公司技術中心副總工程師,工程師,從事制藥裝備研發與制造等工作。

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