變頻器控制功能的參數選擇與典型應用
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隨著電力電子技術、自動控制技術、計算機技術的飛速發(fā)展，各類低壓變頻器的控制功能和控制技術性能得到了快速提升，相應地帶來了變頻器的各種控制功能和大量名目繁多的相關控制參數，參數的選擇與參數的設置就顯得相當的重要和復雜。那么，如何從應用場合需求的角度來選擇控制方式并正確的設置相關參數，就不再是建立在對參數的孤立記憶與理解之上了，而是要求技術人員有全面的系統(tǒng)分析與解決實際問題的能力。
通常，面對一個特定的變頻器應用場合，應按照：提出問題→分析問題→解決問題的思路進行，為此，首先要將應用需求和實際工礦環(huán)境信息、數據加以收集、整理（這實際上就是提出問題），避免實際需求功能的重復和遺漏，需求功能的遺漏會最終造成無法完整地實現目標，而需求功能的重復是一種表象，容易導入混亂，需要技術人員從功能性特征的角度去加以歸并；其次，將這些需求歸類為對變頻器功能指標的具體需求（這就是分析問題），這時還不需要考慮這些歸類后的需求到底要依靠哪個或哪些具體參數功能，而只需要考慮需求歸類的完整性、合理性與可行性，盡量減少需求歸類后各個功能需求中交叉現場的出現；最后，將歸類后的功能需求逐個分解為對變頻器某些特定的、具體的參數的設置需求（這就是解決問題），即按這些需求去尋找具體的參數功能，這樣當你在選擇變頻器時就能很快判斷該變頻器的選擇是否能滿足總體需求，而進一步知道該在這個變頻器上設置哪些具體的參數。
本文將從控制功能需求分析角度出發(fā)，力求通過對不同功能的需求分析，介紹如何來選擇控制方式、控制參數以及這些參數的功能設定。主要從提出問題、分析問題的角度進行設計方案規(guī)劃闡述，以期能夠獲得一些應用啟發(fā)，與大家商榷。
2 基本參數功能介紹
變頻器的變頻、變壓調節(jié)功能（也稱v/f特性）是其區(qū)別于其它電子設備的根本性特征，因此，頻率、電壓等相關參數是每個變頻器最基本的參數，撇開各自名稱的不同，其主要的基本參數如下：
?。?）基本頻率
是指變頻器輸出額定電壓時所對應的頻率值，有時也稱為額定頻率。通常按照圖1（a）所示的設置就可以滿足v/f特性需求，即將電機的額定數據（額定電壓380v、額定頻率50hz）作為該參數的值，這時斜線①的斜率k=380/50=7.6，它的v/f關系相當于直線方程v=7.6f。但也有例外，比如：當我們試圖使用一個變頻器去驅動1臺3相50hz ac220v的電機時，就需要按圖1（b）中的斜線②來設置而不能再按斜線①設置參數。
?。?）轉折頻率
是指變頻器在該轉折點的輸出電壓已經達到額定電壓參數所設置的電壓數值，在這點以后的輸出頻率運行段都不再增加其輸出電壓，即輸出電壓將維持在這個電壓值不變。在圖1（b）中，對于斜線①來說，其v/f的轉折頻率點是a點；對于斜線②來說，其v/f的轉折頻率點是c點。通常，我們將轉折頻率值設置與基本頻率值相同，以便在變頻器輸出頻率達到基本頻率后，使變頻器的輸出電壓維持在額定電壓不變。如圖1（a）所示。
?。?）啟動頻率
是指變頻器開始有電壓輸出時所對應的頻率。在變頻器啟動過程中，當變頻器的輸出頻率還沒達到啟動頻率設定值時，變頻器就不會輸出電壓。通常，為確保電機的啟動轉矩，可通過設定合適的啟動頻率來實現。
（4）上下限頻率
