淺談三菱變頻器在機電設備中的應用

【摘 要】隨著三菱變頻器功能的不斷發(fā)展與不斷完善，其節(jié)能高效、啟動平穩(wěn)、保護功能完善的優(yōu)點使之在企業(yè)中得到了廣泛應用。三菱變頻器的應用不僅使企業(yè)節(jié)約了生產成本，降低了能耗，而且生產安全也有了更有力的保障。目前，三菱變頻器因為三菱產品強大的品牌影響，廣泛應用于各個行業(yè)，其市場行情已不可小覷，有著很大的發(fā)展空間。本文以三菱變頻器為研究對象，分析了其原理和特點以及應用，并指出了其發(fā)展前景。

【關鍵詞】三菱變頻器 機電設備 應用

【中圖分類號】G712 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-4810（2015）25-0132-03

隨著工業(yè)現(xiàn)代化的快速發(fā)展，變頻器在工業(yè)領域中的作用越來越不可忽視，而三菱變頻器由于質量可靠，再加上三菱產品強大的品牌效應，有著相當廣闊的市場，目前已廣泛應用于包括機電設備行業(yè)在內的各個領域。

一 三菱變頻器的原理和特點

1.三菱變頻器的工作原理

和普通變頻器一樣，三菱變頻器是利用電力電子器件的開關特性改變和控制交流電源頻率的一種電能裝置。三菱變頻器的變頻原理主要采用交—直—交間接變頻方式，即工頻電源的交流電通過三相橋式不控整流器整流，得到的直流電經電感濾波，然后由IGBT三相橋式逆變器轉換成可調頻率的交流電，供電動機使用。三菱變頻器一般分為主電路和控制電路兩大部分。

主電路由整流器、濾波器、逆變器組成，其作用是通過控制開關器件的通斷把固定頻率交流電轉換成可調頻調壓的交流電源給異步電機供電。三菱變頻器中的整流器屬于二極管構成的三相橋式不可控整流器，功能是把交流電轉換為直流電，而濾波器一般由電感和電容組成，主要是用來濾波和儲能，該環(huán)節(jié)裝有緩沖電路，起緩沖作用，逆變器則是IGBT三相橋式逆變器，利用正弦脈寬調制法輸出PWM波。

控制電路的作用是給主電路提供控制信號，由多種電路構成，主要包括F/U運算電路，主電路U/I檢測電路，電動機速度檢測電路、驅動電路以及保護電路幾種。

2.三菱變頻器的特點

三菱變頻器的調速性能十分強大，有很大的發(fā)展前景。其主要特點有：

第一，節(jié)能效果好。三菱變頻器的節(jié)能效果可以高達55%。它主要依靠降低頻率實現(xiàn)節(jié)省電能。

第二，具有高效率、寬范圍和高精度的無級調速性能。三菱變頻器的調速比高達20比1。電機的轉速都是一定的，其轉速得靠調速裝置改變，而三菱變頻器可以實現(xiàn)較寬范圍的調速，且采用無級調速，變速很平穩(wěn)。

第三，啟動和制動性能較好。啟動及制動過程平穩(wěn)而且基本沒有沖擊和振動，不僅可以使電機平穩(wěn)啟動和快速制動，而且還可以實現(xiàn)平穩(wěn)變速。

第四，三菱變頻器擁有多種模擬信號的I/O接口，可與數(shù)控系統(tǒng)的控制信號匹配，構成自動控制系統(tǒng)，通過預編程實現(xiàn)多種操作。

第五，擁有比較完善的保護功能，如過壓、欠壓保護，過載、過流保護，短路保護，失速保護等。

二 三菱變頻器在機電設備中的應用實例

三菱變頻器的應用范圍十分廣泛，可以用于空調類負載、破碎機類負載、軋機類負載等等。下面就以三菱變頻器在中央空調系統(tǒng)中的節(jié)能應用為例來說明三菱變頻器在機電行業(yè)的應用。

中央空調系統(tǒng)的工作原理如圖1所示：

1.三菱變頻器FR-E540在冷凍水循環(huán)系統(tǒng)中的應用

圖2 三菱變頻器FR-E540應用于冷凍水循環(huán)系統(tǒng)

