變頻器基礎(chǔ)講座（八）

1、變頻器根底講座八變頻器根底講座八-過電壓的原因及其對(duì)策一、 前 言變頻器在調(diào)試與使用過程中經(jīng)常會(huì)遇到各種各樣的問題，其中過電壓現(xiàn)象最為常見。過電壓產(chǎn)生后，變頻器為了防止內(nèi)部電路損壞，其過電壓保護(hù)功能將動(dòng)作，使變頻器停頓運(yùn)行，導(dǎo)致設(shè)備無法正常工作。因此必須采取措施消除過電壓，防止故障的發(fā)生。由于變頻器與電機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)合不同，產(chǎn)生過電壓的原因也不一樣，所以應(yīng)根據(jù)詳細(xì)情況采取相應(yīng)的對(duì)策。二、過電壓的產(chǎn)生與再生制動(dòng)三、過電壓的防止措施由于過電壓產(chǎn)生的原因不同，因此采取的對(duì)策也不一樣。對(duì)于在停車過程中產(chǎn)生的過電壓現(xiàn)象，假設(shè)對(duì)停車時(shí)間或位置無特殊要求，那么可以采用延長(zhǎng)變頻器減速時(shí)間或自由停車的方法來解決。所

2、謂自由停車即變頻器將主開關(guān)器件斷開，讓電機(jī)自由滑行停頓。假設(shè)對(duì)停車時(shí)間或停車位置有一定的要求，那么可以采用直流制動(dòng)DC制動(dòng)功能。直流制動(dòng)功能是將電機(jī)減速到一定頻率后，在電機(jī)定子繞組中通入直流電，形成一個(gè)靜止的磁場(chǎng)。電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組切割這個(gè)磁場(chǎng)而產(chǎn)生一個(gè)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使負(fù)載的動(dòng)能變成電能以熱量的形式消耗于電機(jī)轉(zhuǎn)子回路中，因此這種制動(dòng)又稱作能耗制動(dòng)。在直流制動(dòng)的過程中實(shí)際上包含了再生制動(dòng)與能耗制動(dòng)兩個(gè)過程。這種制動(dòng)方法效率僅為再生制動(dòng)的30-60，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩較小。由于將能量消耗于電機(jī)中會(huì)使電機(jī)過熱，所以制動(dòng)時(shí)間不宜過長(zhǎng)。而且直流制動(dòng)開始頻率，制動(dòng)時(shí)間及制動(dòng)電壓的大小均為人工設(shè)定，不能根據(jù)再生電壓的上下自動(dòng)調(diào)

3、節(jié)，因此直流制動(dòng)不能用于正常運(yùn)行中產(chǎn)生的過電壓，只能用于停車時(shí)的制動(dòng)。對(duì)于減速?gòu)母咚俎D(zhuǎn)為低速，但不停車時(shí)因負(fù)載的GD2飛輪轉(zhuǎn)矩過大而產(chǎn)生的過電壓，可以采取適當(dāng)延長(zhǎng)減速時(shí)間的方法來解決。其實(shí)這種方法也是利用再生制動(dòng)原理，延長(zhǎng)減速時(shí)間只是控制負(fù)載的再生電壓對(duì)變頻器的充電速度，使變頻器本身的20%的再生制動(dòng)才能得到合理利用而已。至于那些由于外力的作用包括位能下放而使電機(jī)處于再生狀態(tài)的負(fù)載，因其正常運(yùn)行于制動(dòng)狀態(tài)，再生能量過高無法由變頻器本身消耗掉，因此不可能采用直流制動(dòng)或延長(zhǎng)減速時(shí)間的方法。再生制動(dòng)與直流制動(dòng)相比，具有較高的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，而且制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的大小可以跟據(jù)負(fù)載所需的制動(dòng)力矩即再生能量的上下由變頻

4、器的制動(dòng)單元自動(dòng)控制。因此再生制動(dòng)最適用于在正常工作過程中為負(fù)載提供制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。四、再生制動(dòng)的方法：1 能量消耗型：這種方法是在變頻器直流回路中并聯(lián)一個(gè)制動(dòng)電阻，通過檢測(cè)直流母線電壓來控制一個(gè)功率管的通斷。在直流母線電壓上升至700V左右時(shí)，功率管導(dǎo)通，將再生能量通入電阻，以熱能的形式消耗掉，從而防止直流電壓的上升。由于再生能量沒能得到利用，因此屬于能量消耗型。同為能量消耗型，它與直流制動(dòng)的不同點(diǎn)是將能量消耗于電機(jī)之外的制動(dòng)電阻上，電機(jī)不會(huì)過熱，因此可以較頻繁的工作。2并聯(lián)直流母線吸收型：適用于多電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)如牽伸機(jī)，在這個(gè)系統(tǒng)中，每臺(tái)電機(jī)均需一臺(tái)變頻器，多臺(tái)變頻器共用一個(gè)網(wǎng)側(cè)變流器，所有的逆變

