變頻器應用選擇及市場發展趨勢的思考

[摘要] 變頻器的正確選擇對于控制系統的正常運行是非常關鍵的，選擇變頻器時必須要充分了解變頻器所驅動的負載特性和使用場合，以便正確選擇和使用。

[關鍵詞] 變頻器 電力電子 選擇

變頻器的發展水平是由電力電子技術、電機控制方式以及自動化控制水平三個方面決定的。變頻器是運動控制系統中的功率變換器。當今的運動控制系統包含多種學科的技術領域，總的發展趨勢是：驅動的交流化，功率變換器的高頻化、控制的數字化、智能化和網絡化。因此，變頻器作為系統的重要功率變換部件，提供可控的高性能變壓變頻的交流電源顯得尤為重要，而得到迅猛的發展。

一、變頻器的選擇方法及注意事項

由于國產廠家制造變頻器歷史比較短，技術積累相對較少，所以變頻器的正確選擇對于控制系統的正常運行顯得是非常關鍵的，選擇變頻器時必須要充分了解變頻器所驅動的負載特性和適用場合。

1.變頻器的選擇方法。通用變頻器的選擇包括變頻器的型式選擇和容量選擇兩個方面。其總的原則是首先保證可靠地實現工藝要求，再盡可能節省資金。變頻器類型的選擇要根據負載的要求進行。對于風機、泵類等平方轉矩，低速下負載轉矩較小，通常可選擇普通功能型的變頻器。對于恒轉矩類負載或有較高靜態轉速精度要求的機械采用具有轉矩控制功能的高功能型變頻器則是比較理想的。因為這種變頻器低速轉矩大，靜態機械特性硬度大，不怕負載沖擊，具有挖土機特性。為了實現大調速比的恒轉矩調速，常采用加大變頻器容量的辦法。對于要求精度高、動態性能好、響應快的生產機械（如造紙機械、軋鋼機等），應采用矢量控制高功能型通用變頻器。

大多數變頻器容量可從三個角度表述：額定電流、可用電動機功率和額定容量。其中后兩項，變頻器生產廠家由本國或本公司生產的標準電動機給出，或隨變頻器輸出電壓而降低，都很難確切表達變頻器的能力。選擇變頻器時，只有變頻器的額定電流是一個反映半導體變頻裝置負載能力的關鍵量。負載電流不超過變頻器額定電流是選擇變頻器容量的基本原則。需要著重指出的是，確定變頻器容量前應仔細了解設備的工藝情況及電動機參數，例如潛水電泵、繞線轉子電動機的額定電流要大于普通籠形異步電動機額定電流，冶金工業常用的電動機不僅額定電流大很多，同時它允許短時處于堵轉工作狀態，且傳動大多是多電動機傳動。應保證在無故障狀態下負載總電流均不允許超過變頻器的額定電流。

2.注意事項。由于變頻器的類型很多，用戶可以根據自己的實際工藝要求和運用場合選擇不同類型的變頻器。在選擇變頻器時因注意以下幾點注意事項：

(1)單相電動機不適用變頻器驅動。

(2)選擇變頻器時應以實際電機電流值作為變頻器選擇的依據，電機的額定功率只能作為參考。另外應充分考慮變頻器的輸出含有高次諧波，會造成電動機的功率因數和效率都會變壞。因此，用變頻器給電動機供電與用工頻電網供電相比較，電動機的電流增加10％而溫升增加約20％。所以在選擇電動機和變頻器時，應考慮到這種情況，適當留有裕量，以防止溫升過高，影響電動機的使用壽命。

(3)當變頻器用于控制并聯的幾臺電機時，一定要考慮變頻器到電動機的電纜的長度總和在變頻器的容許范圍內。如果超過規定值，要放大一檔或兩檔來選擇變頻器。另外在此種情況下，變頻器的控制方式只能為V／F控制方式，并且變頻器無法保護電動機的過流、過載保護，此時需在每臺電動機上加熔斷器來實現保護。

(4)使用變頻器驅動齒輪減速電動機時，使用范圍受到齒輪轉動部分潤滑方式的制約。潤滑油潤滑時，在低速范圍內沒有限制；在超過額定轉速以上的高速范圍內，有可能發生潤滑油用光的危險。因此，不要超過最高轉速容許值。

(5)選擇變頻器時，一定要注意其防護等級是否與現場的情況相匹配。否則現場的灰塵、水汽會影響變頻器的長久運行。驅動防爆電動機時，變頻器沒有防爆構造，應將變頻器設置在危險場所之外。

二、發展趨勢

由于變頻器在空調、電梯、冶金、機械等行業的廣泛應用，變頻器的發展迅速。從空氣動力研究用的變頻控制器到潛艇船舶用的變頻螺旋槳控制器。從風機水泵用的變頻器到家用中央空調變頻控制器。據機械信息研究院的統計，2000年，中國變頻器市場容量接近30億元。其中日本，歐美品牌占據主導地位，但國內生產商經過近幾年的高速發展，業已占領了很大一部分低端市場。目前變頻器的國內電機配比率仍低于1%，潛在市場巨大，國內變頻器市場在未來的5年～10年內仍將保持高速發展。電力電子技術的發展，廣闊的市場需求，在城市無功補償、城市電網穩壓、有源濾波、直流輸電系統、柔性輸電系統、地鐵與輕軌、電動汽車、風力發電、大功率儲能……通過這場電力電子領域的革命來帶動各行業的發展，更方便地服務于社會，使人類對電能的變換與控制進入一個隨心所欲的新時代。

市場的需求，變頻器產業可能會像汽車產業一樣成為主要產業，成為國家工業支柱及命脈。然而這個市場并不是現成的，需要人們去開發。目前，大部分人甚至還沒有認識到通過變頻器技術到底可以實現些什么。因此我們需要不斷開拓市場，找出最需要這種技術的地方，并適當地進行應用。預計未來將會出現很多由風險資金和企業家投資的企業來加入變頻器產業的發展，百家爭鳴群雄爭霸的局面將會繼續，但歷史規律將會注定只有不斷創新擁有核心技術的企業才能立于不敗之地。

參考文獻：

[1]張宗桐:通用變頻器技術的發展和展望.工控自動化文摘.上海，2006

[2]劉石慶:變頻器在工程應用中需要注意的幾個問題.變頻技術應用，2007（6）