变频器应用时的12个技巧问题

张坤

1）信号线及控制线应选用屏蔽线，这样对防止干扰有利。当线路较长时，例如距离跃100 m，导线截面应放大些。信号线及控制线不要与动力线放置在同一电缆沟或桥架中，以免相互干扰，最好穿管放置，这样更合适。
7 B% n, m* B- j' A) l2 G2）传输信号以选用电流信号为主，因电流信号不容易衰减，亦不容易受干扰。实际应用中传感器输出的信号是电压信号，可以通过变换器将电压信号变换成电流信号。
$ [# Y7 [( q, O; K( [3）变频器闭环控制一般都是正作用的，即输入信号大，输出量亦大（例如中央空调制冷工作时及一般压力、流量、温度等控制时）。但亦有反作用的，即输入信号大，输出量反小（例如中央空调在制热工作时以及供热站的取暖热水泵）。闭环控制如图1所示。
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! A! \! z8 Y$ J- d" f5 S4）在闭环控制时能选用压力信号的，就不要选用流量信号。这是因为压力信号传感器价格低，安装容易，工作量小，调试方便。但工艺过程有流量配比要求的，且要求精确时，那就必须选用流量控制器，并根据实际的压力、流量、温度、介质、速度等来选用合适的流量计（例如电磁式、靶式、涡街式、孔板式等）。
' z0 j# v3 L/ X+ J* \6 q5）变频器内置的PLC、PID功能适合用于信号变动量较小、较稳定的系统。但由于内置的PLC、PID功能在工作时只调时间常数，所以难以得到较为满意的过度过程要求，而且调试比较费时。
另外这种调节不是智能的，故一般不经常采用，而是选用外置的智能化的PID 调节器。例如日本富士PXD 系列、厦门安东等，十分方便。使用时只要设置SV（上限值），工作时有PV（运行值）指示，又是智能化，保证具有最佳的过渡过程条件，使用较为理想。关于PLC，可按控制量的性质、点数、数字量、模拟量、信号处理等要求，选用外置PLC 的各种品牌，例如西门子的S7-400、S7-300、S7-200等。
% q7 X4 ?: }$ s* G: Q6）信号变换器在变频器外围电路中亦被经常用到，一般由霍尔元件加电子线路组成。按信号变换和处理方式可分为电压变电流、电流变电压、直流变交流、交流变直流、电压变频率、电流变频率、一进多出、多进一出、信号叠加、信号分路等各种变换器。例如深圳的圣斯尔CE-T 系列电量隔离传感器/变送器，应用十分方便。国内类似产品不少，用户可按需要自行选择应用。
7）变频器在应用时往往要配外围电路，其方式常有：
  p& E: j* @- p# s8 i# n（1）由自制继电器等控制元件组成的逻辑功能电路；
（2）买现成的单元外置电路（例如日本三菱公司的）；
（3）选用简易可编程控制器LOGO（国外、国内都有此产品）；
（4）使用变频器不同功能时，可选用功能卡（例如日本三垦变频器）；
8 J/ D4 H7 g* m( Y# W  e（5）选用中小型可编程序控制器。
8）多台水泵并联恒压供水（例如城市自来水厂的清水泵、中大型水泵站、供热水中心站等）的变频技术改造方案常见的有以下两种。

9 f( q0 f8 v2 L3 l按使用经验，方案（1）节省初投资，但节能效果差。起动时先起动变频器至50 Hz 后，再起动工频，后转入节能控制。供水系统中只有采用变频器拖动的水泵，压力略小些，系统存在湍流现象，有损耗。
2 Z, W) v4 _* s$ [7 ^0 f. r方案（2）投资较大，但比方案（1）多节能20%，猿台泵压力一致，无湍流损耗，效果更佳。
9）多台水泵并联恒压供水时采用信号串联方式只用一个传感器，其优点如下。
（1）节省成本。只要一套传感器及PID，如图4所示。