5、部并接在一條共用直流母線上。這種系統(tǒng)中往往有一臺(tái)或數(shù)臺(tái)電機(jī)正常工作于制動(dòng)狀態(tài)，處于制動(dòng)狀態(tài)的電機(jī)被其它電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，產(chǎn)生再生能量，這些能量再通過并聯(lián)直流母線被處于電動(dòng)狀態(tài)的電機(jī)所吸收。在不能完全吸收的情況下，那么通過共用的制動(dòng)電阻消耗掉。這里的再生能量部分被吸收利用，但沒有回饋到電網(wǎng)中。3 能量回饋型：能量回饋型的變頻器網(wǎng)側(cè)變流器是可逆的，當(dāng)有再生能量產(chǎn)生時(shí)，可逆變流器將再生能量回饋給電網(wǎng)，使再生能量得到完全利用。但這種方法對(duì)電源的穩(wěn)定性要求較高，一旦突然停電，將發(fā)生逆變顛覆。五、再生制動(dòng)的應(yīng)用六、完畢語(yǔ)本文詳細(xì)說明了變頻器產(chǎn)生過電壓的各種原因及相應(yīng)的防止措施，討論了再生制動(dòng)的幾種方式，并通過應(yīng)

6、用實(shí)例對(duì)過電壓的防止及再生制動(dòng)的應(yīng)用進(jìn)展了仔細(xì)的分析。結(jié)果證明，再生制動(dòng)功能是解決過電壓現(xiàn)象的最主要的方法。變頻器根底講座九-壓頻比的正確設(shè)定一、引言隨著變頻調(diào)速技術(shù)的開展，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(duì)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?；鶞?zhǔn)電壓與基準(zhǔn)頻率參數(shù)的設(shè)定，不僅與電動(dòng)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

7、且還必須考慮負(fù)載的機(jī)械特性。對(duì)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(duì)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(duì)這兩個(gè)參數(shù)作詳細(xì)介紹，因此正確的設(shè)定該參數(shù)對(duì)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)速的根本控制方式及負(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)速的根本控制方式與基準(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)

8、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。假設(shè)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)載才能下降。假設(shè)磁通過強(qiáng)電壓過高，電機(jī)處于過勵(lì)磁狀態(tài)，電機(jī)因勵(lì)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(dòng)勢(shì)的有效值： E1=4.44f1N1Phi;m 式中：E1-定子每相由氣隙磁通感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)的有效值，V ；f1-定子頻率，Hz；N1-定子每相繞組有效匝數(shù) ；Phi;m-每極磁通量 由式中可以看出，Phi;m的值由E1/f1決定，但由于E1難以直接控制，所以在電動(dòng)勢(shì)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Phi;m不變，

9、只要U1/f1始終為一定值即可。這是基頻以下調(diào)時(shí)速的根本情況，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(duì)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(huì)隨頻率而變化，但兩者的比值不變。 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，功率根本保持不變，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)的最低頻率，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(gè)

10、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，必須理解所驅(qū)動(dòng)負(fù)載的機(jī)械特性。根據(jù)不同的使用目的，負(fù)載根本上可分為恒轉(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)矩根本不受速度變化的影響T=定值，對(duì)于該類負(fù)載，變頻器的整個(gè)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Ttimes;N=定值，對(duì)于恒功率負(fù)載來說，電機(jī)的工作頻率假設(shè)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

11、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(gè)等級(jí)。否那么變頻器與電機(jī)將嚴(yán)重過載。四、設(shè)定實(shí)例例2：一臺(tái)紡織用三相異步調(diào)速電動(dòng)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(dòng)負(fù)載為恒功率特性。驅(qū)動(dòng)變頻器原來準(zhǔn)備用富士FRN1。5G11S-4CX驅(qū)動(dòng)六臺(tái)電機(jī)但該變頻器的基準(zhǔn)電壓富士變頻器額定電壓最低只能調(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，假設(shè)要求運(yùn)行在110HZ

12、那么此時(shí)電機(jī)電壓將到達(dá)242V，高出額定電壓一倍多，其結(jié)果可想而知。假設(shè)以110HZ時(shí)電機(jī)工作電壓為110V來設(shè)定，那么設(shè)額定電壓為320V最低值，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(dòng)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，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(huì)再有超過電機(jī)額定電壓或功率