1 引言
變頻技術(shù)從上世紀80年代發(fā)展至今，特別是最近幾年來的大功率晶體管開關(guān)元器件及DSP數(shù)字處理技術(shù)等的飛速發(fā)展，促使其體積減小和性價比提高，應(yīng)用也日益普及。隨著我國工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，電力工業(yè)雖然有了長足進步，但能源的浪費卻是相當驚人的?，F(xiàn)在凡是可變轉(zhuǎn)速的拖動電機，只要采用該項技術(shù)就能取得非常顯著的節(jié)能效果。
2 變頻調(diào)速的優(yōu)點
采用變頻調(diào)速，具有許多突出的優(yōu)點，如：
(1)機器的平穩(wěn)起停
利用變頻器可以平穩(wěn)地起停大慣量的傳動設(shè)備，例如壓制設(shè)備的飛輪，并可方便地控制起停過程的時間長度。一般大慣量的傳動設(shè)備的起停需較長的時間，變頻器可以在很大的時間范圍內(nèi)方便地設(shè)定啟動/停止時間，如0.1～30s,50s等。如果配以充裕的制動，可在零點幾秒內(nèi)實現(xiàn)完全停止而保證制動的平穩(wěn)和設(shè)備的安全，從而可以滿足一些特殊的需求。
(2) 方便靈活的速度調(diào)節(jié)
變頻器可以以設(shè)定的固定頻率運行，例30Hz、45Hz等，也可以通過調(diào)節(jié)頻率設(shè)定信號來隨時改變電機的運行速度。外部的速度調(diào)節(jié)最簡單的方式是可以通過與之相連的普通電位器實現(xiàn)，也可以接入外部控制器或變頻器的標準0-5/10V或0/4-20mA信號來實現(xiàn)簡單的控制或跟蹤，直至高精度的閉環(huán)的速度或位置控制。
(3) 對主電機和傳動結(jié)構(gòu)的其他部件的保護功能
可以通過設(shè)定合適的過流保護參數(shù)來防止運行過程中因負載的突變或機械傳動結(jié)構(gòu)的卡死等故障導(dǎo)致的電機或機器的損壞，而且定期的監(jiān)控記錄可以有助于較早發(fā)現(xiàn)傳動系統(tǒng)的問題。
(4) 節(jié)能降耗
風(fēng)機，泵類屬于平方轉(zhuǎn)矩特性，所消耗的軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。若壓制設(shè)備中有耗能較大的液壓泵驅(qū)動電機，利用變頻器設(shè)置合適的運轉(zhuǎn)速度有較明顯的節(jié)能效果，同時能減少系統(tǒng)溢流導(dǎo)致的系統(tǒng)發(fā)熱。
另外，一般的減速箱等都存在一定的能量傳遞損耗，而利用變頻驅(qū)動的主電機可以用皮帶傳動與飛輪等直接相連，減少了中間環(huán)節(jié)的消耗。
(5) 減少維護工作量和維護成本
變頻器本身幾乎不需任何的維護，與傳統(tǒng)的調(diào)速機構(gòu)比可以省去很多的維護量。在一個把PIV(一種靠液壓輔助的無級調(diào)速)系統(tǒng)改造成變頻調(diào)速的項目中，筆者直接摒棄了PIV，為以后的日常保養(yǎng)減少了很多的定期檢查，更換部件，換油等工作。
3 壓機主傳動改造為變頻調(diào)速系統(tǒng)的步驟
3.1 主電路的連接
斷開主電機與原起動電路，一般為星形——三角形轉(zhuǎn)換的主電路連接。進線電源——變頻器——出線至主電機的回路，如圖1所示。進線為L1,L2,L3及PE線，出線接主電機,為三角形接法。
圖1 主電路的連接示意圖
3.2 變頻器的控制，與機器的互聯(lián)信號
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變頻器運行所需信號主要為：啟動/停止和頻率設(shè)定信號(速度控制信號)。
(1) 啟動/停止
由與控制回路端子連接的外部常開觸點的閉合，給變頻器發(fā)出一“運行”信號，則變頻器開始啟動，從靜止狀態(tài)(0Hz)開始加速，到達設(shè)定頻率值后，即以此頻率穩(wěn)定運行。
若是把舊機械調(diào)速系統(tǒng)用變頻器來替換，則可以直接取原星形——三角形轉(zhuǎn)換電路中的繼電器或接觸器的一組常開觸點。
(2) 速度的控制
速度的控制可以由變頻器面板直接設(shè)定，也可以由變頻器模擬信號設(shè)定，由控制端子的電壓或電流信號設(shè)定。
連接一個普通電位器即能實現(xiàn)最簡單而靈活方便的調(diào)速。最常見的用來作為頻率設(shè)定信號的有：0-5V/10V，0/4-20mA,等。這些標準的控制信號可由各類控制器，包括各品牌PLC模擬量輸出及傳感器等的標準輸出得到，也可以為其他帶模擬量輸出的變頻器的輸出。一些傳送帶或其他輔助設(shè)備等可以通過連接主機的速度信號的輸出來實現(xiàn)同步跟蹤。
