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变频器的“自调谐”是个什么鬼?不知道这点,可能你的变频器白买了!

来源:控制工程网2022.05.19阅读 3601


本文图片来源:Yaskawa

  变频器(VFD)使世界各地的应用以更高的效率更好地开展工作,而且通过键盘和显示器,更易于和设备进行交互。这些设备的制造商建议用户实施自动调谐
  自动调谐(也称为自学习、自整定、自测量)可以帮助变频器通过特定的电机设置控制电机。就像汽车公司不知道将新车的可调节座椅调整到哪个位置一样,变频器制造商也猜不出电机信息的最佳默认值。因此,通常将行业标准设置为默认值。
  例如,对于40 HP 480 V 的变频器制造商可能会根据NEC 表430.250 将电机默认满载电流设置,并在出厂时将其设置为52A。这可能与新型高效电机不匹配。正确设置电流是获得最佳性能的开始。执行自动调谐会让这一过程变得更容易,本文将详细讨论在自动调谐变频器时,需要做什么以及应该注意哪些方面。
  变频器与电机的调谐差异
  正如名称自动调谐所暗示的那样,任何根据用户要求自动计算和调节的操作,都可以被称为自动调谐功能。对于伺服电机放大器(变频器和感应电机的近亲)来说,自动调谐功能更多是将伺服调谐到与其负载相匹配。调谐有助于调节定位和转速回路的增益。当执行自动调谐时,变频器的自动调谐通常要求将负载与电机解耦。

图1:自动调谐有助于变频器通过特定的设置来控制电机。

  造成这种差异的原因是伺服电机及其放大器总是从同一个制造商处购买。因此,放大器只需要一个简单的电机代码就可以知道所连接电机的信息。但现实是,变频器和电机只是有时由同一个公司生产,更多时候它们来自不同的品牌。由于电机和变频器之间的这种差异,自动调谐成为将电机信息传递到变频器的桥梁。
  从自动调谐中获得价值
  在提高变频器性能上花费的任何时间都是值得的。如果操作得当,正确实施自动调谐的变频器,将具有更高的效率(相同扭矩下具有更低的电流)和更好的性能(线性化更好,运行更稳定)。
  将电机铭牌上的实际电气规格提供给变频器,变频器就不必使用假设的通用数值,也就不会产生多余的、甚至可能使电机磁场饱和的电机磁通,因此也就不会产生更多的电机转矩,但可能会产生更多的电机损耗(热)。需要考虑的另一方面,是执行自动调谐需要多少时间?
  如果可以获得详细的电机规格信息,比如说来自电机铭牌的清晰图片,输入信息可能只需要90 秒左右,另外需要一分钟来运行自动调谐。

图2:自动调谐意味着任何根据用户要求进行的自动计算和调节操作。

  并不是每个制造商的自动调谐都是一样的,但他们都有一些共同的调整。假设变频器会完成所有工作,这是一个错误的想法。执行自动调谐例行程序的人员应积极参与进来。当在键盘上启动自动调谐功能时,变频器用户需要输入典型的电机铭牌信息。如果用户可以直接输入,其实没有必要测量或计算满载电流。一些参数,如转差频率和漏感仅在铭牌上提及,最好由变频器计算。
  一旦用户输入了相关的电机信息,变频器就会提示用户开始自动调谐过程,在此期间,变频器会运行并测试电机,计算出铭牌上不容易找到的电机规格。
  自动调谐完成后,大多数变频器制造商允许用户查看修改后的参数列表,以便进行前后比较,确认输入的内容以及测量或计算的内容。常见的调整内容包括:线对线电阻;电机额定电流;电机空载电流;电机额定转差;节能系数;漏感;饱和补偿;电机铁损;和电机额定功率。
  一些测量值可用于填充单相感应电机电路模型(如图3 所示)。三相应该也是相同的。例如,通过向定子施加直流电压,并使用直流电流互感器(DCCT)测量产生的电流,变频器计算出线对线电阻,在模型中以RS 表示。模型的其余部分可以使用其它技术和测量进行计算,然后外推到三相。这有助于变频器更好地预测和补偿电机上不断变化的负载,从而更有效地调节电机运行。

