電源第3講變頻器使用的注意事項

2)對電動機的危害使電動機發(fā)熱(低次電流諧波使銅損增大，高次諧波使鐵損增大)，噪聲增大，產(chǎn)生脈動轉(zhuǎn)矩，電動機消耗的無功分量增大，中性點對地的高頻漏電流增大;諧振電壓影響電動機絕緣的壽命。

增加調(diào)制頻率雖然可以降低電動機噪聲，減少輸出轉(zhuǎn)矩的脈動，但卻使變頻器的開關(guān)損耗及射頻干擾增大。前者降低了變頻器的效率，后者會干擾通信設(shè)備和儀器儀表的正常工作。

1.8.4.3 諧波的消除方法

1) 主動方面使變頻器本身不產(chǎn)生或少產(chǎn)生諧波。如在調(diào)制上采用較高調(diào)制頻率、目標(biāo)函數(shù)、多重化整流技術(shù)，在整流上采用多相(12 相或24相)整流技術(shù)、PWM 整流技術(shù)及有源功率因數(shù)校正電路(Active Power Factor Correction，APFC)。

2)被動方面采取措施，減少變頻器產(chǎn)生的各次諧波對電網(wǎng)及其他設(shè)備的干擾。如加裝進相和出相交流電抗器，加裝射頻噪聲濾波器及加裝浪涌吸收電路。

在變頻器實際使用中，網(wǎng)側(cè)電壓諧波一般不會超標(biāo)，但網(wǎng)側(cè)電流諧波卻超標(biāo)很多。對于高壓大功率變頻器，網(wǎng)側(cè)輸入電流及電動機輸入電流的THD(畸變率)均定小于3%。

1.9 變頻器與負(fù)載的配置

不 少國家或地區(qū)都有變頻器負(fù)載的標(biāo)準(zhǔn)，我國與國際電工委員會(IEC)也有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。例如，將變頻器的工作制等級或運行種類分為6 級：第1級為100%額定輸出電流，沒有過負(fù)載的可能性。第2級允許輸出基本負(fù)載電流，并在此基礎(chǔ)上可有150%的短時過負(fù)載運行。要注意，由于有了此短 時的150%過負(fù)載，故較長時間的基本負(fù)載就只有額定輸出電流的91%，150%過負(fù)載是對基本負(fù)載電流而言的，對額定電流而言則相對值=150%伊 91%越136%。

第3~6 級則過負(fù)載更大或時間更長。目前市售產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)型或通用型一般只涉及第2 級。

變頻器為什么必須有負(fù)載工作制種類和等級的國家標(biāo)準(zhǔn)，而變壓器、通用電動機卻沒有?這是因為后者的發(fā)熱時間常數(shù)大，如常用電力變壓器是以小時計，短時過負(fù)載不致于使溫升超過允許值，即使溫升短時稍微超過，也不會使壽命立即終

止 和退出運行;但半導(dǎo)體器件及其裝置的時間常數(shù)小，通常以分鐘計，而且過負(fù)載超溫對半導(dǎo)體器件的影響后果比較嚴(yán)重，所以通常都為半導(dǎo)體電力電子裝置規(guī)定了嚴(yán) 格的負(fù)載條件，即基本負(fù)載電流、過負(fù)載電流及持續(xù)時間和頻度(允許過電流再現(xiàn)的間隔時間)。在完全沒有過負(fù)載可能的條件下，稱輸出電流為額定輸出電流。根 據(jù)上述分析，變頻器產(chǎn)品應(yīng)該有符合國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的負(fù)載定額。

從變頻器選用的觀點出發(fā)，需考慮機械負(fù)載的性能。如機械轉(zhuǎn)矩有正負(fù)之分，其定義如下： 凡電動機驅(qū)動生產(chǎn)機械即電動機輸出機械功時轉(zhuǎn)矩為正，絕大多數(shù)場合都是這種情況;反之則為負(fù)，即生產(chǎn)機械對電動機作功(機械能轉(zhuǎn)換成電能)，如電動機車下 坡行駛。定義負(fù)轉(zhuǎn)矩，這種情況不是大多數(shù)機械設(shè)備都有的。速度有正負(fù)之別，則是人為決定的。例如常用轉(zhuǎn)向為正，偶爾用之的反向為

