【变频器高手】容易被忽视的八个变频器优化参数

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作者 | Kurt Niehaus

识别变频器的一些关键参数，如热电流、脉宽调制等，可以帮助工程师在不同应用中获得更好的性能。

早在上个世纪，电动机已经无处不在，为包括泵、风扇和压缩机在内的各种工业设备供电。在过去的几十年里，变频器（VFD）已经成为一种能够降低能耗和优化电机控制的强大且常见的工具。

在为工业自动化设置变频器时，很可能是工程师与电气承包商合作，以确保在调试期间每个变频器都能够充分控制各自的电机。也就是说，电气承包商通常不是针对特定电机和应用需求优化变频器的专家。大多数变频器都是复杂的控制设备，包括许多可以微调的参数，以为应用带来更大优势。

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工业自动化的变频器参数优化

在安装过程中，可以对一些关键的变频器参数进行优化以改善电机运行，但这些参数通常都没有得到很好的配置。对于本文所讨论的设置，首先需要验证参数是否与制造商文件中所列的参数匹配，并特别注意工程单位。



▲了解变频器的 8 个重要参数，有助于优化电机系统的运行，以实现自动化。图片来源：Applied Control Engineering

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变频器热电流

热电流是指最大允许电流，它不同于满载电流（FLA）。满载电流是在额定功率下，允许电机长期运行的最大安培数，而热电流代表的则是可以短暂施加、允许变频器安全地施加超过电机标准额定功率的电流。

热电流参数告知变频器，在不出现热故障的情况下，可以处理多少“额外”功率。当超过该限制时，变频器可以在电机过载发生之前触发故障，从而保护电机免受热故障的影响。当配置电机电流的驱动参数时，用户可以在电机铭牌上找到满载电流和电机使用系数（SF）。将这两个值相乘，可计算出以安培为单位的热电流。

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脉宽调制

每个为交流电机供电的变频器，将线路交流功率转换为直流功率，然后变频器将其调制为交流波形。这种调制是通过快速脉冲直流电源来实现的（打开和关闭）以产生交流波。变频器调节波的幅值和频率，使电机以所需的速度旋转。脉宽调制（PWM）开关频率参数调节这些脉冲，并且通过改变为电机供电的交流电的脉冲数量来调节。

当脉宽调制没有针对电机和应用进行优化时，电机和变频器产生的热量耗散是不平衡的。如果脉宽调制过低，电机将更快地变热，表现为电机会发出刺耳的声音。最终，这可能导致绝缘击穿或轴承点蚀问题。高脉宽调制要求变频器出力更多，最终使变频器过热并缩短变频器的寿命。

升高的脉宽调制还会增加电机和变频器之间的反射波，这会导致电机轴中的电流感应增加，进而导致电机轴承点蚀和变频器中的接地故障。通过微调脉宽调制，用户可以平衡热位移，延长电机和变频器的寿命。

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减速时间

减速时间是决定变频器使电机减速所需时间的参数。较长的减速时间，意味着转速降低到电机完全停止所需的时间较长。虽然许多安装人员都知道要优化加速时间，以防止启动时出现过电流问题，但减速时间往往会被忽视。

调整减速时间对于防止过电压故障很重要，当电机断电并且由于负载的惯性而继续使电机旋转时，可能会产生过电压故障。这种旋转会使电机发电，并将其反馈到变频器中，从而导致变频器发生故障。在这种情况下，适当的减速时间将降低由减速负载产生的电量，并防止故障发生。

例如，如果用户有一个控制风扇的电机，并且需要10秒来减速和停止风扇，则应使用该减速时间对变频器进行编程，以延长电机的寿命。但请注意，如果出于工艺或安全方面的原因需要快速停止，可能需要额外的硬件，并应咨询相关专家。

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最小运行速度

最小运行速度是一个速度设定值，通常以最大速度的百分比计算，低于该值变频器将通知电机不要运行。由于大多数电机都是由内部风扇冷却的，该风扇的速度与电机速度直接相关，因此设置最低运行速度对于防止低速时可能发生的电机过热非常重要。

例如，如果将最小运行速度设置为10%，并且有人向变频器提供5%的速度参考，则变频器将不会驱动电机。请记住，应确保在对任何可编程逻辑控制器（PLC）进行配置时，考虑控制积分器，例如比例-积分-微分（PID）算法，其中变频器由控制变量（CV）控制。

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频率跳变

跳频函数通常由几个参数组成。频率跳变参数中的每一个数值，都表示在该频率下变频器将不会驱动负载。许多机械系统都有一个或多个频率，在该频率下系统会过度振动，甚至可能是破坏性的。

