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变频调速系统安装与调试技术讲座 | 变频器压频比设置与启停方式(二)

发布日期:2017-12-01 浏览次数:422
 6.2.1  变频调速系统启动方式

在变频调速系统中,电动机从较低转速升至较高转速的过程称为电动机的加速过程,电动机加速过程的极限状态是电动机的启动。变频器的控制命令包括控制电动机的启动、停止,电动机的运行方向:
 
①启动、停止。当变频调速系统准备就绪后(通电),变频器处于待机状态,电动机并没有运行。要使系统运行需给变频器一个启动命令。变频器有三种启动方式:操作面板;外部端子,可以是固定电平也可是脉冲信号或通信方式。可以根据实际情况,选择其中的任一种方式。变频器按正常方式启动后,变频器开环运行于设置频率,或闭环运行于被控量的期望值。变频器停止时和启动完全一样,只不过动作相反。
 
②电动机的运行方向。交流电动机是通过改变其输入三相电源任意两相的相序来改变其旋转方向的,在变频中只需给它一个电平信号自动调整三相电源任意两相的相序,从而改变电动机的旋转方向,采用模拟量给定的正、反转控制方式主要有两种:
 
l   由双极性给定信号控制,给定信号可“-”可“+”,正信号控制电动机正转,负信号控制电动机反转,如图6-8(a)所示。
 
 
l   由单极性给定信号控制,给定信号只有“+”值,由给定信号中间值作为电动机正转和反转的分界点,如图6-8(b)所示。
 
(1)工频启动
电动机工频启动是指电动机直接采用工频电源启动,也叫直接启动或全压启动。在电动机接通电源瞬间,电源频率为额定频率(50Hz),如图6-9(a)所示,电源电压为额定电压(380V),如图6-9(b)所示。由于电动机转子绕组与旋转磁场的相对速度很高,电动机转子电动势和电流都很大,从而定子电流也很大,一般可达电动机额定电流的(4~7)倍,如图6-9(c)所示。电动机工频启动存在的主要问题有:
 
 
①启动电流大。当电动机的容量较大时,其启动电流将对电网产生干扰,引起电网电压波动。
 
②对生产机械设备的冲击很大,影响机械设备的使用寿命。
 
(2)变频启动
电动机采用变频启动时,电动机电源的频率从最低频率(通常是0Hz)按预置的加速时间逐渐上升,如图6-10(a)所示。以4极电动机为例,假设在接通电源瞬间,将启动频率降至0.5Hz,则同步转速只有15r/min,转子绕组与旋转磁场的相对速度只有工频启动时的百分之一。电动机的输入电压也从最低电压开始逐渐上升,如图6-10(b)所示。

 
电动机转子绕组与旋转磁场的相对速度很低,故启动瞬间的冲击电流很小。因电动机电源的频率逐渐增大,电压开始逐渐上升,如在整个启动过程中,使同步转速n0与转子转速nM间的转差Δn限制在一定范围内,则启动电流也将限制在一定范围内,如图6-10(c)所示。因减小了启动过程中的动态转矩,加速过程将能保持平稳,减小了对生产机械的冲击。
 
6.2.2  启动频率

电动机开始启动时,并不从变频器输出为零开始加速,而是直接从某一频率下开始加速。电动机在开始加速瞬间,变频器的输出频率便是启动频率。启动频率是指变频器开始有电压输出时所对应的频率。在变频器启动过程中,当变频器的输出频率还没达到启动频率设置值时,变频器就不会输出电压。通常,为确保电动机的启动转矩,可通过设置合适的启动频率来实现。变频调速系统设置启动频率是为了满足部分生产机械设备实际工作的需要,有些生产机械设备在静止状态下的静摩擦力较大,电动机难以从从变频器输出为零开始启动,而在设置的启动频率下启动,电动机在启动瞬间有一定的冲力,使其拖动生产机械设备较易启动起来,系统设置了启动频率,电动机可以在启动时很快建立起足够的磁通,使转子与定子间保持一定的空气隙等。
 
启动频率的设置是为确保由变频器驱动的电动机在启动时有足够的启动转矩,避免电动机无法启动或在启动过程中过流跳闸。在一般情况下,启动频率要根据变频器所驱动负载的特性及大小进行设置,在变频器过载能力允许的范围内既要避开低频欠激磁区域,保证足够的启动转矩,又不能将启动频率设置太高,启动频率设置太高在电动机启动时造成较大的电流冲击甚至过流跳闸。变频调速系统设置启动频率的方式有:
 
①给定的信号略大于零(X=0+),此时变频器的输出频率即为启动频率fS,如图6-11(a)所示。

 
②设置一个死区区间XS,在给定信号X小于设置的死区区间XS时,变频器的输出频率为零,当给定信号X等于设置的死区区间XS时,变频器输出与死区区间XS对应的频率,如图6-11(b)所示。
 
启动频率的设置既要符合工艺要求,又要充分发挥变频器的潜力。在设置启动频率时要相应设置启动频率的保持时间,使电动机启动时的转速能够在启动频率的保持时间内达到一定的数值后再开始随变频器输出频率的增加而加速,这样可以避免电动机因加速过快而跳闸。在一般情况下只要能合理设置启动频率和启动频率保持时间这两个参数即可满足电动机的启动要求。
 
在实际调试过程中,常有这样的情况,在电动机启动困难或电动机在启动过程中过流跳闸时,采取的措施是重新设置在低频段有更大转矩提升的转矩提升曲线,甚至是将变频器的允许过载能力调大,来解决电动机启动中存在的问题。这样电动机虽然能比较好的启动,但所选择的转矩提升曲线不能工作在相对最佳的状态,可能使电动机运行在过激磁状态,从而使电动机发热、无功损耗增加,功率因数降低,而调大变频器所允许的过载能力,则可能使变频器或电动机失去应有的保护。在启动过程中存在的难启动或过流跳闸的问题,可采用合理设置启动频率参数来解决。
 
不同启动方式的速度上升曲线如图6-12所示,可根据实际启动要求选择。图6-12中曲线①适合于需要维持一段低速运转的启动场合;图4-16中曲线②适合于需要有一定冲击的启动场合。对于大惯性负载,要求零速启动,例如风机有可能启动的瞬间正在旋转,会有大的冲击启动电流,因此,先要直流制动,在启动程序设置时应注意,否则有可能损坏变频器。当启动和停止过程中变频器电流偏大,甚至发生过流保护,可延长升降速时间,但一般只要不过流,升降速时间应尽量短以提高效率。
 
 
6.2.3  变频调速系统的停机方式

变频调速系统中的电动机可以设置的停机方式有:
①减速停机。即按预置的减速时间和减速方式停机,在减速过程中,电动机处于再生制动状态。
 
②自由制动。变频器通过停止输出来停机,此时,电动机的电源被切断,拖动系统处于自由制动状态。由于停机时间的长短由拖动系统的惯性决定,故称为惯性停机。在惯性停机时应注意不应在电动机未真正停止时就启动,如要启动应先制动,待电动机停稳后再启动。这是因启动瞬间电动机转速(频率)与变频器输出频率差距太大,会使变频器电流过大而损坏变频器的功率管。
 
③减速加直流制动。首先按预置的减速时间减速,然后转为直流制动,直至停机。
 
④异常停机功能。当生产机械发生紧急情况时,将发出紧急停机信号。对此,有的变频器设置了专门用于处理异常情况的功能。在异常停机过程,变频器的操作信号都将无效。
 
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