（2）因只有一个控制信号，所以输出频率一致，即同频率，这样压力亦一致，不存在湍流损耗。
$ H& v/ f: z; O（3）恒压供水时，当流量变化，泵的开动台数通过PLC 控制随之变化。最少时1 台，中等量时2台，较大量时3 台。当变频器不工作停机时，电路（电流）信号是通路的（有信号流入，无输出电压、频率）。
$ Q1 E" e. R6 G! i5 Y（4）更有利的是，因为系统只有一个控制信号，即使3 台泵投入不同，但工作频率却相同（即同步），压力亦一致，这样湍流损耗为零，亦即损耗最小，所以节电效果最佳。
' W, e9 @8 I* U: E) M' ]0 a10）减小基底（基本频率）是提高起动转矩最有效的方式。原理分析如下。
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1 A6 |" Q6 {' q% D' Q* t% f（2）为什么减小基底频率提高起动转矩是最有效的呢？具体如表1 所列。
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由表1知，由于起动转矩大幅度提高，所以一些难以起动的设备，例如挤出机、清洗机、甩干机、混料机、涂料机、混合机、大型风机、水泵、罗茨鼓风机等均能顺利起动了。这比通常提高起动频率进行起动效果明显。使用此法再配合由重载变轻载措施，提高电流保护到最大值，几乎一切设备都能起动了。因此说采用减小基底频率来提高起动转矩是最有效的，亦是最方便的办法。
# P1 k9 |$ v4 W" B8 H9 ^& V; l（3）在应用此条件时基底频率减小不一定非要一下降至30 Hz。可采用每5 Hz逐步进行下降，下降到达的频率只要能起动系统就行。
（4）基底频率下限不要低于30 Hz。从转矩看，下限越低转矩越大。但亦要考虑，电压上升过快，动态du/dt过大时对IGBT有损伤。实际使用结果是，在50 Hz下降到30 Hz 的范围时可安全放心地使用此提升转矩的措施。
) c  p& W  ]8 _! y4 @（5）有人担心，例如下降基底频率为30 Hz 时电压已达380 V。那么当正常工作有可能需要达到50 Hz 时，是否输出电压跃380 V，这样电动机受不了，回答是这样的现象是不会发生的。
) R; v" v' Z6 g) l) i# J$ ~, z（6）有人担心如下降基底为30 Hz 时，电压已达380 V。那么正常工作有可能需要达50 Hz 时输出频率是否可达额定频率50 Hz，回答是输出频率当然可以达到50 Hz。
; ~0 d3 C0 P. x( f（7）以上（5）（6）两条由软件编写过程决定。使用过程已证实了，这两点尽可放心。
11）动压、静压、全压三者间关系如下：
（1）静压是水泵出水口压力直至最高点时所需压力（扬程），一般每10 m高水柱是1 kg水压。
（圆）动压是水流动过程中，液体与管壁、阀门（调节阀、制回阀、减压阀等）、同一断面不同层存在的流速差所引起的阻力所造成的压力降，这部分计算很困难，按实际经验，动压臆20%（最大时）静压值。
" W( x4 ^0 |# w3 A- d8 m! W6 e  K（猿）全压越（静压+动压）臆1.2 静压。
) k1 X/ R. \9 F（源）水泵一定要设定下限频率约在30 Hz，否则易把封闭管内水抽空。因大量空气溶入水中，待起动水泵时，易产生气室，形成高压危险。
12）经验值与经济值介绍如下：
应用变频器对各种设备来说实现节电是可行的，这已有很多现实成功案例证实。
（1）经验值是较保守的，而且有较大富裕度，不是最经济的，有潜力可挖。使用经验值时按现场实际布置，使用工况参数，要有一定的变动，以不影响正常使用为下限条件。这是有可能实现节能的前提。
" {* j. f2 C2 W, N( l（圆）经济值是以满足系统下限条件为原则，把经验值适度下降，挖掘潜力来实现节能功效。若使用工况参数不变，节能从何说起？况且变频器本身不是能源的发生器械（发电机、蓄电池、太阳能），其自身效率很高，在97豫耀98%，但总还存在损耗，为2豫耀3豫。
文章关键词： 变频器、设备