彭宏

（廣州市信息工程職業(yè)學(xué)校，廣東 廣州 510610）

1.引言

變頻器指的是交流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置，是運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的功率變換器，提供可控的高性能變壓變頻交流電源，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中應(yīng)用越來越廣泛。常用有變頻器與PLC聯(lián)動(dòng)調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)、變頻恒壓泵控系統(tǒng)和風(fēng)機(jī)類控制系統(tǒng)等。本文主要講述變頻器在使用時(shí)有關(guān)的問題及解決方法。

2.變頻器變頻切換過程的問題

變頻器在拖帶風(fēng)機(jī)系統(tǒng)或泵控系統(tǒng)（簡稱“慣性負(fù)載系統(tǒng)”，下同）過程中，變頻器要在工頻和變頻之間進(jìn)行頻繁的切換、以保證慣性負(fù)載系統(tǒng)的正常運(yùn)行；其切換的電路如圖1所示，當(dāng)變頻器從變頻電源輸出切換到工頻電源時(shí)，斷開KM3、然后KM2接通。在變頻器切換時(shí)，負(fù)載一側(cè)要斷離變頻器，因?yàn)閼T性負(fù)載通常是感性負(fù)載。感性負(fù)載在變頻器拖帶運(yùn)行時(shí)，存儲(chǔ)有大小為W=Li2的磁場能量，變頻器切換瞬間，該磁場能量會(huì)對變頻器形成的大電流沖擊而損壞變頻器，電路中的KM3的作用就是當(dāng)變頻器切換前停止了變頻電源的輸出。慣性負(fù)載系統(tǒng)隨著切換時(shí)間的變化，原運(yùn)行慣性隨之下降，但風(fēng)機(jī)系統(tǒng)或泵控系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)此時(shí)將切換到工頻電源運(yùn)行過程，勢必增加工頻時(shí)的起動(dòng)電流，會(huì)引致風(fēng)機(jī)系統(tǒng)或泵控系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)溫度急升發(fā)生過熱現(xiàn)象。

圖1 切換電路

基于以上的分析，變頻器在變頻電源輸出切換到工頻電源供電時(shí)，要完善以下三點(diǎn)：

(1)變頻器所拖帶的風(fēng)機(jī)系統(tǒng)或泵控系統(tǒng)，變頻器從變頻輸出電源切出后延時(shí)0.1秒，KM3才能斷開，不允許變頻器在切換時(shí)變頻輸出電源的切出與KM3同時(shí)動(dòng)作；

(2)對風(fēng)機(jī)系統(tǒng)或泵控系統(tǒng)類型的慣性負(fù)載，變頻器切換頻率的參數(shù)預(yù)置在49.5～50Hz之間，慣性負(fù)載系統(tǒng)其慣性功率不低于80%的時(shí)候切換到工頻電源，并保證KM3斷開后KM2閉合的時(shí)間預(yù)置到0.2～0.3秒；

(3）變頻器變頻輸出電源和工頻輸出電源的相序必需與風(fēng)機(jī)系統(tǒng)或泵控系統(tǒng)類型的慣性負(fù)載的相序相同，也要考慮泵控或風(fēng)機(jī)系統(tǒng)慣性負(fù)載的響應(yīng)過程。

3.變頻器由變頻到工頻的切換

在變頻器拖帶泵控或風(fēng)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行過程中，變頻器都具有變頻—工頻切換功能，可根據(jù)系統(tǒng)控制與運(yùn)行的方式等要求，通過功能預(yù)置和選擇變頻器設(shè)備相應(yīng)的控制端子，完成切換工作。至于一般的慣性負(fù)載系統(tǒng)，采用通用變頻器拖帶時(shí)，可設(shè)計(jì)一個(gè)電路進(jìn)行切換控制，具體電路如圖2所示：

圖2 變頻-工頻切換控制電路

(1)變頻器端子設(shè)置說明

圖2中變頻器的IPF、OL和FU為3個(gè)多功能輸出端子，分別接于接觸器KM1、KM2和KM3用作變頻器從變頻到工頻的切換。其中接觸器KM1、KM2和KM3的運(yùn)行必需按上述分析說明的時(shí)間通過功能預(yù)置進(jìn)行設(shè)置。端子R1、S1為變頻器用電接入端口，當(dāng)KM1斷開時(shí)也要保證變頻器控制電路的正常用電。另外，MRS控制端子接通時(shí)，允許切換；如MRS端子斷開時(shí)，不允許切換。STF為運(yùn)行控制端子，控制變頻器的運(yùn)行與停止。OH為泵控系統(tǒng)或風(fēng)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的過載保護(hù)輸入端口，RES為復(fù)位端子。

