變頻器的選用選型，變頻器的應(yīng)用

　　變頻器（Variable-frequency Drive，VFD）是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過(guò)改變電機(jī)工作電源頻率方式來(lái)控制交流電動(dòng)機(jī)的電力控制設(shè)備。變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測(cè)單元微處理單元等組成。變頻器靠?jī)?nèi)部IGBT的開(kāi)斷來(lái)調(diào)整輸出電源的電壓和頻率，根據(jù)電機(jī)的實(shí)際需要來(lái)提供其所需要的電源電壓，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的，另外，變頻器還有很多的保護(hù)功能，如過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)載保護(hù)等等。

　　隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的應(yīng)用。變頻器的分類(lèi)方法有多種：

　　按照主電路工作方式分類(lèi)，可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器；

　　按照開(kāi)關(guān)方式分類(lèi)，可以分為PAM控制變頻器、PWM控制變頻器和高載頻PWM控制變頻器；

　　按照工作原理分類(lèi)，可以分為V/f控制變頻器、轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等；

　　按照用途分類(lèi)，可以分為通用變頻器、高性能專(zhuān)用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器、提升機(jī)變頻器等

　　變頻器選型：主要需要確定以下幾點(diǎn)：

　?。?）采用變頻的目的：恒壓控制還是恒流控制？

　?。?）變頻器的負(fù)載類(lèi)型（如葉片泵或容積泵等，特別注意負(fù)載的性能曲線(xiàn)，性能曲線(xiàn)決定了應(yīng)時(shí)的方式方法。

　?。?）變頻器與負(fù)載的匹配問(wèn)題：

　　A、電壓匹配：變頻器的額定電壓與負(fù)載的額定電壓相符。

　　B、電流匹配：普通的離心泵，變頻器的額定電流與電機(jī)的額定電流相符。對(duì)于特殊的負(fù)載如深水泵等則需要參考電機(jī)性能參數(shù)，以最大電流確定電流和過(guò)載能力。

　　C、轉(zhuǎn)矩匹配：這種情況在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載或有減速裝置時(shí)有可能發(fā)生。

　?。?）在使用變頻器驅(qū)動(dòng)高速電機(jī)時(shí)。由于高速電機(jī)電抗小，高次諧波增加導(dǎo)致輸出電流值增大。因此用于高速電機(jī)的變頻器選型，其容量要稍大于普通電機(jī)的選型。

　　（5）變頻器如果要長(zhǎng)電纜運(yùn)行時(shí)，此時(shí)要采取措施抑制長(zhǎng)電纜對(duì)地耦合電容的影響，避免變頻器出力不足，所以在這種情況下，變頻器容量要放大一檔或者在變頻器的輸出端安裝輸出電抗器。

　　（6）對(duì)于一些特殊的應(yīng)用場(chǎng)合，如高溫、高海波，此時(shí)會(huì)引起變頻器的降容，變頻器容量要放大一檔 變頻器選型：首先確認(rèn)變頻器的安裝環(huán)境：

　　A、工作溫度。變頻器內(nèi)部是大功率的電子元件，極易受到工作溫度的影響，產(chǎn)品一般要求為0~55度。但為了保證工作安全、可靠，使用時(shí)應(yīng)考慮留有余地，最好控制在40度以下。在控制箱中，變頻器一般應(yīng)安裝在箱體上部，并嚴(yán)格遵守產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)中的安裝要求，絕對(duì)不允許把發(fā)熱元件或易發(fā)熱的元件緊靠變頻器的底部安裝。

　　B、環(huán)境溫度。溫度太高且溫度變化較大時(shí)，變頻器內(nèi)部易出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象，其絕緣性能就會(huì)大大降低，甚至可能引發(fā)短路事故。必要時(shí)在箱中增加干燥劑和加熱器。在水處理間，一般水汽都比較大，如果溫度變化大的話(huà)，這個(gè)問(wèn)題會(huì)比較突出。

　　C、腐蝕性氣體。使用環(huán)境如果腐蝕性氣體濃度大，不僅會(huì)腐蝕元器件的引線(xiàn)、印刷電路板等，而且還會(huì)加速塑料器件的老化，降低絕緣性能。

