1 概述

　　在現(xiàn)代工業(yè)中，為了實現(xiàn)各種生產(chǎn)工藝過程的要求，需采用各種各樣的生產(chǎn)機械，這些生產(chǎn)機械大多采用電動機拖動。隨著工藝技術的不斷發(fā)展，各種生產(chǎn)機械根據(jù)其工藝特點，對電動機的運轉(zhuǎn)提出各種不同的要求。有的要求電動機能迅速啟動、制動、反轉(zhuǎn)；有的要求電動機時而快速運行，時而慢速運行；有的要求電動機啟動、制動平穩(wěn)，并能準確停在給定位置上等。由此可知，許多生產(chǎn)工藝都要求電動機系統(tǒng)具有調(diào)速的功能。

　　變頻器就是利用半導體器件的通斷作用，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。變頻器的負載就是交流異步電動機，由變頻器和交流異步電動機組成了變頻調(diào)速系統(tǒng)。

　　變頻器從最基本的應用到目前的廣泛普及，經(jīng)歷了一個漫長的發(fā)展過程。作為一個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、電力電子技術、計算機技術以及自動控制理論的發(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)展起來的，直到現(xiàn)在的智能電力模塊(1PM)。目前變頻器所使用的開關器件日趨穩(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)元件作為開關器件。對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電流、短路、過電壓、失壓和過熱等保護功能，因而使變頻器工作可靠性大為提高，功能也大為增強。因此，電力電子器件的發(fā)展是變頻器發(fā)展的基礎。

　　PWM技術的應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；計算機控制技術的應用使變頻器的功能從單一變頻調(diào)速功能發(fā)展為包括算術邏輯運算及智能控制在內(nèi)的綜合功能；自動控制理論的發(fā)展及應用使變頻器具有了矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制、模糊控制等多項功能。

　　目前，變頻器已經(jīng)具有內(nèi)置參數(shù)辨識系統(tǒng)、PID控制、簡易PLC和通信單元等，使變頻器的應用范圍更加廣泛。對風機、泵類負載的變頻控制是變頻器在節(jié)能方面的典型應用。傳統(tǒng)的風機、泵類采用擋板和閥門進行流量調(diào)節(jié)，電動機轉(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。經(jīng)計算，如果風機的實際風量為額定風量的80％，通過變頻調(diào)速使其實際功率為額定功率的51．2％。而風機、泵類負載占全國用電量的31％，占工業(yè)總用電量的50％，因而從節(jié)能的角度出發(fā)，在此類負載中使用變頻調(diào)速具有極大的經(jīng)濟效益。以節(jié)能為目的的變頻器的應用，在最近幾十年來發(fā)展非常迅速。特別值得一提的是變頻器在供水行業(yè)中的應用，通過采用壓力變送器、PID調(diào)節(jié)器形成壓力閉環(huán)控制，對交流電動機變頻調(diào)速，實現(xiàn)恒壓供水，可以實現(xiàn)高效節(jié)能。風機、泵類負載采用變頻調(diào)速后，節(jié)電率可達20％～60％。另外，變頻器在生產(chǎn)過程控制、機械加工、家用電器等方面的應用也越來越普遍。

　　石化學校自動化實驗室原采用調(diào)節(jié)閥控制液位系統(tǒng)，存在的問題是，當液位偏高時，由PID調(diào)節(jié)器控制，使調(diào)節(jié)閥關閉，但沒有關閉水泵，水泵電機仍在運行，這就造成管路水壓過大和電機過載的情況，從而影響了電機及水管的使用壽命，同時控制精度不高。鑒于此，于是利用BBP-3.7kw變頻器對自動化實驗室的液位控制系統(tǒng)進行改造，并取得成功。

　　2 BBP-3.7kw變頻器控制端子排簡介

　　BBP-3.7kw變頻器原設計為只能用手動內(nèi)部給定信號控制變頻器輸出頻率，控制端子排沒有提供外部給定信號的輸入端子，只能控制電動機開環(huán)運行。

　　BBP-3.7kw變頻器的控制端子排如圖1，端子排中，2、5端為頻率給定信號輸入端，且2端為正，5端為負，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端輸入的電壓信號從0~5伏變化，對應輸出頻率為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變頻器由輸入信號內(nèi)部給定變成外部給定

　　簡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，并將端子2、端子5與外部電壓信號相連，且使2端為正，5端為負，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空氣開關QF、交流接觸器KM的控制，加強了對變頻器的保護。

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

　　圖3

　　5結(jié)束語

　　用變頻器代替調(diào)節(jié)閥后，在液面位置動態(tài)調(diào)節(jié)過程中，由PID調(diào)節(jié)器送入變頻器的信號始終在1~5伏變化，因此變頻器始終處于運轉(zhuǎn)狀態(tài)，水泵電機靠速度變化控制進水流量，實現(xiàn)“柔和”調(diào)節(jié)，避免出現(xiàn)調(diào)節(jié)閥控制時出現(xiàn)的電機過載及管道的“水錘效應”，增加了電機及管道的使用壽命，節(jié)省了氣源，節(jié)約了電能。

作者：楊寶星

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