變頻器控制功能的參數選擇與典型應用
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隨著(zhù)電力電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計算機技術(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，參數的選擇與參數的設置就顯得相當的重要和復雜。那么，如何從應用場(chǎng)合需求的角度來(lái)選擇控制方式并正確的設置相關(guān)參數，就不再是建立在對參數的孤立記憶與理解之上了，而是要求技術(shù)人員有全面的系統分析與解決實(shí)際問(wèn)題的能力。
通常，面對一個(gè)特定的變頻器應用場(chǎng)合，應按照：提出問(wèn)題→分析問(wèn)題→解決問(wèn)題的思路進(jìn)行，為此，首先要將應用需求和實(shí)際工礦環(huán)境信息、數據加以收集、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)現目標，而需求功能的重復是一種表象，容易導入混亂，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)為對變頻器功能指標的具體需求（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)功能需求中交叉現場(chǎng)的出現；最后，將歸類(lèi)后的功能需求逐個(gè)分解為對變頻器某些特定的、具體的參數的設置需求（這就是解決問(wèn)題），即按這些需求去尋找具體的參數功能，這樣當你在選擇變頻器時(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)變頻器上設置哪些具體的參數。
本文將從控制功能需求分析角度出發(fā)，力求通過(guò)對不同功能的需求分析，介紹如何來(lái)選擇控制方式、控制參數以及這些參數的功能設定。主要從提出問(wèn)題、分析問(wèn)題的角度進(jìn)行設計方案規劃闡述，以期能夠獲得一些應用啟發(fā)，與大家商榷。
2 基本參數功能介紹
變頻器的變頻、變壓調節功能（也稱(chēng)v/f特性）是其區別于其它電子設備的根本性特征，因此，頻率、電壓等相關(guān)參數是每個(gè)變頻器最基本的參數，撇開(kāi)各自名稱(chēng)的不同，其主要的基本參數如下：
?。?）基本頻率
是指變頻器輸出額定電壓時(shí)所對應的頻率值，有時(shí)也稱(chēng)為額定頻率。通常按照圖1（a）所示的設置就可以滿(mǎn)足v/f特性需求，即將電機的額定數據（額定電壓380v、額定頻率50hz）作為該參數的值，這時(shí)斜線(xiàn)①的斜率k=380/50=7.6，它的v/f關(guān)系相當于直線(xiàn)方程v=7.6f。但也有例外，比如：當我們試圖使用一個(gè)變頻器去驅動(dòng)1臺3相50hz ac220v的電機時(shí)，就需要按圖1（b）中的斜線(xiàn)②來(lái)設置而不能再按斜線(xiàn)①設置參數。
?。?）轉折頻率
是指變頻器在該轉折點(diǎn)的輸出電壓已經(jīng)達到額定電壓參數所設置的電壓數值，在這點(diǎn)以后的輸出頻率運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，對于斜線(xiàn)①來(lái)說(shuō)，其v/f的轉折頻率點(diǎn)是a點(diǎn)；對于斜線(xiàn)②來(lái)說(shuō)，其v/f的轉折頻率點(diǎn)是c點(diǎn)。通常，我們將轉折頻率值設置與基本頻率值相同，以便在變頻器輸出頻率達到基本頻率后，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)所對應的頻率。在變頻器啟動(dòng)過(guò)程中，當變頻器的輸出頻率還沒(méi)達到啟動(dòng)頻率設定值時(shí)，變頻器就不會(huì )輸出電壓。通常，為確保電機的啟動(dòng)轉矩，可通過(guò)設定合適的啟動(dòng)頻率來(lái)實(shí)現。