例如，若系统的谐振频率为40Hz，那么电机如果以40 Hz运行就会过度振动，这可能会使零件松动。通过设置合适的频率跳变，变频器将跳过40 Hz，并防止这些振动。虽然一些设备制造商可能会识别谐振频率，但它们更多是通过经验发现的。可能会有额外的相关参数指示频带，因此变频器不会停留在某个范围内。

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可编程图形界面设置

一般来说，大型的变频器制造商都会提供配套的小型可编程LCD人机界面模块（HIM）。虽然默认设置可能适用于某些应用，但该模块通常是可编程的，以在显示器上显示不同的值或根据客户需求定制。下面介绍三种最有用的设置，即显示数值、显示单位和密码，但参数名称可能因变频器制造商而异。

1.显示值

大多数变频器的HIM都有默认的出厂设置，用于显示电机速度。某些应用可能需要显示其它值。例如，在许多混合应用中，电机功率会随着粘度的变化而变化。在HIM上显示电源，将允许运行人员确定产品的混合程度，而无需在控制室中的监控和数据采集（SCADA）系统上面显示。确定理想显示值的最佳方法，是了解工艺、选项和工厂运行人员的偏好。根据制造商的不同，运行人员还可以查看频率、电流、自定义消息或计算值。

2.显示单位

只有在以正确的单位显示正确的过程信息的情况下，才能优化HIM的值。在某些情况下很简单，只需要更改显示以公制单位显示数值，例如升/分钟而不是加仑/分钟。在其它情况下，可能会需要调整数值以匹配SCADA和HMI屏幕，来显示速度百分比而不是RPM。

3.密码

密码和相关设置可限制从HIM对变频器的操作。虽然限制变频器操作可能是出于安全原因，但也有可能出于运营原因来限制对电机的控制。例如，可能不希望在现场的HIM启动电机，然后惊动控制室中的运行人员。许多制造商的密码设置可以限制任何未经授权的用户登录，同时保持参数的可见性。最好与负责安全、安保和运营的工厂和工程人员协作，以确定这些安全措施的最佳应用。

08

控制特性

控制特性是一组参数，有助于定义变频器如何改变频率和功率，以满足高端变频器中的编程设定值。这对于确保在适当的时间点，施加正确的扭矩量至关重要。这不能与调试期间设置的设定值相混淆。大多数制造商提供几种不同的控制特性可以帮助特定应用，其中最常见的四种是：

伏特/赫兹（V/Hz）：控制电压和电流关系的大小。在流量比压力更重要的场景中，对风扇和泵应用有好处。在整个扭矩范围内，保持电机转差在1/2以内（基本上就是定子稍微滞后于转子），但可能无法将扭矩保持在2 Hz以下。

无传感器矢量（SV）：在电机转差1/4范围内，提供更高的起动转矩和速度控制。适用于深井泵和高恒定扭矩应用（使用这种控制方法时，应使用自动调谐）。

通量矢量（开环）：通过提供幅值和角度控制来提高V/Hz。通过感知电动机的磁通量和方向，可以提供更精确的电动机速度和转矩控制。

闭环矢量：该方法利用安装在电机上的编码器向变频器提供轴位置和速度。使用该方法，电机可以在零转速下产生全转矩。非常适合起重机应用。

其中一些会相互作用，另一些则不允许使用不同参数。例如，设置扭矩控制会影响自动调谐能力。

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变频器制造商特有的“智能”参数

如今，许多变频器包括各种“智能”功能，可以帮助进一步提高电机的效率和寿命。然而，由于这些功能因变频器而异，我们经常会看到许多功能未得到充分利用。

例如，一些变频器配置了传感器，用于监测产生一定速度所需的功率。当首次设置变频器时可以建立基线功率曲线，通过编程设置，在轴承磨损且需要更多功率才能产生相同速度时发出报警。

一些变频器还可以根据触发条件执行某些操作。例如，连接到泵的变频器，可以基于移动流体通过管道所需的功率量来感测管道是否存在堵塞。智能的变频器可以通过编程设置来临时增加功率，以清除管道阻塞。

当充分理解和实施这些制造商特有的智能功能时，可以提高其能源效率，主动执行一些维护任务。当这些功能与上面讨论的控制特性结合时，用户可以从变频器中获得更多功率，而无需考虑在低端还是高端运行。

关键概念：

■ 了解经常被忽视的8个最常见的变频器参数。

■ 这些参数如何帮助制造商改善运营，工程师如何通过图形显示改善用户体验。

思考一下：

您认为变频器最重要的参数是什么？

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▲本文来自于控制工程中文版杂志（CONTROL ENGINEERING China）2023年7月刊《技术文章》栏目：容易被忽视的八个变频器优化参数



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