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caolihe
路漫漫兮其修遠(yuǎn);吾將上下而求索。
級(jí)別: 探索解密
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樓主  發(fā)表于: 2009-01-04 10:23
轉(zhuǎn)貼出來給學(xué)變頻器應(yīng)用的同仁參考。原載某中文核心期刊


變 頻 器 壓 頻 比 的 正 確 設(shè) 定


摘 要: 結(jié)合變頻調(diào)速的基本控制方式,討論了電機(jī)參數(shù)及負(fù)載的機(jī)械特性與變頻器的基準(zhǔn)電壓、基準(zhǔn)頻率的關(guān)系,以及具體應(yīng)用中的設(shè)定方法。
關(guān)鍵詞: 壓頻比、基準(zhǔn)電壓、基準(zhǔn)頻率。

一、前 言:
      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(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。基準(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)頻率按變頻器出廠值設(shè)定(基準(zhǔn)電壓380V,基準(zhǔn)頻率50HZ),即能滿足使用要求。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,并非是件很容易的事。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(見附圖一)。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(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)的有效值為:E1=4.44f1N1Φm ,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),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難于直接控制,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Φm不變,只要U1/f1始終為一定值即可。這是基頻以下調(diào)速時(shí)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(一)中可以看出,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)定子相電壓不能超過電機(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)主磁通必然隨頻率升高而減弱,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(一)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)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(dòng)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(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夠滿足負(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(duì)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(gè)等級(jí)),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(tái)化纖紡絲計(jì)量泵電機(jī),型號(hào)為FTY-550-6,即550(W) 6極三相永磁同步電動(dòng)機(jī)。銘牌參數(shù)如下:工作電壓:62.5-125-475(V),工作頻率:25-50-190(HZ),電機(jī)功率:275-550-2090(W),轉(zhuǎn)速:500-1000-3800(r/min),電流:4(A)。其工作范圍較寬,銘牌參數(shù)與一般異步電動(dòng)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時(shí))。該電機(jī)壓頻比為125V/50HZ=2.5,使用三墾SAMCO-I IHF1.5K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即為變頻器的基準(zhǔn)電壓與基準(zhǔn)頻率值,基準(zhǔn)電壓(代碼為cd005)設(shè)為125(V),基準(zhǔn)頻率(cd006)為50(HZ)(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(dòng)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90(HZ)時(shí),那么頻率雖然可調(diào)至90(HZ),但此時(shí)電機(jī)工作電壓仍為125(V),實(shí)際壓頻比為125V/90HZ=1.39,如圖二(a),電磁轉(zhuǎn)矩變小,無法提供負(fù)載所需的轉(zhuǎn)矩,使計(jì)量泵不能正常工作。正確的設(shè)定應(yīng)為:cd005=475(V),cd006=190(HZ),在這里基準(zhǔn)電壓雖設(shè)為475(V),但由于該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所決定,所以這樣設(shè)定只對(duì)增大V/f圖形的斜率有效,并不是真能達(dá)到475(V)。因此也可以這樣設(shè)定:cd005=380(V),cd006=152(HZ),變頻器的壓頻比仍為380(V)/152(HZ)=2.5不變,見圖二 (b),電機(jī)整個(gè)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。
       
        例二:一臺(tái)紡織用三相異步調(diào)速電機(jī),額定功率60(W),額定電壓110(V),額定頻率50(HZ),調(diào)速范圍40-110(HZ),額定電流0.34(A),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)6臺(tái)電機(jī)),但該變頻器的基準(zhǔn)電壓(富士變頻器稱額定電壓)最低只能調(diào)到320(V),根據(jù)電機(jī)的壓頻比,要保證電機(jī)運(yùn)行在50(HZ)時(shí)工作電壓為110(V),則基準(zhǔn)頻率應(yīng)設(shè)為320(V)/2.2=145(HZ),這樣電機(jī)運(yùn)行在50(HZ)時(shí),工作電壓為110(V),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110(HZ),那么此時(shí)電機(jī)電壓將達(dá)242(V),如圖三(a),高出額定電壓一倍多,其結(jié)果可想而知。若以110(HZ)時(shí)電機(jī)工作電壓為110(V)來設(shè)定,則設(shè)額定電壓為320(V)(最低值),基準(zhǔn)頻率為320(HZ),那么電機(jī)運(yùn)行在110(HZ)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320(v)/320(HZ)=1,因此在電機(jī)運(yùn)行于40(HZ)時(shí),其電壓僅為40(V),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。改用三墾SAMCO-iIHF1.5K變頻器,設(shè)基準(zhǔn)電壓cd005=110(V),基準(zhǔn)頻率cd006=50(HZ),這樣電機(jī)從50(HZ)至110(HZ)調(diào)速時(shí)其電壓值保持在110(V)不變,如圖三(b),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)額定電壓或功率不足的現(xiàn)象發(fā)生。

五、結(jié)束語
        本文通過例子,詳細(xì)闡述了根據(jù)負(fù)載的機(jī)械特性和電機(jī)參數(shù)設(shè)定變頻器的基準(zhǔn)電壓和基準(zhǔn)頻率的方法,可以看出,正確地設(shè)定好變頻器的基準(zhǔn)電壓、基準(zhǔn)頻率,既能充分利用變頻器的性能,又能滿足負(fù)載對(duì)變頻器的要求。如果設(shè)定不當(dāng),變頻器與電機(jī)甚至不能工作,因此,正確的設(shè)定變頻器的壓頻比是使用好變頻器的關(guān)鍵。

參考文獻(xiàn):
[1] (日)三菱電機(jī)株式會(huì)社編:變頻調(diào)速器使用手冊(cè),許振茂等譯, 兵器工業(yè)出版社。1998

[2] 交流調(diào)速系統(tǒng),陳伯時(shí)、陳敏遜編著,機(jī)械工業(yè)出版社。1998

[3] (日)SANKEN電氣株式會(huì)社:SAMCO-I變頻器使用說明書

tangjayi
老虎屁股也要摸
級(jí)別: 略有小成
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1樓  發(fā)表于: 2009-01-07 18:51
謝謝,     

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