變頻器v/f控制方式詳解

時(shí)間：2020-01-05作者：臺(tái)州富川電氣有限公司瀏覽：3112

　我們知道，變頻器v/f控制的基本思想是u/f=c，因此定義在頻率為fx時(shí)，ux的表達(dá)式為ux/fx=c，其中c為常數(shù)，就是“壓頻比系數(shù)”。圖1中所示就是變頻器與的基本運(yùn)行v/f曲線,矢量變頻器。

　　由圖1可以看出，當(dāng)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行頻率**一定值時(shí)，變頻器的輸出電壓不再能隨頻率的上升而上升，我們就將該特定值稱(chēng)之為基本運(yùn)行頻率，用fb表示。也就是說(shuō)，基本運(yùn)行頻率是指變頻器輸出較高電壓時(shí)對(duì)應(yīng)的較小頻率。在通常情況下，基本運(yùn)行頻率是電動(dòng)機(jī)的額定頻率，如電動(dòng)機(jī)銘牌上標(biāo)識(shí)的50hz或60hz。同時(shí)與基本運(yùn)行頻率對(duì)應(yīng)的變頻器輸出電壓稱(chēng)之為較大輸出電壓，用vmax表示。

　　當(dāng)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行頻率**過(guò)基本運(yùn)行頻率fb后，u/f不再是一個(gè)常數(shù)，而是隨著輸出頻率的上升而減少，電動(dòng)機(jī)磁通也因此減少，變成“弱磁調(diào)速”狀態(tài)。

　　基本運(yùn)行頻率是決定變頻器的逆變波形占空比的一個(gè)設(shè)置參數(shù)，當(dāng)設(shè)定該值后，變頻器cpu將基本運(yùn)行頻率值和運(yùn)行頻率進(jìn)行運(yùn)算后，調(diào)整變頻器輸出波形的占空比來(lái)達(dá)到調(diào)整輸出電壓的目的。因此，在一般情況下，不要隨意改變基本運(yùn)行頻率的參數(shù)設(shè)置，如確有必要，一定要根據(jù)電動(dòng)機(jī)的參數(shù)特性來(lái)適當(dāng)設(shè)值，否則，容易造成變頻器過(guò)熱、過(guò)流等現(xiàn)象。

1　預(yù)定義的v/f曲線和用戶自定義v/f曲線

　　由于電動(dòng)機(jī)負(fù)載的多樣性和不確定性，因此很多變頻器廠商都推出了預(yù)定義的v/f曲線和用戶自定義的任意 v/f曲線。

　　預(yù)定義的v/f曲線是指變頻器內(nèi)部已經(jīng)為用戶定義的各種不同類(lèi)型的曲線。如艾默生ev2000變頻器有三種特定曲線（圖2a），曲線1為2.0次冪降轉(zhuǎn)矩特性、曲線2為1.7次冪降轉(zhuǎn)矩特性、曲線為1.2次冪降轉(zhuǎn)矩特性。羅克韋爾ab powerflex 400變頻器有4種定義的曲線（如圖2b），其定義的方式是在電動(dòng)機(jī)額定頻率一半（即50％fn）時(shí)的輸出電壓是電動(dòng)機(jī)額定電壓的30％時(shí)（即30％vn）為曲線1，35％vn為曲線2，40％vn為曲線3，vn為曲線4。這些預(yù)定義的v/f曲線非常適合在可變轉(zhuǎn)矩（如典型的風(fēng)機(jī)和泵類(lèi)負(fù)載）中使用，用戶可以根據(jù)負(fù)載特性進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到較優(yōu)的節(jié)能效果。

　　對(duì)于其他特殊的負(fù)載，如同步電動(dòng)機(jī)，則可以通過(guò)設(shè)置用戶自定義v/ f曲線的幾個(gè)參數(shù)，來(lái)得到任意v/ f曲線，從而可以適應(yīng)這些負(fù)載的特殊要求和特定功能。自定義v/ f曲線一般都通過(guò)折線設(shè)定，典型的有三段折線和兩段折線。

