变频器转矩提升和启动频率参数的设定

变频器转矩提升与启动频率参数的设定

变频器转矩提升与启动频率参数的设定

2011-11-16 21:16:02 来源: 上海台津自动化工程有限公司

在一次负载为进料泵电机的变频器带负荷试车过程中,变频器在起动过程中发生了过电流跳闸,笔者对此原因进行了分析,认为进料泵出料侧装有单向逆止阀、扬程高、料浆粘度大,造成了进料泵电机起动阻力较大,于就是选择了转矩提升的方法,按泵类负载二次方转矩提升曲线设置了参数,解决了变频器起动时过电流跳闸的问题。可就是后来笔者又发现变频器并不就是运行在最佳状态,它在低频段运行时相对电流较大,电机温升较高。通过认真分析,认清了这个问题的真正本质,改用设定起动频率参数的方法,解决了变频器所需起动转矩的问题,即按进料泵的实际运行状况选用了较低的理想的转矩提升曲线,这样将变频器所需的起动转矩与实际工作中所需的运行状态曲线分别进行相应处理,两者相互间不再有任何牵连。合理的参数设置使变频器运行在最佳状态,获得满意的效果。从以上问题的处理过程来瞧,笔者认为有必要将变频的转矩提升与起动频率两个参数进行认真的分析与比较,这对同行在变频器调试过程中对此类问题的处理与认识就是有帮助的。 1、变频器转矩提升功能 (1) 设置转矩提升功能的原因

普通电动机采用的冷轧硅钢片铁芯,其导磁系数不就是很高而且不就是常数,正常情况下铁芯工作在其磁化曲线的附点以上至膝点附近的一段区域内,在这段区域内导磁系数最高,在工频电源下能满足电机的正常运行要求、采用变频器供电时可以在低频段运行,在低频段虽然电机所承受的最高电压同高频段一样,但电机电流却就是很小(有时比电机在工频下的空载电流还要低),使得这种冷轧硅钢片铁芯工作在了磁化曲线的附点附近及以下,在这一

变频器转矩提升与启动频率参数的设定

段区域内铁芯的导磁系数相对较小。电机绕组中电流产生的磁通在定子铁芯与转子铁芯中闭合的数量会相对减少,表现为对铁芯的磁化力不足,导致电机的电磁转矩严重下降,实际运行时将可能因电磁转矩不够或负载转矩相对较大而无法起动与在无法在低频段运行。因此各种各样的变频器中均设置有相应的转矩提升功能,为不同的负载提供了不同的转矩特性曲线,在不同的转矩提升曲线中为低频段设定了不同的转矩提升量,如富士5000g11s/p11s系列变频器就提供了38条不同状态下的转矩提升曲线。在变频器调试时选择不同的转矩提升曲线可以实现对不同负载在低频段的补偿。 (2) 转矩提升曲线的选择

变频转矩提升曲线在调试时应按电机运行状态下的负载特性曲线进行选择,泵类、恒功率、恒转矩负载应在各自相应的转矩提升曲线中选择。一般普通电机低频特性不好,如果工艺流程不需要在较低频状态下运行,应按工艺流程要求设置最低运行频率,避免电机在较低频状态下运行,如果工艺流程需要电机在较低频段运行,则应根据电机的 实际负载特性认真选择合适的转矩提升曲线。而就是否选择了合适的转矩提升曲线,可以通过在调试中测量其电压、电流、频率、功率因数等参数来确定,在调试中应 在整个调速范围内测定初步选定的的几条相近的转矩提升曲线下的各参数数值,首先瞧就是否有超差,然后对比确定较理想的数值。对转矩提升曲线下的于某一频率运 行点来说,电压不足(欠补偿)或电压提升过高(过补偿)都会使电流增大,要选择合适的转矩提升曲线,必须通过反复比较分析各种测定数据,才能找出真正符合 工艺要求、使变频器驱动的电机能安全运行、功率因数又相对较高的转矩提升曲线。

2、变频器起动频率

变频器转矩提升与启动频率参数的设定

起动频率的参数设置就是为确保由变频器驱动的电机在起动时有足够的起动转矩,避免电机无法起动或在起动过程中过流跳闸。在一般情况下,起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,保证足够的起动转矩,又不能将起动频率设置太高,在电机起动时造成较大的电流冲击甚至过流跳闸。既要符合工艺要求,又要充分发挥变频器的潜力。在设置起动频率时要相应设置起动频率的保持时间,使电动机起动时的转速能够在起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,这样可以避免电机因加速过快而跳闸。在一般情况下只要能合理设置起动频率与起动频率保持时间这两个参数即可满足电机的起动要求。变频器功能解析－－电动机特性的控制功能

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1 变频引出的特殊问题

1、1 异步电动机在频率下降后出现的问题 异步电动机的输入输出如图1所示。

图1 异步电动机的输入与输出

(1) 问题的提出 (a) 电动机的输入功率

众所周知,电动机就是将电能转换成机械能的器件。三相交流异步电动机输入的就是三相电功率p1:

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(b) 电动机的输出功率

电动机就是用来拖动负载旋转的,因此,其输出功率便就是轴上的机械功率:

式(2)中: p2─电动机输出的机械功率,kw; tm─电动机轴上的转矩,n·m; ｎm─电动机轴上的转速,r/min。 (c) 频率下降后出现的问题

毫无疑问,频率下降的结果就是转速下降。这就是因为,异步电动机的转速与频率有关:

式(4)中: ｎ0—同步转速(即旋转磁场的转速), r/min。 由式(2)知, 转速下降的结果就是:电动机的输出功率下降。

然而, 式(1)表明, 电动机的输入功率与频率之间却并无直接关系。如果仔细分析的话,当频率下降时,输入功率将就是有增无减的(因为反电动势将减小)。

输入不变而输出减少,这似乎有悖于能量守恒的原理,出现了什么问题呢？

(2) 异步电动机的能量传递

异步电动机的转子就是依靠电磁感应(转子绕组切割旋转磁场)而得到能量的,如图2(a)所示。所以,其能量就是通过磁场来传递的。传递过程如图2(b)所示, 可归纳如下:

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图2 异步电动机的能量传递

(a) 从输入的电功率p1中扣除定子侧损失(定子绕组的铜损pcu1与定子铁心的铁损pfe1)后,便就是通过磁场传递给转子的功率,称为电磁功率,用pm表示:

(b) 转子得到的电磁功率pm中扣除转子侧损失(转子绕组的铜损pcu2与转子铁心的铁损pfe2),便就是转子输出的机械功率p2:

显然,频率下降的结果必将导致电磁功率pm的“中部崛起”,这意味着磁通的大量增加。那么,pm就是如何增大的呢？

(3) 定子侧的等效电路

(a) 定子磁通及其在电路中的作用 如图3(a)所示,定子磁通可以分为两个部分:

图3 定子侧的等效电路

·主磁通φ1

主磁通φ1就是穿过空气隙与转子绕组相链的部分,就是把能量传递给转子的部分。它在定子绕组中产生的自感电动势称为反电动势,用e1表示,其有效值的计算如下式: