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隨著晶體管及整流、逆變技術(shù)的進(jìn)步，用變頻器控制交流電動機(jī)速度已經(jīng)十分普遍。變頻器在實際應(yīng)用中十分可靠正確，可使用于不同場合的不同正確度等級的電機(jī)調(diào)速,變頻調(diào)速將逐步代替直流機(jī)調(diào)速。在變頻器發(fā)展的過程中經(jīng)歷了直接U/F控制階段，高性能U/F控制階段及矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制階段。

一.ABB變頻器的原理

通用普通U/F控制的原理

異步電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，即旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速為

n1=60f/p

式中 n1—同步轉(zhuǎn)速(r/min)

f—電源頻率(Hz)

p—磁極對數(shù)

而異步電動機(jī)的軸轉(zhuǎn)速為n=60f*(1-s)/p

式中 s—異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率，s=( n1-n)/ n1.

可以看出，改變異步電動機(jī)的供電頻率，可以改變其同步轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)調(diào)速運行。

對異步電動機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制時，?？措妱訖C(jī)的主磁通保持額定值不變，磁通太弱，鐵心利用不充分，在同樣的轉(zhuǎn)子電流下，電磁轉(zhuǎn)矩小，電動機(jī)的負(fù)載能力下降;磁通太強，則處于過勵磁狀態(tài)，勵磁電流過大，已有擾動，調(diào)速將非線性化。為此應(yīng)保證電動機(jī)調(diào)速過程中氣隙磁通保持不變。

三相異步電動機(jī)定子每相電動勢的有效值為

E1=4.44f1N1?m

式中 E1—定子每相由氣隙磁通感應(yīng)的電動勢值

f1—定子頻率(Hz)

N1—定子相繞組匝數(shù)

?m—每極磁通量(Wb)

由上式可見，?m的值由E1和f1共同決定的，對E1和f1進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂?，就可以?fù)氣隙磁通?m保持額定值不變。有兩種情況：

1. 基頻以下的恒磁通變頻調(diào)速

這是考慮從基頻(電動機(jī)額定頻率)向下調(diào)速的情況。為了保持電動機(jī)的氣隙主磁通不變，這就要求降低供電頻率的同時降低感應(yīng)電動勢，保持E1/f1=常數(shù)，即保持電動勢與頻率之比為常數(shù)進(jìn)行控制，這種控制又稱為恒磁通變頻調(diào)速，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式一。但是，E1難于直接檢測和直接控制。當(dāng)E1和f1的值較高時，定子的漏阻抗壓降相對比較小，如忽略不計，則可以近似的保持定子相電壓U1和頻率f1的比值為常數(shù)，即以為U1=E1，保持U1/f1=常數(shù)即可。但當(dāng)頻率較低時，U1和E1都變小，定子漏阻抗壓降(主要是定子電阻壓降)不能再忽略。這種情況下，可以人為地進(jìn)步定子電壓以補償定子電阻壓降的影響，上氣隙磁通基本保持不變。如圖1所示，其中1為U1/f1=C時的電壓、頻率關(guān)系，2為有電壓補償時(近似的E1/f1=C)的電壓、頻率關(guān)系。這就是恒壓頻比控制方式，是近似的恒磁通控制。

2. 基頻以上的弱磁變頻調(diào)速

這是考慮從基頻開始向上調(diào)速的情況。頻率由額定值逐漸增大，但電壓U1受額定電壓的限制不能再升高，只能保持額定值不變，必然會使主磁通隨著f1的上升而減小，相當(dāng)于直流電動機(jī)弱磁調(diào)速的情況，屬于近似的恒功率調(diào)速方式。見圖1。

由上面的討論可知，異步電動機(jī)的變頻調(diào)速必須按照一定的規(guī)律同時改變其定子電壓和頻率，即必須通過變頻裝置獲得電壓頻率均可調(diào)節(jié)的供電電源，實現(xiàn)所謂的VVVF(Variable Voltage Variable Frequency)調(diào)速控制。這就是變頻器通用普通U/F控制的原理。