　　D、振動(dòng)和沖擊。裝有變頻器的控制柜受到機(jī)械振動(dòng)和沖擊時(shí)，會(huì)引起電氣接觸不良和模塊與散熱器接觸不良導(dǎo)致燒模塊等。淮安熱電就出現(xiàn)過(guò)這樣的問(wèn)題。這時(shí)除了提高控制柜的機(jī)械強(qiáng)度、遠(yuǎn)離振動(dòng)源和沖擊源外，還應(yīng)使用抗震橡皮墊固定控制箱以及固定箱內(nèi)產(chǎn)生振動(dòng)的交流接觸器等。在設(shè)備運(yùn)行一段時(shí)間后，及時(shí)進(jìn)行檢查和維護(hù)。

　　E、電磁波干擾。變頻器由于需要整流和變頻，周?chē)a(chǎn)生了很多的干擾電磁波，這些高頻電磁波對(duì)附近的儀表、儀器有一定的干擾。因此，柜內(nèi)的儀表和電子系統(tǒng)，應(yīng)該選用金屬外殼，屏蔽變頻器對(duì)儀表的干擾。所有的元器件均應(yīng) 可靠接地。除此之外，各電氣元件、儀器及儀表之間的連線(xiàn)應(yīng)選用屏蔽控制電纜，且屏蔽層應(yīng)接地。如果處理不好 電磁干擾，往往會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)無(wú)法工作，導(dǎo)致控制單元失靈或損壞。

　　選用變頻器的類(lèi)型，按照生產(chǎn)機(jī)械的類(lèi)型、調(diào)速范圍、靜態(tài)速度精度、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的要求，決定選用那種控制方式的變頻器最合適。所謂合適是既要好用，又要經(jīng)濟(jì)，以滿(mǎn)足工藝和生產(chǎn)的基本條件和要求。

　　1、需要控制的電機(jī)及變頻器自身

　　（1）電機(jī)的極數(shù)。一般電機(jī)極數(shù)以不多于（極為宜，否則變頻器容量就要適當(dāng)加大。

　　（2）轉(zhuǎn)矩特性、臨界轉(zhuǎn)矩、加速轉(zhuǎn)矩。在同等電機(jī)功率情況下，相對(duì)于高過(guò)載轉(zhuǎn)矩模式，變頻器規(guī)格可以降額選取。

　?。?）電磁兼容性。為減少主電源干擾，使用時(shí)可在中間電路或變頻器輸入電路中增加電抗器，或安裝前置隔離變壓器。一般當(dāng)電機(jī)與變頻器距離超過(guò)50m時(shí)，應(yīng)在它們中間串入電抗器、濾波器或采用屏蔽防護(hù)電纜 。

　　2、變頻器功率的選用系統(tǒng)效率等于變頻器效率與電動(dòng)機(jī)效率的乘積，只有兩者都處在較高的效率下工作時(shí)，則系統(tǒng)效率才較高。從效率角度出發(fā)，在選用變頻器功率時(shí)，要注意以下幾點(diǎn)：

　　（1）變頻器功率值與電動(dòng)機(jī)功率值相當(dāng)時(shí)最合適，以利變頻器在高的效率值下運(yùn)轉(zhuǎn)。

　?。?）在變頻器的功率分級(jí)與電動(dòng)機(jī)功率分級(jí)不相同時(shí)，則變頻器的功率要盡可能接近電動(dòng)機(jī)的功率，但應(yīng)略大于電動(dòng)機(jī)的功率。

　?。?）當(dāng)電動(dòng)機(jī)屬頻繁起動(dòng)、制動(dòng)工作或處于重載起動(dòng)且較頻繁工作時(shí)，可選取大一級(jí)的變頻器，以利用變頻器長(zhǎng)期、安全地運(yùn)行。

　?。?）經(jīng)測(cè)試，電動(dòng)機(jī)實(shí)際功率確實(shí)有富余，可以考慮選用功率小于電動(dòng)機(jī)功率的變頻器，但要注意瞬時(shí)峰值電流是否會(huì)造成過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作。

　　（5）當(dāng)變頻器與電動(dòng)機(jī)功率不相同時(shí)，則必須相應(yīng)調(diào)整節(jié)能程序的設(shè)置，以利達(dá)到較高的節(jié)能效果。

　　3、變頻器箱體結(jié)構(gòu)的選用變頻器的箱體結(jié)構(gòu)要與環(huán)境條件相適應(yīng)，即必須考慮溫度、濕度、粉塵、酸堿度、腐蝕性氣體等因素。常見(jiàn)有下列幾種結(jié)構(gòu)類(lèi)型可供用戶(hù)選用：

