通用變頻器應用研究
2014-2-27 來源：數控機床市場網 作者：張德田 夏志華 李玉金
【摘要】異步電動機變頻調速具有調速范圍廣、調速平滑性能好、機械特性較硬的優點，可以方便的實現恒轉矩或恒功率調速，整個調速特性與直流電動機調壓調速和弱磁調速十分相似，并可與直流調速相比美。 變頻器是把固定電壓、固定頻率的交流電變換為可調電壓、可調頻率的交流電的變換器，是異步電動機變頻調速的控制裝置。 本篇介紹了變頻器的分類及應用，同時闡述了在不同的應用場合，變頻器選型的注意事項。
【關鍵詞】變頻調速；變頻器選型；變頻器分類
變頻器的分類
1.1從變頻器主電路的結構形式分類
從變頻器主電路的結構形式上可分為交－直－交變頻器和交－交變頻器。交－直－交變頻器首先通過整流電路將電網的交流電整流成直流電，再由逆變電路將直流電逆變為頻率和幅值均可變的交流電。交－交變頻器把一種頻率的交流電直接變換為另一種頻率的交流電，中間不經過直流環節，又稱為周波變換器。常用的交－交變頻器輸出的每一相都是一個兩組晶閘管整流裝置反并聯的可逆線路。交－交變頻器不能高速運行，這是它的主要缺點。但由于沒有中間環節，不需換流，提高了變頻效率，并能實現四象限運行，因而多用于低速大功率系統中，如回轉窯、軋鋼機等。
1.2 從變頻電源的性質分類
從變頻電源的性質上看，可分為電壓型變頻器和電流型變頻器。對于交－直－交變頻器，電壓型變頻器與電流型變頻器的主要區別在于中間直流環節采用什么樣的濾波器。在電路中中間直流環節采用大電容濾波，直流電壓波形比較平直，使施加于負載上的電壓值基本上不受負載的影響，而基本保持恒定，類似于電壓源，因而稱之為電壓型變頻器。電流型變頻器與電壓型變頻器在主電路結構上基本相似，所不同的是電流型變頻器的中間直流環節采用大電感濾波，直流電流波形比較平直，使施加于負載上的電流值穩定不變，基本不受負載的影響，其特性類似于電流源，所以稱之為電流型變頻器。
2 變頻器的的選型
變頻器的正確選擇對于控制系統的正常運行是非常關鍵的。選擇變頻器時必須要充分了解變頻器所驅動的負載特性。人們在實踐中常將生產機械分為三種類型：恒轉矩負載、恒功率負載和風機、水泵負載，下面分別介紹不同負載的選擇。
2.1 恒轉矩負載
負載轉矩 TL 與轉速 n 無關，任何轉速下 TL 總保持恒定或基本恒定。例如傳送帶、攪拌機，擠壓機等摩擦類負載以及吊車、提升機等位能負載都屬于恒轉矩負載。對于大多數恒轉矩負載，在轉速精度，動態性能要求不高，靜態機械特性要求較硬的通常選擇具有無跳閘功能的 U/f 控制變頻器（變型器）比較理想，這種變頻器低速轉矩大，靜態機械特性硬度大，不怕負載沖擊，具有挖土機特性。還應考慮選擇具有無反饋矢量控制變頻器，使電動機在變頻后的大部分頻段，具有真正的恒轉矩特性，較好地滿足負載的要求。
變頻器拖動恒轉矩性質的負載時，低速下的轉矩要足夠大，并且有足夠的過載能力。 如果需要在低速下穩速運行，應該考慮標準異步電動機的散熱能力，避免電動機的溫升過高。
2.2 恒功率負載
機床主軸和軋機、造紙機、塑料薄膜生產線中的卷取機、開卷機等要求的轉矩，大體與轉速成反比，這就是所謂的恒功率負載。負載的恒功率性質應該是就一定的速度變化范圍而言的。 這類負載要求精度高，動態性能好，響應快的生產機械（如造紙機械，軋鋼機等），應采用高動態性能型矢量控制變頻器，同時根據工藝要求是否采用速度傳感器。
2.3 風機、泵類負載
在各種風機、水泵、油泵中，隨葉輪的轉動，空氣或液體在一定的速度范圍內所產生的阻力大致與速度 n 的 2 次方成正比。 隨著轉速的減小，轉速按轉速的 2 次方減小。這種負載所需的功率與速度的 3 次方成正比。當所需風量、流量減小時，利用變頻器通過調速的方式來調節風量、流量，可以大幅度地節約電能。由于高速時所需功率隨轉速增長過快，與速度的三次方成正比，所以通常不應使風機、泵類負載超工頻運行。對于風機、泵類等平方轉矩負載,低速下負載轉矩較小,過載能力,轉速精度要求較低, 通常選型以普通功能型 U/f 控制變頻器為主。
3 變頻器應用幾點注意事項用戶可以根據自己的實際工藝要求和運用場合選擇不同類型的變頻器。 在選擇變頻器時因注意以下幾點注意事項：
3．1 根據負載特性選擇變頻器，如負載為恒轉矩負載需選擇 siemensMMV／MDV 變頻器，如負載為風機、泵類負載應選擇 siemens ECO 變頻器。
3．2 變頻器若要長電纜運行時，此時應該采取措施抑制長電纜對地耦合電容的影響，避免變頻器出力不夠。所以變頻器應放大一檔選擇或在變頻器的輸出端安裝輸出電抗器。
3．3 當變頻器用于控制并聯的幾臺電機時，一定要考慮變頻器到電動機的電纜的長度總和在變頻器的容許范圍內。如果超過規定值，要放大一檔或兩檔來選擇變頻器。 另外在此種情況下，變頻器的控制方式只能為 V／F 控制方式，并且變頻器無法保護電動機的過流、過載保護，此時需在每臺電動機上加熔斷器來實現保護。對于一些特殊的應用場合，如高環境溫度、高開關頻率、高海拔高度等，此時會引起變頻器的降容，變頻器需放大一檔選擇。
3．4 使用變頻器控制高速電機時，由于高速電動機的電抗小，高次諧波亦增加輸出電流值。因此，選擇用于高速電動機的變頻器時，應比普通電動機的變頻器稍大一些。變頻器用于變極電動機時，應充分注意選擇變頻器的容量，使其最大額定電流在變頻器的額定輸出電流以下。另外，在運行中進行極數轉換時，應先停止電動機工作，否則會造成電動機空轉，惡劣時會造成變頻器損壞。
3．5 對于壓縮機、振動機等轉矩波動大的負載和油壓泵等有峰值負載情況下，如果按照電動機的額定電流或功率值選擇變頻器的話，有可能發生因峰值電流使過電流保護動作現象。因此，應了解工頻運行情況，選擇比其最大電流更大的額定輸出電流的變頻器。變頻器驅動潛水泵電動機時，因為潛水泵電動機的額定電流比通常電動機的額定電流大，所以選擇變頻器時，其額定電流要大于潛水泵電動機的額定電流。
4 總結
通用變頻器的選擇總的原則首先保證可靠地實現工藝要求。通用變頻器的選型包括變頻器的型式選擇和容量選擇,同時要考慮負載的特性、工藝要求和電動機的容量、轉速、電流、電壓、極數等等一些必要的參數。
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