【變頻器高手】容易被忽視的八個變頻器優化參數
發布時間：2023-10-08 來源：控制工程網
識別變頻器的一些關鍵參數，如熱電流、脈寬調制等，可以幫助工程師在不同應用中獲得更好的性能。
早在上個世紀，電動機已經無處不在，為包括泵、風扇和壓縮機在內的各種工業設備供電。在過去的幾十年里，變頻器（VFD）已經成為一種能夠降低能耗和優化電機控制的強大且常見的工具。
在為工業自動化設置變頻器時，很可能是工程師與電氣承包商合作，以確保在調試期間每個變頻器都能夠充分控制各自的電機。也就是說，電氣承包商通常不是針對特定電機和應用需求優化變頻器的專家。大多數變頻器都是復雜的控制設備，包括許多可以微調的參數，以為應用帶來更大優勢。
01 工業自動化的變頻器參數優化
在安裝過程中，可以對一些關鍵的變頻器參數進行優化以改善電機運行，但這些參數通常都沒有得到很好的配置。對于本文所討論的設置，首先需要驗證參數是否與制造商文件中所列的參數匹配，并特別注意工程單位。
▲了解變頻器的 8 個重要參數，有助于優化電機系統的運行，以實現自動化。圖片來源：Applied Control Engineering
02 變頻器熱電流
熱電流是指最大允許電流，它不同于滿載電流（FLA）。滿載電流是在額定功率下，允許電機長期運行的最大安培數，而熱電流代表的則是可以短暫施加、允許變頻器安全地施加超過電機標準額定功率的電流。
熱電流參數告知變頻器，在不出現熱故障的情況下，可以處理多少“額外”功率。當超過該限制時，變頻器可以在電機過載發生之前觸發故障，從而保護電機免受熱故障的影響。當配置電機電流的驅動參數時，用戶可以在電機銘牌上找到滿載電流和電機使用系數（SF）。將這兩個值相乘，可計算出以安培為單位的熱電流。
03 脈寬調制
每個為交流電機供電的變頻器，將線路交流功率轉換為直流功率，然后變頻器將其調制為交流波形。這種調制是通過快速脈沖直流電源來實現的（打開和關閉）以產生交流波。變頻器調節波的幅值和頻率，使電機以所需的速度旋轉。脈寬調制（PWM）開關頻率參數調節這些脈沖，并且通過改變為電機供電的交流電的脈沖數量來調節。
當脈寬調制沒有針對電機和應用進行優化時，電機和變頻器產生的熱量耗散是不平衡的。如果脈寬調制過低，電機將更快地變熱，表現為電機會發出刺耳的聲音。最終，這可能導致絕緣擊穿或軸承點蝕問題。高脈寬調制要求變頻器出力更多，最終使變頻器過熱并縮短變頻器的壽命。
升高的脈寬調制還會增加電機和變頻器之間的反射波，這會導致電機軸中的電流感應增加，進而導致電機軸承點蝕和變頻器中的接地故障。通過微調脈寬調制，用戶可以平衡熱位移，延長電機和變頻器的壽命。
04 減速時間
減速時間是決定變頻器使電機減速所需時間的參數。較長的減速時間，意味著轉速降低到電機完全停止所需的時間較長。雖然許多安裝人員都知道要優化加速時間，以防止啟動時出現過電流問題，但減速時間往往會被忽視。
調整減速時間對于防止過電壓故障很重要，當電機斷電并且由于負載的慣性而繼續使電機旋轉時，可能會產生過電壓故障。這種旋轉會使電機發電，并將其反饋到變頻器中，從而導致變頻器發生故障。在這種情況下，適當的減速時間將降低由減速負載產生的電量，并防止故障發生。
例如，如果用戶有一個控制風扇的電機，并且需要10秒來減速和停止風扇，則應使用該減速時間對變頻器進行編程，以延長電機的壽命。但請注意，如果出于工藝或安全方面的原因需要快速停止，可能需要額外的硬件，并應咨詢相關專家。
05 最小運行速度
最小運行速度是一個速度設定值，通常以最大速度的百分比計算，低于該值變頻器將通知電機不要運行。由于大多數電機都是由內部風扇冷卻的，該風扇的速度與電機速度直接相關，因此設置最低運行速度對于防止低速時可能發生的電機過熱非常重要。
例如，如果將最小運行速度設置為10%，并且有人向變頻器提供5%的速度參考，則變頻器將不會驅動電機。請記住，應確保在對任何可編程邏輯控制器（PLC）進行配置時，考慮控制積分器，例如比例-積分-微分（PID）算法，其中變頻器由控制變量（CV）控制。
06 頻率跳變
跳頻函數通常由幾個參數組成。頻率跳變參數中的每一個數值，都表示在該頻率下變頻器將不會驅動負載。許多機械系統都有一個或多個頻率，在該頻率下系統會過度振動，甚至可能是破壞性的。
