研討電力拖動(dòng)系統(tǒng)中變頻器的應(yīng)用

冀國(guó)郡

【摘要】目前變頻器的應(yīng)用己深入到各行各業(yè)，變頻器技術(shù)也日趨完善和成熟，其功能越來(lái)越強(qiáng)大，可靠性不斷提高?；诖?，本文針對(duì)電力拖動(dòng)系統(tǒng)中變頻器的應(yīng)用進(jìn)行了研討，僅供參考。

【關(guān)鍵詞】電力拖動(dòng)系統(tǒng);變頻器;應(yīng)用

在工業(yè)控制電力拖動(dòng)自動(dòng)化控制領(lǐng)域中，作為傳動(dòng)源的異步電動(dòng)機(jī)擔(dān)負(fù)著重要角色，隨著工業(yè)自動(dòng)化的不斷創(chuàng)新，現(xiàn)代控制技術(shù)應(yīng)用于電力拖動(dòng)系統(tǒng)中，變頻器傳動(dòng)技術(shù)帶來(lái)了一場(chǎng)革命。變頻器技術(shù)先進(jìn)、設(shè)備功能齊全、寬調(diào)速范圍及無(wú)級(jí)調(diào)速方式等特點(diǎn)。變頻器技術(shù)被認(rèn)為是最有效的節(jié)能方式之一，節(jié)能效果達(dá)到30%～70%。使用變頻器不僅能達(dá)到科學(xué)用能，節(jié)能降耗的目的，節(jié)能效果顯著。在工業(yè)控制中廣泛應(yīng)用在風(fēng)機(jī)、水泵馬達(dá)、空調(diào)等領(lǐng)域內(nèi)，既提高設(shè)備效率，又滿足了生產(chǎn)工藝要求，經(jīng)濟(jì)效益十分明顯，其社會(huì)效益也是可觀的。

系統(tǒng)配置：變頻器在工業(yè)電力拖動(dòng)中，有斷路器（或快速熔斷器）、輸入接觸器、交流電抗器和變頻器及被拖動(dòng)的電動(dòng)機(jī)等組成，其系統(tǒng)配置圖如圖1所示。

1關(guān)于變頻器的選型

一般情況下，變頻器有兩種型號(hào)，一種是G型，一種是P型，恒轉(zhuǎn)矩的是G型，平方轉(zhuǎn)矩的是P型。變頻器型號(hào)的選擇，必須由負(fù)載類型決定。通常情況下，機(jī)械、設(shè)備生產(chǎn)線等的負(fù)載指恒轉(zhuǎn)矩（G型）負(fù)載;一般風(fēng)機(jī)、水泵類負(fù)載指平方轉(zhuǎn)矩（P型）負(fù)載。事實(shí)上，有些品牌變頻器直接將水泵類負(fù)載劃分成一個(gè)系列，只需區(qū)分型號(hào)和通用類型，方便用戶直接按照負(fù)載類型選擇變頻器。市面上G/P型合一的變頻器占多半，G型比P型要小一個(gè)功率段。比如，一臺(tái)變頻器上標(biāo)明5.5G/7.5P，說(shuō)明此臺(tái)變頻器既可以帶動(dòng)5.5kW的恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，也可以帶動(dòng)7.5kW的平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載。

2輸入接觸器KM

輸入接觸器的作用有兩個(gè)，一是給變頻器接通電源;而是當(dāng)變頻器因故障而跳閘時(shí)，可使其線圈失電，其主觸點(diǎn)使變頻器迅速脫離電源。其選用原則，只要主觸點(diǎn)的額定電流比變頻器輸入側(cè)的額定電流大，即IKM≥IN。那么接觸器主觸點(diǎn)額定電流由以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：

