1 概述

　　在現(xiàn)代工業(yè)中，為了實(shí)現(xiàn)各種生產(chǎn)工藝過(guò)程的要求，需采用各種各樣的生產(chǎn)機(jī)械，這些生產(chǎn)機(jī)械大多采用電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。隨著工藝技術(shù)的不斷發(fā)展，各種生產(chǎn)機(jī)械根據(jù)其工藝特點(diǎn)，對(duì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)提出各種不同的要求。有的要求電動(dòng)機(jī)能迅速啟動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)；有的要求電動(dòng)機(jī)時(shí)而快速運(yùn)行，時(shí)而慢速運(yùn)行；有的要求電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、制動(dòng)平穩(wěn)，并能準(zhǔn)確停在給定位置上等。由此可知，許多生產(chǎn)工藝都要求電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)具有調(diào)速的功能。

　　變頻器就是利用半導(dǎo)體器件的通斷作用，將固定頻率(通常為工頻50Hz)的交流電變換成頻率連續(xù)可調(diào)的交流電的電源裝置。變頻器的負(fù)載就是交流異步電動(dòng)機(jī)，由變頻器和交流異步電動(dòng)機(jī)組成了變頻調(diào)速系統(tǒng)。

　　變頻器從最基本的應(yīng)用到目前的廣泛普及，經(jīng)歷了一個(gè)漫長(zhǎng)的發(fā)展過(guò)程。作為一個(gè)功能日益豐富的大功率電子產(chǎn)品，其發(fā)展與微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及自動(dòng)控制理論的發(fā)展是密不可分的。

　　電力電子器件是從電力二極管及晶閘管發(fā)展起來(lái)的，直到現(xiàn)在的智能電力模塊(1PM)。目前變頻器所使用的開(kāi)關(guān)器件日趨穩(wěn)定，變頻器主電路整流部分一般采用電力二極管或晶閘管。主電路的逆變部分目前均是IGBT(絕緣柵雙極晶體管)元件作為開(kāi)關(guān)器件。對(duì)于中小容量的變頻器，更多地趨向于智能電力模塊，由于智能電力模塊具有過(guò)電流、短路、過(guò)電壓、失壓和過(guò)熱等保護(hù)功能，因而使變頻器工作可靠性大為提高，功能也大為增強(qiáng)。因此，電力電子器件的發(fā)展是變頻器發(fā)展的基礎(chǔ)。

　　PWM技術(shù)的應(yīng)用使得逆變電路能夠得到接近于正弦波的輸出電壓和電流；計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用使變頻器的功能從單一變頻調(diào)速功能發(fā)展為包括算術(shù)邏輯運(yùn)算及智能控制在內(nèi)的綜合功能；自動(dòng)控制理論的發(fā)展及應(yīng)用使變頻器具有了矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制、模糊控制等多項(xiàng)功能。

　　目前，變頻器已經(jīng)具有內(nèi)置參數(shù)辨識(shí)系統(tǒng)、PID控制、簡(jiǎn)易PLC和通信單元等，使變頻器的應(yīng)用范圍更加廣泛。對(duì)風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載的變頻控制是變頻器在節(jié)能方面的典型應(yīng)用。傳統(tǒng)的風(fēng)機(jī)、泵類采用擋板和閥門(mén)進(jìn)行流量調(diào)節(jié)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變，耗電量下降很小。但利用變頻調(diào)速控制，則節(jié)能效果顯著增強(qiáng)。經(jīng)計(jì)算，如果風(fēng)機(jī)的實(shí)際風(fēng)量為額定風(fēng)量的80％，通過(guò)變頻調(diào)速使其實(shí)際功率為額定功率的51．2％。而風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載占全國(guó)用電量的31％，占工業(yè)總用電量的50％，因而從節(jié)能的角度出發(fā)，在此類負(fù)載中使用變頻調(diào)速具有極大的經(jīng)濟(jì)效益。以節(jié)能為目的的變頻器的應(yīng)用，在最近幾十年來(lái)發(fā)展非常迅速。特別值得一提的是變頻器在供水行業(yè)中的應(yīng)用，通過(guò)采用壓力變送器、PID調(diào)節(jié)器形成壓力閉環(huán)控制，對(duì)交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速，實(shí)現(xiàn)恒壓供水，可以實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能。風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載采用變頻調(diào)速后，節(jié)電率可達(dá)20％～60％。另外，變頻器在生產(chǎn)過(guò)程控制、機(jī)械加工、家用電器等方面的應(yīng)用也越來(lái)越普遍。