图3:一些测量值可用来填充单相感应电机电路模型。

  自动调谐出错时该怎么办? 
  与任何变频器和电机运行一样,可能会有故障导致自动调谐跳闸。制造商有一个单独的故障列表,这些故障可能在自动调谐例行程序运行期间发生。最典型的错误发生在自动调谐开始之前。自动调谐期间输入的任何值,都将根据自动调谐的变频器规格所允许的值进行检查,并相互核对。
  如果满载电流为100A,但输入的电机规格为40HP,变频器将触发故障以停止例行程序。即使数值是合理的,但由于超过了变频器的额定值,变频器也会停止自动调谐,并显示有关数据输入错误的错误代码。
  由于变频器的自动调谐例行程序是探测电机而不是负载,因此大多数需要旋转电机进行测量的自动调谐,也需要在调谐期间断开电机和负载的连接。变频器可以通过在旋转过程中的电流值来判断负载是否已经断开,而不是完成并接受自动调谐调节而导致的故障。
  不同的变频器自动调谐类型 
  最有效的变频器和电机自动调谐程序,要求电机轴在空载时旋转。当电机转动自己的轴时,没有任何实际测量的替代品。然而,并非所有变频器和电机应用都允许轻松解耦。通过复杂的计算,可以使用不需要电机轴旋转的自动调谐方法来估计一些电机模型信息。
  这些非旋转自动调谐有时被称为固定的自动调谐。这些自动调谐只需输入很少的信息,几秒钟就可以完成。在大多数情况下,此类自动调谐仅测量定子绕组和电机电缆中的固有电阻。

图4:通过向定子施加直流电压并使用直流电流互感器(DCCT)测量产生的电流,变频器可以计算线路电阻。

  这又回到了线对线电阻。这样一个简单的自动调谐的优点是,变频器可以补偿由于电压损失而降低的磁场强度。
  在许多相同的变频器中,也有专门用于永磁(PM)电机的自动调谐程序。PM 自动调谐程序的某些功能,与感应电机的功能相同。另外,为了正确实施自动调谐永磁电机,还需要测量一些更具体的信息和更广泛的特性。

图5:在自动调谐期间输入的任何值,都将根据自动调谐的变频器规格所允许的值进行检查,并相互对照。

  改进变频器自动调谐的5个要点 
  大多数变频器自动调谐很简单,不需要大量的专业知识。然而,仍有一些事项可以改进变频器的自动调谐。
  1.随着铜绕组温度的升高,一些电机特性(特别是电阻)将发生变化。由于电机在正常运行期间会变热,因此自动调谐应反映该状态。可以在执行旋转自动调谐之前,多次运行自动调谐或让电机运行一段时间,甚至是空载运行。

图6:利用变频器工具软件基线,有助于确定性能上的任何差异,并且可以作为未来比较的基准。

  2. 因为固定的自动调谐更简单,所以很容易止步于此。虽然方便,但这是错误的。始终坚持使用非耦合旋转自动调谐。
  3. 自动调谐通常可以在应用完全组装之前运行。有时,当电机相距仅20 英尺且电机电缆相对较短时,更容易进行全旋转自动调谐。当应用完全安装,电机距离变频器75 英尺,并且已经连接到负载时,可以计算简单的线对线电阻。此非旋转电阻调谐不会影响电机测量,但会重新测试并更新由于电机电缆较长而增加的电阻。查看修改后的变频器设置可以确认新的电阻测量值。
  4. 执行调谐前和调谐后测量也可能有所帮助。尝试使用变频器的内置监控显示器来完成一个包含前后监控值的表格。如果用户成功地利用出厂默认设置进行自动调谐,则除直流母线电压外,后调谐中的所有变频器值都将低于预调谐值,直流母线电压在稳定状态下基本保持恒定。
  5. 另外一种比较调节前后性能的方法,是通过免费的趋势分析软件,很多制造商都提供这种变频器工具软件包。这些基线有助于发现性能上的任何差异,可以作为未来比较的基准。
  若要从变频器中获得最大收益,自动调谐是一个很好的最佳实践。所需的投入通常只是几分钟的时间,结果通常物有所值。变频器的电机模型越精确,电机控制就越有效。(作者:Paul Avery, Yaskawa America Inc.) 
  关键概念: 
  ■ 若要从变频器中获得最大收益,自动调谐是一个很好的最佳实践。
  ■ 如果操作得当,正确实施自动调谐的变频器,将具有更高的效率和更好的性能。
  思考一下: 
  变频器的自动调谐将面临哪些挑战?