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　變頻技術(shù)是應(yīng)交流電機(jī)無級(jí)調(diào)速的需要而誕生的。20世紀(jì)60年代后半期開始, 電力電子器件的更新促使電力變換技術(shù)的不斷發(fā)展。20世紀(jì)70年代開始，脈寬調(diào)制變壓變頻(PWM-VVVF)調(diào)速研究引起了人們的高度重視。20世紀(jì)80年代，作為變頻技術(shù)核心的PWM模式優(yōu)化問題吸引著人們的濃厚興趣, 并得出諸多優(yōu)化模式，其中以鞍形波PWM模式效果最佳。20世紀(jì)80年代后半期開始, 美、日、德、英等發(fā)達(dá)國家的VVVF變頻器已投入市場并廣泛應(yīng)用。
　　變頻器作為一門日趨成熟新技術(shù)和它完善的功能，實(shí)際應(yīng)用也越為廣泛，對(duì)提產(chǎn)增效、節(jié)約能源、提高經(jīng)濟(jì)效益發(fā)揮了重要作用。在近幾年，隨著制藥裝備技術(shù)水平的不斷提高，變頻器在制藥裝備上也得到極為廣泛的應(yīng)用。
1變頻器的主要功能
1．1 變頻器的控制功能
1.1.1 程序控制功能
1.1.1．1由外控信號(hào)的狀態(tài)進(jìn)行控制：整個(gè)工作過程全部由連接至變頻器輸入控制端的外控信號(hào)決定，變頻器只需預(yù)置好各擋的轉(zhuǎn)速及升速時(shí)間。
1.1.1．2由變頻器自動(dòng)切換：即由變頻器內(nèi)的程序控制功能自動(dòng)完成工作過程，變頻器須預(yù)置的項(xiàng)目有：
a．各程序的運(yùn)行方式：包括正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、升速、降速停止等；
b．程序步之間的切換：規(guī)定本程序完成后應(yīng)轉(zhuǎn)入的程序步號(hào)，決定切換程序步的依據(jù)，可以由變頻器內(nèi)部的計(jì)時(shí)器決定，也可以由外接控制信號(hào)決定。
1.1.2 PID調(diào)節(jié)功能
根據(jù)“目標(biāo)值”給定方式的不同，大致有兩種情形：
1.1.2.1 鍵盤給定方式
a．接線特點(diǎn)：將反饋信號(hào)接至變頻器的外接給定端或反饋信號(hào)輸入端即可；
b．給定方法：由鍵盤輸入目標(biāo)值的百分?jǐn)?shù)。
1.1.2.2 外接給定方式
a．接線特點(diǎn)：將目標(biāo)給定信號(hào)接至外接給定端，而把反饋信號(hào)接至輔助給定端或反饋信輸入端；
b．給定方法：由外接電位器進(jìn)行目標(biāo)值的給定
1．2 升速和降速功能
1.2.1升速功能
1.2.1.1 升速過程：變頻調(diào)速系統(tǒng)中，起動(dòng)和升速過程是通過逐漸升高頻率來實(shí)現(xiàn)的。
1.2.1.2 可供選擇的升速功能：
1.2.1.2.1 升速時(shí)間：給定頻率從0 Hz上升至基底頻率 ，所需的時(shí)間。升速時(shí)間越短，頻率上升越快，越容易“過流”。
1.2.1.2.2 升速方式：主要有三種
a．線性方式：頻率與時(shí)間成線性關(guān)系；
b．S形方式：開始和結(jié)束階段，升速的過程比較緩慢，中間階段按線性方式；
c．半S形方式：升速過程呈S形。
1.2.1.2.3與起動(dòng)有關(guān)的功能：
a．起動(dòng)頻率：用戶根據(jù)需要預(yù)置起動(dòng)頻率 ，使電動(dòng)機(jī)在該頻率下“直接起動(dòng)”；
b．起動(dòng)前的直流制動(dòng)功能：每次起動(dòng)前，都向電動(dòng)機(jī)繞組中短時(shí)間的通入直流電流，目的是保證拖動(dòng)系統(tǒng)在零速下起動(dòng)；
C．暫停升速功能：起動(dòng)慣性較大的負(fù)載時(shí)，使拖動(dòng)系統(tǒng)在低速下運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間，然后再繼續(xù)升速。
1.2.2降速功能
1.2.2.1 降速過程：在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，停止和降速過程是通過逐漸降低頻率來實(shí)現(xiàn)的。
1.2.2.2可供選擇的降速功能：
1.2.2.2.1降速時(shí)間：給定頻率從基底頻率 下降至0Hz所需的時(shí)間。降速時(shí)間越短，頻率下降越快，越容易“過流”和“過壓”。
1.2.2.2.2降速方式，主要有三種：
a．線性方式：降速過程中，頻率與時(shí)間成線性關(guān)系；
b．S形方式：開始和結(jié)束，降速比較緩慢，中間階段按線性方式降速；
C．半S形方式：降速過程半S形。
