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機速度已經(jīng)十分普遍。變頻器在實際應用中十分可靠準確，可使用于不同場合的不同準確度等級的電機調(diào)速,變頻調(diào)速將逐步代替直流機調(diào)速。在變頻器發(fā)展的過程中經(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 異步電動機的同步轉(zhuǎn)速，即旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速為 n1=60f/p 式中 n1—同步轉(zhuǎn)速（r/min） f—電源頻率（Hz） p—磁極對數(shù) 而異步電動機的軸轉(zhuǎn)速為n=60f＊（1-s）/p 式中 s—異步電動機的轉(zhuǎn)差率，s=（ n1-n）/ n1. 可以看出，改變異步電動機的供電頻率，可以改變其同步轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)調(diào)速運行。 對異步電動機進行調(diào)速控制時，希望電動機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，電動機的負載能力下降；磁通太強，則處于過勵磁狀態(tài)，勵磁電流過大，已有擾動，調(diào)速將非線性化。為此應保證電動機調(diào)速過程中氣隙磁通保持不變。 三相異步電動機定子每相電動勢的有效值為 E1=4.44f1N1øm 式中 E1—定子每相由氣隙磁通感應的電動勢值 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，øm的值由E1和f1共同決定的，對E1和f1進行適當?shù)目刂?，就可以使氣隙磁?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（電動機額定頻率）向下調(diào)速的情況。為了保持電動機的氣隙主磁通不變，這就要求降低供電頻率的同時降低感應電動勢，保持E1/f1=常數(shù)，即保持電動勢與頻率之比為常數(shù)進行控制，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難于直接檢測和直接控制。當E1和f1的值較高時，定子的漏阻抗壓降相對比較小，如忽略不計，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)，即認為U1=E1，保持U1/f1=常數(shù)即可。但當頻率較低時，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時的電壓、頻率關(guān)系，2為有電壓補償時（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，必然會使主磁通隨著f1的上升而減小，相當于直流電動機弱磁調(diào)速的情況，屬于近似的恒功率調(diào)速方式。見圖1。 由上面的討論可知，異步電動機的變頻調(diào)速必須按照一定的規(guī)律同時改變其定子電壓和頻率，即必須通過變頻裝置獲得電壓頻率均可調(diào)節(jié)的供電電源，實現(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用 三聚PM501電機采用ABB ACS400變頻器進行控制。要求開、停電動機時由現(xiàn)場操作柱發(fā)出起/停信號，此信號通過儀表的中間繼電器后，由中間繼電器的常開接點輸入到變頻器，然后由變頻器的輸出來控制電動機的起/停。根據(jù)實際要求，電機的速度給定模仿電動電位器控制，而不是采用一般的4-20mA模擬信號輸入方式，因此ACS400采用電動電位器控制方式，由兩個數(shù)字量開關(guān)的開合來模擬電動電位器控制。 （1）變頻器硬件接線 變頻器運行控制信號及速度信號可由兩個位置控制，一是直接的變頻器鍵盤控制，另一個是由外部信號加入到變頻器的輸入端來實現(xiàn)外部控制。對于PM501電機轉(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行情況。外部接線的輸入端如下圖所示。 由圖上可以看出，對于控制變頻器運行的輸入信號和加減速控制信號，這些點在實際運行中起到的具體作用是由設定的變頻器參數(shù)決定。 （2） 變頻器參數(shù)的設置 硬件接線連接好以后，還要正確設置參數(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)應用，除了可在鍵盤上控制變頻器以外，還可通過一個外部輸入控制變頻器的運行；手/自動宏：用與本地和遠程操作，除了可在鍵盤上控制變頻器以外，還可通過兩個外部輸入（近程、遠程）控制變頻器的運行；PID宏：用于閉環(huán)控制的過程；轉(zhuǎn)矩控制：用于需要精確轉(zhuǎn)矩控制的過程等。不同宏的參數(shù)設置將會有一些差別。參數(shù)設置包括以下幾個部分：啟動數(shù)據(jù)的設置，運行數(shù)據(jù)的設置及保護設置等。在實際應用中，最主要的便是啟動數(shù)據(jù)設置和運行數(shù)據(jù)設置。