隨著交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展,變頻器應(yīng)用越來(lái)越廣泛,變頻器技術(shù)參數(shù)也更加復(fù)雜。在變頻器現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用中,對(duì)于技術(shù)人員知識(shí)要求越來(lái)越高,下面就針對(duì)網(wǎng)絡(luò)常見的變頻器技術(shù)相關(guān)知識(shí)難點(diǎn)總結(jié)陳述,希望對(duì)變頻器應(yīng)用人士有幫助。
電壓型變頻器是將電壓源的直流變換為交流,直流回路的電容濾波;電流型變頻器是將電流源的直流變換為交流,其直流回路是電感濾波。
異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩是電機(jī)的磁通與轉(zhuǎn)子內(nèi)流過(guò)電流之間相互作用而產(chǎn)生的。在額定頻率下,如果電壓一定,而只降低頻率,此時(shí)磁通過(guò)大,磁路飽和,嚴(yán)重時(shí)將燒毀電機(jī)。因此,頻率與電壓要成比例改變,使電動(dòng)機(jī)的磁通保持一定,避免弱磁和磁飽和現(xiàn)象的產(chǎn)生。這種控制方式的變頻器技術(shù)多用于風(fēng)機(jī)、泵類節(jié)能型變頻器。
對(duì)于變頻器驅(qū)動(dòng),當(dāng)頻率下降時(shí),如果保持恒功率,則電流增加;但在恒轉(zhuǎn)矩的條件下,電流幾乎不變。
采用變頻器運(yùn)轉(zhuǎn),隨著電機(jī)速度提高,頻率和電壓也相應(yīng)提高,起動(dòng)電流被限制在150%額定電流以下(根據(jù)機(jī)種不同,為125%~200%)。用工頻電源直接起動(dòng)時(shí),起動(dòng)電流為6~7倍額定電流,此時(shí),產(chǎn)生機(jī)械電氣沖擊。采用變頻器傳動(dòng)可以平滑地起動(dòng)(起動(dòng)時(shí)間變長(zhǎng)),起動(dòng)電流為額定電流的1.2~1.5倍,起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為70%~120%額定轉(zhuǎn)矩;對(duì)于帶有轉(zhuǎn)矩自動(dòng)補(bǔ)償功能的變頻器,起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為100%以上,可以帶全負(fù)載起動(dòng)。
變頻器的v/f控制是通過(guò)調(diào)整變頻器的輸出電壓和輸出頻率之比,來(lái)改變電機(jī)在調(diào)速過(guò)程中機(jī)械特性的控制方式,v與f的比例關(guān)系是考慮了電機(jī)特性而預(yù)先決定的,通常在控制器的存儲(chǔ)裝置(ROM)中存有幾種特性,可以用開關(guān)或標(biāo)度盤進(jìn)行選擇。
頻率下降時(shí)完全成比例地降低電壓,那么由于交流阻抗變小而直流電阻不變,將造成在低速下產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩有減小的傾向。因此,在低頻時(shí)給定v/f,要使輸出電壓提高一些,以便獲得一定地起動(dòng)轉(zhuǎn)矩,這稱為轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償起動(dòng)??梢圆捎酶鞣N方法實(shí)現(xiàn),有自動(dòng)進(jìn)行的方法、選擇v/f模式或調(diào)整電位器等方法。
在6Hz以下仍可輸出功率,但根據(jù)電機(jī)溫升和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的大小等條件,最低使用頻率取6Hz左右,此時(shí)電動(dòng)機(jī)可輸出額定轉(zhuǎn)矩而不會(huì)引起嚴(yán)重的發(fā)熱問(wèn)題。變頻器實(shí)際輸出頻率(起動(dòng)頻率)根據(jù)機(jī)種為0.5~3Hz。
通常情況下是不可以的。在60Hz以上(也有50Hz以上的模式)電壓不變,大體為恒功率特性,在高速下要求相同轉(zhuǎn)矩時(shí),必須注意電機(jī)與變頻器容量的選擇。
電機(jī)裝置安裝速度檢出器(PG),將實(shí)際轉(zhuǎn)速反饋給控制裝置進(jìn)行控制的,稱為“閉環(huán)”;不用PG運(yùn)轉(zhuǎn)的就叫作“開環(huán)”。通用變頻器多為開環(huán)方式,也有的機(jī)種利用選件可進(jìn)行PG反饋。
開環(huán)時(shí),變頻器即使輸出給定頻率,電機(jī)在帶負(fù)載運(yùn)行時(shí),電機(jī)的轉(zhuǎn)速在額定轉(zhuǎn)差率的范圍內(nèi)(1%~5%)變動(dòng)。對(duì)于要求調(diào)速精度比較高的場(chǎng)合,可采用具有PG反饋功能的變頻器。
帶有PG反饋功能的變頻器,精度有提高。但速度精度的值取決于PG本身的精度和變頻器輸出頻率的分辨率。
如果給定的加速時(shí)間過(guò)短,變頻器的輸出頻率變化遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)轉(zhuǎn)速(電角頻率)的變化,變頻器將因過(guò)電流而跳閘,運(yùn)轉(zhuǎn)停止,這就叫作失速。為了防止失速使電機(jī)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),就要檢出電流的大小進(jìn)行頻率控制。當(dāng)加速電流過(guò)大時(shí)適當(dāng)放慢加速速率。減速時(shí)也是如此。兩者結(jié)合起來(lái)就是失速防止功能。
加減速可以分別給定的機(jī)種,對(duì)于短時(shí)間加速、緩慢減速場(chǎng)合,或者對(duì)于小型機(jī)床需要嚴(yán)格給定生產(chǎn)節(jié)拍時(shí)間的場(chǎng)合是適宜的,但對(duì)于風(fēng)機(jī)傳動(dòng)等場(chǎng)合,加減速時(shí)間都較長(zhǎng),加速時(shí)間和減速時(shí)間可以共同給定。
電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)中如果降低指令頻率,則電動(dòng)機(jī)變?yōu)楫惒桨l(fā)電機(jī)狀態(tài)運(yùn)行,作為制動(dòng)器而工作,這就叫作再生(電氣)制動(dòng)。
從電機(jī)再生出來(lái)的能量貯積在變頻器的濾波電容器中,由于電容器的容量和耐壓的關(guān)系,通用變頻器的再生制動(dòng)力約為額定轉(zhuǎn)矩的10%~20%。如采用制動(dòng)單元選件,可以達(dá)到50%~100%。
變頻器保護(hù)功能可分為以下兩類:
?。?)檢知異常狀態(tài)后自動(dòng)地進(jìn)行修正動(dòng)作,如過(guò)電流失速防止,再生過(guò)電壓失速防止。
(2)檢知異常后封鎖電力半導(dǎo)體器件PWM控制信號(hào),使電機(jī)自動(dòng)停車。如過(guò)電流切斷、再生過(guò)電壓切斷、半導(dǎo)體冷卻風(fēng)扇過(guò)熱和瞬時(shí)停電保護(hù)等。
用離合器連接負(fù)載時(shí),在連接的瞬間,電機(jī)從空載狀態(tài)向轉(zhuǎn)差率大的區(qū)域急劇變化,流過(guò)的大電流導(dǎo)致變頻器過(guò)電流跳閘,不能運(yùn)轉(zhuǎn)。
電機(jī)起動(dòng)時(shí)將流量和容量相對(duì)應(yīng)的起動(dòng)電流,電機(jī)定子側(cè)的變壓器產(chǎn)生電壓降,電機(jī)容量大時(shí)此壓降影響也大,連接在同一變壓器上的變頻器將做出欠壓或瞬停的判斷,因而有時(shí)保護(hù)功能(IPE)動(dòng)作,造成停止運(yùn)轉(zhuǎn)。
對(duì)于數(shù)字控制的變頻器,即使頻率指令為模擬信號(hào),輸出頻率也是有級(jí)給定。這個(gè)級(jí)差的最小單位就稱為變頻分辨率。變頻分辨率通常取值為0.015~0.5Hz。例如,分辨率為0.5Hz,那么23Hz的上面可變?yōu)?3.5、24.0Hz。
在很低的頻率下是可以的,但如果給定頻率高則同工頻電源直接起動(dòng)的條件相近。將流過(guò)大的起動(dòng)電流(6~7倍額定電流),由于變頻器切斷過(guò)電流,電機(jī)不能起動(dòng)。
超過(guò)60Hz運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng):