如圖2所示，在冷凍水循環(huán)系統(tǒng)中，主機內的蒸發(fā)器設定值決定了出水溫度，而其吸收的熱量則決定了回水溫度，蒸發(fā)器的出/回水管路上的感溫探頭將測得的溫度傳給溫度傳感器，溫度傳感器感知該溫差，并把該溫差信號轉換為電流信號反饋給變頻器的4、5兩個端口，從而控制變頻器輸出頻率，變頻器輸出頻率改變控制水泵電動機的轉速。三菱變頻器內部設有現(xiàn)成的PID功能，PID與溫度傳感器一起構成閉環(huán)自動控制系統(tǒng)，一旦溫差偏離給定值，水泵將自動加速，調節(jié)溫差使之變小；反之則減速。該方法由三菱變頻器FR-E540根據(jù)溫差自動調速，比起用閥門調節(jié)流量的方法，節(jié)能效果明顯提高了很多。

2.三菱變頻器FR-E540冷卻水循環(huán)系統(tǒng)中的應用

如圖3所示，發(fā)散冷卻水中的熱量是冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的主要任務與功能，因此，與冷凍水循環(huán)系統(tǒng)的原理相似，仍然可以利用溫度傳感器與PID功能一起組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。

與冷凍水循環(huán)系統(tǒng)相似，冷凝器出水管和回水管路上的感溫探頭將溫度傳給溫度傳感器，溫差信號經由溫度傳感器轉換為電流信號并反饋到變頻器的4、5兩個端口，對變頻器的輸出頻率加以控制，從而實現(xiàn)對水泵轉速的調節(jié)。溫度傳感器與變頻器內置的PID功能一起構成閉環(huán)控制系統(tǒng)，溫差加大時，通過自動調節(jié)加快水泵轉速，增大冷卻水的循環(huán)速度；反之則減慢其轉速。三菱變頻器根據(jù)溫差自動調節(jié)水泵轉速，可以明顯提高節(jié)能效果。

3.三菱變頻器在送風機中的應用

第一，調節(jié)風量。在中央空調系統(tǒng)中，風機把和熱交換器充分接觸的清潔空氣送入室內，從而調節(jié)室溫。當媒介的溫度保持不變時，帶入室內的制冷量通過改變送風量的多少來調節(jié)，從而實現(xiàn)調溫功能。比起傳統(tǒng)的擋板調節(jié)方法，使用三菱變頻器無級變速來改變送風量的大小不僅節(jié)能，而且降低噪音，大大提高環(huán)境舒適度。

第二，控制方式的選擇。手動調節(jié)方式，如圖4。閉合開關SB，變頻器將控制電動機使風機運轉，圖中WR為手動電位器，經調節(jié)可以控制變頻器的輸出頻率，從而控制風機電動機的轉速。利用變頻器的無級調速特點可以根據(jù)用戶需要隨時隨意調節(jié)送風量，實現(xiàn)隨意調溫。

自動恒溫運行方式，具體如圖5所示。

FR-E540內部的PID軟件可以實現(xiàn)自動調速，從而實現(xiàn)恒溫運行。圖中的電位器WR用來設定溫度，VPF/IPF端測量到的溫度值傳到變頻器后與給定值做比較，比較結果送入PID模塊運算，通過調節(jié)變頻器的輸出頻率調節(jié)送風量，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的自動恒溫運行。

三 中央空調系統(tǒng)應用三菱變頻器變頻后的性能

在中央空調系統(tǒng)中使用三菱變頻器后，中央空調系統(tǒng)實現(xiàn)了恒溫運行，由于電動機的輸出功率與熱負載變化密切相關，所以在滿足用戶需要的前提下，可以實現(xiàn)最大程度的節(jié)能。在水泵和風機的應用過程中，溫度傳感器和變頻器的PID軟件模塊相結合，實現(xiàn)恒溫差閉環(huán)控制模式，不僅提高了中央空調系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性、安全可靠性，而且還實現(xiàn)了高度的自動化調節(jié)，提高了空調的制冷質量和效果，節(jié)能效果大大提升。

