淺談變頻器的使用

魏新文

摘 要：文章在充分了解變頻器的功能、原理以及適用范圍的前提下，結(jié)合實際應(yīng)用，介紹了變頻器參數(shù)設(shè)置的基本方法，希望可以為變頻器的使用提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：變頻器；原理；參數(shù)設(shè)置；使用

中圖分類號：U653.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）14-0094-01

公司作為一家成立于20世紀(jì)50年代末的礦山企業(yè)，其采用的電氣設(shè)備大部分為早期的高耗能設(shè)備，其中存在許多采用恒速驅(qū)動形式的各種風(fēng)機(jī)、水泵等電氣設(shè)備，這些設(shè)備不僅能耗高，且許多電機(jī)存在著“大馬拉小車”的現(xiàn)象，每年都造成了大量的能源浪費(fèi)。對于一個用電大戶，電耗在單位產(chǎn)值的能耗中占有相當(dāng)?shù)谋壤?，如何做好大中型容量電機(jī)的調(diào)速節(jié)能，是實現(xiàn)單產(chǎn)能耗降低的重要手段，早已引起公司的重視。

公司選礦廠于2007年針對55 kW砂泵電機(jī)的負(fù)載狀況引進(jìn)變頻器控制，經(jīng)過現(xiàn)場測量、比較得知：當(dāng)設(shè)備轉(zhuǎn)速降低時，可以節(jié)省較大的能耗。從選礦廠砂泵的實際運(yùn)行效果可知，其運(yùn)行頻率與節(jié)省能耗的關(guān)系見表1：

從現(xiàn)場安裝的有功電能表，我們發(fā)現(xiàn)變頻器的節(jié)能降耗效果十分明顯，開始在我公司選礦廠推廣使用變頻器去控制一些風(fēng)機(jī)、水泵、皮帶電機(jī)等設(shè)備，起到了明顯的節(jié)能降耗效果。因此如何調(diào)節(jié)變頻器參數(shù)以達(dá)到最佳控制效果，成為擺在我們技術(shù)人員面前的首要任務(wù)，這就需要我們深入了解變頻器的功能、原理及適用范圍，才能充分發(fā)揮變頻器的功效。

1 變頻器的功能、原理

變頻器，是指應(yīng)用變頻技術(shù)和微電子技術(shù)，通過對電機(jī)工作電源頻率進(jìn)行改變，實現(xiàn)控制交流電動機(jī)的一種電力控制設(shè)備，主要包括整流、濾波、逆變、制動單元、檢測單元等組成。通過自身內(nèi)部IGBT的開端，對輸出電源的電壓和頻率進(jìn)行調(diào)整，結(jié)合電機(jī)的實際需求，提供其所需的電源電壓，實現(xiàn)設(shè)備的過電流、過電壓等過載保護(hù)且達(dá)到節(jié)能、調(diào)速目的。

變頻器的工作原理，是把三相或單相交流電變換為直流電（DC），然后再把直流電（DC）變換為三相或單相交流電（AC），通過同時改變輸出頻率與電壓，使電機(jī)運(yùn)行曲線平行下移，從而使得電機(jī)能夠以較小的啟動電流，獲得較大的啟動轉(zhuǎn)矩，即變頻器可以啟動重載負(fù)荷。

變頻器的功能主要包括以下幾點：

①變頻節(jié)能：變頻節(jié)能的原理，主要是通過調(diào)速，降低電動機(jī)的啟動電流，從而起到降低能源消耗的目的。但是，變頻節(jié)能存在相應(yīng)的前提條件，其一，大功率且為風(fēng)機(jī)/泵類負(fù)載；其二，設(shè)備自身具備一定的節(jié)能功能。

②功率因數(shù)補(bǔ)償節(jié)能：無功功率的存在，不僅會導(dǎo)致線損的增加，還會使電網(wǎng)有功功率降低，出現(xiàn)嚴(yán)重的能源浪費(fèi)。而變頻器可以通過自身的諧波電容，減少無功消耗，增加電網(wǎng)的有功功率。

③軟啟動節(jié)能：使用變頻器，可以充分利用其軟啟動功能，使啟動電流從零開始，最大值也不超過額定電流，減輕了對電網(wǎng)的沖擊和對供電容量的要求，延長設(shè)備和閥門的使用壽命，節(jié)約設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用。

2 變頻器的適用范圍及原因

變頻器的適用范圍是十分廣泛的，已大量使用于我公司選礦廠內(nèi)，這里主要針對選礦廠兩種典型的負(fù)載應(yīng)用進(jìn)行分析和探討。

2.1 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載類

恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載是指無論在任何轉(zhuǎn)速下，負(fù)載轉(zhuǎn)矩始終保持或者基本保持恒定，不受轉(zhuǎn)速的影響，如選礦廠的皮帶電機(jī)。這類設(shè)備應(yīng)用變頻器遵循的節(jié)能原理如下：

