變頻器的選型及（jí）配置要點

1.前言（yán）

    由（yóu）於電力電子技術的不斷發展和進（jìn）步，伴隨著新的控製（zhì）理論的提出與完善，使交流調速傳動（dòng），尤其是性能優異的變頻調速傳動得到飛速的發展。近年來，變頻器的售價不斷下降，而其使用功能卻不斷（duàn）提升和擴大（dà），它現在已經廣（guǎng）泛應用於從一些數百瓦級的家用器械（xiè）直到一些數（shù）千千（qiān）瓦級的大型工業傳動裝置的驅動。交（jiāo）流變頻調速已從初（chū）的隻能用於風機、水泵的調速過渡（dù）到應用於（yú）各類要求高（gāo）精度、快響應的高性能調速指標的工業現場。變頻器的大量（liàng）推（tuī）廣使用，在（zài）節能、省力化、自動化及提高生產率、提（tí）高質量、減少維修和（hé）提（tí）高舒適性等多方麵都取得了令世（shì）人矚目的應（yīng）用效果。但是（shì），變頻器畢竟是近二十年來新出現的一種蘊涵多種高新技術的（de）電力電子產品，要想讓（ràng）它發揮（huī）很好的（de）應用效果，就（jiù）必須對它的選型和配置做深入的研究。

    2.變頻器的選型

    變頻器的正確選用對於（yú）機械設備電控係統的正常運行是至關重要的。選擇變頻器，首先要按照機械設備（bèi）的類型、負載轉矩特性、調速範（fàn）圍、靜態速度精度、起動轉矩和（hé）使用環境的要求，然後決定選用何種控製方式和防護結（jié）構（gòu）的變頻器合適。所謂合適是在滿足機械設備的實際工藝生產要求和使用場合的前提下，實現變頻器應用（yòng）的性價比。

    2.1機械設備（bèi）的（de）負載轉矩特性

    人們在實（shí）踐中常將生產機械根據負載轉矩特性的不同，分為三大（dà）類型：恒轉矩負載、恒功率負載和流體類負載。

    2.1.1恒轉矩負載（zǎi）

    在（zài）這類負載中，負載轉（zhuǎn）矩TL與轉速n無關，任何轉速下TL總保持恒定或基本恒定，負載功率則隨著負載速度的增高而線形增加。傳送（sòng）帶、攪拌（bàn）機、擠壓機和機械設備的進給機構（gòu）等摩擦類負載以及起重機、提升（shēng）機、電梯等重力負載，都屬（shǔ）於恒（héng）轉矩（jǔ）負載。

    變頻器拖動恒轉矩性質的負載時，低速時的輸出轉矩要足夠大，並且要有足夠的（de）過載能力。如果（guǒ）需要在低速下長時穩速運行，應該考慮標準籠型異步電動（dòng）機的散熱能（néng）力，避免電動機溫升過高。

    2.1.2恒功率負載

    這類負載的特點是需求轉矩TL與轉速n大體成反比，但其乘積即功率卻近似保持不變。金屬切削機床的主軸和軋機、造紙機、薄膜生產線中的（de）卷取機、開卷機等，都（dōu）屬於恒功率負載。

    負載的恒功率性質（zhì）應該是就一定的速度變化（huà）範圍而言的。當速度很低時，受機械強（qiáng）度的限製，TL不（bú）可能無限增大，在低速下轉變為恒轉矩性質。負載的恒功率區和恒轉矩區（qū）對傳（chuán）動方案的選擇（zé）有很大（dà）的影響（xiǎng）。電動機在恒磁通調速（sù）時，允許輸出轉矩不變，屬於恒轉矩調速；而在弱磁調速時（shí），允許輸出轉矩與速（sù）度成反比（bǐ），屬於恒功率調速。如果電（diàn）動機的恒轉矩和恒功率調速的範（fàn）圍與負載的恒轉矩和恒功率範圍相一（yī）致時，即所謂“匹配（pèi）”的情況下，電動機的容量（liàng）和變頻器的容量均（jun1）小（xiǎo）。

    2.1.3流體類負（fù）載

    這類負載的（de）轉矩與轉速的二次方成正比（bǐ），功（gōng）率與轉速的三次方成正比。各種風機、水泵和油泵，都屬於典型的（de）流體類負載。

    流體類負載通過變頻器調速來調節風量、流量，可以大幅度節約（yuē）電能。由於流體類負載在高速時的需求功率增長過快，與負（fù）載轉速的（de）三次方成正比，所以不應使這類負載超工頻運行。

