變頻器的選用選型，變頻器的應用

　　變頻器（Variable-frequency Drive，VFD）是應用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過(guò)改變電機工作電源頻率方式來(lái)控制交流電動(dòng)機的電力控制設備。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、驅動(dòng)單元、檢測單元微處理單元等組成。變頻器靠?jì)炔縄GBT的開(kāi)斷來(lái)調整輸出電源的電壓和頻率，根據電機的實(shí)際需要來(lái)提供其所需要的電源電壓，進(jìn)而達到節能、調速的目的，另外，變頻器還有很多的保護功能，如過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)載保護等等。

　　隨著(zhù)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、提升機變頻器等

　　變頻器的選用選型：

　　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？

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

　?。?）變頻器與負載的匹配問(wèn)題：

　　A、電壓匹配：變頻器的額定電壓與負載的額定電壓相符。

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

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

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

　?。?）變頻器如果要長(cháng)電纜運行時(shí)，此時(shí)要采取措施抑制長(cháng)電纜對地耦合電容的影響，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。

　?。?）對于一些特殊的應用場(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：首先確認變頻器的安裝環(huán)境：

　　A、工作溫度。變頻器內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，變頻器一般應安裝在箱體上部，并嚴格遵守產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)中的安裝要求，絕對不允許把發(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)，變頻器內部易出現結露現象，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致燒模塊等?；窗矡犭娋统霈F過(guò)這樣的問(wèn)題。這時(shí)除了提高控制柜的機械強度、遠離振動(dòng)源和沖擊源外，還應使用抗震橡皮墊固定控制箱以及固定箱內產(chǎn)生振動(dòng)的交流接觸器等。在設備運行一段時(shí)間后，及時(shí)進(jìn)行檢查和維護。

　　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，這些高頻電磁波對附近的儀表、儀器有一定的干擾。因此，柜內的儀表和電子系統，應該選用金屬外殼，屏蔽變頻器對儀表的干擾。所有的元器件均應 可靠接地。除此之外，各電氣元件、儀器及儀表之間的連線(xiàn)應選用屏蔽控制電纜，且屏蔽層應接地。如果處理不好 電磁干擾，往往會(huì )使整個(gè)系統無(wú)法工作，導致控制單元失靈或損壞。

　　選用變頻器的類(lèi)型，按照生產(chǎn)機械的類(lèi)型、調速范圍、靜態(tài)速度精度、起動(dòng)轉矩的要求，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，以滿(mǎn)足工藝和生產(chǎn)的基本條件和要求。

　　1、需要控制的電機及變頻器自身

　?。?）電機的極數。一般電機極數以不多于（極為宜，否則變頻器容量就要適當加大。

　?。?）轉矩特性、臨界轉矩、加速轉矩。在同等電機功率情況下，相對于高過(guò)載轉矩模式，變頻器規格可以降額選取。

　?。?）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。一般當電機與變頻器距離超過(guò)50m時(shí)，應在它們中間串入電抗器、濾波器或采用屏蔽防護電纜 。

　　2、變頻器功率的選用系統效率等于變頻器效率與電動(dòng)機效率的乘積，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)：

　?。?）變頻器功率值與電動(dòng)機功率值相當時(shí)最合適，以利變頻器在高的效率值下運轉。

　?。?）在變頻器的功率分級與電動(dòng)機功率分級不相同時(shí)，則變頻器的功率要盡可能接近電動(dòng)機的功率，但應略大于電動(dòng)機的功率。

　?。?）當電動(dòng)機屬頻繁起動(dòng)、制動(dòng)工作或處于重載起動(dòng)且較頻繁工作時(shí)，可選取大一級的變頻器，以利用變頻器長(cháng)期、安全地運行。

　?。?）經(jīng)測試，電動(dòng)機實(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)電流保護動(dòng)作。

　?。?）當變頻器與電動(dòng)機功率不相同時(shí)，則必須相應調整節能程序的設置，以利達到較高的節能效果。

　　3、變頻器箱體結構的選用變頻器的箱體結構要與環(huán)境條件相適應，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)有下列幾種結構類(lèi)型可供用戶(hù)選用：

　?。?）敞開(kāi)型IPOO型本身無(wú)機箱，適用裝在電控箱內或電氣室內的屏、盤(pán)、架上，尤其是多臺變頻器集中使用時(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；

　?。?）密封型IP45型適用工業(yè)現場(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能降耗措施。根據現有資料和經(jīng)驗，比較簡(jiǎn)便的方法有三種：

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

　?。?）公式法。當一臺變頻器用于多臺電機時(shí)，應滿(mǎn)足：至少要考慮一臺電動(dòng)機啟動(dòng)電流的影響，以避免變頻器過(guò)流跳閘。

