變頻器壓頻比的正確設(shè)定

隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，變頻器調(diào)速已成為交流調(diào)速的主流，在化纖、紡織、鋼鐵、機(jī)械、造紙等行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。由于通用變頻器一般采用V/f控制，即變壓變頻（VVVF）方式調(diào)速，因此，變頻器在使用前正確地設(shè)定其壓頻比，對(duì)保證變頻器的正常工作至關(guān)重要。變頻器的壓頻比由變頻器的基準(zhǔn)電壓與基準(zhǔn)頻率兩項(xiàng)功能參數(shù)的比值決定，即基準(zhǔn)電壓/基準(zhǔn)頻率=壓頻比。 基準(zhǔn)電壓與基準(zhǔn)頻率參數(shù)的設(shè)定，不僅與電動(dòng)機(jī)的額定電壓與額定頻率有關(guān)（電機(jī)的壓頻比為電機(jī)的額定電壓與額定頻率之比），而且還必須考慮負(fù)載的機(jī)械特性。對(duì)于普通異步電機(jī)在一般調(diào)速應(yīng)用時(shí)，其基準(zhǔn)電壓與基準(zhǔn)頻率按出廠值設(shè)定（基準(zhǔn)電壓380V，基準(zhǔn)頻率50Hz），即滿足使用要求。但對(duì)于某些行業(yè)使用的較特殊的電機(jī)，就必須根據(jù)實(shí)際情況重新設(shè)定基準(zhǔn)電壓與基準(zhǔn)頻率的參數(shù)。由于變頻器使用說(shuō)明書(shū)以及有關(guān)書(shū)籍中沒(méi)有對(duì)這兩個(gè)參數(shù)作詳細(xì)介紹，因此正確的設(shè)定該參數(shù)對(duì)于不少使用者來(lái)說(shuō)，并非很容易的事。為此，本文結(jié)合變頻調(diào)速的基本控制方式及負(fù)載的機(jī)械特性與基準(zhǔn)電壓、基準(zhǔn)頻率參數(shù)的關(guān)系，列舉實(shí)例，詳細(xì)說(shuō)明基準(zhǔn)電壓與基準(zhǔn)頻率參數(shù)的設(shè)定方法。

二、變頻調(diào)速的基本控制方式與基準(zhǔn)電壓、基準(zhǔn)頻率的關(guān)系

電機(jī)用變頻器調(diào)速時(shí)有兩種情況--基頻（基準(zhǔn)頻率）以下調(diào)速和基頻以上調(diào)速（見(jiàn)圖1）。必須考慮的重要因素是：盡量保持電機(jī)主磁通為額定值不變。如果磁通過(guò)弱（電壓過(guò)低），電機(jī)鐵心不能得到充分利用，電磁轉(zhuǎn)矩變小，負(fù)載能力下降。如果磁通過(guò)強(qiáng)（電壓過(guò)高），電機(jī)處于過(guò)勵(lì)磁狀態(tài)，電機(jī)因勵(lì)磁電流過(guò)大而嚴(yán)重發(fā)熱。根據(jù)電機(jī)原理可知，三相異步電機(jī)定子每相電動(dòng)勢(shì)的有效值 ：

E₁=4.44f₁N₁Φ_m

式中 ：E₁--定子每相由氣隙磁通感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)的有效值，V ；f₁--定子頻率，Hz；N₁——定子每相繞組有效匝數(shù) ；Φ_m-每極磁通量

由式中可以看出，Φ_m的值由E₁/f₁決定，但由于E₁難以直接控制，所以在電動(dòng)勢(shì)較高時(shí)，可忽略定子漏阻抗壓降，而用定子相電壓U₁代替。那么要保證Φ_m不變，只要U₁/f₁始終為一定值即可。這是基頻以下調(diào)時(shí)速的基本情況，為恒壓頻比（恒磁通）控制方式，屬于恒轉(zhuǎn) 矩調(diào)速。從圖1可以看出，基準(zhǔn)頻率為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速區(qū)的最高頻率，基準(zhǔn)頻率所對(duì)應(yīng)的電壓為即為基準(zhǔn)電壓，是恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速區(qū)的最高電壓，在基頻以下調(diào)速時(shí)，電壓會(huì)隨頻率而變化，但兩 者的比值不變。

圖1 基準(zhǔn)電壓、基準(zhǔn)頻率與變頻調(diào)速控制特性

在基頻以上調(diào)速時(shí)，頻率從基頻向上可以調(diào)至上限頻率值，但是由于電機(jī)定子不能超過(guò) 電機(jī)額定電壓，因此電壓不再隨頻率變化，而保持基準(zhǔn)電壓值不變，這時(shí)電機(jī)主磁通必須隨頻率升高而減弱，轉(zhuǎn)矩相應(yīng)減小，功率基本保持不變，屬于恒 功率調(diào)速區(qū)。由圖1可見(jiàn)，基準(zhǔn)頻率為恒功率調(diào)速區(qū)的頻率，是恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速區(qū)與恒功率調(diào)速區(qū)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，而基準(zhǔn)電壓值在整個(gè)恒功率調(diào)速區(qū)內(nèi)不再隨頻率變化而改變。

