淺析變頻器的選型和配置要點(diǎn)

摘 要：隨著工業(yè)自動(dòng)化控制的提高和工藝發(fā)展的需求，變頻器的使用日益增多，成為電氣設(shè)備中重要的一員。文章提出了變頻器的選型注意事項(xiàng)，并針對(duì)變頻器的外圍配置在實(shí)際工程應(yīng)用中需要注意的一些關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了論述。

關(guān)鍵詞：變頻器；選型；外圍配置

1 引言

近年來(lái)，隨著控制理論的完善和電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，變頻調(diào)速在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用日益增多。然而，實(shí)際工程應(yīng)用中，由于變頻器選型及其外部配置不當(dāng)引發(fā)故障，甚至損壞變頻器的事故頻頻發(fā)生，因此，要想讓變頻器在使用時(shí)達(dá)到最佳的效果，就要仔細(xì)對(duì)變頻器的外部配置及其選型做分析和設(shè)計(jì)。

2 變頻器的選型

2.1 關(guān)于負(fù)載特性的簡(jiǎn)單分類(lèi)

變頻器的控制方式由負(fù)載特性決定，所以負(fù)載的特性對(duì)變頻器的選擇至關(guān)重要。按照轉(zhuǎn)矩的特性來(lái)分，負(fù)載通常分成恒功率負(fù)載、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載和流體負(fù)載三個(gè)組成部分。

2.1.1 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載

恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，顧名思義，在任何轉(zhuǎn)速和情況下，其轉(zhuǎn)矩都是一個(gè)定值（常量），與其轉(zhuǎn)速無(wú)任何關(guān)聯(lián)。

負(fù)載的功率則隨轉(zhuǎn)速的升高而呈線形增加。變頻器在拖動(dòng)此類(lèi)負(fù)荷時(shí)，一般是低速條件其輸出的轉(zhuǎn)矩最大，且具備良好的過(guò)載能力。若要長(zhǎng)期低速運(yùn)行，則要充分考慮電機(jī)的散熱能力，以避免超溫。

2.1.2 恒功率負(fù)載

顧名思義，功率是定值。其轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩成反比例關(guān)系。這里所說(shuō)的恒功率，針對(duì)一定的轉(zhuǎn)速變化而論。一般在恒磁通條件下或者轉(zhuǎn)速極低時(shí)，因?yàn)樵O(shè)備的機(jī)械強(qiáng)度的影響，其負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化是受到很大限制的，即不能很大范圍的無(wú)限制的增大。所以二者都是恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速；若是電機(jī)工作在弱磁調(diào)速的運(yùn)行狀態(tài)下，則電機(jī)的轉(zhuǎn)速和輸出轉(zhuǎn)矩（最大值）成發(fā)比例關(guān)系，這就是所謂的恒功率調(diào)速。

2.1.3 流體負(fù)載

通常，這類(lèi)負(fù)載的轉(zhuǎn)速會(huì)與其轉(zhuǎn)矩成正比例關(guān)系，而轉(zhuǎn)速的立方和功率也成正比例關(guān)系。通常工廠使用的低壓水泵和風(fēng)機(jī)均為這種類(lèi)型的負(fù)載。在這里值得強(qiáng)調(diào)的是，這種流體類(lèi)的負(fù)載在高速運(yùn)行時(shí)所需求的功率增長(zhǎng)非常快，所以，要切忌此類(lèi)負(fù)載在高于工頻的頻率下運(yùn)行。

2.2 變頻器選型方法

隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)步和控制理論的發(fā)展，市場(chǎng)上出售的變頻器種類(lèi)愈發(fā)繁多，且其控制功能日益強(qiáng)大，因而，變頻器的正確選用對(duì)設(shè)備能否正常運(yùn)行是至關(guān)重要的。選用變頻器，不僅要考慮變頻器的控制方式和防護(hù)等級(jí)、被控設(shè)備的類(lèi)型和轉(zhuǎn)矩特性以及對(duì)調(diào)速范圍和精度的要求，還要考慮其工作環(huán)境等因素，以此作為選擇最為合適的變頻器的參考和基本依據(jù)。另外，變頻器自身的各種性能指標(biāo)漸漸地成為控制調(diào)速好壞的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，若是不把制造工藝等附加因素考慮在內(nèi)，變頻器選擇何類(lèi)控制也是至關(guān)重要的。

3 變頻器的外圍配置注意事項(xiàng)

3.1 當(dāng)變頻器應(yīng)用于以下條件時(shí)，合理選用電抗器不但可以有效改善變頻器電源側(cè)的功率因數(shù)，還能夠降低其輸入側(cè)的高次諧波電流。

3.1.1 當(dāng)變頻器工作在大容量變壓器的供電系統(tǒng)中。

3.1.2 在同一變壓器上配置或裝設(shè)晶閘管變流器，且并未選擇換流電抗器的時(shí)侯。

3.1.3 在同一供電系統(tǒng)中配置或裝設(shè)可有效改善其有功功率的電容器組時(shí)。

3.2 變頻器輸入側(cè)要安裝具有一定的過(guò)載過(guò)電壓和速斷、短路保護(hù)的斷路器開(kāi)關(guān)、接觸器，防止因變頻器出線故障或問(wèn)題時(shí)導(dǎo)致事故的擴(kuò)大化。在選用急停控制時(shí)，應(yīng)完全斷開(kāi)變頻器的供電電源，使人身安全和用電設(shè)備的安全達(dá)到最大化。

