变频器的适应负载方式变频器拖动负载的效果必须符合用户的要求和环境的需要,但是由于负载的多样性、环境的千变万化,变频器还必须设置相应的参数来保证变频器能适应这些负载的要求。比如要求风机水泵类负载能够在长期运行中自动节能运行、要求电动机静音运行以满足楼宇控制的需要、要求消除电动机或者机械设备之间的共振现象等等。 本节内容就是介绍了变频器一些具体的适应负载方式。 1 自动转差补偿功能 电动机负载转矩的变化将影响到电动机运行转差,导致电动机速度变化。通过转差补偿,根据电动机负载转矩自动调整变频器的输出频率,可减小电动机随负载变化而引起的转速变化,如图1所示。
转差补偿功能参数的设置主要有以下原则: 2 载波频率的调整 变频器的信号调制是脉宽调制,其基本方法是:对输出的电压脉冲波,其脉冲的上升沿和下降沿都是由正弦波和三角波的交点所决定的。在这里,正弦波称为调制波,三角波称为载波,三角波的频率就是载波频率。 在pwm电压脉冲波序列的作用下,电流波形是脉动的,脉动频率与载波频率一致,脉动电流将使电动机铁心的硅钢片之间产生电磁力并引起振动,产生电磁噪声。改变载波频率时,电磁噪声的音调也将发生变化,所以,一些变频器对于调节载波频率的功能,称为“音调调节功能”。 载波频率越高,因线路相互之间,以及线路与地之间分布电容的容抗越小,由高频脉冲电压引起的漏电流越大。 载波频率对其他设备的干扰主要是由于高频电压和高频电流引起的。载波频率越高,则高频电压通过静电感应对其他设备的干扰也就越严重;高频电流产生的高频磁场将通过电磁感应对其他设备的控制线路产生干扰;高频电磁场具有强大的辐射能量,使通讯设备等易产生扰动信号。 因此,我们可以总结出如表1所示的载波频率特性。 在上述三个因素中,电动机噪声是最直接的、最明显的,尤其是在楼宇控制中,为此有些变频器还提供了“柔声载波频率”,即在变频器运行过程中,能自动地变换载波频率,使电磁噪声变成具有一定音调的较为柔和的声音;有些变频器提供了“电动机音调调节”,同样可以改变电动机运行时的音调。 如果在上述因素不对变频器造成任何影响的情况下,用户可以选择载波频率自动调整功能,此时变频器能够根据机内温度等自动调整载波频率,并在变频器实际最高工作载波频率(用户可以设定)内选择一个最优值。
3 下垂控制 (1)基本概念
假设电动机m1的转速偏高,为n1;而电动机m2的转速偏低,为n2。比较图3a和图3b可以看出:a、具有下垂特性时,两台电动机所承担负荷(t1和t2)之间的差异较小。b、比较容易自动协调两台电动机的转速和负荷分配,m1的电磁转矩t1较小,下垂特性可使其转速较快上升;m2的电磁转矩t2较大,下垂特性可使其转速较快下降。可见,下垂特性能够较容易地使两台电动机的转速趋于同步,而负荷分配也趋于均衡。
还有如五台变频器驱动五台电动机的传送带,如图4所示,当某台变频器的负载较重时,该变频器就根据下垂控制功能设定的参数,自动降低输出频率,以卸掉部分负载。 (2)下垂参数设置 下垂死区
4 共振预防 任何设备在运转过程中,都或多或少会产生振动。每台设备又都有一个固有振荡频率,它取决于设备本身的结构。由于变频器是通过改变电动机的工作频率来改变电动机转速进行工作的,这就有可能在某一电动机转速下与负荷轴系的共振点、共振频率重合,造成负荷轴系因发生谐振而变得十分强烈以至于达到不能容忍的振动,有时会造成设备停运或设备损坏,因此必须根据负荷轴系(或生产设备)的共振频率,通过共振预防,来避免系统发生此类现象。 为了预防谐振和共振,变频器都设置有跳跃频率,其目的就是使电动机拖动系统回避掉可能引起谐振的转速,或者说让变频器的输出频率跳过该频率区域。变频器的设定频率按照图6中的方式可以在某些频率点做跳跃运行,一般可以定义三个跳跃频率及每一个跳跃范围,如跳跃频率f1、f2、f3及跳跃范围1、跳跃范围2、跳跃范围3。