近年來(lái)，交流變頻調(diào)速傳動(dòng)的發(fā)展日新月異，它的優(yōu)異的調(diào)速性能已能取代傳統(tǒng)的直流調(diào)速系統(tǒng)。而且，隨著電子元器件的發(fā)展，變頻器的價(jià)格不斷降低，經(jīng)濟(jì)性價(jià)比,不斷上升，也給它的應(yīng)用提供了日益廣闊的市場(chǎng)。我們?cè)敿?xì)分析比較了直流調(diào)速系統(tǒng)與交流調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，采用變頻器改造原電氣傳動(dòng)系統(tǒng)，可帶來(lái)以下好處：
1、簡(jiǎn)化控制線路 ：變頻器的使用極為方便，可通過(guò)其外圍的少數(shù)幾個(gè)控制端子進(jìn)行全范圍控制。變頻器內(nèi)部有完善的保護(hù)措施，無(wú)須在其外圍線路中設(shè)計(jì)各種保護(hù)電路。由于變頻器的正反向運(yùn)行是通過(guò)控制端子來(lái)改變逆變器的輸出相位來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此可以比傳統(tǒng)直流調(diào)速系統(tǒng)少兩個(gè)大型直流接觸器。采用具有無(wú)速度傳感器的矢量控制變頻器后，還可以去掉用作轉(zhuǎn)速反饋的速度傳感器，使控制線路大為簡(jiǎn)化。
2、節(jié)省投資，可以采用標(biāo)準(zhǔn)籠型異步電機(jī) ：采用籠型異步電機(jī)變頻調(diào)速，可以利用圓鋸機(jī)原有的異步電機(jī)，從而節(jié)省投資。而且，充分發(fā)揮它堅(jiān)固耐用、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便、價(jià)格低廉的優(yōu)勢(shì)，避免直流電機(jī)定期更換、維護(hù)電刷和換向器的麻煩。
3、調(diào)試方便 ：變頻器的各種運(yùn)行參數(shù)調(diào)試通過(guò)智能化鍵盤和顯示器來(lái)完成，設(shè)置方便，更改靈活，調(diào)試時(shí)間短。傳統(tǒng)的直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)試涉及到觸發(fā)脈沖相位調(diào)整，放大板PI整定，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)試等多項(xiàng)參數(shù)的綜合統(tǒng)調(diào)，調(diào)試難度大，時(shí)間長(zhǎng)，且不易達(dá)到最優(yōu)控制。
一、變頻器的選擇
變頻器的正確選用對(duì)于機(jī)械設(shè)備電控系統(tǒng)的正常運(yùn)行是至關(guān)重要的。選擇變頻器，首先要按照機(jī)械設(shè)備的類型、負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性、調(diào)速范圍、靜態(tài)速度精度、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的要求，然后決定選用何種控制方式的變頻器最合適。所謂合適是在滿足機(jī)械設(shè)備的實(shí)際工藝生產(chǎn)要求和使用場(chǎng)合的前提下，實(shí)現(xiàn)變頻器應(yīng)用的最佳性價(jià)比。
1、機(jī)械設(shè)備的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性
人們?cè)趯?shí)踐中常將生產(chǎn)機(jī)械根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性的不同，分為三大類型：恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、恒功率負(fù)載和流體類負(fù)載。
