早在上個世紀(jì)，電動機(jī)已經(jīng)無處不在，為包括泵、風(fēng)扇和壓縮機(jī)在內(nèi)的各種工業(yè)設(shè)備供電。在過去的幾十年里，變頻器（VFD）已經(jīng)成為一種能夠降低能耗和優(yōu)化電機(jī)控制的強(qiáng)大且常見的工具。

在為工業(yè)自動化設(shè)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(diào)試期間每個變頻器都能夠充分控制各自的電機(jī)。也就是說，電氣承包商通常不是針對特定電機(jī)和應(yīng)用需求優(yōu)化變頻器的專家。大多數(shù)變頻器都是復(fù)雜的控制設(shè)備，包括許多可以微調(diào)的參數(shù)，以為應(yīng)用帶來更大優(yōu)勢。

01

工業(yè)自動化的變頻器參數(shù)優(yōu)化

在安裝過程中，可以對一些關(guān)鍵的變頻器參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化以改善電機(jī)運(yùn)行，但這些參數(shù)通常都沒有得到很好的配置。對于本文所討論的設(shè)置，首先需要驗證參數(shù)是否與制造商文件中所列的參數(shù)匹配，并特別注意工程單位。

▲了解變頻器的 8 個重要參數(shù)，有助于優(yōu)化電機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行，以實現(xiàn)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(jī)長期運(yùn)行的最大安培數(shù)，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(jī)標(biāo)準(zhǔn)額定功率的電流。

熱電流參數(shù)告知變頻器，在不出現(xiàn)熱故障的情況下，可以處理多少“額外”功率。當(dāng)超過該限制時，變頻器可以在電機(jī)過載發(fā)生之前觸發(fā)故障，從而保護(hù)電機(jī)免受熱故障的影響。當(dāng)配置電機(jī)電流的驅(qū)動參數(shù)時，用戶可以在電機(jī)銘牌上找到滿載電流和電機(jī)使用系數(shù)（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(diào)制

每個為交流電機(jī)供電的變頻器，將線路交流功率轉(zhuǎn)換為直流功率，然后變頻器將其調(diào)制為交流波形。這種調(diào)制是通過快速脈沖直流電源來實現(xiàn)的（打開和關(guān)閉）以產(chǎn)生交流波。變頻器調(diào)節(jié)波的幅值和頻率，使電機(jī)以所需的速度旋轉(zhuǎn)。脈寬調(diào)制（PWM）開關(guān)頻率參數(shù)調(diào)節(jié)這些脈沖，并且通過改變?yōu)殡姍C(jī)供電的交流電的脈沖數(shù)量來調(diào)節(jié)。

當(dāng)脈寬調(diào)制沒有針對電機(jī)和應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化時，電機(jī)和變頻器產(chǎn)生的熱量耗散是不平衡的。如果脈寬調(diào)制過低，電機(jī)將更快地變熱，表現(xiàn)為電機(jī)會發(fā)出刺耳的聲音。最終，這可能導(dǎo)致絕緣擊穿或軸承點蝕問題。高脈寬調(diào)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(diào)制還會增加電機(jī)和變頻器之間的反射波，這會導(dǎo)致電機(jī)軸中的電流感應(yīng)增加，進(jìn)而導(dǎo)致電機(jī)軸承點蝕和變頻器中的接地故障。通過微調(diào)脈寬調(diào)制，用戶可以平衡熱位移，延長電機(jī)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(jī)減速所需時間的參數(shù)。較長的減速時間，意味著轉(zhuǎn)速降低到電機(jī)完全停止所需的時間較長。雖然許多安裝人員都知道要優(yōu)化加速時間，以防止啟動時出現(xiàn)過電流問題，但減速時間往往會被忽視。

調(diào)整減速時間對于防止過電壓故障很重要，當(dāng)電機(jī)斷電并且由于負(fù)載的慣性而繼續(xù)使電機(jī)旋轉(zhuǎn)時，可能會產(chǎn)生過電壓故障。這種旋轉(zhuǎn)會使電機(jī)發(fā)電，并將其反饋到變頻器中，從而導(dǎo)致變頻器發(fā)生故障。在這種情況下，適當(dāng)?shù)臏p速時間將降低由減速負(fù)載產(chǎn)生的電量，并防止故障發(fā)生。

例如，如果用戶有一個控制風(fēng)扇的電機(jī)，并且需要10秒來減速和停止風(fēng)扇，則應(yīng)使用該減速時間對變頻器進(jìn)行編程，以延長電機(jī)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(yīng)咨詢相關(guān)專家。

05

最小運(yùn)行速度

最小運(yùn)行速度是一個速度設(shè)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(jī)不要運(yùn)行。由于大多數(shù)電機(jī)都是由內(nèi)部風(fēng)扇冷卻的，該風(fēng)扇的速度與電機(jī)速度直接相關(guān)，因此設(shè)置最低運(yùn)行速度對于防止低速時可能發(fā)生的電機(jī)過熱非常重要。