　?。?）電機額定電流法變頻器。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的額定功率，但實(shí)際匹配中要考慮電機的實(shí)際功率與額定功率相差多少，通常都是設備所選能力偏大，而實(shí)際需要的能力小，因此按電機的實(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。對于輕負載類(lèi)，變頻器電流一般應按1.1N（N為電動(dòng)機額定電流）來(lái)選擇，或按廠(chǎng)家在產(chǎn)品中標明的與變頻器的輸出功率額定值相配套的最大電機功率來(lái)選擇。

　　5、主電源

　　1）電源電壓及波動(dòng)。應特別注意與變頻器低電壓保護整定值相適應，因為在實(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 )增加變頻器系統的熱損耗，導致噪聲增加，輸出降低。

　　3）變頻器和電機在工作時(shí)，自身的功率消耗。在進(jìn)行系統主電源供電設計時(shí)，兩者的功率消耗因素都應考慮進(jìn)去

　　變頻器的應用：

　　采用變頻器對機械設備變頻調速運轉可以達到節能效果，采用多臺電動(dòng)機以比例速度運轉可以達到省力自動(dòng)化的效果，對電動(dòng)機增速運轉可以達到提高產(chǎn)量的效果，采用高頻電動(dòng)機進(jìn)行高速運轉可以達到提高產(chǎn)量的效果，在惡劣的環(huán)境中可以取代直流電動(dòng)機減少維修，選擇無(wú)級的最佳速度運轉可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量，采用空調壓縮機調速運轉來(lái)進(jìn)行連續溫度控制，可以達到提高舒適性的效果。

　　1、變頻器的發(fā)展

　　隨著(zhù)生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，直流拖動(dòng)的薄弱環(huán)節逐步顯露出來(lái)。由于換向器的存，直流電機的維護量加大，單機容量、最高轉速以及使用環(huán)境都受到限制。人們開(kāi)始轉向結構簡(jiǎn)單、運行可靠、維護方便、價(jià)格低廉的異步電動(dòng)機。但異步電動(dòng)機的調速性能難以滿(mǎn)足生產(chǎn)的需要。于是，從20世紀30年代開(kāi)始，人們致力于交流調速技術(shù)的研究，然而進(jìn)展緩慢。在相當長(cháng)的時(shí)期內，直流調速一直以其優(yōu)異的性能統治著(zhù)電氣傳動(dòng)領(lǐng)域。20世紀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，使得交流調速性能可以與直流調速相媲美。目前，交流調速已進(jìn)入逐步代替直流調速的時(shí)代。

　　2、變頻器的應用

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

　?。?）變頻器與節能 變頻器產(chǎn)生的最初用途是速度控制，但目前在國內應用較多的是節能。中國是能耗大國，能源利用率很低，而能源儲備不足。在2003年的中國電力消耗中，60—70％為動(dòng)力電，而在總容量為5．8億千瓦的電動(dòng)機總容量中，只有不到2000萬(wàn)千瓦的電動(dòng)機是帶變頻控制的。據分析，在中國，帶變動(dòng)負載、具有節能潛力的電機至少有1．8億千瓦。因此國家大力提倡節能措施，并著(zhù)重推薦了變頻調速技術(shù)。

　　應用變頻調速，可以大大提高電機轉速的控制精度，使電機在最節能的轉速下運行。以風(fēng)機水泵為例，根據流體力學(xué)原理，軸功率與轉速的三次方成正比。當所需風(fēng)量減少，風(fēng)機轉速降低時(shí)，其功率按轉速的三次方下降。因此，精確調速的節電效果非?？捎^(guān)。與此類(lèi)似，許多變動(dòng)負載電機一般按最大需求來(lái)生產(chǎn)電動(dòng)機的容量，故設計裕量偏大。而在實(shí)際運行中，輕載運行的時(shí)間所占比例卻非常高。如采用變頻調速，可大大提高輕載運行時(shí)的工作效率。因此，變動(dòng)負載的節能潛力巨大。

　　作為節能目的，變頻器廣泛應用于各行業(yè)。以電力行業(yè)為例，由于中國大面積缺電，電力投資將持續增長(cháng)，同時(shí)，國家電改方案對電廠(chǎng)的成本控制提出了要求，降低內部電耗成為電廠(chǎng)關(guān)注焦點(diǎn)，因此變頻器在電力行業(yè)有著(zhù)巨大的發(fā)展潛力，尤其是高壓變頻器和大功率變頻器。

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

　?。?）變頻家電 除了工業(yè)相關(guān)行業(yè)，在普通家庭中，節約電費、提高家電性能、保護環(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)和應用趨勢。帶有變頻控制的冰箱、洗衣機、家用空調等，在節電、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。