    2.2根據負載特性選取適當控製方（fāng）式的變頻器

    現在市場上出售的變（biàn）頻器（qì）種類繁多，功能（néng）也（yě）日益強（qiáng）大，變頻器的性能也越來越成為調速（sù）性能優劣的（de）決定因素，除了變頻器本身製造工藝的“先天”條件外，對（duì）變頻器采用什麽樣的控製方式也是非常重要（yào）的。下表（biǎo）綜述了近年來（lái）各（gè）種（zhǒng）變（biàn）頻器控製方式的性能特點。

    綜上所述，異步電動機變頻控製選用不同的控製方（fāng）法，就可以得到不同性能特點的（de）調（diào）速特性。

    2.3根（gēn）據安裝環（huán）境選取變頻器（qì）的防護結構

    變頻器的防護結構要與其安裝環境相適（shì）應，這就要考（kǎo）慮環境溫度、濕度、粉塵、酸堿度、腐蝕性氣體等因（yīn）素，這與變頻器能否長期、安全、可靠運行關係重大。大（dà）多數變頻器廠商（shāng）可提供以下幾（jǐ）種常用的防護結構供用戶（hù）選用：

    （1）開放型IP00，它從正麵保護人體不能觸摸到變頻器內部的帶電部分，適用於安裝在電控櫃內或電（diàn）氣室內的屏（píng）、盤、架上（shàng），尤其是（shì）多台（tái）變頻器集中（zhōng）使用較好，但它對安裝環（huán）境要求較高。

    （2）封閉型IP20、IP21，這種防護結構的變頻器四周都有外罩，可在建築（zhù）物內的牆（qiáng）上壁掛式安裝，它適用於大多（duō）數的室內安裝環境。

    （3）密（mì）封（fēng）型IP40、IP42，它適用於工業現場環境條件較差的場合（hé）。

    （4）密閉型IP54、IP55，它（tā）具有防塵、防水的防護結構，適用於工業現場環境條件差（chà），有水淋、粉塵及一定腐蝕（shí）性氣體的場合。

    關於變頻器容量（liàng）的計（jì）算，可參閱（yuè）參考文獻1，限於篇幅，此不（bú）贅述。

    3.變頻器的外圍配置要點（diǎn）

    3.1把變頻（pín）器連接在大容量電源變壓器（500KVA以上（shàng））電網中，或者在（zài）同一電源變壓器上連接有晶閘管變流器而未使用（yòng）換流電抗（kàng）器，或（huò）者同（tóng）一電網上有功率改善用切換電容器組時，應配置AC電抗器或（huò）DC電抗器，它們（men）也有改善變頻（pín）器電源側功率因數（shù）和降低輸（shū）入高次諧波電流的效果。

    3.2變（biàn）頻器與供電電源之間應裝設帶有短路及過載保護的低壓斷路（lù）器、交流接觸器，以免變頻器發生故障時事故擴大。電控係統的急停控製應使變頻器電源側的交流接觸器開斷（duàn），徹底（dǐ）切斷變頻器的電源供（gòng）給，保證設備及人身安（ān）全。

    3.3變頻器輸入端R、S、T與輸出端U、V、W不能接錯（cuò）。變（biàn）頻器的輸入端R、S、T是與三相整流橋（qiáo）輸（shū）入端相連接，而輸出端（duān）U、V、W是與三相異步（bù）電（diàn）動機相連接的晶體（tǐ）管逆變電路。若兩者接錯，輕則不能實現變頻調速，電機也不會運轉，重則燒毀（huǐ）變頻器。

    3.4在起動、停止頻（pín）繁的場合（hé），不要用主電路電源（yuán）的通、斷來控製變頻器的起動、停止，應使用變頻器控製麵板上的RUN/STOP鍵或SF/SR控製端（duān）子。因為（wéi）變頻器啟動時，首先要給直流回路的大容量電解電容（róng）充電，如果頻繁啟動變頻器勢必造成電容充電用限流電（diàn）阻發熱嚴重，同時也縮短了大容（róng）量電解電容的使用壽命。

    3.5變頻器的端子“N”為中（zhōng）間直流回路的低電平端，嚴（yán）禁與三相四線製供電線路中的零線或大地相接,否則會造（zào）成三相整流橋因電源短路而損壞變頻器。