　?。?）敞開(kāi)型IPOO型本身無(wú)機(jī)箱，適用裝在電控箱內(nèi)或電氣室內(nèi)的屏、盤(pán)、架上，尤其是多臺(tái)變頻器集中使用時(shí)，選用這種型式較好，但環(huán)境條件要求較高；

　?。?）封閉型IP20型適用一般用途，可有少量粉塵或少許溫度、濕度的場(chǎng)合；

　　（3）密封型IP45型適用工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)條件較差的環(huán)境；

　?。?）密閉型IP65型適用環(huán)境條件差，有水、塵及一定腐蝕性氣體的場(chǎng)合。

　　4、變頻器容量的確定合理的容量選擇本身就是一種節(jié)能降耗措施。根據(jù)現(xiàn)有資料和經(jīng)驗(yàn)，比較簡(jiǎn)便的方法有三種：

　?。?）電機(jī)實(shí)際功率確定發(fā)。首先測(cè)定電機(jī)的實(shí)際功率，以此來(lái)選用變頻器的容量。

　　（2）公式法。當(dāng)一臺(tái)變頻器用于多臺(tái)電機(jī)時(shí)，應(yīng)滿(mǎn)足：至少要考慮一臺(tái)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流的影響，以避免變頻器過(guò)流跳閘。

　?。?）電機(jī)額定電流法變頻器。變頻器容量選定過(guò)程，實(shí)際上是一個(gè)變頻器與電機(jī)的最佳匹配過(guò)程，最常見(jiàn)、也較安全的是使變頻器的容量大于或等于電機(jī)的額定功率，但實(shí)際匹配中要考慮電機(jī)的實(shí)際功率與額定功率相差多少，通常都是設(shè)備所選能力偏大，而實(shí)際需要的能力小，因此按電機(jī)的實(shí)際功率選擇變頻器是合理的，避免選用的變頻器過(guò)大，使投資增大。對(duì)于輕負(fù)載類(lèi)，變頻器電流一般應(yīng)按1.1N（N為電動(dòng)機(jī)額定電流）來(lái)選擇，或按廠(chǎng)家在產(chǎn)品中標(biāo)明的與變頻器的輸出功率額定值相配套的最大電機(jī)功率來(lái)選擇。

　　5、主電源

　　1）電源電壓及波動(dòng)。應(yīng)特別注意與變頻器低電壓保護(hù)整定值相適應(yīng)，因?yàn)樵趯?shí)際使用中，電網(wǎng)電壓偏低的可能性較大。

　　2）主電源頻率波動(dòng)和諧波干擾。這方面的干擾會(huì)增加變頻器系統(tǒng)的熱損耗，導(dǎo)致噪聲增加，輸出降低。

　　3）變頻器和電機(jī)在工作時(shí)，自身的功率消耗。在進(jìn)行系統(tǒng)主電源供電設(shè)計(jì)時(shí)，兩者的功率消耗因素都應(yīng)考慮進(jìn)去

　　采用變頻器對(duì)機(jī)械設(shè)備變頻調(diào)速運(yùn)轉(zhuǎn)可以達(dá)到節(jié)能效果，采用多臺(tái)電動(dòng)機(jī)以比例速度運(yùn)轉(zhuǎn)可以達(dá)到省力自動(dòng)化的效果，對(duì)電動(dòng)機(jī)增速運(yùn)轉(zhuǎn)可以達(dá)到提高產(chǎn)量的效果，采用高頻電動(dòng)機(jī)進(jìn)行高速運(yùn)轉(zhuǎn)可以達(dá)到提高產(chǎn)量的效果，在惡劣的環(huán)境中可以取代直流電動(dòng)機(jī)減少維修，選擇無(wú)級(jí)的最佳速度運(yùn)轉(zhuǎn)可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量，采用空調(diào)壓縮機(jī)調(diào)速運(yùn)轉(zhuǎn)來(lái)進(jìn)行連續(xù)溫度控制，可以達(dá)到提高舒適性的效果。

　　1、變頻器的發(fā)展

　　隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，直流拖動(dòng)的薄弱環(huán)節(jié)逐步顯露出來(lái)。由于換向器的存，直流電機(jī)的維護(hù)量加大，單機(jī)容量、最高轉(zhuǎn)速以及使用環(huán)境都受到限制。人們開(kāi)始轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便、價(jià)格低廉的異步電動(dòng)機(jī)。但異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能難以滿(mǎn)足生產(chǎn)的需要。于是，從20世紀(jì)30年代開(kāi)始，人們致力于交流調(diào)速技術(shù)的研究，然而進(jìn)展緩慢。在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)，直流調(diào)速一直以其優(yōu)異的性能統(tǒng)治著電氣傳動(dòng)領(lǐng)域。20世紀(jì)60年代以后，特別是70年代以來(lái)，電力電子技術(shù)、控制技術(shù)和微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，使得交流調(diào)速性能可以與直流調(diào)速相媲美。目前，交流調(diào)速已進(jìn)入逐步代替直流調(diào)速的時(shí)代。

