遼寧省城鄉(xiāng)建設(shè)規(guī)劃設(shè)計(jì)院 王麗春 馮 鵬
低壓變頻器在設(shè)計(jì)中注意的問題
遼寧省城鄉(xiāng)建設(shè)規(guī)劃設(shè)計(jì)院 王麗春 馮 鵬
文章就低壓變頻器的選型、組件、接線等方面的設(shè)計(jì)提出了相關(guān)看法和意見。
變頻器;額定電壓;額定電流;額定頻率;接線
隨著現(xiàn)代工業(yè)進(jìn)程的發(fā)展,微機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)及調(diào)速控制理論的不斷發(fā)展,在交流電機(jī)無級調(diào)速需求下變頻技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源轉(zhuǎn)換為其它頻率的電能轉(zhuǎn)換裝置。生產(chǎn)生活中我們常用的變頻器主要采用交—直—交方式(VVVF變壓變頻),先通過整流器將三相或單相交流電源變換為直流電源。然后再把直流電源逆變轉(zhuǎn)換為頻率、電壓均可調(diào)節(jié)的三相或單相交流電源,并提供給電動(dòng)機(jī)。由于變頻器同時(shí)改變了電源的輸出頻率與電壓,也就是改變了工況運(yùn)行方式下電機(jī)運(yùn)行曲線上的n。
1.1 采用變頻目的
目前供熱工程中循環(huán)泵多采用變頻調(diào)節(jié)。在初寒、中寒、末寒等不同時(shí)期,熱用戶的需熱量是不同的,這就要求從源頭上可以調(diào)節(jié)不同時(shí)期的供熱量,變頻器可以在這時(shí)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)定流量或定壓力的運(yùn)行方式。另一方面,鍋爐房或換熱站初始建設(shè)時(shí)并未滿負(fù)荷運(yùn)行,這時(shí)期使用變頻器可有效達(dá)到節(jié)能目的。
1.2 變頻器的匹配問題
變頻器的額定電壓、額定電流、額定頻率要與所拖動(dòng)電機(jī)的參數(shù)相匹配。對于特殊負(fù)載電機(jī),如深水泵等則需要考慮以電機(jī)最大電流確定變頻器電流和過載能力。而高速電機(jī)的電抗小,高次諧波增加導(dǎo)致輸出電流增大。所以拖動(dòng)高速電機(jī)的變頻器其容量要稍大于普通電機(jī)。
1.3 特殊場所變頻器選型
對于一些特殊的應(yīng)用場合,如高海拔地區(qū),會(huì)導(dǎo)致設(shè)備散熱情況變差,因此每升高1000米,至少要降低5%的額定容量。或選型時(shí),變頻器的選擇放大一擋。
2.1 對話工具
變頻器的現(xiàn)場操作界面多選用多行液晶顯示屏人機(jī)接口,支持對參數(shù)組、參數(shù)說明、編程、故障診斷和啟動(dòng)的中文全文本顯示,最多可實(shí)現(xiàn)8行每行24個(gè)字符的屏幕顯示,能同時(shí)顯示電機(jī)電流、變頻器交流、直流母線電壓值、變頻器輸出頻率、電機(jī)運(yùn)行方向、變頻器的速度給定方式(如自動(dòng)/手動(dòng)方式)、變頻器當(dāng)前狀態(tài)、變頻器功耗等不少于7狀態(tài)參數(shù)。并能真實(shí)地顯示電機(jī)的電壓、電流、力矩電流、勵(lì)磁電流等。它也提供包括數(shù)字或模擬速度控制鍵、編程鍵、啟??刂奇I和全數(shù)字鍵的各種組合的鍵盤選擇。可通用于變頻器,可以給出故障原因,而且給出故障發(fā)生時(shí)的變頻器狀態(tài),以方便維護(hù)。遠(yuǎn)程圖形顯示終端與多點(diǎn)連接元件可連接至幾臺(tái)變頻器。并可同時(shí)存儲(chǔ)所有變頻器參數(shù)和通訊卡參數(shù),并可下載到新的變頻器中。變頻器操作面板可以保存四套參數(shù),便于復(fù)雜系統(tǒng)的使用。
2.2 通信總線與網(wǎng)絡(luò)
工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)多采用Modbus和CanOpen通訊協(xié)議,并可以擴(kuò)展支持多種網(wǎng)絡(luò)通訊能,且通訊選件均為內(nèi)置式。內(nèi)置通訊選件包括多種開放式通訊網(wǎng)絡(luò)適配卡。變頻器的通訊能力不受機(jī)架大小的限制,不會(huì)因?yàn)闄C(jī)架的減小而減少通訊接口。
2.3 電阻制動(dòng)單元