上限頻率、下限頻率有時也被分別稱為輸出頻率上限、輸出頻率下限。顧名思義，這個參數是對變頻器運行時輸出頻率的一種限制。需要注意的是，在變頻器啟動過程中，輸出頻率下限是不起作用的。例如：在圖1（a）中當變頻器正處于從e點到a點的啟動過程中時，盡管設置了輸出頻率下限d點，但ed段仍然有頻率和電壓輸出。只有當變頻器已經在da段運行時，就再也不能進入de段運行了。在圖1（c）中的h點就更直觀地反映了這種情況。輸出頻率上限值的設定將使變頻器的實際運行頻率輸出值永遠小于該設定值，哪怕是給定頻率值超越了上限輸出頻率，變頻器也不會出現實際輸出頻率超越上限輸出頻率限制的情況。通常情況下，我們設定“上限輸出頻率值≥額定頻率值”，如圖1（a）所示，這樣就可以實現電機在超越額定速度的狀態(tài)下運行。但，在圖1（d）中卻發(fā)現了“上限輸出頻率值≤額定頻率值”的相反情況。那么，在什么情形下才要這樣的參數設置應用呢？例如：對于一個輕負載和低啟動轉矩的“小馬拉大車”變轉矩負載應用系統(tǒng)或者對于揚程、流量等有輸出限定的節(jié)能控制應用場合。對于前者，只要“小馬”（變頻器標稱額定輸出功率小于電機的額定功率）能夠讓電機得以順利啟動，那么，就可以通過這種方法來使電機始終運行在其輸出功率小于等于變頻器標稱額定功率范圍內，從而達到“小馬拉大車”的應用實現。對于后者，可以作為“1+1≤1”的節(jié)能優(yōu)化控制判斷點（控制器通過對上限輸出頻率到達點的判斷，來決定此時是選擇繼續(xù)以單臺泵提升輸出頻率方式變頻運行，還是以2臺泵同時變頻運行），假定：有這樣的2套完全一樣的水泵電機，其電機額定功率為45kw，水泵額定流量320m3/h。若當前系統(tǒng)實際僅需要流量256m3/h，那么只需要1套水泵電機以40hz的頻率運行就可以滿足需求，此時，電機實際消耗功率約需要24kw。若此時系統(tǒng)實際需求流量需要增加到305m3/h時，那么該電機必須以約48hz的頻率運行來滿足此時的流量需求，那么，此時該電機實際消耗功率約為40kw。現在讓我們同樣在系統(tǒng)實際需求流量為305m3/h時，改變僅1#泵變頻運行的這種習慣，讓系統(tǒng)在需求流量大于288m3/h時就轉換為2套電機水泵系統(tǒng)同時變頻運行狀態(tài)，為了同樣達到305m3/h的實際系統(tǒng)流量需求，那么2套電機水泵系統(tǒng)就必須同時按輸出頻率約24hz的頻率運行，那么，此時2套水泵電機各自僅需要消耗約6kw的輸出功率，即累計消耗功率小于12kw。可見此時2套泵同時變頻運行要遠比單套水泵電機運行時所消耗的功率40kw要小很多。此就是“1+1≤1”的節(jié)能優(yōu)化運行控制。關于詳細的功率計算對比，請參閱本人發(fā)表在2005年05月的《變頻器世界》的“中央空調系統(tǒng)變頻節(jié)能改造控制技術的分析與實現”一文相關章節(jié)的內容。
除以上幾個與頻率相關的基本參數外，還有一個最大、最小頻率的概念，它是對應最大、最小頻率給定值的一個范疇參數，通常我們將以上幾個頻率參數都設定在這兩個參數的范圍內，如圖1（d）所示。
?。?）轉矩補償
變頻器將電機在一定時間內從靜止狀態(tài)驅動到一定的運轉速度，需要克服機械裝置的靜態(tài)轉矩阻力和運行加速度轉矩阻力。由于電機在低速時激磁電壓降低，為此，需要補償電機的欠激磁狀態(tài)，使電機低速運行時轉矩增強（v/f特性增強，也即v/f在低頻段的斜率增大），以此來克服這2種轉矩阻力。圖1（b）中的斜線③是對斜線①的轉矩補償作用后的結果。需要指出，轉矩補償值較大時，容易導致低速時電機發(fā)生過激磁狀態(tài)，按這種狀態(tài)連續(xù)運行時，電機可能會發(fā)生快速發(fā)熱現象，危害電機的安全運行；同時，轉矩補償值過大時，也容易產生啟動階段過壓甚至過流故障發(fā)生。轉矩補償值的大小應該以滿足電機啟動需求的最小值為較好。
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