電動機變頻器與電力拖動

李群安

摘 要：以實際技術應用案例出發，介紹電力變頻器在重型電力機車拖動系統中的技術應用，并從電力變頻器的相關技術基礎應用以及基礎知識入手。根據不同的起動參數、條件、調速速度范圍、起動轉矩等等并提出如何使用計算法并選用合適的電力變頻器，以及有關變頻器外圍各元器件的主要功能與結構選用，以及在實際技術應用過程中的一些注意事項。

關鍵詞：電力拖動;斷路器;變頻器

引言

在電力工業拖動控制系統電力工業拖動控制自動化節能控制系統領域中，作為電力傳動源的異步調速高壓電動機一直以來擔負著重要節能控制器的角色，隨著我國電力工業拖動控制系統自動化的不斷創新，現代拖動節能環保控制調速傳動系統技術廣泛應用于各種新型電力工業調速拖動節能控制技術系統中，變頻器和變電器自動調速異步傳動節能控制系統技術為其行業帶來了一場節能環保革命。變頻器調速傳動控制技術先進、設備功能齊全、寬廣的異步調速傳動控制功能范圍及無級自動異步調速節能控制操作方式等各有特點。變頻器調速傳動控制技術被廣泛應用認為已經發展是最有效的電力工業拖動節能環保控制技術方式之一，節能環保控制效果最高可以直接達到30%～70%。電力工業中使用變頻節能環保變頻器不僅安全還能充分達到電力工業節能科學中利用再生電能，節能降耗的主要應用目的，節能環保控制效果顯著。

一、斷路器（或快速熔斷器）Q

斷路器（或快速高壓應急加熱熔斷器）主要用于安全插入接近隔離開關電源，接通和切斷隔離負荷切斷負載開關電源。并且它還可在用戶需要日常保護維修時，用于安全接近隔離負載切斷開關電源。此外還根據需要配備具有安全過負載切斷電流和開關電源電壓短路和過漏電電流保護等安全控制功能，保護整個快速變頻器。

二、輸入接觸器KM

輸入接觸器KM是一種應用于交流電源環境中的通斷開關，在目前各種控制線路中應用最為廣泛。它有兩個基本功能：一方面，將驅動電源快速連接到輸入變頻器，當輸入變頻器因故障等原因自動擋道時，可以快速關閉輸入線圈，保障安全。另一方面，主觸點斷電可使輸入變頻器快速斷電。

三、交流電抗器AC

交流低壓電抗器除了能有效改善電源功率穩定因素外，還能有效抑制交流電源側面的浪波瞬涌驅動電流和控制電源額定電壓不變或平衡對高壓變頻器的不良影響，并且還具有較好的抗干擾保護作用。控制交流低壓電抗器容量可按以下兩個主要依據進行選用。

（1）交流電抗器額定電流

交流輸入電抗器件的額定電流數值應不得小于普通變頻器交流輸入電路額定電流的82%，即I AC ≥0.82I N式中：iac為額定端和交流驅動穩壓電源和抗轉換器件的輸入額定電流，a;in為直流穩壓變頻器的額定端和交流穩壓輸入端和輸出額定電流， A 。

（2）交流電抗器電感量

接入一個交流穩壓電抗器后它在線路上一定時間會不斷產生輸出電壓的下降，一般根據要求，交流穩壓電抗器的輸出電壓下降范圍應該在額定輸出電壓95%～98%以內，則稱為δuac≤（2%～5%）U N， V; U N 為變頻器沒有輸入輸出側額定交流電壓，v。但在通信工程上常用的簡便電壓計算公式一般為：lac=21in式中：δuac為頻器輸入輸出側額定交流穩壓電抗器。

四、變頻器選用

當設備運行管理方式不同時，變頻電動器額定容量的基本計算公式和容量選擇用的方法不同。故在選用異步變頻電動器額定容量時，變頻電動器工作額定電流（in）大小是一個非常關鍵的考量。另外變頻轉換器電流容量表的選用原則應本著同步變頻轉換器中的額定電流不應大于異步電動機組按額定電流的選配原則來進行選配，即采用in≥imk1k2/k3式中：k1為最大余量負荷轉矩系數;k2為最大余量負荷系數（k2=1.2）;k3為家用變頻驅動器最大過載保護能力余量系數，來自不同生產廠家的不同品牌變頻器，abb中各取系數k3=1.5，西門子則取k3=1.36。

五、輸出濾波器ZF

濾波器的主要作用是自動削弱高壓頻率電容器或在主穩壓電路中產生高頻諧波電流。濾波器接線應盡可能靠近高壓變頻器的兩個端子。實踐表明，該濾波器的抗干擾和抑制效果較好。此外，變頻器的兩個輸出端子不能直接連接或連接到高壓斷路器。因此，在連接輸出端子和濾波器時，必須清楚區分“變頻器端子”和“發動機端子”，不得有錯誤的連接。

（1）嚴格遵守用電接線保護規范（尤其要采取電線接地保護措施），采用帶有金屬槽或玻璃屏蔽槽的電纜，盡量多地縮短低壓變頻器與高壓電動機之間的距離，一般長度應在25m以內，對超長的高壓電機連接電纜也應加裝高壓輸出濾波器等。

（2）應注意斷路器的保護功能與變頻器的過載能力之間的相互配合，一般一個變頻器可以具有150%in，1min和抗過載的功能力。

（3）應根據負荷參數計算變頻器的加速時間和減速時間來選擇最短時間，以便在變頻器啟動時不發生過電流跳閘和減速變頻器自動減速時不可能發生電流過電壓自動跳閘的正常情況。

（4）在進行變頻器的主要功能控制參數格式選擇和電壓預置時，應根據實際負荷軸向跳躍體系的共振頻率，通過手動配置設定每個軸向體系軸向跳躍共振頻率的振動起點和軸向跳躍共振寬度，避免振動干擾軸向系統發生共振現象。

結語

正確選擇變頻器以及外圍器件對于傳動控制系統能夠運行是非常關鍵的。變頻調速系統所具有的調速性能特點，是其它異步調速傳動方法無法比擬的，是異步調速電動機最先具有發展是有前途的一種新型調速傳動方法。因此使用變頻器在中國工業高速電力機車拖動系統中的應用也會越來越廣泛的

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