變頻器選用中應(yīng)注意的問題

朱邦產(chǎn)

（福建省三鋼勞動服務(wù)公司，福建三明 365000）

0 引言

變頻器是利用電子元器件，將工頻電源轉(zhuǎn)換為另一頻率的電能控制裝置。它可以將50 Hz交流電源經(jīng)過整流轉(zhuǎn)換成直流電源，再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均能控制的交流電源輸送給電機(jī)。

變頻器驅(qū)動電機(jī)有許多優(yōu)點(diǎn)，如：提高驅(qū)動電機(jī)的功率因數(shù)，減少電能消耗；平滑啟動、制動電機(jī)，延長電機(jī)使用壽命等，所以應(yīng)用越來越廣泛。但是，在變頻器的選用中，還應(yīng)該注意一些細(xì)節(jié)問題，才能讓變頻器更好、更高效服務(wù)于生產(chǎn)。

1 變頻器容量的選擇

一般情況下，需要按照電機(jī)的功率來選配變頻器的功率。但選擇變頻器不但要考慮功率，還要考慮額定輸出電流。變頻器的額定輸出電流不能小于電機(jī)的最大運(yùn)行電流。容量相同，磁極對數(shù)不同的電機(jī)的額定電流是不相同的。磁極對數(shù)越多，額定電流越大。而許多變頻器在說明書中配用的電機(jī)容量常常以4極或6極電機(jī)為依據(jù)。所以在變頻容量選擇時，應(yīng)該比對變頻器和電機(jī)的額定參數(shù)，同時也要考慮負(fù)荷的輕重情況核實(shí)評估后再選型。

例如：1臺帶式輸送機(jī)，電機(jī)功率為15 kW，選配15 kW的變頻器，在40 Hz能正常運(yùn)行。后來，因?yàn)樾枰岣呱a(chǎn)頻率，將變頻器頻率提高到50 Hz，此時變頻器因“過電流”故障而停止工作。在排除其他原因后，最終查出故障原因是變頻器的額定電流小于電機(jī)額定電流。因?yàn)檫x用的電機(jī)為8極電機(jī)，額定電流為34.1 A，比一般常用的15 kW的4極或6極電機(jī)額定電流要大（4極電機(jī)為30.3 A，6極電機(jī)為31.5 A），而變頻器的額定電流為32.0 A，小于電機(jī)額定電流。最后，只能將變頻器容量提高一檔，選用18.5 kW的變頻器。

在以下5種情況下，應(yīng)考慮加大變頻器的容量。

（1）電機(jī)有可能出現(xiàn)較短時的過負(fù)荷。

（2）對電機(jī)的加速或減速時間有一定要求，如果加速時間要求很短，則應(yīng)考慮選擇大一檔的變頻器。

（3）高速電機(jī)的電抗較小，高次諧波增加引起輸出電流增加，因此高速運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)的變頻器容量應(yīng)大于普通型電機(jī)。

（4）如果是接入電纜較長，要采取有效措施抑制長電纜對地耦合電容的影響，避免變頻器出力不足。這種情況下，變頻器容量應(yīng)選擇高一檔，或者在變頻器的輸出端配置電抗器。

（5）在溫度高、海拔高場所，變頻器的容量會降低，變頻器容量應(yīng)選擇高一擋。

2 制動電阻的選擇

電機(jī)在發(fā)生再生狀態(tài)時產(chǎn)生的電流，經(jīng)過逆變電路中的反并聯(lián)二極管全波整流后，流到直流電路。如果直流電壓達(dá)到設(shè)定的閥值UD時，變頻器過電壓跳閘。防止直流過電壓的方法主要是接入制動電阻，吸收直流電路中的多余電能（圖1）：當(dāng)直流電壓超過閥值UD時，BV導(dǎo)通，RB吸收電能；反之，BV截止，RB停止吸收電能。

圖1 變頻器工作原理

制動電阻的大小由制動轉(zhuǎn)矩決定。多數(shù)情況下，制動轉(zhuǎn)矩的大小和電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩相等，即TB=TMN。慣性較大并且要求較快制動的負(fù)載，制動轉(zhuǎn)矩等于二倍電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩（TB=2TMN）也足夠了。因此制動轉(zhuǎn)矩TB的取值范圍為（1～2）TMN。