二. ABB ACS400變頻器在造粒配電室的應(yīng)用

三聚PM501電機(jī)采用ABB ACS400變頻器進(jìn)行控制。要求開、停電動機(jī)時由現(xiàn)場操縱柱發(fā)出起/停信號，此信號通過儀表的中間繼電器后，由中間繼電器的常開接點輸進(jìn)到變頻器，然后由變頻器的輸出來控制電動機(jī)的起/停。根據(jù)實際要求，電機(jī)的速度給定模仿電動電位器控制，而不是采用一般的4-20mA模擬信號輸進(jìn)方式，因此ACS400采用電動電位器控制方式，由兩個數(shù)字量開關(guān)的開合來模擬電動電位器控制。

(1)變頻器硬件接線

變頻器運行控制信號及速度信號可由兩個位置控制，一是直接的變頻器鍵盤控制，另一個是由外部信號加進(jìn)到變頻器的輸進(jìn)端來實現(xiàn)外部控制。對于PM501電機(jī)轉(zhuǎn)速控制由于要求外部控制，所以硬件的外部接線是非常重要的，它直接控制影響著變頻器的運行情況。外部接線的輸進(jìn)端如下圖所示。

由圖上可以看出，對于控制變頻器運行的輸進(jìn)信號和加減速控制信號，這些點在實際運行中起到的具體作用是由設(shè)定的變頻器參數(shù)決定。

(2) 變頻器參數(shù)的設(shè)置

硬件接線連接好以后，還要正確設(shè)置參數(shù)變頻器才能正常工作。ACS400在控制途徑上有很多種可以選擇。包括：工廠宏：適用于一般產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，除了可在鍵盤上控制變頻器以外，還可通過一個外部輸進(jìn)控制變頻器的運行;手/自動宏：用與本地和遠(yuǎn)程操縱，除了可在鍵盤上控制變頻器以外，還可通過兩個外部輸進(jìn)(近程、遠(yuǎn)程)控制變頻器的運行;PID宏：用于閉環(huán)控制的過程;轉(zhuǎn)矩控制：用于需要精確轉(zhuǎn)矩控制的過程等。不同宏的參數(shù)設(shè)置將會有一些差別。參數(shù)設(shè)置包括以下幾個部分：啟動數(shù)據(jù)的設(shè)置，運行數(shù)據(jù)的設(shè)置及保護(hù)設(shè)置等。在實際應(yīng)用中，最主要的便是啟動數(shù)據(jù)設(shè)置和運行數(shù)據(jù)設(shè)置。在啟動數(shù)據(jù)設(shè)置中將給定控制的應(yīng)用宏及電機(jī)的額定電壓、功率因數(shù)等數(shù)值。運行數(shù)據(jù)設(shè)置尤為重要，需要在此項中給定起、停、方向的控制輸進(jìn)點，模擬輸進(jìn)量的范圍、比例和加減速時間等等。下面將P501電機(jī)的一些重要參數(shù)設(shè)置列表如下并加以說明。

1. 啟動數(shù)據(jù)參數(shù)表

在參數(shù)表的9902、9905、9906、9907、9908、9909、9910項中我們可以得知電動機(jī)的額定值，這些數(shù)值是根據(jù)電動機(jī)銘牌上的數(shù)值手工輸進(jìn)到變頻器中的。電機(jī)的這些額定參數(shù)對變頻器的正常運行有著非常重要的作用，因此在錄進(jìn)這些數(shù)據(jù)的時候應(yīng)確保同電動機(jī)銘牌上的數(shù)值相一致。

2. 運行數(shù)據(jù)參數(shù)表

各項的意義如下：

—EXT1 COMMANDS 2 參數(shù)2表示電機(jī)的起停和方向由DI1,2控制。當(dāng)DI1=1時，電機(jī)運行，DI1=0時，電機(jī)停止，其中DI1由儀表的中間繼電器K2控制。DI2=1時，電機(jī)反轉(zhuǎn)，DI2=0時，電機(jī)正轉(zhuǎn)。由于實際中DI2未接線，所以DI2一直為零，電機(jī)在遠(yuǎn)程控制時只能正轉(zhuǎn)。

—EXT1/EXT2 SEL 6 參數(shù)6表示選擇由EXT1控制，EXT1的控制信號由參數(shù)1001和1103決定。

—EXT REF1 SELECT 6 參數(shù)6= DI3U,4D(R)，此信號模擬電動電位器，作為速度給定。DI3合=升速，“U”表示升速。DI4合=降速，“D”表示降速。(R)則表示接到停車信號時，給定值復(fù)位為0。給定速度變化的快慢由參數(shù)2204 ACCELER TIME 2控制。

—RELAY OUTPUT 1 3 參數(shù)3=FAULT(-1)(故障)，設(shè)備正常時吸合，故障時分?jǐn)唷?