例如，若系統的諧振頻率為40Hz，那么電機如果以40 Hz運行就會過度振動，這可能會使零件松動。通過設置合適的頻率跳變，變頻器將跳過40 Hz，并防止這些振動。雖然一些設備制造商可能會識別諧振頻率，但它們更多是通過經驗發現的?？赡軙蓄~外的相關參數指示頻帶，因此變頻器不會停留在某個范圍內。
07 可編程圖形界面設置
一般來說，大型的變頻器制造商都會提供配套的小型可編程LCD人機界面模塊（HIM）。雖然默認設置可能適用于某些應用，但該模塊通常是可編程的，以在顯示器上顯示不同的值或根據客戶需求定制。下面介紹三種最有用的設置，即顯示數值、顯示單位和密碼，但參數名稱可能因變頻器制造商而異。
1.顯示值
大多數變頻器的HIM都有默認的出廠設置，用于顯示電機速度。某些應用可能需要顯示其它值。例如，在許多混合應用中，電機功率會隨著粘度的變化而變化。在HIM上顯示電源，將允許運行人員確定產品的混合程度，而無需在控制室中的監控和數據采集（SCADA）系統上面顯示。確定理想顯示值的最佳方法，是了解工藝、選項和工廠運行人員的偏好。根據制造商的不同，運行人員還可以查看頻率、電流、自定義消息或計算值。
2.顯示單位
只有在以正確的單位顯示正確的過程信息的情況下，才能優化HIM的值。在某些情況下很簡單，只需要更改顯示以公制單位顯示數值，例如升/分鐘而不是加侖/分鐘。在其它情況下，可能會需要調整數值以匹配SCADA和HMI屏幕，來顯示速度百分比而不是RPM。
3.密碼
密碼和相關設置可限制從HIM對變頻器的操作。雖然限制變頻器操作可能是出于安全原因，但也有可能出于運營原因來限制對電機的控制。例如，可能不希望在現場的HIM啟動電機，然后驚動控制室中的運行人員。許多制造商的密碼設置可以限制任何未經授權的用戶登錄，同時保持參數的可見性。最好與負責安全、安保和運營的工廠和工程人員協作，以確定這些安全措施的最佳應用。
08 控制特性
控制特性是一組參數，有助于定義變頻器如何改變頻率和功率，以滿足高端變頻器中的編程設定值。這對于確保在適當的時間點，施加正確的扭矩量至關重要。這不能與調試期間設置的設定值相混淆。大多數制造商提供幾種不同的控制特性可以幫助特定應用，其中最常見的四種是：
伏特/赫茲（V/Hz）：控制電壓和電流關系的大小。在流量比壓力更重要的場景中，對風扇和泵應用有好處。在整個扭矩范圍內，保持電機轉差在1/2以內（基本上就是定子稍微滯后于轉子），但可能無法將扭矩保持在2 Hz以下。
無傳感器矢量（SV）：在電機轉差1/4范圍內，提供更高的起動轉矩和速度控制。適用于深井泵和高恒定扭矩應用（使用這種控制方法時，應使用自動調諧）。
通量矢量（開環）：通過提供幅值和角度控制來提高V/Hz。通過感知電動機的磁通量和方向，可以提供更精確的電動機速度和轉矩控制。
閉環矢量：該方法利用安裝在電機上的編碼器向變頻器提供軸位置和速度。使用該方法，電機可以在零轉速下產生全轉矩。非常適合起重機應用。
其中一些會相互作用，另一些則不允許使用不同參數。例如，設置扭矩控制會影響自動調諧能力。
09 變頻器制造商特有的“智能”參數
如今，許多變頻器包括各種“智能”功能，可以幫助進一步提高電機的效率和壽命。然而，由于這些功能因變頻器而異，我們經常會看到許多功能未得到充分利用。
例如，一些變頻器配置了傳感器，用于監測產生一定速度所需的功率。當首次設置變頻器時可以建立基線功率曲線，通過編程設置，在軸承磨損且需要更多功率才能產生相同速度時發出報警。
一些變頻器還可以根據觸發條件執行某些操作。例如，連接到泵的變頻器，可以基于移動流體通過管道所需的功率量來感測管道是否存在堵塞。智能的變頻器可以通過編程設置來臨時增加功率，以清除管道阻塞。
當充分理解和實施這些制造商特有的智能功能時，可以提高其能源效率，主動執行一些維護任務。當這些功能與上面討論的控制特性結合時，用戶可以從變頻器中獲得更多功率，而無需考慮在低端還是高端運行。（作者 | Kurt Niehaus）
關鍵概念：
■ 了解經常被忽視的8個最常見的變頻器參數。
■ 這些參數如何幫助制造商改善運營，工程師如何通過圖形顯示改善用戶體驗。
思考一下：
您認為變頻器最重要的參數是什么？