當(dāng)制動電阻的電流IB等于電機(jī)額定電流IMN時，制動轉(zhuǎn)矩約為電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的2倍。設(shè)功率因數(shù)為0.75，則IB的取值范圍為（1～2）PMN。其中，PMN為電機(jī)額定功率。根據(jù)歐姆定律，可得出制動電阻RB。所以，選擇制動電阻時，應(yīng)根據(jù)負(fù)載、工作情況來進(jìn)行調(diào)整：負(fù)載的慣性大，制動電阻值適當(dāng)減小；制動時間長或頻繁制動，應(yīng)適當(dāng)加大制動電阻的容量。

例如：1臺輥道電機(jī)3.7 kW，配3.7 kW的變頻器，以及與變頻器配套的390 W，150 Ω制動電阻，實(shí)際使用中制動電阻經(jīng)常燒壞。經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)，輥道工作時頻繁地加速、減速，對制動電阻要求很高。后將制動電阻換成520 W，100 Ω后，再沒發(fā)生過燒壞現(xiàn)象。

3 變頻器的功率因數(shù)及進(jìn)線電抗器的選擇

變頻器是電力電子技術(shù)的具體應(yīng)用，會產(chǎn)生有高次諧波電流的感性負(fù)載，因而其功率因數(shù)與感性負(fù)載產(chǎn)生的位移、諧波帶來的畸變因數(shù)有關(guān)。變頻器功率因數(shù)大約是0.65～0.70。

功率因數(shù)表是依據(jù)位移因數(shù)的原理制作的，所以能測量位移因數(shù)，但不能反映畸變因數(shù)。

提高變頻器進(jìn)線側(cè)的功率因數(shù)，有必要濾除電流中的諧波成分，因此應(yīng)該加裝進(jìn)線電抗器。進(jìn)線電抗器又稱電源協(xié)調(diào)電抗器，能有效地抑制諧波電流和改善功率因數(shù)，還可以有效抑制電壓突變或操作過電壓產(chǎn)生的電流沖擊，有利于保護(hù)變頻器。

進(jìn)線電抗器容量的選擇，應(yīng)按電抗器每相繞組上的電壓降確定。壓降不允許過大，壓降過大會影響電機(jī)轉(zhuǎn)矩。正常選擇進(jìn)線電壓的4%（約8.8 V），較大容量的變頻器，如75 kW之上，可以選擇10 V電壓降。

確定電抗器的額定電壓降ΔUL，計算出電抗器的額定工作電流In，可計算出電抗器的感抗XL=ΔUL/In，可求得電抗器的電感L=XL/（2πf）。

4 U/f曲線的選擇

曾經(jīng)對一傳送帶進(jìn)行改造，使用的變頻器被閑置，后來把此變頻器用到了容量相同的鼓風(fēng)機(jī)上，結(jié)果出現(xiàn)了問題：在鼓風(fēng)機(jī)起動時，頻率剛上升到（5～10）Hz，變頻器就報“過電流”故障而停止工作了。經(jīng)各方面檢查，發(fā)現(xiàn)問題出在U/f曲線的選擇上。此變頻器原本是用在傳送帶上，傳送帶屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，在低頻運(yùn)行時需要較大轉(zhuǎn)矩，所以變頻器設(shè)置了一定的轉(zhuǎn)矩提升量，而風(fēng)機(jī)是二次方律負(fù)載，低頻運(yùn)行時根本不需要電壓補(bǔ)償，所以在低頻運(yùn)行時出現(xiàn)了補(bǔ)償過分的狀態(tài)，導(dǎo)致了變頻器的“過電流”。后將轉(zhuǎn)矩提升功能取消并調(diào)整U/f曲線后，故障排除。

當(dāng)變頻器在U/f控制方式下工作時，電壓與頻率是成正比變化的，同時可以增大或減小U與f的比值，來實(shí)現(xiàn)輸出轉(zhuǎn)矩的提升或降低。通用變頻器通常會提供以下3種U/f曲線選擇（圖2）。圖中，曲線1主要用于傳輸帶等恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，曲線2用于一次方率負(fù)載，曲線3用于風(fēng)機(jī)、水泵等二次方率負(fù)載。

當(dāng)二次方率負(fù)載在低頻率運(yùn)行時，所需要的輸出轉(zhuǎn)矩不大，應(yīng)該選擇U/f曲線3。如果選擇了曲線1，可能因定子電壓過高導(dǎo)致電機(jī)磁路飽和，勵磁電流產(chǎn)生較大尖峰，變頻器因過流而跳閘。但恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載因在低頻運(yùn)行時需要的轉(zhuǎn)矩較大，應(yīng)該選擇曲線1，選擇曲線3可能在低頻率運(yùn)行時出現(xiàn)輸出轉(zhuǎn)矩不夠的現(xiàn)象。

圖2 變頻器U/f曲線