四 三菱變頻器的發(fā)展趨勢

隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的提出，節(jié)能環(huán)保產品在中國越來越受到關注，三菱變頻器作為通過調壓調頻來異步電機的裝置，對于節(jié)能有其獨特的優(yōu)勢，因此發(fā)展前景十分可觀。其發(fā)展趨勢大概有以下幾點：

第一，高性能化。要求變頻器能夠提供矢量控制方式，并可以實現(xiàn)大量的、層次各異的控制結構及算法，提供低成本、高性能的解決方案，適應各種各樣的市場需求。

第二，易用性。易用性十分重要，在結構上應充分考慮現(xiàn)場實際安裝的情況與需求，在軟件上則應簡化調試過程，提高易用性。

第三，功率機構模塊化。模塊化的功率結構設計可以為不同系列、不同功率段的產品提供一致性和通用性，提高產品可靠性，方便工廠的各項管理操作，節(jié)約成本。

第四，智能化。通過通訊來與智能化外設相連以及提供客戶化的驅動編程功能來提高變頻器的智能化程度，滿足不同用戶的各種需求。

第五，高功率密度。體積小，高功率密度隨著新功率器件以及熱設計技術的進步也已成為三菱變頻器的發(fā)展方向之一。

第六，減小EMI/RFI諧波影響。減小EMI/RFI諧波的影響在變頻器中十分重要，因此也將會是三菱變頻器發(fā)展趨勢之一

五 三菱變頻器應用過程中的注意事項

在三菱變頻器的使用過程中時，應注意以下幾個基本注意事項：

第一，與腐蝕性氣體隔離。如果使用環(huán)境空氣中的腐蝕性氣體濃度很高，那么應把控制箱做成封閉式結構，且要能夠換氣。否則非但元器件的引線、印刷電路板等會被腐蝕，塑料器件也會加速老化，嚴重影響絕緣度。

第二，應避免遭受振動和沖擊，否則會出現(xiàn)電氣接觸不良現(xiàn)象。

第三，防止輸入端過電壓情況出現(xiàn)。如果輸入端長時間處于過電壓狀態(tài)，變頻器自身過電壓保護能力無法調節(jié)，那么變頻器輸入端將會被損壞。因此，要防止輸入端過電壓。

第四，接地的正確性。系統(tǒng)的靈敏度、抑制噪聲能力與接地問題密切相關，接地端的接地電阻越小，系統(tǒng)越靈敏，噪聲越小。而且變頻器與動力設備不能共地，也就是說二者的接地點必須隔離開來。信號輸入線的屏蔽層一端與變頻器接地端相連，而另一端不允許接地，否則會發(fā)生信號波動以及系統(tǒng)震蕩。

第五，做好避雷工作。在實際工業(yè)應用中，尤其當電源線為架空引入時，變頻器的雷電吸收網絡功能顯然不足以防雷。在多雷電地區(qū)，在架空進線處安裝變頻專用避雷器，或者在離變頻器20m遠的地方預埋鋼管做專用接地保護，都可以實現(xiàn)有效防雷。而當電源線是電纜引入時，雷電很容易竄入室內，因此，做好控制室的防雷系統(tǒng)顯得尤為重要。

第六，諧波治理與無功功率補償應同時進行。在使用變頻器多的地方，如果直接用電容器直接進行無功補償?shù)脑挘瑫霈F(xiàn)將諧波放大的情況，此時，供電電流和電容器電流中，諧波成分和間諧波電流比重大大增加，導致電壓大幅升高，溫度增加，造成電容器因過熱而損壞，因此，必須同時治理諧波和補償無功功率。

六 結束語

隨著技術的不斷發(fā)展和對變頻技術需求的不斷增長，三菱變頻器在機電設備中的應用前景將會越來越廣闊，這也是現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的必然要求。隨著三菱變頻器技術的不斷發(fā)展進步與完善，節(jié)電性能的不斷提高，啟動特性與保護功能的不斷完善，三菱變頻器在企業(yè)中會有更加樂觀的應用前景。目前，三菱變頻器已經廣泛應用在機電設備領域中，其發(fā)展?jié)摿σ彩怯写覀冞M一步開發(fā)的。

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〔責任編輯：林勁〕