變頻器的選型及注意事項(xiàng)

隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，新的控制理論的不斷提出與完善，使變頻技術(shù)得到了飛速的發(fā)展。近年來，伴隨著變頻器功能的不斷提升和擴(kuò)大，其應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)展，其現(xiàn)在已經(jīng)從最初的只能用于風(fēng)機(jī)、水泵的調(diào)速過渡到應(yīng)用于各類要求高精度、快響應(yīng)的高性能調(diào)速指標(biāo)的工業(yè)現(xiàn)場。ACS150系列變頻器由ABB公司設(shè)計(jì)制造，它可以通過可選件的優(yōu)化組合最大范圍地滿足機(jī)械行業(yè)的要求，主要應(yīng)用于風(fēng)機(jī)、泵類、門控、物料輸送、傳送帶等的控制。

1變頻調(diào)速原理

n=60f（1-s）/p（1）

式中：n為異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速；

f為電網(wǎng)頻率；

s為電動機(jī)轉(zhuǎn)差率；

p為電動機(jī)極對數(shù)。

由式（1）可知，轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率f在0~50Hz的范圍內(nèi)變化時，電動機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻調(diào)速就是通過改變電動機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的。

變頻器主要采用交直交方式，即先把工頻交流電源通過整流裝置轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機(jī)。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制4個部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流，逆變部分為IGBT三相橋式逆變，且輸出為PWM波形，中間直流環(huán)節(jié)的作用為濾波、直流儲能和緩沖無功功率。

變頻器在應(yīng)用中改變的不僅僅是頻率，它還得同時改變交流電的電壓，如果僅改變頻率，電機(jī)可能被燒壞。因?yàn)楫惒诫妱訖C(jī)的轉(zhuǎn)矩是電機(jī)的磁通與轉(zhuǎn)子內(nèi)流過電流之間相互作用而產(chǎn)生的，在額定頻率下，如果電壓一定而只降低頻率，那么磁通就過大，磁回路飽和，嚴(yán)重時將燒毀電機(jī)。因此，頻率與電壓要成比例地改變，即改變頻率的同時控制變頻器輸出電壓，使電動機(jī)的磁通保持一定，避免弱磁和磁飽和現(xiàn)象的產(chǎn)生。但是在低頻時仍成比例地降低電壓，由于交流阻抗變小而直流電阻不變，將造成在低速下磁鍵波形發(fā)生畸變，導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩減小。

2變頻器的選型

變頻器的正確選用對于機(jī)械設(shè)備電控系統(tǒng)的正常運(yùn)行是至關(guān)重要的。選擇變頻器，首先要按照機(jī)械設(shè)備的類型、負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性、調(diào)速范圍、靜態(tài)速度精度、起動轉(zhuǎn)矩和使用環(huán)境的要求，決定選用何種控制方式和防護(hù)結(jié)構(gòu)的變頻器最合適。所謂合適是指在滿足機(jī)械設(shè)備的實(shí)際工藝生產(chǎn)要求和使用場合的前提下，實(shí)現(xiàn)變頻器應(yīng)用的最佳性價比。

2.1平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載

風(fēng)機(jī)類、泵類負(fù)載是平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載。一般情況下，具有U/f=const（U是指輸出電壓，f是指輸出電壓的頻率）控制模式的變頻器基本都能滿足這類負(fù)載的要求，下面根據(jù)這類變頻器的主要特點(diǎn)介紹選型時需要注意的問題。

2.1.1避免過載

風(fēng)機(jī)和水泵一般不容易過載，選擇變頻器的容量時保證其稍大于或等于電動機(jī)的容量即可；同時選擇的變頻器的過載能力要求也較低，但在變頻器功能參數(shù)選擇和預(yù)置時應(yīng)注意，由于負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，當(dāng)工作頻率高于電動機(jī)的額定頻率時，負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩會超過額定轉(zhuǎn)矩，使電動機(jī)過載。所以，要嚴(yán)格控制最高工作頻率不能超過電機(jī)額定頻率。

2.1.2啟/停時變頻器加速時間與減速時間的匹配

由于風(fēng)機(jī)和泵的負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量比較大，其啟動和停止時與變頻器的加速時間和減速時間匹配是一個非常重要的問題。在變頻器選型和應(yīng)用時，應(yīng)根據(jù)負(fù)荷參數(shù)計(jì)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(fā)生過流跳閘和變頻器減速時不發(fā)生過電壓跳閘的情況。但有時在生產(chǎn)工藝中，對風(fēng)機(jī)和泵的啟動時間要求很嚴(yán)格，如果上述計(jì)算的時間不能滿足需求時，應(yīng)該對變頻器進(jìn)行重新設(shè)計(jì)選型。

2.1.3避免共振

由于變頻器是通過改變電動機(jī)的電源頻率來改變電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)節(jié)能的，有可能在某一電機(jī)轉(zhuǎn)速下與負(fù)荷軸系的共振點(diǎn)、共振頻率重合，造成負(fù)荷軸系不能容忍的振動，有時會造成設(shè)備停運(yùn)或設(shè)備損壞，所以在變頻器功能參數(shù)選擇和預(yù)置時，應(yīng)根據(jù)負(fù)荷軸系的共振頻率，通過設(shè)定跳躍頻率點(diǎn)和寬度，避免系統(tǒng)發(fā)生共振現(xiàn)象。

2.1.4憋壓與水錘效應(yīng)

泵類負(fù)載在實(shí)際運(yùn)行過程中，容易發(fā)生憋壓和水錘效應(yīng)，變頻器在功能設(shè)定時要針對這個問題進(jìn)行單獨(dú)設(shè)定。

1）憋壓泵類負(fù)載在低速運(yùn)行時，由于關(guān)閉出口閥門使壓力升高，從而造成泵汽蝕。在變頻器功能設(shè)定時，通過設(shè)定變頻器的最低頻率來限定泵流量的臨界點(diǎn)最低轉(zhuǎn)速，可避免此類現(xiàn)象的發(fā)生。

2）水錘效應(yīng)泵類負(fù)載在突然斷電時，管道中的液體由于重力而倒流。若逆止閥不嚴(yán)或沒有逆止閥，將導(dǎo)致電機(jī)反轉(zhuǎn)，造成電機(jī)發(fā)電而使變頻器發(fā)生故障或燒壞。在變頻器系統(tǒng)設(shè)計(jì)時，應(yīng)使變頻器按減速曲線停止，在電機(jī)完全停止后再斷開主電路，或者設(shè)定斷電減速停止功能，可避免該現(xiàn)象的發(fā)生。