    3.6變頻器的輸出側一般不能安裝（zhuāng）電磁接觸器，若必須安裝（zhuāng），則一定要注意（yì）滿足以下條件（jiàn）：變頻器若正在運行中，嚴禁切（qiē）換輸出側的（de）電磁接觸器；要（yào）切換接觸器必須等到變頻器停止輸（shū）出後才可（kě）以。因（yīn）為，如果在變頻（pín）器正（zhèng）常輸出時（shí）切換輸出側的接觸器，將（jiāng）會在接觸器觸點斷開的瞬間產生很高的過電壓而極（jí）易損壞變頻器中的（de）電力電子器件。因此，要切換變頻（pín）器輸出側的接觸器，一定要等到所控製的（de）電動機完全停止以（yǐ）後

    3.7遇有內裝製動單元而需外加製動電（diàn）阻的變頻器，一定要注意製動電（diàn）阻的正確接線（xiàn）。製動電阻要接在P與DB之間，不能接在P、N之間，否則會造成變頻器的逆變器在未運行時（shí）三相（xiàng）整流橋就滿載工作，造成變頻器無（wú）法正常工作，製動（dòng）電阻也有燒毀的可（kě）能。

    3.8變頻調速的多（duō）速電動機，在運行中不能改變（biàn）極對（duì）數。如（rú）果在變頻調速係統（tǒng）中，為了擴大調速範（fàn）圍（wéi）而必須選用多速電動機時，由於（yú）多速電動機是用改變定子（zǐ）繞組接線方法，改變極對數（shù），實現調速目的（de）。如果在變頻（pín）器運行（háng）中改變電（diàn）動（dòng）機的繞組接線，就會引起很大的衝擊電流，造成變頻器過載跳閘，甚至燒毀的嚴重事故。所以，要安（ān）全切換多速電動機的（de）繞組，必須要等到變頻器停止（zhǐ）輸出後才能進行。

    3.9機械製動器在變頻調速係統中的正確（què）使用。在脈寬（kuān）調製（zhì）（PWM）的變頻（pín）器中，其輸出頻率與輸出電壓之比為一常數，即f/V=C。在輸出頻率低時，其輸出電壓也低，如果機械製動（dòng）器（qì）的電磁抱閘（zhá）線圈接在U、V、W端，則在變頻器（qì）低速時機械抱閘始終處於抱緊（jǐn）狀態，變頻器會因過載而（ér）跳（tiào）閘，所以機械（xiè）製動器的電磁線圈隻能接在（zài）變頻器的輸（shū）入端R、S、T端。

    3.10變頻器低速運行時的特點及對策。常規設計的自通風異步電動機在額定工況下及規定的環境溫度範圍內，是不會超過額定溫升的，但處於變頻調速係統（tǒng）中，情況就有所不同。自通風異步電（diàn）動機（jī）在20HZ以下運行時，轉子風葉（yè）的冷卻能力下降，再如果在恒轉矩負載條件下長期運行，勢（shì）必造成電機溫升增加，使（shǐ）調速係統的（de）特性變壞。所以（yǐ），當自通風異步（bù）電動機在低頻運行並且拖（tuō）動恒轉矩（jǔ）負載時，必須采取強製冷卻措施，改善電機的散熱能力，保證變頻調速係統的穩定性。

    3.11當變頻器和電動機之間的接（jiē）線超長時，隨著變頻器輸出電纜的長度增加，其分（fèn）布電容明顯增大，從而造成變頻器逆變輸出的容性尖峰電流過大引（yǐn）起變頻器跳閘保護，因此必須使用輸出電抗器或du/dt濾波器（qì）或（huò）正弦波濾波器等裝置對這種容性尖峰電流進行限製。

    輸出（chū）濾波電抗器用於補償在電機電纜長距離敷設時引起的線路電容充電電（diàn）流，也可抑製諧波。在多電（diàn）機成組傳動時，可接（jiē）入一台輸出濾波電抗器，總電纜（lǎn）長度（dù）是每台電機電纜長度的總和。從理論上說，功率等級不同的變頻（pín）器所允許敷設的電機電纜長度是不同的，並（bìng）且不同生產廠商的變頻器所允許敷設的（de）電機電纜長（zhǎng）度也是不同的。因此，關於變頻器敷設的電機電纜（lǎn）在超過多（duō）長距離時應加裝輸（shū）出濾波電抗（kàng）器，還應參閱各變頻器（qì）生（shēng）產廠商提供的使用手冊。

    3.12不（bú）要在變頻器（qì）輸（shū）出側安（ān）裝電力電容器（qì）、浪湧抑（yì）製器和無線電（diàn）噪