　　2、變頻器的應(yīng)用

　　變頻器主要用于交流電動(dòng)機(jī)（異步電機(jī)或同步電機(jī)）轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，是公認(rèn)的交流電動(dòng)機(jī)最理想、最有前途的調(diào)速方案，除了具有卓越的調(diào)速性能之外，變頻器還有顯著的節(jié)能作用，是企業(yè)技術(shù)改造和產(chǎn)品更新?lián)Q代的理想調(diào)速裝置。自上世紀(jì)80年代被引進(jìn)中國(guó)以來(lái)，變頻器作為節(jié)能應(yīng)用與速度工藝控制中越來(lái)越重要的自動(dòng)化設(shè)備，得到了快速發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。

　　（1）變頻器與節(jié)能 變頻器產(chǎn)生的最初用途是速度控制，但目前在國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多的是節(jié)能。中國(guó)是能耗大國(guó)，能源利用率很低，而能源儲(chǔ)備不足。在2003年的中國(guó)電力消耗中，60—70％為動(dòng)力電，而在總?cè)萘繛?．8億千瓦的電動(dòng)機(jī)總?cè)萘恐校挥胁坏?000萬(wàn)千瓦的電動(dòng)機(jī)是帶變頻控制的。據(jù)分析，在中國(guó)，帶變動(dòng)負(fù)載、具有節(jié)能潛力的電機(jī)至少有1．8億千瓦。因此國(guó)家大力提倡節(jié)能措施，并著重推薦了變頻調(diào)速技術(shù)。

　　應(yīng)用變頻調(diào)速，可以大大提高電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制精度，使電機(jī)在最節(jié)能的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。以風(fēng)機(jī)水泵為例，根據(jù)流體力學(xué)原理，軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。當(dāng)所需風(fēng)量減少，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，其功率按轉(zhuǎn)速的三次方下降。因此，精確調(diào)速的節(jié)電效果非常可觀(guān)。與此類(lèi)似，許多變動(dòng)負(fù)載電機(jī)一般按最大需求來(lái)生產(chǎn)電動(dòng)機(jī)的容量，故設(shè)計(jì)裕量偏大。而在實(shí)際運(yùn)行中，輕載運(yùn)行的時(shí)間所占比例卻非常高。如采用變頻調(diào)速，可大大提高輕載運(yùn)行時(shí)的工作效率。因此，變動(dòng)負(fù)載的節(jié)能潛力巨大。

　　作為節(jié)能目的，變頻器廣泛應(yīng)用于各行業(yè)。以電力行業(yè)為例，由于中國(guó)大面積缺電，電力投資將持續(xù)增長(zhǎng)，同時(shí)，國(guó)家電改方案對(duì)電廠(chǎng)的成本控制提出了要求，降低內(nèi)部電耗成為電廠(chǎng)關(guān)注焦點(diǎn)，因此變頻器在電力行業(yè)有著巨大的發(fā)展?jié)摿?，尤其是高壓變頻器和大功率變頻器。

　　（2）變頻器與工藝控制（速度控制） 目前，中國(guó)的設(shè)備控制水平與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還比較低，制造工藝和效率都不高，因此提高設(shè)備控制水平至關(guān)重要。由于變頻調(diào)速具有調(diào)速范圍廣、調(diào)速精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好等優(yōu)點(diǎn)，在許多需要精確速度控制的應(yīng)用中，變頻器正在發(fā)揮著提升工藝質(zhì)量和生產(chǎn)效率的顯著作用。

　　（3）變頻家電 除了工業(yè)相關(guān)行業(yè)，在普通家庭中，節(jié)約電費(fèi)、提高家電性能、保護(hù)環(huán)境等受到越來(lái)越多的關(guān)注，變頻家電成為變頻器的另一個(gè)廣闊市場(chǎng)和應(yīng)用趨勢(shì)。帶有變頻控制的冰箱、洗衣機(jī)、家用空調(diào)等，在節(jié)電、減小電壓沖擊、降低噪音、提高控制精度等方面有很大的優(yōu)勢(shì)。