例如，如果將最小運(yùn)行速度設(shè)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(qū)動電機(jī)。請記住，應(yīng)確保在對任何可編程邏輯控制器（PLC）進(jìn)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(shù)通常由幾個參數(shù)組成。頻率跳變參數(shù)中的每一個數(shù)值，都表示在該頻率下變頻器將不會驅(qū)動負(fù)載。許多機(jī)械系統(tǒng)都有一個或多個頻率，在該頻率下系統(tǒng)會過度振動，甚至可能是破壞性的。

例如，若系統(tǒng)的諧振頻率為40Hz，那么電機(jī)如果以40 Hz運(yùn)行就會過度振動，這可能會使零件松動。通過設(shè)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(shè)備制造商可能會識別諧振頻率，但它們更多是通過經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)的?？赡軙蓄~外的相關(guān)參數(shù)指示頻帶，因此變頻器不會停留在某個范圍內(nèi)。

07

可編程圖形界面設(shè)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(jī)界面模塊（HIM）。雖然默認(rèn)設(shè)置可能適用于某些應(yīng)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(jù)客戶需求定制。下面介紹三種最有用的設(shè)置，即顯示數(shù)值、顯示單位和密碼，但參數(shù)名稱可能因變頻器制造商而異。

1.顯示值

大多數(shù)變頻器的HIM都有默認(rèn)的出廠設(shè)置，用于顯示電機(jī)速度。某些應(yīng)用可能需要顯示其它值。例如，在許多混合應(yīng)用中，電機(jī)功率會隨著粘度的變化而變化。在HIM上顯示電源，將允許運(yùn)行人員確定產(chǎn)品的混合程度，而無需在控制室中的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集（SCADA）系統(tǒng)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(yùn)行人員的偏好。根據(jù)制造商的不同，運(yùn)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(yōu)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(shù)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(diào)整數(shù)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(guān)設(shè)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(yùn)營原因來限制對電機(jī)的控制。例如，可能不希望在現(xiàn)場的HIM啟動電機(jī)，然后驚動控制室中的運(yùn)行人員。許多制造商的密碼設(shè)置可以限制任何未經(jīng)授權(quán)的用戶登錄，同時保持參數(shù)的可見性。最好與負(fù)責(zé)安全、安保和運(yùn)營的工廠和工程人員協(xié)作，以確定這些安全措施的最佳應(yīng)用。

08

控制特性

控制特性是一組參數(shù)，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(shè)定值。這對于確保在適當(dāng)?shù)臅r間點，施加正確的扭矩量至關(guān)重要。這不能與調(diào)試期間設(shè)置的設(shè)定值相混淆。大多數(shù)制造商提供幾種不同的控制特性可以幫助特定應(yīng)用，其中最常見的四種是：

伏特/赫茲（V/Hz）：控制電壓和電流關(guān)系的大小。在流量比壓力更重要的場景中，對風(fēng)扇和泵應(yīng)用有好處。在整個扭矩范圍內(nèi)，保持電機(jī)轉(zhuǎn)差在1/2以內(nèi)（基本上就是定子稍微滯后于轉(zhuǎn)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(jī)轉(zhuǎn)差1/4范圍內(nèi)，提供更高的起動轉(zhuǎn)矩和速度控制。適用于深井泵和高恒定扭矩應(yīng)用（使用這種控制方法時，應(yīng)使用自動調(diào)諧）。

通量矢量（開環(huán)）：通過提供幅值和角度控制來提高V/Hz。通過感知電動機(jī)的磁通量和方向，可以提供更精確的電動機(jī)速度和轉(zhuǎn)矩控制。

閉環(huán)矢量：該方法利用安裝在電機(jī)上的編碼器向變頻器提供軸位置和速度。使用該方法，電機(jī)可以在零轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生全轉(zhuǎn)矩。非常適合起重機(jī)應(yīng)用。

其中一些會相互作用，另一些則不允許使用不同參數(shù)。例如，設(shè)置扭矩控制會影響自動調(diào)諧能力。

09

變頻器制造商特有的“智能”參數(shù)

如今，許多變頻器包括各種“智能”功能，可以幫助進(jìn)一步提高電機(jī)的效率和壽命。然而，由于這些功能因變頻器而異，我們經(jīng)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(jiān)測產(chǎn)生一定速度所需的功率。當(dāng)首次設(shè)置變頻器時可以建立基線功率曲線，通過編程設(shè)置，在軸承磨損且需要更多功率才能產(chǎn)生相同速度時發(fā)出報警。

一些變頻器還可以根據(jù)觸發(fā)條件執(zhí)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(shè)置來臨時增加功率，以清除管道阻塞。

當(dāng)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(zhí)行一些維護(hù)任務(wù)。當(dāng)這些功能與上面討論的控制特性結(jié)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(yùn)行。

關(guān)鍵概念：?

■?了解經(jīng)常被忽視的8個最常見的變頻器參數(shù)。

■?這些參數(shù)如何幫助制造商改善運(yùn)營，工程師如何通過圖形顯示改善用戶體驗。

審核編輯：劉清