圖2 數(shù)字電位器設(shè)定變頻器的加減速示意圖
圖2為一數(shù)字電位器的實例，可通過按鈕或繼電器的觸點信號來實現(xiàn)變頻器的加減速。SIEMENS和ABB等的系列變頻器均有這一功能。
3.3 制動的連接
這是一個在機械式粉末壓制設(shè)備的主傳動變頻控制系統(tǒng)中需要特別注意的一個問題。制動所要解決的是如何消耗大慣量的飛輪等從高速運轉(zhuǎn)到停止這一段較短的時間里的能量的轉(zhuǎn)換或消耗。對于一些普通的傳動系統(tǒng)可以通過延長系統(tǒng)的減速時間來保證制動中能量的充分釋放。但是機械式粉末壓制設(shè)備普遍存在的周而復(fù)始的上沖頭在從最高點向下運動的過程其實是傳動機構(gòu)帶動主馬達運行的一個發(fā)電過程，這樣帶來的直接后果就是變頻器的整流側(cè)母線直流電壓的升高。這將引起頻繁的報警導(dǎo)致變頻系統(tǒng)不能運行或穩(wěn)壓電容被擊穿等變頻器損毀事故。
一旦配備了合適的制動系統(tǒng)，一般為變頻器內(nèi)置或外置的斬波器與外接的制動電阻構(gòu)成，則當母線直流電壓高于一定的閾值后，制動系統(tǒng)自動將高出的電壓部分以熱能的形式消耗掉，保證母線電壓值控制在一定的范圍內(nèi)。
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3.4 機械傳動部分的改造
選用變頻調(diào)速后，機械傳動部分的改造主要是拆除原有機械調(diào)速裝置，用皮帶傳動將主電機與飛輪直連。這里需要注意的一個問題是主電機皮帶輪與飛輪皮帶輪的速比，否則會導(dǎo)致主電機正常運行時的頻率過高或過低。為了使壓制設(shè)備所需的調(diào)速范圍落在變頻調(diào)速的最佳范圍內(nèi)，必須先計算兩個皮帶輪的速比，或者在通電調(diào)試時判斷調(diào)速范圍是否適宜。
4 需要注意的一些問題和事項
4.1 變頻器的工作環(huán)境
防止控制柜內(nèi)溫度過高，電子元器件的極限溫度為55℃左右，變頻器的工作溫度一般要求不超過40℃，且變頻器的大功率整流及逆變模塊工作時有一定的熱量產(chǎn)生，所以大多的控制柜都應(yīng)有冷卻風(fēng)扇等散熱系統(tǒng)，若柜體內(nèi)發(fā)熱量較大，則可考慮加裝空調(diào)制冷系統(tǒng)。
變頻器切勿進水。對于利用頂裝式空調(diào)制冷的控制柜，應(yīng)盡量將變頻器布置在偏離空調(diào)出風(fēng)口的位置上，防止冷凝水滴入變頻器的內(nèi)部。若遇進水事故，應(yīng)將變頻器的進線電源切斷，待其自然晾干或人工輔助，確保再次上電后能正常運行。
防止導(dǎo)電粉塵進入變頻器內(nèi)部。導(dǎo)電粉塵進入變頻器會導(dǎo)致電路板的短路，引起嚴重的損壞。
4.2 電機和設(shè)備的速度范圍
確認交流電機或設(shè)備的最高和最低速度的限制，否則可能會導(dǎo)致電機或設(shè)備的損壞。一般來講，長時間運行在低于10Hz左右的頻率會導(dǎo)致電機的過熱受損，原因是電機的冷卻是靠尾部端蓋內(nèi)的風(fēng)葉，風(fēng)葉直接安裝于電機尾軸上，過低的速度必定會導(dǎo)致散熱效果的下降。若確實需要較低的速度，可以考慮一定的常規(guī)減速裝置的輔助或直接選用變頻電機，這種電機有一個與電機軸分離的獨立供電的冷卻風(fēng)扇。普通電機長期工作的上限頻率以不超過制造廠家給出的最高限值為宜，否則電機內(nèi)的軸承等部件不一定能經(jīng)受高速運轉(zhuǎn)的考驗。
4.3 電磁兼容性(EMC)，電磁干擾(EMI)的預(yù)防和減少
控制柜內(nèi)及外部布線時確保變頻器的主電路連線和控制電路的PLC及傳感器線路分開。有條件時可在輸入側(cè)加裝變頻器的制造商或系統(tǒng)集成商所推薦的輸入濾波器，減少變頻器對其他控制系統(tǒng)的干擾。
5 結(jié)束語
變頻調(diào)速技術(shù)用于壓制設(shè)備，具有調(diào)速性能好、節(jié)能效果顯著、工作可靠、操作維修方便等優(yōu)點。在大力提倡節(jié)約能源的今天，推廣使用這種集現(xiàn)代先進電力電子技術(shù)和計算機技術(shù)于一體的高科技節(jié)能裝置，對于降低能耗具有重大的現(xiàn)實意義?？梢哉f，變頻調(diào)速技術(shù)是一項利國利民、有廣泛應(yīng)用前景的高新技術(shù)。
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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