電源第3講變頻器使用的注意事項

2)對電動(dòng)機的危害使電動(dòng)機發(fā)熱(低次電流諧波使銅損增大，高次諧波使鐵損增大)，噪聲增大，產(chǎn)生脈動(dòng)轉矩，電動(dòng)機消耗的無(wú)功分量增大，中性點(diǎn)對地的高頻漏電流增大;諧振電壓影響電動(dòng)機絕緣的壽命。

增加調制頻率雖然可以降低電動(dòng)機噪聲，減少輸出轉矩的脈動(dòng)，但卻使變頻器的開(kāi)關(guān)損耗及射頻干擾增大。前者降低了變頻器的效率，后者會(huì )干擾通信設備和儀器儀表的正常工作。

1.8.4.3 諧波的消除方法

1) 主動(dòng)方面使變頻器本身不產(chǎn)生或少產(chǎn)生諧波。如在調制上采用較高調制頻率、目標函數、多重化整流技術(shù)，在整流上采用多相(12 相或24相)整流技術(shù)、PWM 整流技術(shù)及有源功率因數校正電路(Active Power Factor Correction，APFC)。

2)被動(dòng)方面采取措施，減少變頻器產(chǎn)生的各次諧波對電網(wǎng)及其他設備的干擾。如加裝進(jìn)相和出相交流電抗器，加裝射頻噪聲濾波器及加裝浪涌吸收電路。

在變頻器實(shí)際使用中，網(wǎng)側電壓諧波一般不會(huì )超標，但網(wǎng)側電流諧波卻超標很多。對于高壓大功率變頻器，網(wǎng)側輸入電流及電動(dòng)機輸入電流的THD(畸變率)均定小于3%。

1.9 變頻器與負載的配置

不 少?lài)一虻貐^都有變頻器負載的標準，我國與國際電工委員會(huì )(IEC)也有相應的標準。例如，將變頻器的工作制等級或運行種類(lèi)分為6 級：第1級為100%額定輸出電流，沒(méi)有過(guò)負載的可能性。第2級允許輸出基本負載電流，并在此基礎上可有150%的短時(shí)過(guò)負載運行。要注意，由于有了此短 時(shí)的150%過(guò)負載，故較長(cháng)時(shí)間的基本負載就只有額定輸出電流的91%，150%過(guò)負載是對基本負載電流而言的，對額定電流而言則相對值=150%伊 91%越136%。

第3~6 級則過(guò)負載更大或時(shí)間更長(cháng)。目前市售產(chǎn)品標準型或通用型一般只涉及第2 級。

變頻器為什么必須有負載工作制種類(lèi)和等級的國家標準，而變壓器、通用電動(dòng)機卻沒(méi)有?這是因為后者的發(fā)熱時(shí)間常數大，如常用電力變壓器是以小時(shí)計，短時(shí)過(guò)負載不致于使溫升超過(guò)允許值，即使溫升短時(shí)稍微超過(guò)，也不會(huì )使壽命立即終

止 和退出運行;但半導體器件及其裝置的時(shí)間常數小，通常以分鐘計，而且過(guò)負載超溫對半導體器件的影響后果比較嚴重，所以通常都為半導體電力電子裝置規定了嚴 格的負載條件，即基本負載電流、過(guò)負載電流及持續時(shí)間和頻度(允許過(guò)電流再現的間隔時(shí)間)。在完全沒(méi)有過(guò)負載可能的條件下，稱(chēng)輸出電流為額定輸出電流。根 據上述分析，變頻器產(chǎn)品應該有符合國家有關(guān)標準的負載定額。

從變頻器選用的觀(guān)點(diǎn)出發(fā)，需考慮機械負載的性能。如機械轉矩有正負之分，其定義如下： 凡電動(dòng)機驅動(dòng)生產(chǎn)機械即電動(dòng)機輸出機械功時(shí)轉矩為正，絕大多數場(chǎng)合都是這種情況;反之則為負，即生產(chǎn)機械對電動(dòng)機作功(機械能轉換成電能)，如電動(dòng)機車(chē)下 坡行駛。定義負轉矩，這種情況不是大多數機械設備都有的。速度有正負之別，則是人為決定的。例如常用轉向為正，偶爾用之的反向為