?。?)機(jī)械和裝置在該速下運(yùn)轉(zhuǎn)要充分可能(機(jī)械強(qiáng)度、噪聲、振動(dòng)等)。
?。?)電機(jī)進(jìn)入恒功率輸出范圍,其輸出轉(zhuǎn)矩要能夠維持工作(風(fēng)機(jī)、泵等軸輸出功率于速度的立方成比例增加,所以轉(zhuǎn)速少許升高時(shí)也要注意)。
?。?)產(chǎn)生軸承的壽命問(wèn)題,要充分加以考慮。
對(duì)于中容量以上的電機(jī)特別是2極電機(jī),在60Hz以上運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)要與廠家仔細(xì)商討。
根據(jù)減速機(jī)的結(jié)構(gòu)和潤(rùn)滑方式不同,需要注意若干問(wèn)題。在齒輪的結(jié)構(gòu)上通??煽紤]70~80Hz為最大極限,采用油潤(rùn)滑時(shí),在低速下連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)關(guān)系到齒輪的損壞等。
單相電機(jī)基本上不能用。對(duì)于調(diào)速器開關(guān)起動(dòng)式的單相電機(jī),在工作點(diǎn)以下的調(diào)速范圍時(shí)將燒毀輔助繞組;對(duì)于電容起動(dòng)或電容運(yùn)轉(zhuǎn)方式的,將誘發(fā)電容器爆炸。變頻器的電源通常為3相,但對(duì)于小容量的,也有用單相電源運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)種。
它與變頻器的機(jī)種、運(yùn)行狀態(tài)、使用頻率等有關(guān),但要回答很困難。不過(guò)在60Hz以下的變頻器效率大約為94%~96%,據(jù)此可推算損耗,但內(nèi)藏再生制動(dòng)式(FR-K)變頻器,如果把制動(dòng)時(shí)的損耗也考慮進(jìn)去,功率消耗將變大,對(duì)于操作盤設(shè)計(jì)等必須注意。
一般電機(jī)利用裝在軸上的外扇或轉(zhuǎn)子端環(huán)上的葉片進(jìn)行冷卻,若速度降低則冷卻效果下降,因而不能承受與高速運(yùn)轉(zhuǎn)相同的發(fā)熱,必須降低在低速下的負(fù)載轉(zhuǎn)矩,或采用容量大的變頻器與電機(jī)組合,或采用專用電機(jī)。
制動(dòng)器勵(lì)磁回路電源應(yīng)取自變頻器的輸入側(cè)。如果變頻器正在輸出功率時(shí)制動(dòng)器動(dòng)作,將造成過(guò)電流切斷。所以要在變頻器停止輸出后再使制動(dòng)器動(dòng)作。
變頻器的電流流入改善功率因數(shù)用的電容器,由于其充電電流造成變頻器過(guò)電流(OCT),所以不能起動(dòng),作為對(duì)策,請(qǐng)將電容器拆除后運(yùn)轉(zhuǎn),甚至改善功率因數(shù),在變頻器的輸入側(cè)接入AC電抗器是有效的。
變頻器雖為靜止裝置,但也有像濾波電容器、冷卻風(fēng)扇那樣的消耗器件,如果對(duì)它們進(jìn)行定期的維護(hù),可望有10年以上的壽命。
對(duì)于小容量也有無(wú)冷卻風(fēng)扇的機(jī)種。有風(fēng)扇的機(jī)種,風(fēng)的方向是從下向上,所以裝設(shè)變頻器的地方,上、下部不要放置妨礙吸、排氣的機(jī)械器材。還有,變頻器上方不要放置怕熱的零件等。風(fēng)扇發(fā)生故障時(shí),由電扇停止檢測(cè)或冷卻風(fēng)扇上的過(guò)熱檢測(cè)進(jìn)行保護(hù)。
作為濾波電容器使用的電容器,其靜電容量隨著時(shí)間的推移而緩緩減少,定期地測(cè)量靜電容量,以達(dá)到產(chǎn)品額定容量的85%為基準(zhǔn)來(lái)判斷壽命。
應(yīng)基本收藏在盤內(nèi),問(wèn)題是采用全封閉結(jié)構(gòu)的盤外形尺寸大,占用空間大,成本比較高。其措施有:
?。?)盤的設(shè)計(jì)要針對(duì)實(shí)際裝置所需要的散熱;
?。?)利用鋁散熱片、翼片冷卻劑等增加冷卻面積;
?。?)采用熱導(dǎo)管。
此外,已開發(fā)出變頻器背面可以外露的型式。
設(shè)基準(zhǔn)速度為50Hz,50Hz以上為恒功率輸出特性。像輸送帶這樣的恒轉(zhuǎn)矩特性負(fù)載增速時(shí),容量需要增大為80/50≈1.6倍。電機(jī)容量也像變頻器一樣增大。