通過耗散制動(dòng)電阻器中的能量,電阻制動(dòng)可以使變頻器在制動(dòng)至靜止時(shí)或在“發(fā)電機(jī)”狀態(tài)運(yùn)行期間也能運(yùn)行。它能獲得最大瞬時(shí)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。制動(dòng)單元可內(nèi)置動(dòng)態(tài)制動(dòng)晶體管,也可外置制動(dòng)電阻器。
2.4 減小電磁干擾及諧波選件
內(nèi)置EMC濾波器,以滿足電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的要求,防止變頻器對系統(tǒng)的電磁干擾。為了防止變頻器對電網(wǎng)的諧波干擾,變頻器內(nèi)置直流電抗器。線路電抗器也可用于減小變頻器所產(chǎn)生的電流諧波,同時(shí)可改變對線路電源的過壓保護(hù)。在下列情況下應(yīng)使用線路電抗器:(1)多臺(tái)變頻器并聯(lián)緊密連接;(2)線路電源有來自于其他設(shè)備的明顯擾動(dòng)(干擾、過電壓);(3)線路電源各相之間存在電壓不平衡,超過額定電壓的1.8%;(4)變頻器由阻抗非常低的線路供電;(5)在同一線路上安裝有大量變頻器。無源濾波器也可用于減小電流諧波,使總的諧波失真系數(shù)小于16%。由于在空載或低負(fù)載時(shí)無功功率會(huì)增加,為了消除此無功功率,可通過變頻器斷開濾波器的電容器,因此,必須由變頻器上的繼電器輸出之一來控制接觸器,以比變頻器額定電流小10%的值來進(jìn)行控制。
2.5 輸出濾波器
通常電機(jī)與變頻器之間的動(dòng)力電纜距離較長,變頻器應(yīng)配置線路電抗器以減小dv/dt的影響。正弦濾波器可在一下情況下選用:(1)線路長度超長(超過300米)時(shí);(2)有機(jī)械限制不能使用屏蔽電纜時(shí);(3)在變頻器與電機(jī)之間有中間變壓器;(4)電機(jī)并聯(lián)。
電機(jī)電纜、制動(dòng)電阻器電纜以及控制信號(hào)發(fā)送電纜,應(yīng)使用兩端屏蔽層接地的屏蔽電纜。動(dòng)力線和信號(hào)線應(yīng)該分開布線;使用模擬量信號(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制變頻器時(shí),為了減少模擬量受到來自變頻器和其它設(shè)備的干擾,模擬量信號(hào)線應(yīng)采用屏蔽控制電纜,并與強(qiáng)電主回路及控制回路分別布線。在控制柜內(nèi)也要保持這種接線規(guī)則。當(dāng)電機(jī)與變頻器之間的動(dòng)力電纜距離較長時(shí),變頻器應(yīng)采取措施減小dv/dt的影響。變頻器的配置滿足對電機(jī)和電纜的供電控制保護(hù)要求。變頻器內(nèi)置有反射波校正軟件。電機(jī)在不配輸出電抗器的條件下,電纜長度可達(dá)到150米,電機(jī)安全運(yùn)行。為保證電機(jī)正常壽命及減少電纜對地充電電流,變頻器輸出側(cè)加電抗器,可滿足電纜長度達(dá)300米。
變頻器的控制界面:通過變頻器的I/O進(jìn)行控制、通過遠(yuǎn)程圖形顯示終端控制、通過通信網(wǎng)絡(luò)控制。
變頻器的設(shè)定參數(shù)比較多,不同品牌的變頻器各自參數(shù)也有一定差別,每個(gè)參數(shù)均有一定的選擇范圍,需要根據(jù)使用環(huán)境和工藝要求進(jìn)行相關(guān)設(shè)置,因個(gè)別參數(shù)設(shè)置不當(dāng),很可能導(dǎo)致變頻器不能正常工作的現(xiàn)象。
模擬輸入:大多包括1個(gè)雙極性差分模擬輸入±10V和1個(gè)可使用軟件設(shè)置的電流或電壓模擬輸入,也可選用可選卡進(jìn)行其它輸入。
可設(shè)置的電壓與電流模擬輸出:模擬電壓輸出:0~10V,模擬電流輸出4~20ma,可通過編程設(shè)定。
可設(shè)置的繼電器輸出:1個(gè)繼電器邏輯輸出,有公共端點(diǎn)的一個(gè)N/C觸點(diǎn)和一個(gè)N/O觸點(diǎn)。一個(gè)繼電器邏輯輸出,一個(gè)N/O觸點(diǎn)。
[1]《ATV61變頻器》.
[2]《工業(yè)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)抗干擾技術(shù)規(guī)范》 CECS81:96.
[3]《儀表系統(tǒng)接地設(shè)計(jì)規(guī)定》 HG/T20513-2000.