?。?）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)參數是對變頻器運行時(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。只有當變頻器已經(jīng)在da段運行時(shí)，就再也不能進(jìn)入de段運行了。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定將使變頻器的實(shí)際運行頻率輸出值永遠小于該設定值，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，我們設定“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)現電機在超越額定速度的狀態(tài)下運行。但，在圖1（d）中卻發(fā)現了“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設置應用呢？例如：對于一個(gè)輕負載和低啟動(dòng)轉矩的“小馬拉大車(chē)”變轉矩負載應用系統或者對于揚程、流量等有輸出限定的節能控制應用場(chǎng)合。對于前者，只要“小馬”（變頻器標稱(chēng)額定輸出功率小于電機的額定功率）能夠讓電機得以順利啟動(dòng)，那么，就可以通過(guò)這種方法來(lái)使電機始終運行在其輸出功率小于等于變頻器標稱(chēng)額定功率范圍內，從而達到“小馬拉大車(chē)”的應用實(shí)現。對于后者，可以作為“1+1≤1”的節能優(yōu)化控制判斷點(diǎn)（控制器通過(guò)對上限輸出頻率到達點(diǎn)的判斷，來(lái)決定此時(shí)是選擇繼續以單臺泵提升輸出頻率方式變頻運行，還是以2臺泵同時(shí)變頻運行），假定：有這樣的2套完全一樣的水泵電機，其電機額定功率為45kw，水泵額定流量320m3/h。若當前系統實(shí)際僅需要流量256m3/h，那么只需要1套水泵電機以40hz的頻率運行就可以滿(mǎn)足需求，此時(shí)，電機實(shí)際消耗功率約需要24kw。若此時(shí)系統實(shí)際需求流量需要增加到305m3/h時(shí)，那么該電機必須以約48hz的頻率運行來(lái)滿(mǎn)足此時(shí)的流量需求，那么，此時(shí)該電機實(shí)際消耗功率約為40kw?，F在讓我們同樣在系統實(shí)際需求流量為305m3/h時(shí)，改變僅1#泵變頻運行的這種習慣，讓系統在需求流量大于288m3/h時(shí)就轉換為2套電機水泵系統同時(shí)變頻運行狀態(tài)，為了同樣達到305m3/h的實(shí)際系統流量需求，那么2套電機水泵系統就必須同時(shí)按輸出頻率約24hz的頻率運行，那么，此時(shí)2套水泵電機各自?xún)H需要消耗約6kw的輸出功率，即累計消耗功率小于12kw?？梢?jiàn)此時(shí)2套泵同時(shí)變頻運行要遠比單套水泵電機運行時(shí)所消耗的功率40kw要小很多。此就是“1+1≤1”的節能優(yōu)化運行控制。關(guān)于詳細的功率計算對比，請參閱本人發(fā)表在2005年05月的《變頻器世界》的“中央空調系統變頻節能改造控制技術(shù)的分析與實(shí)現”一文相關(guān)章節的內容。
除以上幾個(gè)與頻率相關(guān)的基本參數外，還有一個(gè)最大、最小頻率的概念，它是對應最大、最小頻率給定值的一個(gè)范疇參數，通常我們將以上幾個(gè)頻率參數都設定在這兩個(gè)參數的范圍內，如圖1（d）所示。
?。?）轉矩補償
變頻器將電機在一定時(shí)間內從靜止狀態(tài)驅動(dòng)到一定的運轉速度，需要克服機械裝置的靜態(tài)轉矩阻力和運行加速度轉矩阻力。由于電機在低速時(shí)激磁電壓降低，為此，需要補償電機的欠激磁狀態(tài)，使電機低速運行時(shí)轉矩增強（v/f特性增強，也即v/f在低頻段的斜率增大），以此來(lái)克服這2種轉矩阻力。圖1（b）中的斜線(xiàn)③是對斜線(xiàn)①的轉矩補償作用后的結果。需要指出，轉矩補償值較大時(shí)，容易導致低速時(shí)電機發(fā)生過(guò)激磁狀態(tài)，按這種狀態(tài)連續運行時(shí)，電機可能會(huì )發(fā)生快速發(fā)熱現象，危害電機的安全運行；同時(shí)，轉矩補償值過(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。轉矩補償值的大小應該以滿(mǎn)足電機啟動(dòng)需求的最小值為較好。
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