現(xiàn)今，隨著晶體管及整流、逆變技術(shù)的提高，用變頻器控制交流電動(dòng)機(jī)速度已經(jīng)十分普遍。變頻器在實(shí)際應(yīng)用中十分可靠準(zhǔn)確，可使用于不同場(chǎng)合的不同準(zhǔn)確度等級(jí)的電機(jī)調(diào)速,變頻調(diào)速將逐步代替直流機(jī)調(diào)速。在變頻器發(fā)展的過(guò)程中經(jīng)歷了直接U/F控制階段，高性能U/F控制階段及矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制階段。 一．ABB ACS400變頻器的原理 通用普通U/F控制的原理 異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，即旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速為 n1=60f/p 式中 n1—同步轉(zhuǎn)速（r/min） f—電源頻率（Hz） p—磁極對(duì)數(shù) 而異步電動(dòng)機(jī)的軸轉(zhuǎn)速為n=60f＊（1-s）/p 式中 s—異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率，s=（ n1-n）/ n1. 可以看出，改變異步電動(dòng)機(jī)的供電頻率，可以改變其同步轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)調(diào)速運(yùn)行。 對(duì)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制時(shí)，希望電動(dòng)機(jī)的主磁通保持額定值不變，磁通太弱，鐵心利用不充分，在同樣的轉(zhuǎn)子電流下，電磁轉(zhuǎn)矩小，電動(dòng)機(jī)的負(fù)載能力下降；磁通太強(qiáng)，則處于過(guò)勵(lì)磁狀態(tài)，勵(lì)磁電流過(guò)大，已有擾動(dòng)，調(diào)速將非線性化。為此應(yīng)保證電動(dòng)機(jī)調(diào)速過(guò)程中氣隙磁通保持不變。 三相異步電動(dòng)機(jī)定子每相電動(dòng)勢(shì)的有效值為 E1=4.44f1N1øm 式中 E1—定子每相由氣隙磁通感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)值 f1—定子頻率（Hz） N1—定子相繞組匝數(shù) øm—每極磁通量（Wb） 由上式可見(jiàn)，øm的值由E1和f1共同決定的，對(duì)E1和f1進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂疲涂梢允箽庀洞磐?oslash;m保持額定值不變。有兩種情況： 1. 基頻以下的恒磁通變頻調(diào)速 這是考慮從基頻（電動(dòng)機(jī)額定頻率）向下調(diào)速的情況。為了保持電動(dòng)機(jī)的氣隙主磁通不變，這就要求降低供電頻率的同時(shí)降低感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，保持E1/f1=常數(shù)，即保持電動(dòng)勢(shì)與頻率之比為常數(shù)進(jìn)行控制，這種控制又稱為恒磁通變頻調(diào)速，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式一。但是，E1難于直接檢測(cè)和直接控制。當(dāng)E1和f1的值較高時(shí)，定子的漏阻抗壓降相對(duì)比較小，如忽略不計(jì)，則可以近似的保持定子相電壓U1和頻率f1的比值為常數(shù)，即認(rèn)為U1=E1，保持U1/f1=常數(shù)即可。但當(dāng)頻率較低時(shí)，U1和E1都變小，定子漏阻抗壓降（主要是定子電阻壓降）不能再忽略。這種情況下，可以人為地提高定子電壓以補(bǔ)償定子電阻壓降的影響，上氣隙磁通基本保持不變。如圖1所示，其中1為U1/f1=C時(shí)的電壓、頻率關(guān)系，2為有電壓補(bǔ)償時(shí)（近似的E1/f1=C）的電壓、頻率關(guān)系。這就是恒壓頻比控制方式，是近似的恒磁通控制。 2. 基頻以上的弱磁變頻調(diào)速 這是考慮從基頻開(kāi)始向上調(diào)速的情況。頻率由額定值逐漸增大，但電壓U1受額定電壓的限制不能再升高，只能保持額定值不變，必然會(huì)使主磁通隨著f1的上升而減小，相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)弱磁調(diào)速的情況，屬于近似的恒功率調(diào)速方式。見(jiàn)圖1。 由上面的討論可知，異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速必須按照一定的規(guī)律同時(shí)改變其定子電壓和頻率，即必須通過(guò)變頻裝置獲得電壓頻率均可調(diào)節(jié)的供電電源，實(shí)現(xiàn)所謂的VVVF（Variable Voltage Variable Frequency）調(diào)速控制。