VFD跳频参数与谐波的联系
变频驱动器 (VFD) 可以输出几乎任何频率的模拟波形。然而,为了真正有用,必须避免系统中的谐波和谐振,并且频率参数应该到位。
变频驱动器 (VFD)是驱动三相电机的最常见方法之一。输出是一个简单的直流电压脉冲,持续时间缓慢增加和减少以复制交流电流信号。通过 VFD 内部的复杂处理,它可以输出几乎任何频率的模拟波形 - 但仅仅因为某个频率是可能的,并不意味着这是一个好主意。某些频率可能会导致系统中的谐波和共振产生过度振动,但 VFD 设计人员已经采用了一些方法来减少此问题。
VFD 的目的是模拟典型三相系统的供电,只是通过改变模拟输出的频率(顾名思义)来增加改变电机速度的灵活性。
图 1. 变频驱动器模拟典型三相系统的供电,但谐波和谐振可能是一个问题
这是启动和驱动电机的理想方法,因为可以控制启动速度和扭矩并将其保持在可接受的水平。然而,这种加速或减速电机的过程可能存在一些缺点。
实际上有两个频率对于 VFD 的运行至关重要。两者都可以通过参数列表进行控制,因为某些不需要的频率会出现相关但不同的问题。这两个频率值分别是电流信号的 Hz 输出(通常显示在 VFD 上)以及提供电脉冲的 PWM 频率。两者都将进行深入讨论。
三相交流 Hz 输出
VFD内部实际上有一个转换器,将输入的交流电变成直流电。然后,该直流电会以高频小心地产生脉冲,但会以不同的比率打开和关闭。结果是流向电机的电流可以增加或减少。通常,为了确保电机的安全运行,频率不得高于电机的工作赫兹(50 或 60 Hz)。
电机加速和减速的持续时间受到仔细控制,在典型的跨线启动中,电机会尽可能快地加速,消耗巨大的电流。较长的加减速时间将减少启动时的电流消耗。通常,这很好,但特定频率可能会导致机械问题。
每个系统都有一些弹簧常数 - 要么通过实际的机械弹簧,要么通过组件的自然弹性特性。这个弹簧因素是无法避免的。每个弹簧系数都有自然共振频率,在适当的重复下输入力将导致每次“弹跳”增加,甚至可能失控。
这是一个谐振频率,可以使用各种先进的系统动态理论来计算,但更有可能的是,当电机在加速时以精确的 RPM 移动时,该频率会在短时间内表现为系统振动的增加。向上并减速。
该谐振频率也可以被视为特定 RPM 下电流的增加,因为可以直接在 VFD 显示屏上监控电流。
由于设备通常由不同但相连的部分组成,因此可能存在多个共振频率,即使一个系统也可能有多个导致问题的频率。通常,这些将是单个基频的整数倍。这些被称为“谐波”。
解决这些共振问题的一种方法是在 VFD 中使用一组称为“跳跃频率”的内置参数。提供几个具体示例:对于 Allen Bradley PowerFlex 525,参数 A448、450、452 和 452 提供四个跳跃频率,A449、451、453 和 455 提供每个跳跃频率周围的整个频率范围,其中驱动器将不允许运行。西门子 Sinamics G120 驱动器使用参数 p1091 和 1092 设置“跳跃速度”,p1101 提供“跳跃带宽”。最后,Automation Direct 的 GS1 驱动器使用参数 P1.10、11 和 12 来控制跳跃频率,并使用 P1.17 控制跳跃频带。
这些参数有时未被使用,但肯定可以用于防止机器谐波特性造成的机械故障。
PWM 载波频率
第二频率是固定的。尽管电流可能在 0-60 Hz 之间变化,但该脉冲频率是固定的并且远高于 60 Hz。通常默认情况下,频率约为 6,000 至 10,000 Hz(6 kHz 至 10kHz)。
调整这个频率既可以解决问题,也可以同时产生问题。较高的 PWM 频率可能会在附近的通信线路上产生电磁噪声,从而中断通信。另一方面,较低的频率会在人类听觉的较低范围内产生更多的物理噪声。如果这些区域之一遇到重大问题,则 PWM 载波频率的调整可能具有一定的灵活性,但请注意在尝试解决不同问题时引入的新问题。