　　石化學(xué)校自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室原采用調(diào)節(jié)閥控制液位系統(tǒng)，存在的問(wèn)題是，當(dāng)液位偏高時(shí)，由PID調(diào)節(jié)器控制，使調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，但沒(méi)有關(guān)閉水泵，水泵電機(jī)仍在運(yùn)行，這就造成管路水壓過(guò)大和電機(jī)過(guò)載的情況，從而影響了電機(jī)及水管的使用壽命，同時(shí)控制精度不高。鑒于此，于是利用BBP-3.7kw變頻器對(duì)自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室的液位控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，并取得成功。

　　2 BBP-3.7kw變頻器控制端子排簡(jiǎn)介

　　BBP-3.7kw變頻器原設(shè)計(jì)為只能用手動(dòng)內(nèi)部給定信號(hào)控制變頻器輸出頻率，控制端子排沒(méi)有提供外部給定信號(hào)的輸入端子，只能控制電動(dòng)機(jī)開(kāi)環(huán)運(yùn)行。

　　BBP-3.7kw變頻器的控制端子排如圖1，端子排中，2、5端為頻率給定信號(hào)輸入端，且2端為正，5端為負(fù)，調(diào)整與5和10端相連的電位器（該電位器就是面板上的頻率給定電位器），可使2-5端輸入的電壓信號(hào)從0~5伏變化，對(duì)應(yīng)輸出頻率為0~62Hz；10端為內(nèi)部+5伏電源正極輸出端，5端為內(nèi)部+5伏電源地端。

　　圖1 控制端子排

　　3將BBP-3.7kw變頻器由輸入信號(hào)內(nèi)部給定變成外部給定

　　簡(jiǎn)單方法就是甩掉端子5和端子10間的電位器RP（面板上的頻率給定電位器），使端子5、10、2間在外部相互斷開(kāi)，并將端子2、端子5與外部電壓信號(hào)相連，且使2端為正，5端為負(fù)，如圖2。

　　圖2

　　4采用變頻器控制的液位系統(tǒng)

　　采用變頻器的液位控制系統(tǒng)及電路如圖3。圖中，在變頻器輸入端采用自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)QF、交流接觸器KM的控制，加強(qiáng)了對(duì)變頻器的保護(hù)。

　　由于正常運(yùn)行時(shí)，調(diào)節(jié)器的輸出為4~20mA的直流電流信號(hào)，而變頻器2-5端所需的是0~5伏的直流電壓信號(hào)，因此在調(diào)節(jié)器的輸出端并接一個(gè)250Ω的標(biāo)準(zhǔn)電阻，則加在變頻器控制端子2-5間的信號(hào)變成一個(gè)1~5伏的直流電壓信號(hào)，且使2端為正，5端為負(fù)。

　　圖3

　　5結(jié)束語(yǔ)

　　用變頻器代替調(diào)節(jié)閥后，在液面位置動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)過(guò)程中，由PID調(diào)節(jié)器送入變頻器的信號(hào)始終在1~5伏變化，因此變頻器始終處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，水泵電機(jī)靠速度變化控制進(jìn)水流量，實(shí)現(xiàn)“柔和”調(diào)節(jié)，避免出現(xiàn)調(diào)節(jié)閥控制時(shí)出現(xiàn)的電機(jī)過(guò)載及管道的“水錘效應(yīng)”，增加了電機(jī)及管道的使用壽命，節(jié)省了氣源，節(jié)約了電能。

作者：楊寶星

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