淺談變頻器的使用

魏新文

摘 要：文章在充分了解變頻器的功能、原理以及適用范圍的前提下，結(jié)合實際應用，介紹了變頻器參數(shù)設置的基本方法，希望可以為變頻器的使用提供一定的參考。

關鍵詞：變頻器；原理；參數(shù)設置；使用

中圖分類號：U653.9 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）14-0094-01

公司作為一家成立于20世紀50年代末的礦山企業(yè)，其采用的電氣設備大部分為早期的高耗能設備，其中存在許多采用恒速驅(qū)動形式的各種風機、水泵等電氣設備，這些設備不僅能耗高，且許多電機存在著“大馬拉小車”的現(xiàn)象，每年都造成了大量的能源浪費。對于一個用電大戶，電耗在單位產(chǎn)值的能耗中占有相當?shù)谋壤绾巫龊么笾行腿萘侩姍C的調(diào)速節(jié)能，是實現(xiàn)單產(chǎn)能耗降低的重要手段，早已引起公司的重視。

公司選礦廠于2007年針對55 kW砂泵電機的負載狀況引進變頻器控制，經(jīng)過現(xiàn)場測量、比較得知：當設備轉(zhuǎn)速降低時，可以節(jié)省較大的能耗。從選礦廠砂泵的實際運行效果可知，其運行頻率與節(jié)省能耗的關系見表1：

從現(xiàn)場安裝的有功電能表，我們發(fā)現(xiàn)變頻器的節(jié)能降耗效果十分明顯，開始在我公司選礦廠推廣使用變頻器去控制一些風機、水泵、皮帶電機等設備，起到了明顯的節(jié)能降耗效果。因此如何調(diào)節(jié)變頻器參數(shù)以達到最佳控制效果，成為擺在我們技術人員面前的首要任務，這就需要我們深入了解變頻器的功能、原理及適用范圍，才能充分發(fā)揮變頻器的功效。

1 變頻器的功能、原理

變頻器，是指應用變頻技術和微電子技術，通過對電機工作電源頻率進行改變，實現(xiàn)控制交流電動機的一種電力控制設備，主要包括整流、濾波、逆變、制動單元、檢測單元等組成。通過自身內(nèi)部IGBT的開端，對輸出電源的電壓和頻率進行調(diào)整，結(jié)合電機的實際需求，提供其所需的電源電壓，實現(xiàn)設備的過電流、過電壓等過載保護且達到節(jié)能、調(diào)速目的。

變頻器的工作原理，是把三相或單相交流電變換為直流電（DC），然后再把直流電（DC）變換為三相或單相交流電（AC），通過同時改變輸出頻率與電壓，使電機運行曲線平行下移，從而使得電機能夠以較小的啟動電流，獲得較大的啟動轉(zhuǎn)矩，即變頻器可以啟動重載負荷。

變頻器的功能主要包括以下幾點：

①變頻節(jié)能：變頻節(jié)能的原理，主要是通過調(diào)速，降低電動機的啟動電流，從而起到降低能源消耗的目的。但是，變頻節(jié)能存在相應的前提條件，其一，大功率且為風機/泵類負載；其二，設備自身具備一定的節(jié)能功能。

②功率因數(shù)補償節(jié)能：無功功率的存在，不僅會導致線損的增加，還會使電網(wǎng)有功功率降低，出現(xiàn)嚴重的能源浪費。而變頻器可以通過自身的諧波電容，減少無功消耗，增加電網(wǎng)的有功功率。

③軟啟動節(jié)能：使用變頻器，可以充分利用其軟啟動功能，使啟動電流從零開始，最大值也不超過額定電流，減輕了對電網(wǎng)的沖擊和對供電容量的要求，延長設備和閥門的使用壽命，節(jié)約設備的維護費用。

2 變頻器的適用范圍及原因

變頻器的適用范圍是十分廣泛的，已大量使用于我公司選礦廠內(nèi)，這里主要針對選礦廠兩種典型的負載應用進行分析和探討。

2.1 恒轉(zhuǎn)矩負載類

恒轉(zhuǎn)矩負載是指無論在任何轉(zhuǎn)速下，負載轉(zhuǎn)矩始終保持或者基本保持恒定，不受轉(zhuǎn)速的影響，如選礦廠的皮帶電機。這類設備應用變頻器遵循的節(jié)能原理如下：