在啟動數(shù)據(jù)設置中將給定控制的應用宏及電機的額定電壓、功率因數(shù)等數(shù)值。運行數(shù)據(jù)設置尤為重要，需要在此項中給定起、停、方向的控制輸入點，模擬輸入量的范圍、比例和加減速時間等等。下面將P501電機的一些重要參數(shù)設置列表如下并加以說明。 1. 啟動數(shù)據(jù)參數(shù)表 在參數(shù)表的9902、9905、9906、9907、9908、9909、9910項中我們可以得知電動機的額定值，這些數(shù)值是根據(jù)電動機銘牌上的數(shù)值手工輸入到變頻器中的。電機的這些額定參數(shù)對變頻器的正常運行有著非常重要的作用，因此在錄入這些數(shù)據(jù)的時候應確保同電動機銘牌上的數(shù)值相一致。 2. 運行數(shù)據(jù)參數(shù)表 各項的意義如下： —EXT1 COMMANDS 2 參數(shù)2表示電機的起停和方向由DI1,2控制。當DI1=1時，電機運行，DI1=0時，電機停止，其中DI1由儀表的中間繼電器K2控制。DI2=1時，電機反轉(zhuǎn)，DI2=0時，電機正轉(zhuǎn)。由于實際中DI2未接線，所以DI2一直為零，電機在遠程控制時只能正轉(zhuǎn)。 —EXT1/EXT2 SEL 6 參數(shù)6表示選擇由EXT1控制，EXT1的控制信號由參數(shù)1001和1103決定。 —EXT REF1 SELECT 6 參數(shù)6= DI3U,4D（R），此信號模擬電動電位器，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）則表示接到停車信號時，給定值復位為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），設備正常時吸合，故障時分斷。 —RELAY OUTPUT 2 2 參數(shù)2=RUN（運行），ACS400 運行時繼電器動作 —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），在鍵盤上復位故障。 由上面的參數(shù)設置及硬件連接可以分析如下： 由手/自動宏的特性可知，DI1=1表示變頻器運行在外部控制1控制下，此時起/停信號由DI1決定方向。由于P501電機不需要改變方向，故在硬件連接中DI2未接。電機速度大小由EXT REF1 SELECT 決定，在參數(shù)設置中，EXT REF1 SELECT 由DI3U,4D（R）表示，DI3U,4D（R）的大小來決定電機的轉(zhuǎn)速， 總之，PM501電機運行在EXT1作用下，起/停由DI1控制，速度由DI3,DI4控制，在實際的運行中運行正常且具有很好的調(diào)速效果。 三． 存在的缺陷及改進建議 變頻器應用了兩個開關(guān)量輸出點，繼電器1用來給儀表“變頻器故障”信號，繼電器2用來給儀表“變頻器運行”信號，這兩個信號輸入到儀表PLC的輸入模塊中。現(xiàn)在我們給出的變頻器故障信號是一個常開接點，在參數(shù)設置中，1401（RELAY OUTPUT 1）參數(shù)設置成了3。此參數(shù)的意義是：當變頻器正常時，繼電器1得電，它的常開接點閉合；而當變頻器存在故障時，繼電器1失電，它的常開接點打開。因此當變頻器正常時，我們給儀表的是一個常閉接點，儀表PLC輸入模塊的“變頻器故障”輸入點的指示燈常亮；當變頻器故障時，我們給儀表的是一個常開接點，儀表PLC輸入模塊的“變頻器故障”輸入點的指示燈熄滅。而且儀表編制PLC程序時也必須對“變頻器故障”信號取非才能獲得正確的邏輯。因此無論在編程還是在直觀表示上，此信號的給出都存在一定缺陷。 根據(jù)變頻器的說明書中可以得知，參數(shù)1401為4時表示：當變頻器正常時，繼電器1失電，它的常開接點打開，故障指示燈不顯示；而當變頻器存在故障時，繼電器1帶電，它的常開接點閉合，故障指示燈顯示有故障。與參數(shù)1401為3時剛好相反，可以彌補上述所說的缺陷。而且改正的過程非常簡單，不需要進行硬件接線的修改，只需更改一下參數(shù)的設置，因此此改進完全可以實施。 其次，為防止變頻器輸出故障，影響裝置的運行，建議在主回路和二次控制回路上進行改造，當變頻器發(fā)生故障時，使之通過工頻、變頻轉(zhuǎn)換開關(guān)，使主回路轉(zhuǎn)換至工頻甩開變頻器，為電機的持續(xù)運行提供保障，使主回路轉(zhuǎn)換至工頻甩開變頻器，以便檢測變頻器，確認其正常后，再轉(zhuǎn)換至變頻器控制。確保裝置的持續(xù)、安穩(wěn)運行。 四． 小結(jié) 隨著變頻器的發(fā)展，用變頻器對交流電動機也越來越普遍，而且它的調(diào)速效果也越來越好，專家預測，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)的設置上有一些復雜，完全可以簡化參數(shù)設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)導批評指正。 參考文獻 現(xiàn)代電氣控制技術(shù)——————————————————————————————————-重慶大學出版社 顧樂觀 ACS 400 變頻器用戶手冊————————————————————————————-北京ABB電氣傳動系統(tǒng)有限公司