1）恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載 ：在這類負(fù)載中，負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL與轉(zhuǎn)速n無(wú)關(guān)，任何轉(zhuǎn)速下TL總保持恒定或基本恒定，負(fù)載功率則隨著負(fù)載速度的增高而線形增加。傳送帶、攪拌機(jī)、擠壓機(jī)和機(jī)械設(shè)備的進(jìn)給機(jī)構(gòu)等摩擦類負(fù)載以及起重機(jī)、提升機(jī)、電梯等重力負(fù)載，都屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。變頻器拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)的負(fù)載時(shí)，低速時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩要足夠大，并且要有足夠的過(guò)載能力。如果需要在低速下長(zhǎng)時(shí)穩(wěn)速運(yùn)行，應(yīng)該考慮標(biāo)準(zhǔn)籠型異步電動(dòng)機(jī)的散熱能力，避免電動(dòng)機(jī)溫升過(guò)高。
2）恒功率負(fù)載 ：這類負(fù)載的特點(diǎn)是需求轉(zhuǎn)矩TL與轉(zhuǎn)速n大體成反比，但其乘積即功率卻近似保持不變。金屬切削機(jī)床的主軸和軋機(jī)、造紙機(jī)、薄膜生產(chǎn)線中的卷取機(jī)、開卷機(jī)等，都屬于恒功率負(fù)載。
負(fù)載的恒功率性質(zhì)應(yīng)該是就一定的速度變化范圍而言的。當(dāng)速度很低時(shí)，受機(jī)械強(qiáng)度的限制，TL不可能無(wú)限增大，在低速下轉(zhuǎn)變?yōu)楹戕D(zhuǎn)矩性質(zhì)。負(fù)載的恒功率區(qū)和恒轉(zhuǎn)矩區(qū)對(duì)傳動(dòng)方案的選擇有很大的影響。電動(dòng)機(jī)在恒磁通調(diào)速時(shí)，最大允許輸出轉(zhuǎn)矩不變，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速；而在弱磁調(diào)速時(shí)，最大允許輸出轉(zhuǎn)矩與速度成反比，屬于恒功率調(diào)速。如果電動(dòng)機(jī)的恒轉(zhuǎn)矩和恒功率調(diào)速的范圍與負(fù)載的恒轉(zhuǎn)矩和恒功率范圍相一致時(shí)，即所謂“匹配”的情況下，電動(dòng)機(jī)的容量和變頻器的容量均最小。
3）流體類負(fù)載 ：這類負(fù)載的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的二次方成正比，功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。各種風(fēng)機(jī)、水泵和油泵，都屬于典型的流體類負(fù)載。流體類負(fù)載通過(guò)變頻器調(diào)速來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量、流量，可以大幅度節(jié)約電能。由于流體類負(fù)載在高速時(shí)的需求功率增長(zhǎng)過(guò)快，與負(fù)載轉(zhuǎn)速的三次方成正比，所以不應(yīng)使這類負(fù)載超工頻運(yùn)行。
2、變頻器的控制方式
現(xiàn)在市場(chǎng)上出售的變頻器種類繁多，功能也日益強(qiáng)大，變頻器的性能也越來(lái)越成為調(diào)速性能優(yōu)劣的決定因素，除了變頻器本身制造工藝的“先天”條件外，對(duì)變頻器采用什么樣的控制方式也是非常重要的。下表綜述了近年來(lái)各種變頻器控制方式的性能特點(diǎn)。綜上所述，異步電動(dòng)機(jī)變頻控制選用不同的控制方法，就可得到不同性能特點(diǎn)的調(diào)速特性。同時(shí)，調(diào)頻控制根據(jù)不同的控制方法，就可得到不同類型的機(jī)械特性?；l以下恒磁通變頻調(diào)速控制方式，其機(jī)械特性屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式，它適用于負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，任何轉(zhuǎn)速下負(fù)載轉(zhuǎn)矩總保持恒定或基本恒定，負(fù)載功率則隨著負(fù)載速度的增高而線形增加的應(yīng)用場(chǎng)合，例如傳送帶、攪拌機(jī)、擠壓機(jī)和機(jī)械設(shè)備的進(jìn)給機(jī)構(gòu)等摩擦類負(fù)載以及起重機(jī)、提升機(jī)、電梯等重力負(fù)載等?；l以上弱磁變頻調(diào)速控制方式，其機(jī)械特性屬于恒功率調(diào)速方式，適用于負(fù)載隨轉(zhuǎn)速升高而減小的應(yīng)用場(chǎng)合，例如機(jī)床主軸的傳動(dòng)、卷?yè)P(yáng)機(jī)等。
