合理设置变频器参数 改善电机起动和运行性能

前言

变频器在生产过程中正得到越来越广泛的应用。变频器的参数种类不少，虽然生产厂家的使用说明书也简要说明了一些参数的含义，但对于如何设置参数及设置参数的原理却未详细说明。因此，如何适当地设置变频器的各个参数，是摆在用户面前的重要问题。参数设置得合理、恰当，能够很好地改善电机的起动和运行性能。反之，则有可能对电机的起动和运行性能造成不良影响。在变频器的多个参数中，有些参数的设置是没有多大选择余地的，如频率控制方式、额定电压、电机极数等而另外一些参数却具有较大的选择余地，如加速时间、减速时间、偏置频率、转矩提升、加速/减速曲线类型等。这部分参数的选择对电机的起动和运行性能具有重大的影响。现以日本富士的G9S系列变频器为例，说明部分参数的设置对电机起动和运行性能的影响及合理设置方法。

转矩提升功能的作用及参数的合理设定当变频器采用U/f恒定控制方式时，存在的主要问题是电机低速运行性能较差。由电动机的T型等效电路可知，电动机定子的感应电动势为：式中：K―――电动机绕组系数Υ―――每极磁通―――电源频率―――电动机绕组匝数。

而电动机端电压和感应电动势的关系式为：式中：R―――定子绕组的电阻―――定子绕组的漏抗―――定子电流。

当电动机在额定条件下运行时，电动机定子电阻和漏电抗的压降较小，电动机端电压和感应电动势近似相等。而在低速状态下，电动机定子电阻压降所占比重增大，已不能忽略。此时若仍然按U/f恒定方式控制，已不能保持E/f为恒定，不能维持电动机的磁通恒定。电机磁通的减小，必然导致电机的电磁转矩减小。对于较大的恒转矩负荷，若配套的变频拖动系统的裕量不够大，则可能导致系统起动困难或起动不了。G9S系列变频器提供的转矩提升功能就是为解决这一问题而设置的。转矩提升功能的实质如下。

(1)在电机低速运行时，采用补偿端电压的方法，适当提升端电压U 1，以补偿定子电阻压降从而保持E/f为恒定来提升低速时的转矩特性。

(2)电机在额定频率以下运行时，根据负载性质的情况，对电机的端电压进行补偿而得到相应的E/合理设置变频器参数改善电机起动和运行性能龙小燕(江西铜业公司德兴铜矿，江西德兴334224)根据变频器设置参数的原理，通过理论分析和生产实践，阐述了变频器部分参数设置的涵义及其对电机运行性能的影响，为改善电机的起动和运行性能，提出了合理设置变频器部分参数的方法，对变频器的使用和维护具有借鉴和参考作用。

变频器参数设置电机运行性能中国钨业在图1所示的手动转矩提升的三种类型中，类型1适合于风机、泵等平方转矩负载。风机、泵类负载的转矩特性是：空气或液体在一定的速度范围内所产生的阻力大致与转速的2次方成正比。随着转速的增加，负载转矩按转速的2次方增加。在类型1的输出频率和输出电压的关系曲线中：低速段的U/ f较小，电机产生的电磁转矩也较小随着转速的升高， U/f相应地增大，电机产生的电磁转矩也增大，且整条曲线呈现的函数关系U=f(f)近似为2次方的关系，与负载的转矩特性相吻合。类型2适合于比例转矩负载。类型3适合于恒转矩负载如皮带运输机、提升机等。恒转矩负载的负载特性就是在整个频率段，负载的转矩基本维持不变。在类型3的输出频率和输出电压的关系曲线中：U/f为线性关系，是一恒定值。因而电机产生的电磁转矩也保持恒定，与负载的转矩特性相吻合。

在设置变频器的转矩提升功能时，为使电机合理运行，在频率为0时，输出电压应为某一确定的大于零的值，如图1中的A点。A点选取的合理与否对电机的运行影响很大。例如，对于类型3的输出频率和输出电压关系曲线来说， A点的选取直接影响到的斜率，从而影响励磁磁通的大小和电磁转矩。如果A点选择过高，可能导致过励磁而使励磁回路饱和，系统效率降低，电机容易发热。如果A点选择偏低，将导致低频时电机转矩变小。某厂有一台铁板给矿机采用富士变频器进行调速控制给矿量，在设置转矩提升(功能码07)参数时，先采用工厂缺省值即设置转矩提升为0 .0.运行期间发现给矿机有时起动不了，而在加装变频器之前的恒速控制方式时从未出现该现象。分析原因可能是由于采用变频调速后，转矩提升参数按工厂缺省值设置导致电机起动转矩降低接近负载静转矩，电机有时无法克服负载静转矩而造成起动失败。根据铁板给矿机属于恒转矩负载特点，后采用类型3的转矩提升特性。经反复试验，最后确定设置功能码07为8.0，提高了电机的起动转矩，解决了有时起动失败的故障。对于大马拉小车的驱动方式，按工厂缺省值设置转矩提升参数一般来说也不会出现上述故障。

但对于驱动电机及变频器相对负载裕量较小的驱动系统来说，就必需合理选择转矩提升参数。

2加速时间和减速时间的选择

加速时间和减速时间选择的合理与否对电机的起动和停止运行及调速系统的响应速度都有重大的影响。电机和生产机械及传动装置组成的机械运动系统的运行规律可由以下的运动方程来描述：也可以写成：式中：T―――拖动转矩―――阻转矩―――飞轮矩。

由该运动方程可知：电机的电磁转矩由负载的静转矩和加速转矩共同决定。在静转矩一定的情况下，若加速时间短，则电磁转矩大，相应地变频器的驱动电流也大。加速时间设置的约束是将电流限制在过电流范围内，不应使过电流保护装置动作。电机在减速运转期间，变频器将处于再生发电制动状曲线并以此获得相应的转矩特性。

G9S系列变频器提供了自动转矩提升和手动转矩提升两种方式供用户选择。

龙小燕：合理设置变频器参数改善电机起动和运行性能中国钨业态。传动系统中所储存的机械能转换为电能并通过逆变器的6个回馈二极管将电能回馈到直流侧。此时的逆变器处于整流状态。回馈的电能将导致中间回路的储能电容器两端电压上升。当电机的制动时间较短时，电容器端电压升得过高，则造成变频器的制动过电压保护功能动作而引起跳闸。因此，减速时间设置的约束是防止直流回路电压过高，不应使过电压保护装置动作。选择较短的加速时间和减速时间，可缩短起动和停止时间并加快系统的响应速度。但是，如选择的加速时间太短，可能引起过电流跳闸如选择的减速时间太短，频率下降太快，电机会进入再生制动状态，可能发生过电压跳闸现象。由以上的分析可知，加速/减速时间的选择与电机所带的负载大小和飞轮力矩GD有关。选择加速/减速时间的方法有两种：一种是通过实验的方法，在满足工艺流程要求的条件下，以变频器不发生跳闸为依据进行设置。在试验时应该注意，不仅要试验从零速加速到最大速度及从最大速度减速到零速的情况，还需试验动态加减速时的情况另一种是通过计算的方法来进行加速/减速时间的设置。