如何搭建變頻器控制電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)

變頻器，本質(zhì)是一個(gè)可以控制的交流電源而已，從控制角度來看，搭建所謂的變頻器系統(tǒng)比較簡單，主要是開始選型要正確了，然后考慮工藝和設(shè)備的具體狀況，設(shè)計(jì)好線路和安裝，最后就是參數(shù)調(diào)整。

一、選型

（一）負(fù)載類型考慮

變頻器的正確選擇對于控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行是非常關(guān)鍵的。選擇變頻器時(shí)必須要充分了解變頻器所驅(qū)動的負(fù)載特性。人們在實(shí)踐中常將生產(chǎn)機(jī)械分為三種類型: 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、恒功率負(fù)載和風(fēng)機(jī)、水泵負(fù)載。

1、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載

負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL與轉(zhuǎn)速n無關(guān)，任何轉(zhuǎn)速下TL總保持恒定或基本恒定。例如傳送帶、攪拌機(jī)，擠壓機(jī)等摩擦類負(fù)載以及吊車、提升機(jī)等位能負(fù)載都屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。變頻器拖動恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)的負(fù)載時(shí)，低速下的轉(zhuǎn)矩要足夠大，并且有足夠的過載能力。如果需要在低速下穩(wěn)速運(yùn)行，應(yīng)該考慮標(biāo)準(zhǔn)異步電動機(jī)的散熱能力，避免電動機(jī)的溫升過高。

2、功率負(fù)載

機(jī)床主軸和軋機(jī)、造紙機(jī)、塑料薄膜生產(chǎn)線中的卷取機(jī)、開卷機(jī)等要求的轉(zhuǎn)矩，大體與轉(zhuǎn)速成反比，這就是所謂的恒功率負(fù)載。負(fù)載的恒功率性質(zhì)應(yīng)該是就一定的速度變化范圍而言的。當(dāng)速度很低時(shí)，受機(jī)械強(qiáng)度的限制，TL 不可能無限增大，在低速下轉(zhuǎn)變?yōu)楹戕D(zhuǎn)矩性質(zhì)。負(fù)載的恒功率區(qū)和恒轉(zhuǎn)矩區(qū)對傳動方案的選擇有很大的影響。電動機(jī)在恒磁通調(diào)速時(shí)，最大允許輸出轉(zhuǎn)矩不變，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速；而在弱磁調(diào)速時(shí)，最大允許輸出轉(zhuǎn)矩與速度成反比，屬于恒功率調(diào)速。如果電動機(jī)的恒轉(zhuǎn)矩和恒功率調(diào)速的范圍與負(fù)載的恒轉(zhuǎn)矩和恒功率范圍相一致時(shí)，即所謂“匹配”的情況下，電動機(jī)的容量和變頻器的容量均最小。

3、平方轉(zhuǎn)距負(fù)載

在各種風(fēng)機(jī)、水泵、油泵中，隨葉輪的轉(zhuǎn)動，空氣或液體在一定的速度范圍內(nèi)所產(chǎn)生的阻力大致與速度n的2次方成正比。隨著轉(zhuǎn)速的減小，轉(zhuǎn)矩按轉(zhuǎn)速的2 次方減小。這種負(fù)載所需的功率與速度的3 次方成正比。當(dāng)所需風(fēng)量、流量減小時(shí)，利用變頻器通過調(diào)速的方式來調(diào)節(jié)風(fēng)量、流量，可以大幅度地節(jié)約電能。由于高速時(shí)所需功率隨轉(zhuǎn)速增長過快，與速度的三次方成正比，所以通常不應(yīng)使風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載超工頻運(yùn)行。?