二、變頻器及其周邊設(shè)備
1、再生能量的處理
由于圓鋸機(jī)鋸盤直徑為710mm，屬于大慣量負(fù)荷。當(dāng)采用變頻器傳動(dòng)的鋸盤電機(jī)急減速時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)將處于再生發(fā)電狀態(tài)。變頻器逆變器中的六個(gè)回饋二極管將傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能回饋到中間直流回路，并引起儲(chǔ)能電容兩端電壓升高。若不采取必要的措施，當(dāng)中間直流回路電容電壓升到保護(hù)極限值后變頻器將過(guò)電壓跳閘。
在高性能的工程型變頻器中，對(duì)連續(xù)再生能量的處理有以下兩種方案。①在中間直流回路設(shè)置電阻器，讓連續(xù)再生能量通過(guò)電阻器以發(fā)熱的形式消耗掉，這種方式稱為動(dòng)力制動(dòng)；②采用再生整流器方式，將連續(xù)再生能量送回電網(wǎng)，這種方式稱為回饋制動(dòng)。動(dòng)力制動(dòng)方式控制簡(jiǎn)單、成本低，但節(jié)能效果不如回饋制動(dòng)?；仞佒苿?dòng)方式雖然節(jié)能效果好，能連續(xù)長(zhǎng)時(shí)制動(dòng)，但控制復(fù)雜、成本較高。
2、變頻器輸出側(cè)的配置禁忌
圓鋸機(jī)的鋸盤電機(jī)和滾道電機(jī)通過(guò)變頻器輸出側(cè)的接觸器的切換來(lái)實(shí)現(xiàn)。如果在變頻器正常輸出時(shí)切換輸出側(cè)的接觸器，將會(huì)在接觸器觸點(diǎn)斷開的瞬間產(chǎn)生很高的過(guò)電壓而極易損壞變頻器中的電子器件。因此，切換變頻器輸出側(cè)的接觸器一定要等到所控制的電機(jī)完全停止以后，才能完全切換。
三、變頻器的安裝和接線
1、變頻器的安裝
變頻器要求的安裝環(huán)境溫度為-10℃至50℃?？刂乒駜?nèi)的發(fā)熱元器件有變壓器、接觸器、變頻器及其制動(dòng)電阻等，為了降低這些大發(fā)熱量器件而致的柜內(nèi)溫升，可采用兩種方法。一是加大控制柜的尺寸，二是增加柜內(nèi)的換器風(fēng)量。方法一勢(shì)必造成控制柜體笨重，增加金屬用料，不經(jīng)濟(jì)；方法二只增加一臺(tái)成本較低的換氣風(fēng)扇，較為經(jīng)濟(jì)。變頻器在控制柜內(nèi)安裝時(shí)，應(yīng)盡量靠近柜內(nèi)頂部的換氣扇，讓從柜下部進(jìn)入的冷空氣全部通過(guò)熱源部分。
變頻器周圍控制回路的接觸器，繼電器的線圈、觸點(diǎn)在開閉時(shí)，會(huì)因電流急劇變化而產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁干擾，有時(shí)會(huì)使變頻器的控制回路受到電磁干擾的影響而產(chǎn)生誤動(dòng)作，需要在這種干擾源的線圈、觸點(diǎn)兩端加裝浪涌吸收電路。變頻器安裝于高濕度的場(chǎng)所，常發(fā)生絕緣劣化和金屬部分腐蝕。如果受場(chǎng)所限制，不得已用于高濕度場(chǎng)所，必須加裝除濕裝置，防止變頻器停止工作時(shí)的結(jié)露。在有振動(dòng)的場(chǎng)所安裝時(shí)，在振源側(cè)需采取減少振動(dòng)的措施，而在變頻器側(cè)加裝隔振器或防振橡膠。
2、變頻器的配線
1）變頻器主回路 ：變頻器無(wú)速度傳感器矢量控制運(yùn)行要用電機(jī)的定子電阻，而數(shù)據(jù)的獲得是由變頻器的參數(shù)自檢測(cè)程序來(lái)完成的。如果按常規(guī)的導(dǎo)線發(fā)熱校驗(yàn)選擇電機(jī)的配線，必然在長(zhǎng)距離供電時(shí)，把線路電阻加入到了參數(shù)自檢測(cè)出的定子電阻數(shù)據(jù)中，引起變頻器的控制精度下降，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。所以，變頻器輸出回路的導(dǎo)線應(yīng)在常規(guī)發(fā)熱校驗(yàn)的基礎(chǔ)上再加大1-2級(jí)截面等級(jí)。