式中：IKM為主觸點(diǎn)額定電流，A;PN為變頻器的額定功率，kW;UN為變頻器的額定電壓，V;K為常數(shù)，一般取1～1.4。但在實(shí)際選用時(shí)，接觸器的主觸點(diǎn)額定電流大于上述公式的計(jì)算。接觸器的線圈是一個(gè)大電感器件，斷電時(shí)會(huì)產(chǎn)生沖擊電流，有可能使變頻器內(nèi)部繼電器的觸點(diǎn)擊穿，則應(yīng)在線圈兩端加阻容吸收電路。

3交流電抗器AC

交流電抗器作用是除了能改善功率因素外，還能抑制電源側(cè)浪涌電流和電源電壓不平衡對(duì)變頻器的影響，并具有較好的抗干擾作用。交流電抗器可按以下兩個(gè)依據(jù)選用，即交流電抗器的額定電流和電抗器的電感量。

3.1交流電抗器額定電流

交流電抗器額定電流應(yīng)不小于變頻器輸入額定電流的82%，即IAC≥0.82IN，式中：IAC為交流電抗器額定電流，A;IN為變頻器的額定輸入電流，A。

3.2交流電抗器電感量

接入交流電抗器后線路上一定會(huì)產(chǎn)生電壓降，一般要求，交流電抗器的電壓降應(yīng)該在額定電壓的95%～98%以內(nèi)。則ΔUAC≤（2%～5%）UN，式中：ΔUAC為輸入側(cè)交流電抗器電壓降，V;UN為變頻器輸入側(cè)額定電壓，V。但在工程上常用的簡(jiǎn)便計(jì)算公式為：

式中：LAC為輸入側(cè)交流電抗器的電感量，mH;IN為變頻器輸入側(cè)額定電流，A。

4變頻器選用

由于運(yùn)行方式不同時(shí)，變頻器容量的計(jì)算公式和選擇方法不同。選用變頻器容量時(shí)，變頻器額定電流（IN）是一個(gè)關(guān)鍵量。變頻器的容量按異步電動(dòng)機(jī)額定電流和運(yùn)行過(guò)程中可能出現(xiàn)的最大工作電流來(lái)選用。此時(shí)，變頻器應(yīng)用時(shí)滿足以下3個(gè)條件：;IN≥IM;式中：PN為b變頻器額定容量，kVA;PM為異步電動(dòng)機(jī)輸出功率，kW;η為異步電動(dòng)機(jī)效率（取0.85）;cosΦ為功率因數(shù)（取0.75）;IN為變頻器輸入額定電流，A;UM為異步電動(dòng)機(jī)輸入電壓，V;IM為異步電動(dòng)機(jī)輸入電流，A;K為電流波形修正系數(shù)（PWM方式，取1.05～1.1）;變頻器容量選用應(yīng)本著變頻器額定電流大于異步電動(dòng)機(jī)額定電流的原則來(lái)選配，即IN≥IM·K1·K2/K3，式中：K1為最大負(fù)荷系數(shù)，為所需最大轉(zhuǎn)矩與電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩之比;K2為余量系數(shù)（K2=1.2）;K3為變頻器過(guò)載能力系數(shù)，不同變頻器的生產(chǎn)廠家，ABB取K3=1.5，西門子K3=1.36。

在工業(yè)控制中常見(jiàn)的連續(xù)不變的負(fù)載，有風(fēng)機(jī)、水泵等，這類所謂連續(xù)不變負(fù)載，是指負(fù)載在連續(xù)運(yùn)行的，在運(yùn)行過(guò)程中，負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小基本不變的，選用變頻器的原則上，只需使變頻器的“配用異步電動(dòng)機(jī)容量”與異步電動(dòng)機(jī)實(shí)際容量相等即可。

5輸出濾波器ZF

濾波器用于削弱變頻器主電路中頻率較高的諧波電流，濾波器應(yīng)該盡量靠近變頻器的接線端。實(shí)踐證明，濾波器的抗干擾效果是比較好的。除此之外，變頻器的輸出端是不能直接與電容器相連接的。所以，輸出濾波器在接線時(shí)，需要分清“變頻器端”和“電動(dòng)機(jī)端”，不能接錯(cuò)。