負;如果只有一個(gè)方向運行，則可無(wú)正負之別。

1.9.1 機械轉矩時(shí)段

對于機械設備要求轉矩的大小，可以分成幾個(gè)時(shí)段來(lái)討論。

1) 起動(dòng)轉矩使機械設備從靜止狀態(tài)開(kāi)始轉動(dòng)的轉矩通常都為正，而且一般比維持等速運動(dòng)所需的轉矩要大，例如大多數給料機、物料輸送機、混料機、攪拌機等，它可 能達到額定轉矩的員緣園豫耀員苑園豫，這就要求變頻器有大的起動(dòng)轉矩。當然，也有很多通用機械設備的起動(dòng)轉矩小于員園園豫，如離心式風(fēng)機和水泵，可能小于 圓緣豫。泥漿泵和往復式柱塞泵的起動(dòng)轉矩也可能達到員緣園豫耀員苑緣豫。

2)加速轉矩將機械設備從剛開(kāi)始轉動(dòng)使之加速到額定轉速時(shí)所需的轉矩，其值為機械靜阻轉矩與動(dòng)轉矩之和，動(dòng)轉矩則和其飛輪轉矩GD2以及要求的加速度大小成正比。

一 般風(fēng)機、水泵的加速轉矩不大，可以不超過(guò)員園園豫。但也有一些特殊情況，如大功率風(fēng)機的GD2很大，加速困難;離心式水泵開(kāi)閥門(mén)時(shí)加速轉矩可達到員園園 豫，而其他形式的泵可能達到員緣園豫或更大;軋鋼機等在要求盡量縮短加速時(shí)間時(shí)，要求加速轉矩越大越好，重物下放則可能使加速轉矩為負。

3)等速運行中出現的尖峰負載轉矩這是生產(chǎn)工藝中出現的不可避免的正常情況。例如礦石破碎機遇到較大的礦塊時(shí)，電動(dòng)機需輸出大的功率(電流)以幫助破碎。因為這是正常情況，所以不能使電動(dòng)機過(guò)電流跳閘，這就要求變頻器輸出大的電流。這種尖峰負載出現的頻度事先很難估計。

等速運行時(shí)的速度可以是額定速度，也可以是很低的爬行速度，如載人索道在車(chē)廂接近站臺時(shí)，就是以很低的爬行速度運行的。如果是重車(chē)廂上坡，則可能過(guò)負載，這就要求變頻器在低速下輸出大的電流。如果是重車(chē)廂下坡爬行，則為負轉矩。

4)減速轉矩大多數情況下，斷開(kāi)電動(dòng)機電流就能減速停車(chē)，只是在對減速有嚴格要求的場(chǎng)合才需要電動(dòng)機輸出或輸入能量，輸出的能量或消耗在電阻中，或反饋給電網(wǎng)，這要根據反饋能量和頻率的大小來(lái)決定。在重物下放且要求大的減

速時(shí)，會(huì )出現大的減速轉矩，而且是負的。當然，要求正轉矩減速的場(chǎng)合也是有的。

1.9.2 變頻器的定額

市場(chǎng)上變頻器的品種規格很多，本文僅限于討論從歐美進(jìn)口且是低壓的(變頻器的功率輸入與輸出端均為低壓)產(chǎn)品，變頻器的速度調節性能比較見(jiàn)表員。

1)美國AB 公司的1336PI.USI 玉型(無(wú)速度傳感器矢量控制的標準型)變頻器輸出定額舉例如下：

(1)電網(wǎng)電壓為猿愿園耀源愿園V;

(2)恒轉矩輸出電流為苑緣A;

(3)變轉矩輸出電流為77 A;

(4)周期性過(guò)負載能力為變轉矩員員緣豫、員min;

恒轉矩員緣園豫、1 min。

2)瑞士ABB公司對ACS-600系列產(chǎn)品的規定

如下：

(1)泵類(lèi)、風(fēng)機應用(平方轉矩負載)，無(wú)過(guò)載能力，額定輸出電流有效值為I2NSq;

(2)一般應用是員園豫過(guò)載能力，額定輸出電流有效值為2N;I2Nmax=1.1I2N，每10 min允許過(guò)載1 min;

(3)重載應用是緣園豫或員園園豫過(guò)載;額定輸出電流有效值為I2Nd。

I2Ndmax=1.5I2Nd，每10 min 允許過(guò)載員min 或2I2Nd，每員緣s允許過(guò)載圓s。

三種電流的關(guān)系為I2Nsq躍I2N躍I2Nd。

3)德國西門(mén)子公司對其標準系列FC(頻率控制)、VC (矢量控制)規定如下(按歐洲標準EN60146-1-1，負載等級為第員級)：