這就是變頻器通用普通U/F控制的原理。 二． ABB ACS400變頻器在造粒配電室的應(yīng)用 三聚PM501電機(jī)采用ABB ACS400變頻器進(jìn)行控制。要求開(kāi)、停電動(dòng)機(jī)時(shí)由現(xiàn)場(chǎng)操作柱發(fā)出起/停信號(hào)，此信號(hào)通過(guò)儀表的中間繼電器后，由中間繼電器的常開(kāi)接點(diǎn)輸入到變頻器，然后由變頻器的輸出來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的起/停。根據(jù)實(shí)際要求，電機(jī)的速度給定模仿電動(dòng)電位器控制，而不是采用一般的4-20mA模擬信號(hào)輸入方式，因此ACS400采用電動(dòng)電位器控制方式，由兩個(gè)數(shù)字量開(kāi)關(guān)的開(kāi)合來(lái)模擬電動(dòng)電位器控制。 （1）變頻器硬件接線 變頻器運(yùn)行控制信號(hào)及速度信號(hào)可由兩個(gè)位置控制，一是直接的變頻器鍵盤(pán)控制，另一個(gè)是由外部信號(hào)加入到變頻器的輸入端來(lái)實(shí)現(xiàn)外部控制。對(duì)于PM501電機(jī)轉(zhuǎn)速控制由于要求外部控制，所以硬件的外部接線是非常重要的，它直接控制影響著變頻器的運(yùn)行情況。外部接線的輸入端如下圖所示。 由圖上可以看出，對(duì)于控制變頻器運(yùn)行的輸入信號(hào)和加減速控制信號(hào)，這些點(diǎn)在實(shí)際運(yùn)行中起到的具體作用是由設(shè)定的變頻器參數(shù)決定。 （2） 變頻器參數(shù)的設(shè)置 硬件接線連接好以后，還要正確設(shè)置參數(shù)變頻器才能正常工作。ACS400在控制途徑上有很多種可以選擇。包括：工廠宏：適用于一般工業(yè)應(yīng)用，除了可在鍵盤(pán)上控制變頻器以外，還可通過(guò)一個(gè)外部輸入控制變頻器的運(yùn)行；手/自動(dòng)宏：用與本地和遠(yuǎn)程操作，除了可在鍵盤(pán)上控制變頻器以外，還可通過(guò)兩個(gè)外部輸入（近程、遠(yuǎn)程）控制變頻器的運(yùn)行；PID宏：用于閉環(huán)控制的過(guò)程；轉(zhuǎn)矩控制：用于需要精確轉(zhuǎn)矩控制的過(guò)程等。不同宏的參數(shù)設(shè)置將會(huì)有一些差別。參數(shù)設(shè)置包括以下幾個(gè)部分：?jiǎn)?dòng)數(shù)據(jù)的設(shè)置，運(yùn)行數(shù)據(jù)的設(shè)置及保護(hù)設(shè)置等。在實(shí)際應(yīng)用中，最主要的便是啟動(dòng)數(shù)據(jù)設(shè)置和運(yùn)行數(shù)據(jù)設(shè)置。在啟動(dòng)數(shù)據(jù)設(shè)置中將給定控制的應(yīng)用宏及電機(jī)的額定電壓、功率因數(shù)等數(shù)值。運(yùn)行數(shù)據(jù)設(shè)置尤為重要，需要在此項(xiàng)中給定起、停、方向的控制輸入點(diǎn)，模擬輸入量的范圍、比例和加減速時(shí)間等等。下面將P501電機(jī)的一些重要參數(shù)設(shè)置列表如下并加以說(shuō)明。 1. 啟動(dòng)數(shù)據(jù)參數(shù)表 在參數(shù)表的9902、9905、9906、9907、9908、9909、9910項(xiàng)中我們可以得知電動(dòng)機(jī)的額定值，這些數(shù)值是根據(jù)電動(dòng)機(jī)銘牌上的數(shù)值手工輸入到變頻器中的。電機(jī)的這些額定參數(shù)對(duì)變頻器的正常運(yùn)行有著非常重要的作用，因此在錄入這些數(shù)據(jù)的時(shí)候應(yīng)確保同電動(dòng)機(jī)銘牌上的數(shù)值相一致。 2. 運(yùn)行數(shù)據(jù)參數(shù)表 各項(xiàng)的意義如下： —EXT1 COMMANDS 2 參數(shù)2表示電機(jī)的起停和方向由DI1,2控制。當(dāng)DI1=1時(shí)，電機(jī)運(yùn)行，DI1=0時(shí)，電機(jī)停止，其中DI1由儀表的中間繼電器K2控制。DI2=1時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)，DI2=0時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)。由于實(shí)際中DI2未接線，所以DI2一直為零，電機(jī)在遠(yuǎn)程控制時(shí)只能正轉(zhuǎn)。 —EXT1/EXT2 SEL 6 參數(shù)6表示選擇由EXT1控制，EXT1的控制信號(hào)由參數(shù)1001和1103決定。 —EXT REF1 SELECT 6 參數(shù)6= DI3U,4D（R），此信號(hào)模擬電動(dòng)電位器，作為速度給定。DI3合=升速，“U”表示升速。DI4合=降速，“D”表示降速。（R）則表示接到停車(chē)信號(hào)時(shí)，給定值復(fù)位為0。