三、負(fù)載的機(jī)械特性與基準(zhǔn)電壓，基準(zhǔn)頻率的設(shè)定

合理地使用變頻器，必須了解所驅(qū)動(dòng)負(fù)載的機(jī)械特性。 根據(jù)不同的使用目的，負(fù)載基本上可分為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、恒功率負(fù)載以及平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載等三類(lèi)。恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載其所需轉(zhuǎn)矩基本不受速度變化的影響（T=定值），對(duì)于該類(lèi)負(fù)載，變頻器的整個(gè)工作區(qū)最好運(yùn)行在基頻以下，這時(shí)變頻器的輸出特性正好能滿足負(fù)載的要求。恒功率負(fù)載在轉(zhuǎn)速越高時(shí)，所需轉(zhuǎn)矩越小（T×N=定值），對(duì)于恒功率負(fù)載來(lái)說(shuō)，電機(jī)的工作頻率若運(yùn)行在基頻以上，其所要求的機(jī)械特性將與變頻器的輸出特性相吻合。至于平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，它所要求的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比（T/N²=定值），電機(jī)應(yīng)運(yùn)行在基頻以下較為合理。需要注意的是：平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載的工作頻率絕不能超過(guò)工頻（除非變頻器容量大一個(gè)等級(jí)）。否則變頻器與電機(jī)將嚴(yán)重過(guò)載。

四、設(shè)定實(shí)例

例一 ：一臺(tái)化纖紡絲計(jì)量泵電機(jī)型號(hào)為FTY-550-6，既550W 6極三相永磁同步電動(dòng)機(jī)。銘牌參數(shù)如下：工作電壓：62.5 - 125 - 475V。工作頻率：25 - 50 - 190HZ，電機(jī)功率：275 - 550 - 2090W，轉(zhuǎn)速：500 - 1000 - 3800R/min，電流：4A。其工作范圍較寬，銘牌參數(shù)與一般異步電動(dòng)機(jī)不同，左邊的數(shù)值為電機(jī)正常工作時(shí)（不失步）的下限，右邊數(shù)值為電機(jī)正常工作時(shí)的最大值，中間值為額定值（50HZ）。該電機(jī)壓頻比為125V/50HZ=2.5，使用三 墾SAMCO-I 1HF1.5K變頻器。若只按電機(jī)參數(shù)設(shè)定，電機(jī)的額定電壓與額定頻率值既為變頻器的基準(zhǔn)電壓與基準(zhǔn)頻率值，基準(zhǔn)電壓（代碼為CD005）設(shè)為125V，基準(zhǔn)頻率（CD006）為50HZ（出廠值）不變，這樣設(shè)定，電機(jī)工作在基頻以下時(shí)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)計(jì)量泵毫無(wú)問(wèn)題，但計(jì)量泵屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，若在計(jì)量泵要求 較高轉(zhuǎn)速（如90HZ）時(shí)，那么頻率雖然可調(diào)至90HZ，但此時(shí)電機(jī)工作電壓仍為125V，實(shí)際壓額比為125/90HZ=1.39，如圖2a，電磁轉(zhuǎn)矩變小，無(wú)法提供負(fù)載所需轉(zhuǎn)矩，使計(jì)量泵不能正常工作。正確的設(shè)定應(yīng)為：CD005=475V，CD006=190HZ，在這里基準(zhǔn)電壓雖設(shè)為475V，但由于變頻器不具有升壓功能，其實(shí)際輸出電壓由輸入電壓的最大值決定，所以這樣設(shè)定只對(duì)增大V/F圖形的斜率有效，并不真能達(dá)到475V。因此也可以這樣設(shè)定：CD005=380V，CD006=152HZ，變頻器的壓頻比仍為380V/152HZ=2.5不變，見(jiàn)圖2b，電機(jī)整個(gè)工作段都處于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速范圍，滿足了負(fù)載特性的要求。

圖2 例一 電壓 - 頻率曲線

例2：一臺(tái)紡織用三相異步調(diào)速電動(dòng)機(jī)，額定功率60W，額定電壓110V，額定頻率50HZ，調(diào)速范圍40-110HZ，額定電流0。34A，4極，因此該電機(jī)的壓頻比為110V/50HZ=2。2。所驅(qū)動(dòng)負(fù)載為恒功率特性。驅(qū)動(dòng)變頻器原來(lái)準(zhǔn)備用富士FRN1。5G11S-4CX（驅(qū)動(dòng)六臺(tái)電機(jī)）但該變頻器的基準(zhǔn)電壓（富士變頻器額定電壓）只能調(diào)到320V，根據(jù)電機(jī)的壓頻比，要保證電機(jī)運(yùn)行在50HZ時(shí)工作電壓為110V，電機(jī)能正常工作。但該負(fù)載工作轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍較寬，如果要求運(yùn)行在110HZ那么此時(shí)電機(jī)電壓將達(dá)到242V，如圖3A，高出額定電壓一倍多，其結(jié)果可想而知。若以110HZ時(shí)電機(jī)工作電壓為110V來(lái)設(shè)定，則設(shè)額定電壓為320V，基準(zhǔn)頻率為320HZ，那么電機(jī)運(yùn)行在110HZ時(shí)，電壓正好為電機(jī)額定電壓。但這時(shí)變頻器的壓頻比為320V/320HZ=1，因此在電機(jī)運(yùn)行于40HZ時(shí)，其電壓僅為40V，顯然沒(méi)有足夠的功率驅(qū)動(dòng)負(fù)載。所以該型富士變頻器不能滿足使用要求。改用三星SAMCO-I IHF1.5K變頻器，設(shè)基準(zhǔn)電壓CD005=110V，基準(zhǔn)頻率CD006=50HZ，這樣電機(jī)從50-110HZ調(diào)速時(shí)其電壓值保持在110V不變，如圖3b，電機(jī)工作在恒功率調(diào)速區(qū)，與負(fù)載的機(jī)械特性相符，不會(huì)再有超過(guò)電機(jī)額定電壓或功率不足的現(xiàn)象發(fā)生。

圖3 例二 電壓 - 頻率曲線