用戶自定義v/f曲線

　　以三段折線設(shè)定為例，如圖3所示，f通常為變頻器的基本運(yùn)行頻率，在某些變頻器中定義為電動(dòng)機(jī)的額定頻率，;v通常為變頻器的較大輸出電壓，在某些變頻器中定義為電動(dòng)機(jī)的額定電壓。如果較大輸出電壓等于額定電壓或者基本運(yùn)行頻率等于額定頻率，則兩者是一回事，如果兩者之間數(shù)值不相等，就**根據(jù)變頻器的用戶手冊(cè)來(lái)確定具體的數(shù)據(jù)。圖中給出了三個(gè)中間坐標(biāo)數(shù)值，即（f1，v1）、（f2，v2）、（f3，v3），用戶只需填入相應(yīng)的電壓值或電壓百分比以及頻率值或頻率百分比即可。如果將其中的兩點(diǎn)重合就可以看成是二段折線設(shè)定。

　　雖然用戶自定義v/f曲線可以任意設(shè)定，但是一旦數(shù)值設(shè)定不當(dāng)，就會(huì)造成意外故障。比如說(shuō)低頻時(shí)轉(zhuǎn)矩提升電壓過(guò)高，造成電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)低頻抖動(dòng)。所以，v/f曲線特性**以滿足電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行為前提條件。

2　v/f曲線轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償

　　變頻器在啟動(dòng)或較低速運(yùn)行時(shí)，根據(jù)v/f曲線，電動(dòng)機(jī)在低頻時(shí)對(duì)應(yīng)輸出的電壓較低，轉(zhuǎn)矩受定子電阻壓降的影響比較顯著，這就導(dǎo)致勵(lì)磁不足而使電動(dòng)機(jī)不能獲得足夠的旋轉(zhuǎn)力，因此需要對(duì)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行補(bǔ)充補(bǔ)償，這稱(chēng)為轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償。通常的做法是對(duì)輸出電壓做一些提升補(bǔ)償，以補(bǔ)償定子電阻上電壓降引起的輸出轉(zhuǎn)矩?fù)p失，從而改善電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。

　　圖4中，v0表示手動(dòng)轉(zhuǎn)矩提升電壓、vmax表示較大輸出電壓、f0表示轉(zhuǎn)矩提升的截止頻率、fb表示基本運(yùn)行頻率。

　　對(duì)于v0的設(shè)置原則一般有以下幾點(diǎn):
    （1）當(dāng)電動(dòng)機(jī)與變頻器之間的距離太遠(yuǎn)時(shí)，由于線路壓降增大，應(yīng)適當(dāng)增大v0值;
    （2）當(dāng)電動(dòng)機(jī)容量小于變頻器額定容量時(shí)，由于此容量電動(dòng)機(jī)的繞組電阻比大容量電動(dòng)機(jī)大，電阻壓降也大，應(yīng)適當(dāng)增大v0值;
    （3）當(dāng)電動(dòng)機(jī)抖動(dòng)厲害時(shí)，說(shuō)明轉(zhuǎn)矩過(guò)大，轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償增益調(diào)得過(guò)高，應(yīng)適當(dāng)減小v0值。

　　這里**避免這樣一個(gè)誤區(qū):即使提高很多輸出電壓，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩并不能和其電流相對(duì)應(yīng)的提高。這是因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)電流包含電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩分量和其它分量（如勵(lì)磁分量）。

　　關(guān)于截止頻率f0，在有些變頻器中是固定的頻率值，如abb acs550變頻器f0＝20hz、羅克韋爾ab powerflex 400變頻器f0＝25hz;有些變頻器是可以設(shè)置的，如艾默生ev2000變頻器f0=0～50%基本運(yùn)行頻率。

　　轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償可以根據(jù)變頻器的參數(shù)設(shè)置選擇手動(dòng)和自動(dòng)，如手動(dòng)設(shè)置則允許用戶v0在0－20%或30％umax之間任意設(shè)定，如自動(dòng)設(shè)置則是變頻器根據(jù)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中的力矩情況進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償，其參數(shù)是隨著負(fù)載變化而更改的。


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