P=K×T×N

其中，P表示軸功率，K代表系數(shù)，T指負(fù)載轉(zhuǎn)矩，N則表示轉(zhuǎn)速，軸功率與電機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比。我們根據(jù)生產(chǎn)工藝要求達(dá)到的最佳效果，按照相應(yīng)的比例逐步調(diào)整變頻器的頻率達(dá)到控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而實現(xiàn)節(jié)電、節(jié)能的目的。

2.2 變轉(zhuǎn)矩負(fù)載類

變轉(zhuǎn)矩負(fù)載設(shè)備的工作特點是：多為長期連續(xù)運(yùn)行，其負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，拖動電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的輸出功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。其在我公司選礦廠主要體現(xiàn)為泵類、離心風(fēng)機(jī)、攪拌槽電機(jī)，且占了相當(dāng)大的比重。如果變轉(zhuǎn)矩負(fù)載運(yùn)行狀況與實際工況要求沒有處于較佳的匹配時段，其造成的不僅是能源的浪費(fèi)，甚至將嚴(yán)重影響設(shè)備的使用安全和使用壽命；現(xiàn)階段選礦廠主要通過變頻器控制上述變轉(zhuǎn)矩負(fù)載的實際工況，對生產(chǎn)成本的降低起到了明顯的效果，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。

變轉(zhuǎn)矩負(fù)載設(shè)備的流量與轉(zhuǎn)速同樣成正比，則功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，公式如下：

Q∝N Q表示流量

P∝N3 P表示功率

3 變頻器的參數(shù)設(shè)置方法

通過現(xiàn)場運(yùn)行可知，變頻器的參數(shù)設(shè)置對于設(shè)備工況的運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用，直接關(guān)系著其功能的發(fā)揮。如果參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，不僅無法滿足生產(chǎn)的實際需求，容易造成起動、制動失敗，在工作中還將時常出現(xiàn)跳閘，并可能燒毀功率模塊IGBT或整流橋等元件。根據(jù)現(xiàn)場工藝要求，變頻器的參數(shù)量存在很大的差別，一般單一功能控制的變頻器約有50～60個參數(shù)值，而多功能的變頻器參數(shù)值可以達(dá)到200個甚至更多；在實際設(shè)置中，并不需要對這些參數(shù)值進(jìn)行全部設(shè)置，只需針對工藝控制需求的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置即可。一般端子操作模式、模擬量操作、上下限頻率、啟動時間、制動時間、過流保護(hù)等參數(shù)必須依據(jù)現(xiàn)場工藝狀況進(jìn)行實時調(diào)整的。

其具體調(diào)整可參照以下原則：

①其中端子操作模式、模擬量操作、上下限頻率的設(shè)置較為簡單，只需根據(jù)負(fù)載設(shè)備的實際工況要求選擇某一模式選擇即可。

②起動時間和制動時間。起動時間的設(shè)置宜短不宜長，而制動時間則宜長不宜短，具體數(shù)值需要根據(jù)變頻器的型號以及實際需求進(jìn)行靈活設(shè)置。

③過電流整定值?？梢越Y(jié)合具體情況對其進(jìn)行適當(dāng)增大，但是最大不能超過額定值的150%。一般來說，經(jīng)驗值為1.5～2 In，如果功率較小，則可以適當(dāng)取較大的值，而如果功率>30 kW，則取值應(yīng)該>2 In。

④轉(zhuǎn)矩提升。也稱轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，主要是為了補(bǔ)償因電動機(jī)定子繞組電阻所引起的低轉(zhuǎn)速時轉(zhuǎn)矩降低，而將低頻率范圍f/v增大的方法。如果進(jìn)行手工補(bǔ)償，需要根據(jù)負(fù)載特性，結(jié)合相應(yīng)的試驗，得出最佳的曲線；如果設(shè)定為自動補(bǔ)償，可以使得加速時的電壓自動提升，以補(bǔ)償起動轉(zhuǎn)矩，從而使得電動機(jī)加速運(yùn)行。

4 結(jié) 語

總而言之，變頻器作為一種電力控制設(shè)備，可以對電動機(jī)進(jìn)行有效控制，實現(xiàn)節(jié)能降耗的目的，其作用是十分巨大的。我們在實際應(yīng)用中，需要結(jié)合實際情況，對變頻器的類型進(jìn)行合理選擇，同時做好相關(guān)參數(shù)的設(shè)置工作，確保變頻器功能的充分發(fā)揮，在保證電動機(jī)運(yùn)行效率和運(yùn)行質(zhì)量的前提下，降低能源的消耗，減輕過高的生產(chǎn)成本壓力。

參考文獻(xiàn)：

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