从图6中可以看出,对共振点的处理变频器是采取滞回曲线的方式进行频率升降的。 对于共振预防必须引起足够的重视,尤其是在改造设备的过程中,在某些频率点出现机械共振,其原因是原来设备只是在50hz工频下运行,使用变频调速后,其频率则在0~50hz之间无级变化,因此在某些频率点上会造成机械共振。 另外,对于变频器带变压器负载情况下,也会可能造成谐振,变压器会发出异常声响,空载也会烧毁,此时变频器需要调节的参数是载波频率,而不是跳跃频率。 5 过压失速和自动限流 (1)过压失速功能 (2)自动限流功能 自动限流功能需定义的参数包括自动限流水平和限流时频率下降率。自动限流水平定义了自动限流动作的电流阈值,其设定范围是相对于变频器额定电流的百分比。限流时频率下降率定义了自动限流动作时对输出频率进行调整的速率。自动限流时,频率下降率的数值设置过小,则不易摆脱自动限流状态而可能导致最终过载故障;若频率下降率的数值设置过大,则频率调整程度加剧,变频器将长时间处于发电状态导致过压保护。 在自动限流动作时,输出频率可能会有所变化,所以对于恒速运行时输出频率较稳定的场合,不宜使用自动限流功能。
6 电动机热过载 (1)基本概念 电动机在运行时,其损耗功率(主要是铜耗)必然要转换成热能,使电动机的温度升高。电动机的发热过程属于热平衡的过渡过程,其基本规律类似于常见的指数曲线上升(或下降)规律。其物理意义在于:由于电动机在温度升高的同时,必然要向周围散热,温升越大,散热也越快,故温升不能按线性规律上升,而是越升越慢;当电动机产生的热量与发散的热量平衡时,此时的温升为额定温升。 电动机过载是指电动机轴上的机械负载过重,使电动机的运行电流超过了额定值,并导致其温升也超过了额定值。电动机一般过载的主要特点是: 电流上升的幅度不大。因为在电动机选型设计时一般都充分考虑了负载的最大使用电流并按电动机最大温升情况进行设计的,对于某些变动负载和断续负载,短时间的过载是允许的。因此,正常情况下的过载电流幅值不会很大。 一般情况下,电流的变化率di/dt较小,上升较缓慢。 (2)热过载曲线 电动机的过载保护具有反时限特性,即电动机的运行电流越大,保护动作的时间越短,如图7所示。
当负载电动机的容量低于变频器额定容量时,亦可用此功能进行热过载保护。由于变频器选配电动机功率大小的差异,因此为了对所配电动机进行有效的过载保护,有必要对变频器的允许输出电流的最大值进行调整,在上图中,我们可以看到电动机过载保护系数设为80%时的曲线。 电动机过载保护系数可由下面的公式确定:
在图8中,过载预报警检出水平定义了过载预报警动作的电动机电流阈值,其设定范围是相对于额定电流的百分比;过载预报警检出时间定义了过载预报警检出必须经过过载预报警状态下有效的时间;过载预报警状态有效即变频器工作电流超过过载检出水平,并且保持的时间超过过载检出时间。 在一般情况下,过载预报警检出水平的设置应小于过载保护水平,在过载预报警检出时间内,工作电流小于过载预报警检出水平后,机内的过载预报警检出时间重新计时。 对于过载预报警检测功能,可以通过相关的参数选择: (4)变频电动机和普通电动机的过载 普通电动机在低速运行时,其风叶的速度也变慢,因此散热效果变差,温度升高会使电动机的寿命降低。在此时,如果能够对电动机过载设定值进行重新调整能很好地保护电动机,所以在变频器的过载方式中都会提供选择低速补偿的方式,最简单的办法就是选择电动机的种类,即普通电动机还是变频电动机。 选择普通电动机方式的,变频器就会自动进行低速补偿,即把运行频率低于30hz的电动机过载保护阈值下调。这个30hz就是电动机过载功能的转折频率。在一般情况下,转折频率可按基本频率的60%~70%来设置,同时应该考虑到负载的类型(恒转矩负载和变转矩负载)来设置转折频率时的过载系数、零频时的过载系数。 |
|