變頻器在風機系統或泵控系統的應用

彭宏

（廣州市信息工程職業學校，廣東 廣州 510610）

1.引言

變頻器指的是交流電動機的驅動裝置，是運動控制系統中的功率變換器，提供可控的高性能變壓變頻交流電源，在自動控制系統中應用越來越廣泛。常用有變頻器與PLC聯動調速傳動系統、變頻恒壓泵控系統和風機類控制系統等。本文主要講述變頻器在使用時有關的問題及解決方法。

2.變頻器變頻切換過程的問題

變頻器在拖帶風機系統或泵控系統（簡稱“慣性負載系統”，下同）過程中，變頻器要在工頻和變頻之間進行頻繁的切換、以保證慣性負載系統的正常運行；其切換的電路如圖1所示，當變頻器從變頻電源輸出切換到工頻電源時，斷開KM3、然后KM2接通。在變頻器切換時，負載一側要斷離變頻器，因為慣性負載通常是感性負載。感性負載在變頻器拖帶運行時，存儲有大小為W=Li2的磁場能量，變頻器切換瞬間，該磁場能量會對變頻器形成的大電流沖擊而損壞變頻器，電路中的KM3的作用就是當變頻器切換前停止了變頻電源的輸出。慣性負載系統隨著切換時間的變化，原運行慣性隨之下降，但風機系統或泵控系統的電動機此時將切換到工頻電源運行過程，勢必增加工頻時的起動電流，會引致風機系統或泵控系統的電動機溫度急升發生過熱現象。

圖1 切換電路

基于以上的分析，變頻器在變頻電源輸出切換到工頻電源供電時，要完善以下三點：

(1)變頻器所拖帶的風機系統或泵控系統，變頻器從變頻輸出電源切出后延時0.1秒，KM3才能斷開，不允許變頻器在切換時變頻輸出電源的切出與KM3同時動作；

(2)對風機系統或泵控系統類型的慣性負載，變頻器切換頻率的參數預置在49.5～50Hz之間，慣性負載系統其慣性功率不低于80%的時候切換到工頻電源，并保證KM3斷開后KM2閉合的時間預置到0.2～0.3秒；

(3）變頻器變頻輸出電源和工頻輸出電源的相序必需與風機系統或泵控系統類型的慣性負載的相序相同，也要考慮泵控或風機系統慣性負載的響應過程。

3.變頻器由變頻到工頻的切換

在變頻器拖帶泵控或風機系統運行過程中，變頻器都具有變頻—工頻切換功能，可根據系統控制與運行的方式等要求，通過功能預置和選擇變頻器設備相應的控制端子，完成切換工作。至于一般的慣性負載系統，采用通用變頻器拖帶時，可設計一個電路進行切換控制，具體電路如圖2所示：

圖2 變頻-工頻切換控制電路

(1)變頻器端子設置說明

圖2中變頻器的IPF、OL和FU為3個多功能輸出端子，分別接于接觸器KM1、KM2和KM3用作變頻器從變頻到工頻的切換。其中接觸器KM1、KM2和KM3的運行必需按上述分析說明的時間通過功能預置進行設置。端子R1、S1為變頻器用電接入端口，當KM1斷開時也要保證變頻器控制電路的正常用電。另外，MRS控制端子接通時，允許切換；如MRS端子斷開時，不允許切換。STF為運行控制端子，控制變頻器的運行與停止。OH為泵控系統或風機系統運行時的過載保護輸入端口，RES為復位端子。

(2)變頻器的參數預設置

從圖2電路可見，SU為變頻器內電路程序運行功能的預置端接口，通過電路的功能運行與仿真，對其中某些參數的設置如表1所述：

表1 功能預置部分參數表（三菱FR系列變頻器）

將變頻器拖帶一臺軸流風機，按上述的電路連接并按參數預置設定后，起動系統運行正常。但系統從工頻供電切換到變頻輸出供電過程，軸流風機出現不穩定、電流稍微偏大、風機發熱的情況，這應該是變頻器從工頻切入變頻運行的問題。

4.變頻器由工頻到變頻的切換

采用變頻器拖帶泵控系統或風機系統，變頻器從變頻切換到工頻或者從工頻切換到變頻，都會造成慣性負載或變頻器受到過大的沖擊電流，特別是電動機在變頻器切換時，電源電壓與電動機定子繞組的電動勢疊加產生較大的沖擊電流。變頻器切換過程的波形如圖3所示。

圖3 變頻器切換瞬間的電壓波形

從圖3可見，變頻器由變頻輸電切換到工頻供電的瞬間，電源電壓恰好與定子繞組的電動勢同相，此時切換沒有附加的沖擊電流；但變頻器由工頻供電切換到變頻輸電瞬間，電源電壓恰好與定子繞組的電動勢反相，此時切換必將產生很大的沖擊電流，嚴重時其沖擊電流接近于系統直接起動電流的2倍。如果在變頻器由工頻供電切換到變頻輸電的時候，在頻率不相等的情況下“捕捉”同相點，則不會出現過大沖擊電流。其原理如圖4所示。

圖4 同相點的相對移動

從圖4的波形圖知道，只要合理預置變頻器的上限頻率，就十分有利于“捕捉”到同相點。經過多次的預置仿真實驗，變頻器從工頻切換變頻時，斷開圖2電路的KM2，并延時100ms后接通KM3，切換過程即告完成。若變頻器拖帶較大的慣性負載、并采用外置的切換電路進行切換時，將無法起動變頻器內置的“頻率搜索”功能，此時，應在圖1切換電路的KM3與負載之間接入電抗器進行可靠的限流措施，變頻切換完成后，電抗器即停止運行。

5.結束語

經過多次的仿真實驗，將變頻器分別拖帶軸流風機系統和消防泵機系統，通電運行調試，并考慮變頻恒壓泵控系統和風機類控制系統在切換運行過程中，響應時間沒有太高的要求，切換時間的預置都較慢些，系統運行相當平穩，沒有出現太大的沖擊電流。在一些自動控制系統拖帶有大小變動的慣性負載、而且要求變頻器切換快速的生產線等設備，采用上述的方法進行反復預置調試，系統運行時不會出現過大的沖擊電流，變頻器切換過程平穩，系統設備能正常運行。

[1]吳志忠吳加林.變頻器應用手冊3版[M].北京：機械工業出版社，2008.

[2]石秋潔.變頻器應用基礎[M].北京：機械工業出版社，2012.

[3]郭艷萍.變頻器應用技術[M].北京：北京師范大學出版集團，2009.