1.3 頻率給定功能
1.3.1頻率給定的選擇功能
a.面板給定方式：通過面板上的鍵盤進(jìn)行給定。
b.外接給定方式：通過外部的給定信號(hào)進(jìn)行給定。
c. 通信接口給定方式：由計(jì)算機(jī)或其他控制器通過通信接口進(jìn)行給定。
1.3.2 外接給定信號(hào)的選擇
a. 電壓信號(hào)：通常有0—5V，0一±5V，0～10V，0一-4-10V等。
b. 電流信號(hào)：通常有0～20mA，4—20mA兩種。
1.4 控制模式的選擇功能
1.4.1矢量控制模式
1．4.1.1通過矢量演算電機(jī)內(nèi)部的狀態(tài)，可在輸出頻率為0.5Hz 時(shí)，取得電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩150％的輸出轉(zhuǎn)矩。是比V/f 控制更為強(qiáng)力的電機(jī)控制，可以抑制由負(fù)載變動(dòng)而引起的速度變動(dòng)。
1.4.1.2帶速度反饋的矢量控制，這是性能最好的一種控制方式。
1.4.1.3無反饋矢量控制，用途十分廣泛。
1.4.1.4預(yù)置矢量控制模式：
a．電動(dòng)機(jī)的容量與變頻器規(guī)定的配用電動(dòng)機(jī)容量相同；
b．應(yīng)輸入電動(dòng)機(jī)的容量、極數(shù)等基本數(shù)據(jù)。
1.4.2 V/f控制模式
1.4.2.1為以往各通用變頻器中所使用的控制模式。不會(huì)識(shí)別電機(jī)參數(shù)等，在單純同已往機(jī)種更換或簡單使用時(shí)有效。另外在無法進(jìn)行矢量控制的自動(dòng)調(diào)整時(shí)、使用高速電機(jī)等特殊電機(jī)時(shí)、多臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)請(qǐng)選擇此模式。
1.4.2.2 預(yù)置V/f控制模式：
a．設(shè)定變頻器的輸出頻率和電壓的基本關(guān)系；
b．應(yīng)輸入電動(dòng)機(jī)的容量、極數(shù)等基本數(shù)據(jù)。
1.5 變頻器的保護(hù)功能
1.5.1 過流保護(hù)功能
1.5.1.1必須立即停止輸出的過電流：當(dāng)輸出電路短路、接地和逆變電路發(fā)生橋臂直通等情況時(shí)，會(huì)出現(xiàn)危險(xiǎn)的短路電流必須立即停止輸出并跳閘保護(hù)變頻器。
1.5.1.2升降速過電流的自處理：在升速過程中發(fā)生過電流時(shí)，變頻器將自動(dòng)延長升降時(shí)間或自動(dòng)暫停升降速，使電流回到限值內(nèi)，然后再恢復(fù)到原設(shè)定的升降速時(shí)間。
1.5.1.2 運(yùn)行過電流的自處理：在運(yùn)行過程中發(fā)生過流時(shí)變頻器將自動(dòng)地適當(dāng)降低工作頻率，使電流回到限值以內(nèi)后，再恢復(fù)到原設(shè)定頻率。
1.5.2電壓保護(hù)功能
1.5.2.1 降速過電壓的自處理：由于降速過快而發(fā)生過電壓時(shí)，變頻器將自動(dòng)延長降速時(shí)間或自動(dòng)暫停降速，減緩降速過程，直到電壓回到正常范圍后再恢復(fù)到原設(shè)定的降速時(shí)問。
1.5.2.2欠電壓保護(hù)：欠電壓包含有電源電壓過低、電源缺相、電源瞬時(shí)停電。
1.5.3過載保護(hù)功能
1.5.3.1變頻器過負(fù)荷保護(hù)功能主要用于變頻器的過負(fù)荷保護(hù)。原因可能是：加減速時(shí)間過短、V/f模式設(shè)定異常、負(fù)荷過大、變頻器容量不足等原因。解決方法：延長加減速時(shí)間、將V/f模式設(shè)定返回到初始值、減小負(fù)荷、增加變頻器容量。
1.5.3.2電機(jī)過負(fù)荷保護(hù)功能主要用于電動(dòng)機(jī)的過負(fù)荷保護(hù)。
1.5.4 快速制動(dòng)功能
1.5.4.1快速制動(dòng)功能可用于緊急情況快速制動(dòng)避免危險(xiǎn)的發(fā)生。
2 變頻器的選擇
2．1 變頻器規(guī)格的選擇
　　關(guān)于變頻器的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，或者說變頻器的額定值，一般從容量、輸出電壓、瞬時(shí)過載能力三個(gè)方面給予考慮。
2．1.1變頻器的容量
2.1.1.1額定輸出電流
　　指輸出線電流，單位用A表示。這是反映變頻器容量的關(guān)鍵的量，是逆變器中半導(dǎo)體開關(guān)器件所能承受的電流耐量，通常是不允許連續(xù)過電流運(yùn)行的。負(fù)載電動(dòng)機(jī)的選擇，無論是拖動(dòng)單臺(tái)電動(dòng)機(jī)還是拖動(dòng)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)，均應(yīng)以連續(xù)運(yùn)行總電流不超過變頻器額定電流為原則。
2.1.1.2可用電動(dòng)機(jī)的功率
　　以電動(dòng)機(jī)的額定功率kW 表示。這種表達(dá)方式是有條件的，對(duì)電動(dòng)機(jī)有嚴(yán)格的限制。日本產(chǎn)的變頻器所標(biāo)出的功率值，是以變頻器輸出額定電流時(shí)可以拖動(dòng)的日本產(chǎn)(甚至是變頻器廠家自產(chǎn))的4極標(biāo)準(zhǔn)(普通型)電動(dòng)機(jī)的功率值標(biāo)出的，也就是說，是針對(duì)一種特定電動(dòng)機(jī)標(biāo)出的，僅可視為一種參考值。非日本標(biāo)準(zhǔn)的異步電動(dòng)機(jī)，即使是日本標(biāo)準(zhǔn)的、特種用途異步電動(dòng)機(jī)或6極以上異步電動(dòng)機(jī)，其額定電流都有可能大于上述特定電動(dòng)機(jī)的額定電流。從常識(shí)看，6極以上異步電動(dòng)機(jī)在同樣功率下的效率，特別是功率因數(shù)，都低于4極異步電動(dòng)機(jī)，其額定電流自然要大些。在為現(xiàn)場原有電動(dòng)機(jī)選配變頻器時(shí)，不能只看功率值是否一致而盲目地選用變頻器。
2.1.1.3額定輸出容量
　　以變頻器的額定輸出功率kVA表示，是指額定輸出電流與電壓下的額定功率。為了表示變頻器的能力，給出的是參考值。因?yàn)殡娋W(wǎng)電壓下降時(shí)，變頻器輸出電壓會(huì)低于額定值，而輸出kVA值會(huì)隨之減小。變頻器的kVA值很難確切地表達(dá)變頻器的能力．變頻器的額定輸出容量，只能作為變頻器負(fù)載能力的一種輔助表達(dá)手段。
2.1.2 變頻器的輸出電壓
　　變頻器輸出電壓的等級(jí)是為適應(yīng)異步電動(dòng)機(jī)的電壓等級(jí)而設(shè)計(jì)的，通常等于電動(dòng)機(jī)的工頻額定電壓。實(shí)際上，變頻器的工作電壓是按V／f曲線關(guān)系變化的。變頻器規(guī)格表中給出的輸出電壓。是變頻器的可能最大輸出電壓，即基頻下的輸出電壓。
2.1.3瞬時(shí)過載能力
　　基于主回路半導(dǎo)體器件的過載能力，通用變頻器的電流瞬時(shí)過載能力常是額定輸出電流的150％、1分鐘。與標(biāo)準(zhǔn)異步電動(dòng)機(jī)(過載能力通常200％左右)相比較，變頻器的過載能力較小。允許過載時(shí)間亦很短。在變頻器傳動(dòng)的情況下．異步電動(dòng)機(jī)的過載能力得不到充分的發(fā)揮。
2.2變頻器類型的選擇
　　通用變頻器按控制功能分為3種類型：普通功能型V／f控制變頻器；具有轉(zhuǎn)矩控制功能的高功能型V／f控制變頻器和矢量控制高性能變頻器。變頻器類型的選擇要根據(jù)負(fù)載的要求來進(jìn)行。
2.4.1鼓風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載：在過載能力方面的要求較低。低速運(yùn)行時(shí)，負(fù)載較輕。對(duì)轉(zhuǎn)速精度沒有什么要求，通常可以選擇價(jià)廉的普通功能型。
2.4.2恒轉(zhuǎn)矩類負(fù)載，例如擠壓機(jī)、攪拌機(jī)、傳送帶等需要具有恒轉(zhuǎn)矩特性的設(shè)備，但在轉(zhuǎn)速精度以及動(dòng)態(tài)性能方面要求不高，選型時(shí)可選無矢量控制的變頻器。
2．4.3對(duì)于有些負(fù)載低速時(shí)要求有較硬的機(jī)械特性，要求有一定的調(diào)速精度，但在動(dòng)態(tài)性能方面無較高要求，可選用無反饋矢量控制功能的變頻器。
2.4.4對(duì)于某些負(fù)載對(duì)調(diào)速精度和動(dòng)態(tài)性能都有較高要求，并要求高精度同步運(yùn)行，可采用帶速度反饋的矢量控制功能的變頻器。
3．結(jié)論
　　以上是在對(duì)變頻器得使用過程中對(duì)變頻器性能及選擇的粗淺認(rèn)識(shí)，由于被控對(duì)象的千差萬別，性能指標(biāo)要求的各不相同，變頻器的選擇及配置遠(yuǎn)不如上述所列幾種。要做到熟練應(yīng)用還應(yīng)在工程實(shí)踐中認(rèn)真探索。
變頻器的控制模式代表著變頻器的性能和水平，在工程應(yīng)用中根據(jù)不同的負(fù)載及不同控制要求，合理選擇變頻器以達(dá)到資源的最佳配置。

作者簡介：馬飛(1975-)，男，聊城萬合工業(yè)制造有限公司技術(shù)中心副總工程師，工程師，從事制藥裝備研發(fā)與制造等工作。