變頻器應(yīng)用時(shí)的12個(gè)技巧

　　1）信號(hào)線及控制線應(yīng)選用屏蔽線，這樣對防止干擾有利。當(dāng)線路較長時(shí)，例如距離躍100 m，導(dǎo)線截面應(yīng)放大些。信號(hào)線及控制線不要與動(dòng)力線放置在同一電纜溝或橋架中，以免相互干擾，最好穿管放置，這樣更合適。

　　2）傳輸信號(hào)以選用電流信號(hào)為主，因電流信號(hào)不容易衰減，亦不容易受干擾。實(shí)際應(yīng)用中傳感器輸出的信號(hào)是電壓信號(hào)，可以通過變換器將電壓信號(hào)變換成電流信號(hào)。

　　3）變頻器閉環(huán)控制一般都是正作用的，即輸入信號(hào)大，輸出量亦大（例如中央空調(diào)制冷工作時(shí)及一般壓力、流量、溫度等控制時(shí)）。但亦有反作用的，即輸入信號(hào)大，輸出量反?。ɡ缰醒肟照{(diào)在制熱工作時(shí)以及供熱站的取暖熱水泵）。閉環(huán)控制如圖1所示。

　　4）在閉環(huán)控制時(shí)能選用壓力信號(hào)的，就不要選用流量信號(hào)。這是因?yàn)閴毫π盘?hào)傳感器價(jià)格低，安裝容易，工作量小，調(diào)試方便。但工藝過程有流量配比要求的，且要求精確時(shí)，那就必須選用流量控制器，并根據(jù)實(shí)際的壓力、流量、溫度、介質(zhì)、速度等來選用合適的流量計(jì)（例如電磁式、靶式、渦街式、孔板式等）。

　　5）變頻器內(nèi)置的PLC、PID功能適合用于信號(hào)變動(dòng)量較小、較穩(wěn)定的系統(tǒng)。但由于內(nèi)置的PLC、PID功能在工作時(shí)只調(diào)時(shí)間常數(shù)，所以難以得到較為滿意的過度過程要求，而且調(diào)試比較費(fèi)時(shí)。

　　另外這種調(diào)節(jié)不是智能的，故一般不經(jīng)常采用，而是選用外置的智能化的PID 調(diào)節(jié)器。例如日本富士PXD 系列、廈門安東等，十分方便。使用時(shí)只要設(shè)置SV（上限值），工作時(shí)有PV（運(yùn)行值）指示，又是智能化，保證具有最佳的過渡過程條件，使用較為理想。關(guān)于PLC，可按控制量的性質(zhì)、點(diǎn)數(shù)、數(shù)字量、模擬量、信號(hào)處理等要求，選用外置PLC 的各種品牌，例如西門子的S7-400、S7-300、S7-200等。

　　6）信號(hào)變換器在變頻器外圍電路中亦被經(jīng)常用到，一般由霍爾元件加電子線路組成。按信號(hào)變換和處理方式可分為電壓變電流、電流變電壓、直流變交流、交流變直流、電壓變頻率、電流變頻率、一進(jìn)多出、多進(jìn)一出、信號(hào)疊加、信號(hào)分路等各種變換器。例如深圳的圣斯?fàn)朇E-T 系列電量隔離傳感器/變送器，應(yīng)用十分方便。國內(nèi)類似產(chǎn)品不少，用戶可按需要自行選擇應(yīng)用。

　　7）變頻器在應(yīng)用時(shí)往往要配外圍電路，其方式常有：

　?。?）由自制繼電器等控制元件組成的邏輯功能電路；

　　（2）買現(xiàn)成的單元外置電路（例如日本三菱公司的）；

　?。?）選用簡易可編程控制器LOGO（國外、國內(nèi)都有此產(chǎn)品）；

　?。?）使用變頻器不同功能時(shí)，可選用功能卡（例如日本三墾變頻器）；

　?。?）選用中小型可編程序控制器。

　　8）多臺(tái)水泵并聯(lián)恒壓供水（例如城市自來水廠的清水泵、中大型水泵站、供熱水中心站等）的變頻技術(shù)改造方案常見的有以下兩種。

　　按使用經(jīng)驗(yàn)，方案（1）節(jié)省初投資，但節(jié)能效果差。起動(dòng)時(shí)先起動(dòng)變頻器至50 Hz 后，再起動(dòng)工頻，后轉(zhuǎn)入節(jié)能控制。供水系統(tǒng)中只有采用變頻器拖動(dòng)的水泵，壓力略小些，系統(tǒng)存在湍流現(xiàn)象，有損耗。

　　方案（2）投資較大，但比方案（1）多節(jié)能20%，猿臺(tái)泵壓力一致，無湍流損耗，效果更佳。

　　9）多臺(tái)水泵并聯(lián)恒壓供水時(shí)采用信號(hào)串聯(lián)方式只用一個(gè)傳感器，其優(yōu)點(diǎn)如下。

　?。?）節(jié)省成本。只要一套傳感器及PID，如圖4所示。

　　（2）因只有一個(gè)控制信號(hào)，所以輸出頻率一致，即同頻率，這樣壓力亦一致，不存在湍流損耗。

　　（3）恒壓供水時(shí)，當(dāng)流量變化，泵的開動(dòng)臺(tái)數(shù)通過PLC 控制隨之變化。最少時(shí)1 臺(tái)，中等量時(shí)2臺(tái)，較大量時(shí)3 臺(tái)。當(dāng)變頻器不工作停機(jī)時(shí)，電路（電流）信號(hào)是通路的（有信號(hào)流入，無輸出電壓、頻率）。