3.3 一定要注意將變頻器的主回路的輸入和輸出端混接

變頻器的輸入端設(shè)有三相整流橋，而在其輸出端與三相異步電機(jī)連接的則晶體管逆變電路。若將二者接錯(cuò)，輕則電機(jī)不能旋轉(zhuǎn)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)調(diào)速功能，重則直接導(dǎo)致變頻器被燒毀。

3.4 在需要啟停操作很多的條件下，一定不要選擇通過(guò)切斷主電源來(lái)實(shí)現(xiàn)變頻器的啟停，而要使用操作面板上的啟動(dòng)/停止按鈕或SF/SR端子。因?yàn)檫^(guò)于頻繁地啟停一定會(huì)致使電容的限流電阻嚴(yán)重過(guò)熱，從而大大損害電解電容的生命周期。

3.5 在變頻器輸出一側(cè)，電力電容器及浪涌抑制器的使用將使變頻器發(fā)生嚴(yán)重的傷害和故障，致使電容器發(fā)生嚴(yán)重的損壞，因此，一定要注意嚴(yán)禁使用。

3.6 一般嚴(yán)禁在變頻器的輸出一側(cè)來(lái)配置或裝設(shè)電磁接觸器，如果一定要裝設(shè)，需要滿(mǎn)足兩個(gè)必要條件：

3.6.1 禁止在變頻器工作時(shí)隨意切換輸出側(cè)的電磁接觸器。

3.6.2 要是必須切換電磁接觸器，那么一定要先停止變頻器的輸出，即要等到所被控電機(jī)完全停止運(yùn)行才能完成切換。

3.7 采用變頻調(diào)速的多速電機(jī)，在運(yùn)行狀態(tài)下不允許改變極對(duì)數(shù)

如果必須選用多速電機(jī)，則在運(yùn)行狀態(tài)下改變極對(duì)數(shù)勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生過(guò)強(qiáng)的沖擊電流。這樣，一般會(huì)致使變頻器過(guò)載發(fā)生跳閘故障，而嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致變頻器發(fā)生過(guò)熱燒損等重大事故，因此，一定要對(duì)多速電機(jī)的極對(duì)數(shù)進(jìn)行變換，必須在電機(jī)完全停止的時(shí)侯才能進(jìn)行。

3.8 機(jī)械制動(dòng)器在變頻器調(diào)速的運(yùn)用注意事項(xiàng)

對(duì)于PWM變頻器，其壓頻比U/f為常數(shù)。當(dāng)變頻器的輸出頻率很低時(shí)，輸出的電壓勢(shì)必也極低。若此時(shí)在變頻器的輸出側(cè)安裝機(jī)械制動(dòng)器的電磁抱閘線圈，那么在較低的轉(zhuǎn)速下，機(jī)械抱閘會(huì)一直工作在抱緊狀態(tài)。最后因變頻器長(zhǎng)時(shí)間過(guò)載發(fā)生跳閘事故。因此，機(jī)械制動(dòng)器在直接應(yīng)用的時(shí)侯，一定注意應(yīng)將抱閘線圈直接配置在變頻器的輸入側(cè)。

3.9 若是變頻器與電機(jī)之間電纜過(guò)長(zhǎng)時(shí)，由于分布電容增大的因素會(huì)導(dǎo)致變頻器輸出一側(cè)的尖峰電流急劇增大，嚴(yán)重會(huì)使變頻器發(fā)生跳閘，所以，裝設(shè)電抗器或者濾波器勢(shì)在必行。理論上，變頻器允許敷設(shè)的電纜長(zhǎng)度因功率等級(jí)和品牌的差異而不盡相同。因此，電纜到底超出正常距離多少才裝設(shè)電抗器，應(yīng)當(dāng)咨詢(xún)廠家技術(shù)人員或依據(jù)說(shuō)明手冊(cè)。

3.10 漏電電流的應(yīng)對(duì)

因?yàn)殡姍C(jī)繞組及其變頻器的輸出輸入側(cè)都有分布電容的遍布，另外絕大部分的變頻器運(yùn)用脈寬調(diào)制方式，這樣往往產(chǎn)生漏電電流，電流大小和變頻器的載波頻率和電容量成正比例關(guān)系。所以，可以通過(guò)減小電機(jī)和變頻器的接線長(zhǎng)度以及減小變頻器的載波頻率來(lái)最大程度的減小漏電電流。

4 結(jié)束語(yǔ)

變頻調(diào)速技術(shù)優(yōu)異的控制和調(diào)速性能、高效率、易于維護(hù)等優(yōu)勢(shì)日益凸顯，以及變頻器價(jià)格的不斷下降，使變頻器的應(yīng)用日益廣泛。本文提出并且簡(jiǎn)要地介紹了變頻器在應(yīng)用時(shí)的選型工作和外圍的配置需要借鑒的問(wèn)題。企業(yè)里車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)對(duì)變頻器的選擇和使用，應(yīng)做到以合理、靈活為原則，確保系統(tǒng)運(yùn)行安全性和可靠性。

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