變頻調(diào)速器在測流纜道中的應(yīng)用

趙長軍，趙 威，劉彩虹

（吉林省水文水資源勘測局松原分局，吉林 松原 138000）

纜道測流是我國大多數(shù)水文站常用的一種測流方法。即在天然河道上安裝一套架空索路，通過動力系統(tǒng)，控制架空索路的升降運行和水平運行，使安裝在索路一端的測流儀器放到指定的測流垂線上，來測取水的流速，達(dá)到測取全斷面流量的目的。為了提高測驗精度，安裝在測流鉛魚上的流速儀，其上升和下降運動速度應(yīng)該是可調(diào)的。以前，調(diào)控電動機運行速度的方法，都是用可控硅調(diào)速電磁調(diào)速和分級調(diào)速等等。

近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新調(diào)速技術(shù)逐漸取代了老式的調(diào)速技術(shù)；變頻調(diào)速技術(shù)就是近年發(fā)展起來的一門調(diào)速技術(shù)。目前，有些水文站已經(jīng)換裝了變頻調(diào)速器。

1 變頻器原理特性和基本構(gòu)成

變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源，變換成另一種頻率電源的電能轉(zhuǎn)換裝置。

變頻器是現(xiàn)代最先進的一種異步電動機調(diào)速裝置，能實現(xiàn)軟啟動、軟停車、無級調(diào)整以及特殊要求的增速減速特性等，具有顯著的節(jié)電效果。它具有過載、過電壓、欠電壓、短路、接地保護等功能，還具有各種預(yù)警、預(yù)報信息和狀態(tài)信息及診斷功能，便于調(diào)速和監(jiān)控，可用于恒轉(zhuǎn)矩、平方轉(zhuǎn)矩和恒功率等各種負(fù)載。

變頻器是由電子半導(dǎo)體器件（如整流模塊、絕緣柵雙極晶體管IGBT）電子元器件（集成電路、開關(guān)電源、電阻、電容等）和微處理器(CPU)等部分組成，具體包括主電路、檢測控制電路、操作顯示電路和保護電路4部分。

50周波380V三相交流電輸入到變頻器R，S，T三個輸入端，通過整流堆D整流，經(jīng)電抗器L和電容C濾波，加至逆變器E。通過軟件編程序，將編好的控制程序裝入微處理器CPU，CPU通過控制逆變器中的大功率晶體管通斷來實現(xiàn)頻率變換的。調(diào)整可變電阻R5，通過DA轉(zhuǎn)換，可改變輸入到微處理器的數(shù)據(jù)，即可改變逆變器的輸出頻率。

2 數(shù)據(jù)設(shè)置

一般說來，變頻器在出廠時，各種數(shù)據(jù)都已經(jīng)設(shè)置好，并通過鍵盤已經(jīng)裝入微處理器中，各項數(shù)據(jù)已經(jīng)初始化。但是，原有裝入的數(shù)據(jù)，廠家是按照廣大用戶多數(shù)使用情況設(shè)置的，有的不適應(yīng)水文測流纜道需要。所以，必須對有些數(shù)據(jù)重新進行設(shè)置，以滿足測流纜道動力需要。例如；變頻器本身最高工作頻率為每秒400周，廠家出廠設(shè)置的最高工作頻率僅為每秒60周波，而水文纜道使用的三相異步電動機，出廠時設(shè)計最高工作頻率為50寫的數(shù)據(jù)如表1，其它數(shù)據(jù)按出廠值可以不動。

圖1所示是無錫產(chǎn)FRNEIC型變頻器鍵盤和LED顯示器外表圖型，如需改寫數(shù)據(jù)，請按以下步驟進行。

首先按下PRG鍵，圖面顯示數(shù)據(jù)設(shè)置。再按下數(shù)據(jù)存儲鍵FUNC/DATA，圖面顯示地址F00。接著按滾動鍵^或v，將圖面上地址滾動至F01。再按下數(shù)據(jù)存儲鍵FUNC/DATA，將地址存入，圖面顯示數(shù)據(jù)0。此時再按滾動鍵，將數(shù)據(jù)改寫成1，地址F01的數(shù)據(jù)改寫就完成了。最后將數(shù)據(jù)1用FUNC/DATA鍵再次存入存儲器當(dāng)中，圖面顯示地址F02。如需要改寫F02地址中數(shù)據(jù)，重復(fù)以上步驟，以此類推，將表1中需要改寫的數(shù)據(jù)依次完成。如果數(shù)據(jù)中有小數(shù)點部分，請按SHIFT/＞＞鍵移動小數(shù)點。

表1 各項數(shù)據(jù)改正表

表2 各操作鍵功能表

3 變頻器的選擇與使用

使用變頻器，有以調(diào)速為目的，也有以節(jié)能為目的，應(yīng)視負(fù)載性質(zhì)及用途而定。水文系統(tǒng)作為纜道測流所使用的電動機，一般日使用時間不會超過幾個小時。為了提高測驗精度，測量時只考慮變速運行，節(jié)能可以不考慮。所以，是以調(diào)速為主要目的。

選擇變頻器的關(guān)鍵是：在負(fù)載最低速度的情況下，變頻器能有足夠的功率輸出。需要指出，是否能滿足調(diào)速范圍和最低速度運行條件下的轉(zhuǎn)矩要求，不但要求變頻器的性能，也要求電動機在最低頻率的機械特性。如果電動機廠家能準(zhǔn)確提供調(diào)速電動機轉(zhuǎn)矩—速度特性曲線和相關(guān)數(shù)據(jù)，就能選擇一個合適的接近理想的變頻器。

我國生產(chǎn)的電動機，只有在額定頻率50周波下，電動機才有可能達(dá)到輸出最大轉(zhuǎn)矩。大于或小于額定頻率下調(diào)速時，電動機的轉(zhuǎn)矩都不可能達(dá)到最大。例如；當(dāng)頻率調(diào)到每秒20周波時，電動機的輸出轉(zhuǎn)矩約為額定轉(zhuǎn)矩的80%；當(dāng)頻率降到每秒10周波時，輸出轉(zhuǎn)矩約為額定頻率的50%；頻率降到每秒6周波時，一般電動機的輸出轉(zhuǎn)矩更小。

圖1 FRENIC型變頻器外形圖

水文部門電動纜道測流采沙動力使用的電動機，其滿載負(fù)荷不是很高，能滿足索路的爬坡運行和升降起重運行就可以了。一般來說，100kg左右的鉛魚，驅(qū)動電機選擇2.2kW的就足夠了。小于100kg的鉛魚，選1.5kW的就可以了。選擇變頻器時；為了防止變頻器過負(fù)荷運行產(chǎn)生自動跳閘現(xiàn)象，一般選用1.5至2倍電機容量的變頻器即可。

使用變頻器控制動力系統(tǒng)的調(diào)速裝置，既節(jié)約了電能，又能提高測驗精度。它具有安裝線路簡單，技術(shù)先進，調(diào)速方便，易于掌握等優(yōu)點。因此，測流纜道適合采用此種調(diào)速方式。