變頻器壓頻比的正確設(shè)定
變頻器壓頻比的正確設(shè)定
隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展,,變頻器調(diào)速已成為交流調(diào)速的主流,在化纖,、紡織,、鋼鐵、機(jī)械,、造紙等行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用,。由于通用變頻器一般采用V/f控制,即變壓變頻(VVVF)方式調(diào)速,,因此,,變頻器在使用前正確地設(shè)定其壓頻比,對保證變頻器的正常工作至關(guān)重要,。變頻器的壓頻比由變頻器的基準(zhǔn)電壓與基準(zhǔn)頻率兩項(xiàng)功能參數(shù)的比值決定,,即基準(zhǔn)電壓/基準(zhǔn)頻率=壓頻比。 基準(zhǔn)電壓與基準(zhǔn)頻率參數(shù)的設(shè)定,,不僅與電動機(jī)的額定電壓與額定頻率有關(guān)(電機(jī)的壓頻比為電機(jī)的額定電壓與額定頻率之比),,而且還必須考慮負(fù)載的機(jī)械特性。對于普通異步電機(jī)在一般調(diào)速應(yīng)用時(shí),,其基準(zhǔn)電壓與基準(zhǔn)頻率按出廠值設(shè)定(基準(zhǔn)電壓380V,,基準(zhǔn)頻率50Hz),即滿足使用要求,。但對于某些行業(yè)使用的較特殊的電機(jī),,就必須根據(jù)實(shí)際情況重新設(shè)定基準(zhǔn)電壓與基準(zhǔn)頻率的參數(shù)。由于變頻器使用說明書以及有關(guān)書籍中沒有對這兩個參數(shù)作詳細(xì)介紹,,因此正確的設(shè)定該參數(shù)對于不少使用者來說,,并非很容易的事。為此,,本文結(jié)合變頻調(diào)速的基本控制方式及負(fù)載的機(jī)械特性與基準(zhǔn)電壓,、基準(zhǔn)頻率參數(shù)的關(guān)系,列舉實(shí)例,,詳細(xì)說明基準(zhǔn)電壓與基準(zhǔn)頻率參數(shù)的設(shè)定方法,。
二,、變頻調(diào)速的基本控制方式與基準(zhǔn)電壓、基準(zhǔn)頻率的關(guān)系
電機(jī)用變頻器調(diào)速時(shí)有兩種情況--基頻(基準(zhǔn)頻率)以下調(diào)速和基頻以上調(diào)速(見圖1),。必須考慮的重要因素是:盡量保持電機(jī)主磁通為額定值不變,。如果磁通過弱(電壓過低),電機(jī)鐵心不能得到充分利用,,電磁轉(zhuǎn)矩變小,,負(fù)載能力下降。如果磁通過強(qiáng)(電壓過高),,電機(jī)處于過勵磁狀態(tài),,電機(jī)因勵磁電流過大而嚴(yán)重發(fā)熱。根據(jù)電機(jī)原理可知,,三相異步電機(jī)定子每相電動勢的有效值 :
E1=4.44f1N1Φm
式中 :E1--定子每相由氣隙磁通感應(yīng)的電動勢的有效值,,V ;f1--定子頻率,,Hz,;N1——定子每相繞組有效匝數(shù) ;Φm-每極磁通量
由式中可以看出,,Φm的值由E1/f1決定,,但由于E1難以直接控制,所以在電動勢較高時(shí),,可忽略定子漏阻抗壓降,,而用定子相電壓U1代替。那么要保證Φm不變,,只要U1/f1始終為一定值即可,。這是基頻以下調(diào)時(shí)速的基本情況,為恒壓頻比(恒磁通)控制方式,,屬于恒轉(zhuǎn) 矩調(diào)速。從圖1可以看出,,基準(zhǔn)頻率為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速區(qū)的最高頻率,,基準(zhǔn)頻率所對應(yīng)的電壓為即為基準(zhǔn)電壓,是恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速區(qū)的最高電壓,,在基頻以下調(diào)速時(shí),,電壓會隨頻率而變化,但兩 者的比值不變,。
圖1 基準(zhǔn)電壓,、基準(zhǔn)頻率與變頻調(diào)速控制特性
在基頻以上調(diào)速時(shí),頻率從基頻向上可以調(diào)至上限頻率值,,但是由于電機(jī)定子不能超過 電機(jī)額定電壓,,因此電壓不再隨頻率變化,,而保持基準(zhǔn)電壓值不變,這時(shí)電機(jī)主磁通必須隨頻率升高而減弱,,轉(zhuǎn)矩相應(yīng)減小,,功率基本保持不變,屬于恒 功率調(diào)速區(qū),。由圖1可見,,基準(zhǔn)頻率為恒功率調(diào)速區(qū)的頻率,是恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速區(qū)與恒功率調(diào)速區(qū)的轉(zhuǎn)折點(diǎn),,而基準(zhǔn)電壓值在整個恒功率調(diào)速區(qū)內(nèi)不再隨頻率變化而改變,。
三、負(fù)載的機(jī)械特性與基準(zhǔn)電壓,,基準(zhǔn)頻率的設(shè)定