6變頻器實(shí)際應(yīng)用中注意事項(xiàng)

①嚴(yán)格遵守接線規(guī)范（尤其正確采取接地措施），采用金屬槽或屏蔽電纜，盡量縮短變頻器與電動(dòng)機(jī)之間的距離，一般應(yīng)在25m以內(nèi)，對(duì)超長(zhǎng)的電機(jī)電纜加裝輸出濾波器等。②應(yīng)注意斷路器的保護(hù)功能與變頻器的過(guò)載能力之間的配合，由于變頻器具有150%IN，1min過(guò)載能力。③需考慮當(dāng)變頻器未接通電源是，有較大的充電電流，對(duì)于小容量變頻器接通時(shí)因沖擊電流而造成跳閘。把斷路器重新合閘后，再接通電源時(shí)，就不會(huì)再跳閘。④變頻器的輸入電流內(nèi)，含有大量的高次諧波成分，電流峰值有可能比基波分量的振幅值大很多，有可能使斷路器或快速熔斷器的誤動(dòng)作。⑤應(yīng)根據(jù)負(fù)荷參數(shù)計(jì)算變頻器的加速時(shí)間和減速時(shí)間來(lái)選擇最短時(shí)間，以便在變頻器啟動(dòng)時(shí)不發(fā)生過(guò)電流跳閘和變頻器減速時(shí)不發(fā)生過(guò)電壓跳閘的情況。⑥在變頻器的功能參數(shù)選擇和預(yù)置時(shí)，應(yīng)根據(jù)負(fù)荷軸系的共振頻率，通過(guò)設(shè)定跳躍頻率點(diǎn)和寬度，避免系統(tǒng)發(fā)生共振現(xiàn)象。

另外，還要注意：①注意檢查一致性。確認(rèn)變頻器輸入電源的電壓等級(jí)和變頻器電源的電壓等級(jí)一致后，查看變頻器的參數(shù)設(shè)置和負(fù)載電機(jī)的型號(hào)是否是一致。②注意變頻器的安全性。在變頻器電源旁邊，必須配有對(duì)應(yīng)的斷路器和快速熔斷器，其能在突發(fā)狀況下保護(hù)變頻器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，且變頻器必須接地良好。③注意變頻器供電的穩(wěn)定性。變頻器應(yīng)用中，為確保變頻器達(dá)到正常運(yùn)轉(zhuǎn)的目的，必須確保變頻器供電的穩(wěn)定性，既不能頻頻啟動(dòng)電機(jī)，也不能直接關(guān)閉電源開(kāi)關(guān)，暴力關(guān)停正在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的變頻器。

結(jié)語(yǔ)

為增加變頻器的使用壽命，推進(jìn)變頻器在各個(gè)領(lǐng)域的進(jìn)一步運(yùn)用和發(fā)展，為未來(lái)的安全生產(chǎn)奠定技術(shù)基礎(chǔ)，必須正確運(yùn)用變頻器，正確選擇變頻器以及外圍器件對(duì)于傳動(dòng)控制系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行是非常關(guān)鍵的。變頻調(diào)速系統(tǒng)所具有的調(diào)速性能特點(diǎn)，是其它調(diào)速方法無(wú)法比擬的，是異步電動(dòng)機(jī)最有發(fā)展前途的一種調(diào)速方法。因此變頻器在工業(yè)電力拖動(dòng)中的應(yīng)用也會(huì)越來(lái)越廣泛的。

參考文獻(xiàn)

[1]彭昕，張麗紅.淺談變頻器的基本原理和故障分析處理[J].消費(fèi)導(dǎo)刊，2018（28）.

[2]張炳海，郭全喜.淺談變頻器的選型與維護(hù)[J].科學(xué)中國(guó)人，2014（5）：82-82.