給定速度變化的快慢由參數(shù)2204 ACCELER TIME 2控制。 —RELAY OUTPUT 1 3 參數(shù)3=FAULT（-1）（故障），設(shè)備正常時(shí)吸合，故障時(shí)分?jǐn)唷? —RELAY OUTPUT 2 2 參數(shù)2=RUN（運(yùn)行），ACS400 運(yùn)行時(shí)繼電器動(dòng)作 —AO CONTENT 102 顯示變頻器的輸出速度。 —FAULT RESET SEL 0 參數(shù)0=KEYPAD（只用鍵盤(pán)），在鍵盤(pán)上復(fù)位故障。 由上面的參數(shù)設(shè)置及硬件連接可以分析如下： 由手/自動(dòng)宏的特性可知，DI1=1表示變頻器運(yùn)行在外部控制1控制下，此時(shí)起/停信號(hào)由DI1決定方向。由于P501電機(jī)不需要改變方向，故在硬件連接中DI2未接。電機(jī)速度大小由EXT REF1 SELECT 決定，在參數(shù)設(shè)置中，EXT REF1 SELECT 由DI3U,4D（R）表示，DI3U,4D（R）的大小來(lái)決定電機(jī)的轉(zhuǎn)速， 總之，PM501電機(jī)運(yùn)行在EXT1作用下，起/停由DI1控制，速度由DI3,DI4控制，在實(shí)際的運(yùn)行中運(yùn)行正常且具有很好的調(diào)速效果。 三． 存在的缺陷及改進(jìn)建議 變頻器應(yīng)用了兩個(gè)開(kāi)關(guān)量輸出點(diǎn)，繼電器1用來(lái)給儀表“變頻器故障”信號(hào)，繼電器2用來(lái)給儀表“變頻器運(yùn)行”信號(hào)，這兩個(gè)信號(hào)輸入到儀表PLC的輸入模塊中?，F(xiàn)在我們給出的變頻器故障信號(hào)是一個(gè)常開(kāi)接點(diǎn)，在參數(shù)設(shè)置中，1401（RELAY OUTPUT 1）參數(shù)設(shè)置成了3。此參數(shù)的意義是：當(dāng)變頻器正常時(shí)，繼電器1得電，它的常開(kāi)接點(diǎn)閉合；而當(dāng)變頻器存在故障時(shí)，繼電器1失電，它的常開(kāi)接點(diǎn)打開(kāi)。因此當(dāng)變頻器正常時(shí)，我們給儀表的是一個(gè)常閉接點(diǎn)，儀表PLC輸入模塊的“變頻器故障”輸入點(diǎn)的指示燈常亮；當(dāng)變頻器故障時(shí)，我們給儀表的是一個(gè)常開(kāi)接點(diǎn)，儀表PLC輸入模塊的“變頻器故障”輸入點(diǎn)的指示燈熄滅。而且儀表編制PLC程序時(shí)也必須對(duì)“變頻器故障”信號(hào)取非才能獲得正確的邏輯。因此無(wú)論在編程還是在直觀表示上，此信號(hào)的給出都存在一定缺陷。 根據(jù)變頻器的說(shuō)明書(shū)中可以得知，參數(shù)1401為4時(shí)表示：當(dāng)變頻器正常時(shí)，繼電器1失電，它的常開(kāi)接點(diǎn)打開(kāi)，故障指示燈不顯示；而當(dāng)變頻器存在故障時(shí)，繼電器1帶電，它的常開(kāi)接點(diǎn)閉合，故障指示燈顯示有故障。與參數(shù)1401為3時(shí)剛好相反，可以彌補(bǔ)上述所說(shuō)的缺陷。而且改正的過(guò)程非常簡(jiǎn)單，不需要進(jìn)行硬件接線的修改，只需更改一下參數(shù)的設(shè)置，因此此改進(jìn)完全可以實(shí)施。 其次，為防止變頻器輸出故障，影響裝置的運(yùn)行，建議在主回路和二次控制回路上進(jìn)行改造，當(dāng)變頻器發(fā)生故障時(shí)，使之通過(guò)工頻、變頻轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，使主回路轉(zhuǎn)換至工頻甩開(kāi)變頻器，為電機(jī)的持續(xù)運(yùn)行提供保障，使主回路轉(zhuǎn)換至工頻甩開(kāi)變頻器，以便檢測(cè)變頻器，確認(rèn)其正常后，再轉(zhuǎn)換至變頻器控制。確保裝置的持續(xù)、安穩(wěn)運(yùn)行。 四． 小結(jié) 隨著變頻器的發(fā)展，用變頻器對(duì)交流電動(dòng)機(jī)也越來(lái)越普遍，而且它的調(diào)速效果也越來(lái)越好，專家預(yù)測(cè)，交流變頻調(diào)速將逐步替代直流調(diào)速。因此，在今后變頻器將被大量使用，正確掌握變頻器的原理及使用方法是非常重要的。在三聚很多電機(jī)的調(diào)速采用了變頻器調(diào)速。其中ACS400系列變頻器，調(diào)速效果很好，但在參數(shù)的設(shè)置上有一些復(fù)雜，完全可以簡(jiǎn)化參數(shù)設(shè)置而且能夠完成控制要求。在上面的論述中也提出了一些建議，希望各位領(lǐng)導(dǎo)批評(píng)指正。 參考文獻(xiàn) 現(xiàn)代電氣控制技術(shù)——————————————————————————————————-重慶大學(xué)出版社 顧樂(lè)觀 ACS 400 變頻器用戶手冊(cè)————————————————————————————-北京ABB電氣傳動(dòng)系統(tǒng)有限公司