(2)變頻器的參數(shù)預(yù)設(shè)置

從圖2電路可見，SU為變頻器內(nèi)電路程序運(yùn)行功能的預(yù)置端接口，通過電路的功能運(yùn)行與仿真，對其中某些參數(shù)的設(shè)置如表1所述：

表1 功能預(yù)置部分參數(shù)表（三菱FR系列變頻器）

將變頻器拖帶一臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)，按上述的電路連接并按參數(shù)預(yù)置設(shè)定后，起動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行正常。但系統(tǒng)從工頻供電切換到變頻輸出供電過程，軸流風(fēng)機(jī)出現(xiàn)不穩(wěn)定、電流稍微偏大、風(fēng)機(jī)發(fā)熱的情況，這應(yīng)該是變頻器從工頻切入變頻運(yùn)行的問題。

4.變頻器由工頻到變頻的切換

采用變頻器拖帶泵控系統(tǒng)或風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，變頻器從變頻切換到工頻或者從工頻切換到變頻，都會(huì)造成慣性負(fù)載或變頻器受到過大的沖擊電流，特別是電動(dòng)機(jī)在變頻器切換時(shí)，電源電壓與電動(dòng)機(jī)定子繞組的電動(dòng)勢疊加產(chǎn)生較大的沖擊電流。變頻器切換過程的波形如圖3所示。

圖3 變頻器切換瞬間的電壓波形

從圖3可見，變頻器由變頻輸電切換到工頻供電的瞬間，電源電壓恰好與定子繞組的電動(dòng)勢同相，此時(shí)切換沒有附加的沖擊電流；但變頻器由工頻供電切換到變頻輸電瞬間，電源電壓恰好與定子繞組的電動(dòng)勢反相，此時(shí)切換必將產(chǎn)生很大的沖擊電流，嚴(yán)重時(shí)其沖擊電流接近于系統(tǒng)直接起動(dòng)電流的2倍。如果在變頻器由工頻供電切換到變頻輸電的時(shí)候，在頻率不相等的情況下“捕捉”同相點(diǎn)，則不會(huì)出現(xiàn)過大沖擊電流。其原理如圖4所示。

圖4 同相點(diǎn)的相對移動(dòng)

從圖4的波形圖知道，只要合理預(yù)置變頻器的上限頻率，就十分有利于“捕捉”到同相點(diǎn)。經(jīng)過多次的預(yù)置仿真實(shí)驗(yàn)，變頻器從工頻切換變頻時(shí)，斷開圖2電路的KM2，并延時(shí)100ms后接通KM3，切換過程即告完成。若變頻器拖帶較大的慣性負(fù)載、并采用外置的切換電路進(jìn)行切換時(shí)，將無法起動(dòng)變頻器內(nèi)置的“頻率搜索”功能，此時(shí)，應(yīng)在圖1切換電路的KM3與負(fù)載之間接入電抗器進(jìn)行可靠的限流措施，變頻切換完成后，電抗器即停止運(yùn)行。

5.結(jié)束語

經(jīng)過多次的仿真實(shí)驗(yàn)，將變頻器分別拖帶軸流風(fēng)機(jī)系統(tǒng)和消防泵機(jī)系統(tǒng)，通電運(yùn)行調(diào)試，并考慮變頻恒壓泵控系統(tǒng)和風(fēng)機(jī)類控制系統(tǒng)在切換運(yùn)行過程中，響應(yīng)時(shí)間沒有太高的要求，切換時(shí)間的預(yù)置都較慢些，系統(tǒng)運(yùn)行相當(dāng)平穩(wěn)，沒有出現(xiàn)太大的沖擊電流。在一些自動(dòng)控制系統(tǒng)拖帶有大小變動(dòng)的慣性負(fù)載、而且要求變頻器切換快速的生產(chǎn)線等設(shè)備，采用上述的方法進(jìn)行反復(fù)預(yù)置調(diào)試，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)不會(huì)出現(xiàn)過大的沖擊電流，變頻器切換過程平穩(wěn)，系統(tǒng)設(shè)備能正常運(yùn)行。

[1]吳志忠吳加林.變頻器應(yīng)用手冊3版[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[2]石秋潔.變頻器應(yīng)用基礎(chǔ)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

[3]郭艷萍.變頻器應(yīng)用技術(shù)[M].北京：北京師范大學(xué)出版集團(tuán)，2009.