　?。?）更有利的是，因?yàn)橄到y(tǒng)只有一個(gè)控制信號(hào)，即使3 臺(tái)泵投入不同，但工作頻率卻相同（即同步），壓力亦一致，這樣湍流損耗為零，亦即損耗最小，所以節(jié)電效果最佳。

　　10）減小基底（基本頻率）是提高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩最有效的方式。原理分析如下。

　?。?）為什么減小基底頻率提高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩是最有效的呢？具體如表1 所列。

　　由表1知，由于起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大幅度提高，所以一些難以起動(dòng)的設(shè)備，例如擠出機(jī)、清洗機(jī)、甩干機(jī)、混料機(jī)、涂料機(jī)、混合機(jī)、大型風(fēng)機(jī)、水泵、羅茨鼓風(fēng)機(jī)等均能順利起動(dòng)了。這比通常提高起動(dòng)頻率進(jìn)行起動(dòng)效果明顯。使用此法再配合由重載變輕載措施，提高電流保護(hù)到最大值，幾乎一切設(shè)備都能起動(dòng)了。因此說采用減小基底頻率來提高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩是最有效的，亦是最方便的辦法。

　?。?）在應(yīng)用此條件時(shí)基底頻率減小不一定非要一下降至30 Hz?？刹捎妹? Hz逐步進(jìn)行下降，下降到達(dá)的頻率只要能起動(dòng)系統(tǒng)就行。

　　（4）基底頻率下限不要低于30 Hz。從轉(zhuǎn)矩看，下限越低轉(zhuǎn)矩越大。但亦要考慮，電壓上升過快，動(dòng)態(tài)du/dt過大時(shí)對IGBT有損傷。實(shí)際使用結(jié)果是，在50 Hz下降到30 Hz 的范圍時(shí)可安全放心地使用此提升轉(zhuǎn)矩的措施。

　?。?）有人擔(dān)心，例如下降基底頻率為30 Hz 時(shí)電壓已達(dá)380 V。那么當(dāng)正常工作有可能需要達(dá)到50 Hz 時(shí)，是否輸出電壓躍380 V，這樣電動(dòng)機(jī)受不了，回答是這樣的現(xiàn)象是不會(huì)發(fā)生的。

　?。?）有人擔(dān)心如下降基底為30 Hz 時(shí)，電壓已達(dá)380 V。那么正常工作有可能需要達(dá)50 Hz 時(shí)輸出頻率是否可達(dá)額定頻率50 Hz，回答是輸出頻率當(dāng)然可以達(dá)到50 Hz。

　?。?）以上（5）（6）兩條由軟件編寫過程決定。使用過程已證實(shí)了，這兩點(diǎn)盡可放心。

　　11）動(dòng)壓、靜壓、全壓三者間關(guān)系如下。

　?。?）靜壓是水泵出水口壓力直至最高點(diǎn)時(shí)所需壓力（揚(yáng)程），一般每10 m高水柱是1 kg水壓。

　　（2）動(dòng)壓是水流動(dòng)過程中，液體與管壁、閥門（調(diào)節(jié)閥、制回閥、減壓閥等）、同一斷面不同層存在的流速差所引起的阻力所造成的壓力降，這部分計(jì)算很困難，按實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，動(dòng)壓臆20%（最大時(shí)）靜壓值。

　　（3）全壓越（靜壓+動(dòng)壓）臆1.2 靜壓。

　　（4）水泵一定要設(shè)定下限頻率約在30 Hz，否則易把封閉管內(nèi)水抽空。因大量空氣溶入水中，待起動(dòng)水泵時(shí)，易產(chǎn)生氣室，形成高壓危險(xiǎn)。

　　12）經(jīng)驗(yàn)值與經(jīng)濟(jì)值介紹如下。

　　應(yīng)用變頻器對各種設(shè)備來說實(shí)現(xiàn)節(jié)電是可行的，這已有很多現(xiàn)實(shí)成功案例證實(shí)。

　?。?）經(jīng)驗(yàn)值是較保守的，而且有較大富裕度，不是最經(jīng)濟(jì)的，有潛力可挖。使用經(jīng)驗(yàn)值時(shí)按現(xiàn)場實(shí)際布置，使用工況參數(shù)，要有一定的變動(dòng)，以不影響正常使用為下限條件。這是有可能實(shí)現(xiàn)節(jié)能的前提。

　?。?）經(jīng)濟(jì)值是以滿足系統(tǒng)下限條件為原則，把經(jīng)驗(yàn)值適度下降，挖掘潛力來實(shí)現(xiàn)節(jié)能功效。若使用工況參數(shù)不變，節(jié)能從何說起？況且變頻器本身不是能源的發(fā)生器械（發(fā)電機(jī)、蓄電池、太陽能），其自身效率很高，在97豫耀98%，但總還存在損耗，為2豫耀3豫。

　　作者簡介：

　　張選正（1935-），男，1956 年上海電機(jī)學(xué)院本科畢業(yè)，畢業(yè)后一直從事變頻技術(shù)方面的工作。1995 年退休后，擔(dān)任國內(nèi)外多家變頻器應(yīng)用公司的技術(shù)支持、技術(shù)顧問，做變頻節(jié)能方面的工作。