合理地使用變頻器,,必須了解所驅(qū)動負(fù)載的機(jī)械特性。 根據(jù)不同的使用目的,,負(fù)載基本上可分為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載,、恒功率負(fù)載以及平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載等三類。恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載其所需轉(zhuǎn)矩基本不受速度變化的影響(T=定值),,對于該類負(fù)載,,變頻器的整個工作區(qū)最好運(yùn)行在基頻以下,這時(shí)變頻器的輸出特性正好能滿足負(fù)載的要求,。恒功率負(fù)載在轉(zhuǎn)速越高時(shí),,所需轉(zhuǎn)矩越小(T×N=定值),,對于恒功率負(fù)載來說,,電機(jī)的工作頻率若運(yùn)行在基頻以上,其所要求的機(jī)械特性將與變頻器的輸出特性相吻合,。至于平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載,,它所要求的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比(T/N2=定值),電機(jī)應(yīng)運(yùn)行在基頻以下較為合理,。需要注意的是:平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載的工作頻率絕不能超過工頻(除非變頻器容量大一個等級),。否則變頻器與電機(jī)將嚴(yán)重過載。
四,、設(shè)定實(shí)例
例一 :一臺化纖紡絲計(jì)量泵電機(jī)型號為FTY-550-6,,既550W 6極三相永磁同步電動機(jī)。銘牌參數(shù)如下:工作電壓:62.5 - 125 - 475V,。工作頻率:25 - 50 - 190HZ,,電機(jī)功率:275 - 550 - 2090W,轉(zhuǎn)速:500 - 1000 - 3800R/min,,電流:4A,。其工作范圍較寬,,銘牌參數(shù)與一般異步電動機(jī)不同,左邊的數(shù)值為電機(jī)正常工作時(shí)(不失步)的下限,,右邊數(shù)值為電機(jī)正常工作時(shí)的最大值,,中間值為額定值(50HZ)。該電機(jī)壓頻比為125V/50HZ=2.5,,使用三 墾SAMCO-I 1HF1.5K變頻器,。若只按電機(jī)參數(shù)設(shè)定,電機(jī)的額定電壓與額定頻率值既為變頻器的基準(zhǔn)電壓與基準(zhǔn)頻率值,,基準(zhǔn)電壓(代碼為CD005)設(shè)為125V,,基準(zhǔn)頻率(CD006)為50HZ(出廠值)不變,這樣設(shè)定,,電機(jī)工作在基頻以下時(shí),,電機(jī)驅(qū)動計(jì)量泵毫無問題,但計(jì)量泵屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載,,若在計(jì)量泵要求 較高轉(zhuǎn)速(如90HZ)時(shí),,那么頻率雖然可調(diào)至90HZ,但此時(shí)電機(jī)工作電壓仍為125V,,實(shí)際壓額比為125/90HZ=1.39,,如圖2a,電磁轉(zhuǎn)矩變小,,無法提供負(fù)載所需轉(zhuǎn)矩,,使計(jì)量泵不能正常工作。正確的設(shè)定應(yīng)為:CD005=475V,,CD006=190HZ,,在這里基準(zhǔn)電壓雖設(shè)為475V,但由于變頻器不具有升壓功能,,其實(shí)際輸出電壓由輸入電壓的最大值決定,,所以這樣設(shè)定只對增大V/F圖形的斜率有效,并不真能達(dá)到475V,。因此也可以這樣設(shè)定:CD005=380V,,CD006=152HZ,變頻器的壓頻比仍為380V/152HZ=2.5不變,,見圖2b,電機(jī)整個工作段都處于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速范圍,,滿足了負(fù)載特性的要求,。
圖2 例一 電壓 - 頻率曲線
例2:一臺紡織用三相異步調(diào)速電動機(jī),額定功率60W,,額定電壓110V,,額定頻率50HZ,,調(diào)速范圍40-110HZ,額定電流0,。34A,,4極,因此該電機(jī)的壓頻比為110V/50HZ=2,。2,。所驅(qū)動負(fù)載為恒功率特性。驅(qū)動變頻器原來準(zhǔn)備用富士FRN1,。5G11S-4CX(驅(qū)動六臺電機(jī))但該變頻器的基準(zhǔn)電壓(富士變頻器額定電壓)只能調(diào)到320V,,根據(jù)電機(jī)的壓頻比,要保證電機(jī)運(yùn)行在50HZ時(shí)工作電壓為110V,,電機(jī)能正常工作,。但該負(fù)載工作轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍較寬,如果要求運(yùn)行在110HZ那么此時(shí)電機(jī)電壓將達(dá)到242V,,如圖3A,,高出額定電壓一倍多,其結(jié)果可想而知,。若以110HZ時(shí)電機(jī)工作電壓為110V來設(shè)定,,則設(shè)額定電壓為320V,基準(zhǔn)頻率為320HZ,,那么電機(jī)運(yùn)行在110HZ時(shí),,電壓正好為電機(jī)額定電壓。但這時(shí)變頻器的壓頻比為320V/320HZ=1,,因此在電機(jī)運(yùn)行于40HZ時(shí),,其電壓僅為40V,顯然沒有足夠的功率驅(qū)動負(fù)載,。所以該型富士變頻器不能滿足使用要求,。改用三星SAMCO-I IHF1.5K變頻器,設(shè)基準(zhǔn)電壓CD005=110V,,基準(zhǔn)頻率CD006=50HZ,,這樣電機(jī)從50-110HZ調(diào)速時(shí)其電壓值保持在110V不變,如圖3b,,電機(jī)工作在恒功率調(diào)速區(qū),,與負(fù)載的機(jī)械特性相符,不會再有超過電機(jī)額定電壓或功率不足的現(xiàn)象發(fā)生,。
圖3 例二 電壓 - 頻率曲線