2）控制回路 ：變頻器的控制信號(hào)為微弱的電壓、電流信號(hào)，所以與主回路不同，對(duì)于變頻器的輸出回路是強(qiáng)電磁干擾源，因此，變頻器控制回路的配線不能與變頻器主回路配線在同一根鐵管或同一配線槽內(nèi)敷設(shè)。為了進(jìn)一步提高抗干擾效果，還應(yīng)采用1.0mm2絕緣屏蔽導(dǎo)線。絕緣屏蔽導(dǎo)線的接地應(yīng)在變頻器側(cè)進(jìn)行單點(diǎn)接地，使用專用的接地端子，不與其它的接地端子共用。電磁感應(yīng)干擾的大小與電線的長(zhǎng)度成比例，所以要盡可能地以最短的線路敷設(shè)。
變頻調(diào)速系統(tǒng)的功能參數(shù)設(shè)定完后，就可進(jìn)行系統(tǒng)試運(yùn)行。先用操作盤上的速度給定電位器設(shè)定大約5HZ的低頻，按下正反轉(zhuǎn)按鈕，讓鋸盤傳動(dòng)電機(jī)空載運(yùn)轉(zhuǎn)幾分鐘。注意觀察電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方向是否正確，轉(zhuǎn)速是否平穩(wěn)，溫升是否正常，加減速是否平滑等。再繼續(xù)在10、20、35、50HZ等頻率點(diǎn)試運(yùn)行。如果試運(yùn)行正常，變頻調(diào)速系統(tǒng)就可投入正式運(yùn)行。
交流變頻調(diào)速技術(shù)在工業(yè)界的廣泛應(yīng)用，為交流異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的通用機(jī)械產(chǎn)品大范圍、高質(zhì)量地調(diào)速提供了全新的方案。它具有和直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美的高性能調(diào)速指標(biāo)，它可以采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、維護(hù)方便的鼠籠異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速，并且變頻調(diào)速系統(tǒng)的效率比傳統(tǒng)的交流調(diào)速系統(tǒng)要高，其外圍控制線路簡(jiǎn)單，維護(hù)工作量小，保護(hù)監(jiān)測(cè)功能完善，運(yùn)行可靠性較傳統(tǒng)的交、直流調(diào)速系統(tǒng)有較大的提高。
目前，高性能的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)已完全可以和直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美，而且可以在直流電機(jī)無(wú)法應(yīng)用的場(chǎng)合使用。直流調(diào)速傳動(dòng)一統(tǒng)天下的舊格局已被打破，用交流調(diào)速傳動(dòng)取代直流調(diào)速傳動(dòng)已成為可能。所以，交流變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于通用機(jī)械產(chǎn)品是今后通用機(jī)械產(chǎn)品調(diào)速技術(shù)發(fā)展的主流。由于電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，伴隨著新的控制理論的提出與完善，使交流調(diào)速傳動(dòng)，尤其是性能優(yōu)異的變頻調(diào)速傳動(dòng)得到飛速的發(fā)展。近年來(lái)，變頻器的售價(jià)不斷下降，而其使用功能卻不斷提升和擴(kuò)大，它現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用于從一些數(shù)百瓦級(jí)的家用器械直到一些數(shù)千千瓦級(jí)的大型工業(yè)傳動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)。交流變頻調(diào)速已從最初的只能用于風(fēng)機(jī)、水泵的調(diào)速過(guò)渡到應(yīng)用于各類要求高精度、快響應(yīng)的高性能調(diào)速指標(biāo)的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。