（二）選型原則

1、變頻器功率，按所帶的負(fù)載功率選取，一般多大功率電機(jī)就選多大的功率的變頻器，大一規(guī)格也可以。不同用途選不同的變頻器， 例如，有通用的變頻器，有風(fēng)機(jī)水泵專用的變頻器， 有機(jī)床主軸專用的變頻器。恒功率負(fù)載要選用矢量型等等。

1）變頻器額定功率pv≥電動機(jī)功率pd。在一對一的情況下，即一臺變頻器拖一臺電動機(jī)。

2）一臺變頻器拖幾臺電動機(jī)時(shí)，則pv≥pd1＋pd2＋pd3＋…，而且pd1＝pd2＝pd3＝…，而且?guī)着_電動機(jī)只能同時(shí)起動和工作。在基本相同工作環(huán)境和工況條件才可以，這樣比買多臺小功率變頻器時(shí)能節(jié)省投資。?

3）一臺變頻器拖幾臺電動機(jī)時(shí)，當(dāng)pd1≠pd2≠pd3…，而且功率差別大又不能同時(shí)起動，工況也不相同時(shí)，不宜采用一臺拖幾臺的方式，這樣對變頻器不利，同時(shí)pv》pd1＋pvz＋pd3＋…，因最后起動的變頻器要承受5～7倍的起動電流，所以選用變頻器的功率將會很大，這是不經(jīng)濟(jì)又不合理的，不應(yīng)該選用。

4）當(dāng)電動機(jī)處于滿負(fù)載、正反轉(zhuǎn)、起動轉(zhuǎn)矩大時(shí)，在cd2也大的情況下，原則上選擇放大一級pn功率值。5）通常變頻器額定電流in＝1.05id，在一般運(yùn)行條件下或條件較差時(shí)，可選擇：in＝1.10id。

6）變頻器額定電壓un＝電動機(jī)額定電壓u，。

7）變頻器的頻率，對通用的變頻器可選用0～240hz或0～400hz，對水泵風(fēng)機(jī)專用變頻器可選用0～12ohz。

8）變頻器控制方式的選擇一主要按使用設(shè)備性能、工藝要求選擇，做到量材使用，既不“大材小用”又不“小材大用”，前者是多花錢而浪費(fèi)，后者是達(dá)不到使用要求。變頻器常用的控制方式有v/f控制、空間電壓矢量控制（svpwm）、矢量控制（vc）、直接轉(zhuǎn)矩控制（dtc），以及無速度反饋矢量控制（n-ssvc）、有速度反饋矢量控制（h-ssvc）、調(diào)制方式控制（pwn）、u形特性曲線控制、模糊控制、自設(shè)定控制（離線或在線）等，這些控制方式各有特點(diǎn)及使用對象，要正確、合理、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用綜合考慮。

2、選擇變頻器時(shí)應(yīng)以實(shí)際電機(jī)電流值作為變頻器選擇的依據(jù)，電機(jī)的額定功率只能作為參考。另外，應(yīng)充分考慮變頻器的輸出含有豐富的高次諧波，會使電動機(jī)的功率因數(shù)和效率變壞。因此，用變頻器給電動機(jī)供電與用工頻電網(wǎng)供電相比較，電動機(jī)的電流會增加10％而溫升會增加20％左右。所以在選擇電動機(jī)和變頻器時(shí)，應(yīng)考慮到這種情況，適當(dāng)留有余量，以防止溫升過高，影響電動機(jī)的使用壽命。

3、變頻器若要長電纜運(yùn)行時(shí)，此時(shí)應(yīng)該采取措施抑制長電纜對地耦合電容的影響，避免變頻器出力不夠。所以變頻器應(yīng)放大一、兩檔選擇或在變頻器的輸出端安裝輸出電抗器。

4、當(dāng)變頻器用于控制并聯(lián)的幾臺電機(jī)時(shí)，一定要考慮變頻器到電動機(jī)的電纜的長度總和在變頻器的容許范圍內(nèi)。如果超過規(guī)定值，要放大一檔或兩檔來選擇變頻器。另外在此種情況下，變頻器的控制方式只能為V/F 控制方式，并且變頻器無法實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的過流、過載保護(hù)，此時(shí)需在每臺電動機(jī)側(cè)加熔斷器來實(shí)現(xiàn)保護(hù)。