P=K×T×N

其中，P表示軸功率，K代表系數(shù)，T指負載轉(zhuǎn)矩，N則表示轉(zhuǎn)速，軸功率與電機的轉(zhuǎn)速成正比。我們根據(jù)生產(chǎn)工藝要求達到的最佳效果，按照相應的比例逐步調(diào)整變頻器的頻率達到控制電機的轉(zhuǎn)速，從而實現(xiàn)節(jié)電、節(jié)能的目的。

2.2 變轉(zhuǎn)矩負載類

變轉(zhuǎn)矩負載設備的工作特點是：多為長期連續(xù)運行，其負載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，拖動電機轉(zhuǎn)軸上的輸出功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。其在我公司選礦廠主要體現(xiàn)為泵類、離心風機、攪拌槽電機，且占了相當大的比重。如果變轉(zhuǎn)矩負載運行狀況與實際工況要求沒有處于較佳的匹配時段，其造成的不僅是能源的浪費，甚至將嚴重影響設備的使用安全和使用壽命；現(xiàn)階段選礦廠主要通過變頻器控制上述變轉(zhuǎn)矩負載的實際工況，對生產(chǎn)成本的降低起到了明顯的效果，達到了節(jié)能降耗的目的。

變轉(zhuǎn)矩負載設備的流量與轉(zhuǎn)速同樣成正比，則功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，公式如下：

Q∝N Q表示流量

P∝N3 P表示功率

3 變頻器的參數(shù)設置方法

通過現(xiàn)場運行可知，變頻器的參數(shù)設置對于設備工況的運行起著至關重要的作用，直接關系著其功能的發(fā)揮。如果參數(shù)設置不當，不僅無法滿足生產(chǎn)的實際需求，容易造成起動、制動失敗，在工作中還將時常出現(xiàn)跳閘，并可能燒毀功率模塊IGBT或整流橋等元件。根據(jù)現(xiàn)場工藝要求，變頻器的參數(shù)量存在很大的差別，一般單一功能控制的變頻器約有50～60個參數(shù)值，而多功能的變頻器參數(shù)值可以達到200個甚至更多；在實際設置中，并不需要對這些參數(shù)值進行全部設置，只需針對工藝控制需求的參數(shù)進行設置即可。一般端子操作模式、模擬量操作、上下限頻率、啟動時間、制動時間、過流保護等參數(shù)必須依據(jù)現(xiàn)場工藝狀況進行實時調(diào)整的。

其具體調(diào)整可參照以下原則：

①其中端子操作模式、模擬量操作、上下限頻率的設置較為簡單，只需根據(jù)負載設備的實際工況要求選擇某一模式選擇即可。

②起動時間和制動時間。起動時間的設置宜短不宜長，而制動時間則宜長不宜短，具體數(shù)值需要根據(jù)變頻器的型號以及實際需求進行靈活設置。

③過電流整定值。可以結(jié)合具體情況對其進行適當增大，但是最大不能超過額定值的150%。一般來說，經(jīng)驗值為1.5～2 In，如果功率較小，則可以適當取較大的值，而如果功率>30 kW，則取值應該>2 In。

④轉(zhuǎn)矩提升。也稱轉(zhuǎn)矩補償，主要是為了補償因電動機定子繞組電阻所引起的低轉(zhuǎn)速時轉(zhuǎn)矩降低，而將低頻率范圍f/v增大的方法。如果進行手工補償，需要根據(jù)負載特性，結(jié)合相應的試驗，得出最佳的曲線；如果設定為自動補償，可以使得加速時的電壓自動提升，以補償起動轉(zhuǎn)矩，從而使得電動機加速運行。

4 結(jié) 語

總而言之，變頻器作為一種電力控制設備，可以對電動機進行有效控制，實現(xiàn)節(jié)能降耗的目的，其作用是十分巨大的。我們在實際應用中，需要結(jié)合實際情況，對變頻器的類型進行合理選擇，同時做好相關參數(shù)的設置工作，確保變頻器功能的充分發(fā)揮，在保證電動機運行效率和運行質(zhì)量的前提下，降低能源的消耗，減輕過高的生產(chǎn)成本壓力。

參考文獻：

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[2] 李喬，柴勇.淺談變頻器的使用[J].科技創(chuàng)新導報，2013，（13）.