—RELAY OUTPUT 2 2 參數(shù)2=RUN(運行)，ACS400 運行時繼電器動作

—AO CONTENT 102 顯示變頻器的輸出速度。

—FAULT RESET SEL 0 參數(shù)0=KEYPAD(只用鍵盤)，在鍵盤上復(fù)位故障。

由上面的參數(shù)設(shè)置及硬件連接可以分析如下：

由手/自動宏的特性可知，DI1=1表示變頻器運行在外部控制1控制下，此時起/停信號由DI1決定方向。由于P501電機(jī)不需要改變方向，故在硬件連接中DI2未接。電機(jī)速度大小由EXT REF1 SELECT 決定，在參數(shù)設(shè)置中，EXT REF1 SELECT 由DI3U,4D(R)表示，DI3U,4D(R)的大小來決定電機(jī)的轉(zhuǎn)速， 總之，PM501電機(jī)運行在EXT1作用下，起/停由DI1控制，速度由DI3,DI4控制，在實際的運行中運行正常且具有很好的調(diào)速效果。

三. 存在的缺陷及改進(jìn)建議

變頻器應(yīng)用了兩個開關(guān)量輸出點，繼電器1用來給儀表“變頻器故障”信號，繼電器2用來給儀表“變頻器運行”信號，這兩個信號輸進(jìn)到儀表PLC的輸進(jìn)模塊中?，F(xiàn)在我們給出的變頻器故障信號是一個常開接點，在參數(shù)設(shè)置中，1401(RELAY OUTPUT 1)參數(shù)設(shè)置成了3。此參數(shù)的意義是：當(dāng)變頻器正常時，繼電器1得電，它的常開接點閉合;而當(dāng)變頻器存在故障時，繼電器1失電，它的常開接點打開。因此當(dāng)變頻器正常時，我們給儀表的是一個常閉接點，儀表PLC輸進(jìn)模塊的“變頻器故障”輸進(jìn)點的指示燈常亮;當(dāng)變頻器故障時，我們給儀表的是一個常開接點，儀表PLC輸進(jìn)模塊的“變頻器故障”輸進(jìn)點的指示燈熄滅。而且儀表編制PLC程序時也必須對“變頻器故障”信號取非才能獲得正確的邏輯。因此無論在編程還是在直觀表示上，此信號的給出都存在一定缺陷。

根據(jù)變頻器的說明書中可以得知，參數(shù)1401為4時表示：當(dāng)變頻器正常時，繼電器1失電，它的常開接點打開，故障指示燈不顯示;而當(dāng)變頻器存在故障時，繼電器1帶電，它的常開接點閉合，故障指示燈顯示有故障。與參數(shù)1401為3時恰好相反，可以彌補上述所說的缺陷。而且改正的過程非常簡單，不需要進(jìn)行硬件接線的修改，只需更改一下參數(shù)的設(shè)置，因此此改進(jìn)完全可以實施。

其次，為防止變頻器輸出故障，影響裝置的運行，建議在主回路和二次控制回路上進(jìn)行改造，當(dāng)變頻器發(fā)生故障時，使之通過工頻、變頻轉(zhuǎn)換開關(guān)，使主回路轉(zhuǎn)換至工頻甩開變頻器，為電機(jī)的持續(xù)運行提供保障，使主回路轉(zhuǎn)換至工頻甩開變頻器，以便檢測變頻器，確認(rèn)其正常后，再轉(zhuǎn)換至變頻器控制。確保裝置的持續(xù)、安穩(wěn)運行。

四. 小結(jié)

隨著變頻器的發(fā)展，用變頻器對交流電動機(jī)也越來越普遍，而且它的調(diào)速效果也越來越好，專家猜測，交流變頻調(diào)速將逐步替換直流調(diào)速。因此，在今后變頻器將被大量使用，正確把握變頻器的原理及使用方法是非常重要的。在三聚很多電機(jī)的調(diào)速采用了變頻器調(diào)速。其中ACS400系列變頻器，調(diào)速效果很好，但在參數(shù)的設(shè)置上有一些復(fù)雜，完全可以簡化參數(shù)設(shè)置而且能夠完成控制要求。在上面的論述中也提出了一些建議，希看各位領(lǐng)導(dǎo)批評指正。http://www.ynele.com/