5、對于一些特殊的應(yīng)用場合，如高環(huán)境溫度、高開關(guān)頻率、高海拔高度等，此時(shí)會引起變頻器的降容，變頻器需放大一檔選擇。

6、使用變頻器控制高速電機(jī)時(shí)，由于高速電動機(jī)的電抗小，會產(chǎn)生較多的高次諧波。而這些高次諧波會使變頻器的輸出電流值增加。因此，選擇用于高速電動機(jī)的變頻器時(shí)，應(yīng)比普通電動機(jī)的變頻器稍大一些。

7、變頻器用于變極電動機(jī)時(shí)，應(yīng)充分注意選擇變頻器的容量，使其最大額定電流在變頻器的額定輸出電流以下。另外，在運(yùn)行中進(jìn)行極數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)，應(yīng)先停止電動機(jī)工作，否則會造成電動機(jī)空轉(zhuǎn)，惡劣時(shí)會造成變頻器損壞。

8、驅(qū)動防爆電動機(jī)時(shí)，變頻器沒有防爆構(gòu)造，應(yīng)將變頻器設(shè)置在危險(xiǎn)場所之外。

9、使用變頻器驅(qū)動齒輪減速電動機(jī)時(shí)，使用范圍受到齒輪轉(zhuǎn)動部分潤滑方式的制約。潤滑油潤滑時(shí)，在低速范圍內(nèi)沒有限制；在超過額定轉(zhuǎn)速以上的高速范圍內(nèi)，有可能發(fā)生潤滑油用光的危險(xiǎn)。因此，不要超過最高轉(zhuǎn)速容許值。?

10、變頻器驅(qū)動繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)時(shí)，由于繞線電動機(jī)與普通的鼠籠電動機(jī)相比，繞線電動機(jī)繞組的阻抗小，因此，容易發(fā)生由于紋波電流而引起的過電流跳閘現(xiàn)象，所以應(yīng)選擇比通常容量稍大的變頻器。

11、變頻器驅(qū)動同步電動機(jī)時(shí)，與工頻電源相比，會降低輸出容量10％～20％，變頻器的連續(xù)輸出電流要大于同步電動機(jī)額定電流與同步牽入電流的標(biāo)示值的乘積。

12、對于壓縮機(jī)、振動機(jī)等轉(zhuǎn)矩波動大的負(fù)載和油壓泵等有峰值負(fù)載情況下，如果按照電動機(jī)的額定電流或功率值選擇變頻器的話，有可能發(fā)生因峰值電流使過電流保護(hù)動作現(xiàn)象。因此，應(yīng)了解工頻運(yùn)行情況，選擇比其最大電流更大的額定輸出電流的變頻器。13、變頻器驅(qū)動潛水泵電動機(jī)時(shí)，因?yàn)闈撍秒妱訖C(jī)的額定電流比通常電動機(jī)的額定電流大， 所以選擇變頻器時(shí)，其額定電流要大于潛水泵電動機(jī)的額定電流。

14、當(dāng)變頻器控制羅茨風(fēng)機(jī)或特種風(fēng)機(jī)時(shí)，由于其起動電流很大，所以選擇變頻器時(shí)一定要注意變頻器的容量是否足夠大。?

15、選擇變頻器時(shí)，一定要注意其防護(hù)等級是否與現(xiàn)場的情況相匹配。否則現(xiàn)場的灰塵、水汽會影響變頻器的長久運(yùn)行。

16、單相電動機(jī)不適用變頻器驅(qū)動。

二、設(shè)計(jì)和安裝

1、變頻器有主回路和控制回路，主回路進(jìn)線連接電網(wǎng)三相電源，主回路出線接異步電機(jī)三條相線。一般主回路配多一個(gè)斷路器即可，不宜使用漏電器的，因?yàn)楦哳l干擾容易產(chǎn)生跳閘。

2、控制回路是為主回路服務(wù)的，一般有一些傳感器的聯(lián)鎖保護(hù)，變頻器本身啟動和停止等功能，如果需要外接旋鈕控制的，還有電位器或者模擬量等信號電路。現(xiàn)在還有一些是通過總線或者其他通訊方式控制的變頻器，這些也歸納到控制回路里邊。

3、至于確保變頻器工作正常，變頻器正常工作需要保證：進(jìn)線電源電壓在正常范圍且無過大的驟升驟降，室內(nèi)溫度在正常范圍，變頻器冷卻通風(fēng)正常，接地良好，電機(jī)無長期過負(fù)荷情況，室內(nèi)無冷凝水，無腐蝕性氣體，粉塵少等等；

4、如果工藝和設(shè)備要求多個(gè)變頻器要聯(lián)動，這時(shí)候需要考慮聯(lián)動信號的分配和反饋問題，保證設(shè)計(jì)精度了。

5、有些場合可能需要外加制動功能的，可以選擇制動電阻和制動單元來滿足要求。

6、有些場合線路比較遠(yuǎn)的，可以考慮外加輸出端電抗器。

7、有些場合電網(wǎng)電壓波動大的，可以考慮加進(jìn)線電抗器。

8、一般場合使用面板操作啟停就可以了，但是也有些場合需要外部端子控制或者遠(yuǎn)程操作，這時(shí)候需要單獨(dú)把控制線引到對應(yīng)的操作箱，然后外加顯示儀表和啟停按鈕以及調(diào)速電位器。

9、有些地方環(huán)境惡劣，比如高溫潮濕的，需要單獨(dú)給變頻器電控柜配備冷卻裝置，比如安裝空調(diào)。

10、和其他器件搭配控制考慮，比如同步控制需要同步控制器，邏輯控制需要PLC和繼電器電路，張力控制需要張力控制器等等。

三、調(diào)試

大多數(shù)場合變頻器，就是一個(gè)啟動停止和調(diào)速需求。

（一）頻率設(shè)定：

1、啟動頻率：此參數(shù)用來設(shè)定啟動時(shí)電機(jī)從多少頻率開始運(yùn)轉(zhuǎn)。

2、運(yùn)行頻率：根據(jù)生產(chǎn)情況調(diào)節(jié)好電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)后的旋轉(zhuǎn)頻率。

3、頻率上下限：這個(gè)參數(shù)避免用戶誤操作使頻率過高，燒壞電機(jī)

（二）頻率給定方式：

1、面板調(diào)速：可以通過面板的按鍵調(diào)節(jié)頻率。

2、傳感器控制：可以通過傳感器的電壓或電流變化作為信號輸入來控制頻率。

3、通訊輸入：與PLC等上位機(jī)控制其頻率。

（三）加減速時(shí)間：

1、加速時(shí)間：加速時(shí)間是從其啟動頻率到運(yùn)行頻率的時(shí)間。

2、減速時(shí)間：可以設(shè)定電機(jī)從運(yùn)行頻率到停止所需時(shí)間。

（四）電機(jī)參數(shù)設(shè)定：

可根據(jù)使用電機(jī)銘牌的額定電壓與額定電流在變頻器中設(shè)定參數(shù)，與其對應(yīng)。

（五）控制方式和保護(hù)

1、運(yùn)轉(zhuǎn)方向：主要用來設(shè)定是否禁止反轉(zhuǎn)。

2、停機(jī)方式：用來設(shè)定是否剎車停止還是自由停止。

3、電壓上下限：根據(jù)設(shè)備電機(jī)電壓設(shè)定極限，避免燒壞電機(jī)。

（六）其他

比如恒壓供水可能需要設(shè)定PID，有些場合需要設(shè)定從機(jī)跟蹤，有些需要設(shè)定主機(jī)同步輸出等，可以利用模擬量和數(shù)字量端口功能根據(jù)說明書來調(diào)整。