負(fù);如果只有一個方向運行，則可無正負(fù)之別。

1.9.1 機械轉(zhuǎn)矩時段

對于機械設(shè)備要求轉(zhuǎn)矩的大小，可以分成幾個時段來討論。

1) 起動轉(zhuǎn)矩使機械設(shè)備從靜止?fàn)顟B(tài)開始轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)矩通常都為正，而且一般比維持等速運動所需的轉(zhuǎn)矩要大，例如大多數(shù)給料機、物料輸送機、混料機、攪拌機等，它可 能達到額定轉(zhuǎn)矩的員緣園豫耀員苑園豫，這就要求變頻器有大的起動轉(zhuǎn)矩。當(dāng)然，也有很多通用機械設(shè)備的起動轉(zhuǎn)矩小于員園園豫，如離心式風(fēng)機和水泵，可能小于 圓緣豫。泥漿泵和往復(fù)式柱塞泵的起動轉(zhuǎn)矩也可能達到員緣園豫耀員苑緣豫。

2)加速轉(zhuǎn)矩將機械設(shè)備從剛開始轉(zhuǎn)動使之加速到額定轉(zhuǎn)速時所需的轉(zhuǎn)矩，其值為機械靜阻轉(zhuǎn)矩與動轉(zhuǎn)矩之和，動轉(zhuǎn)矩則和其飛輪轉(zhuǎn)矩GD2以及要求的加速度大小成正比。

一 般風(fēng)機、水泵的加速轉(zhuǎn)矩不大，可以不超過員園園豫。但也有一些特殊情況，如大功率風(fēng)機的GD2很大，加速困難;離心式水泵開閥門時加速轉(zhuǎn)矩可達到員園園 豫，而其他形式的泵可能達到員緣園豫或更大;軋鋼機等在要求盡量縮短加速時間時，要求加速轉(zhuǎn)矩越大越好，重物下放則可能使加速轉(zhuǎn)矩為負(fù)。

3)等速運行中出現(xiàn)的尖峰負(fù)載轉(zhuǎn)矩這是生產(chǎn)工藝中出現(xiàn)的不可避免的正常情況。例如礦石破碎機遇到較大的礦塊時，電動機需輸出大的功率(電流)以幫助破碎。因為這是正常情況，所以不能使電動機過電流跳閘，這就要求變頻器輸出大的電流。這種尖峰負(fù)載出現(xiàn)的頻度事先很難估計。

等速運行時的速度可以是額定速度，也可以是很低的爬行速度，如載人索道在車廂接近站臺時，就是以很低的爬行速度運行的。如果是重車廂上坡，則可能過負(fù)載，這就要求變頻器在低速下輸出大的電流。如果是重車廂下坡爬行，則為負(fù)轉(zhuǎn)矩。

4)減速轉(zhuǎn)矩大多數(shù)情況下，斷開電動機電流就能減速停車，只是在對減速有嚴(yán)格要求的場合才需要電動機輸出或輸入能量，輸出的能量或消耗在電阻中，或反饋給電網(wǎng)，這要根據(jù)反饋能量和頻率的大小來決定。在重物下放且要求大的減

速時，會出現(xiàn)大的減速轉(zhuǎn)矩，而且是負(fù)的。當(dāng)然，要求正轉(zhuǎn)矩減速的場合也是有的。

1.9.2 變頻器的定額

市場上變頻器的品種規(guī)格很多，本文僅限于討論從歐美進口且是低壓的(變頻器的功率輸入與輸出端均為低壓)產(chǎn)品，變頻器的速度調(diào)節(jié)性能比較見表員。

1)美國AB 公司的1336PI.USI 玉型(無速度傳感器矢量控制的標(biāo)準(zhǔn)型)變頻器輸出定額舉例如下：

(1)電網(wǎng)電壓為猿愿園耀源愿園V;

(2)恒轉(zhuǎn)矩輸出電流為苑緣A;

(3)變轉(zhuǎn)矩輸出電流為77 A;

(4)周期性過負(fù)載能力為變轉(zhuǎn)矩員員緣豫、員min;

恒轉(zhuǎn)矩員緣園豫、1 min。

2)瑞士ABB公司對ACS-600系列產(chǎn)品的規(guī)定

如下：

(1)泵類、風(fēng)機應(yīng)用(平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載)，無過載能力，額定輸出電流有效值為I2NSq;

(2)一般應(yīng)用是員園豫過載能力，額定輸出電流有效值為2N;I2Nmax=1.1I2N，每10 min允許過載1 min;

(3)重載應(yīng)用是緣園豫或員園園豫過載;額定輸出電流有效值為I2Nd。

I2Ndmax=1.5I2Nd，每10 min 允許過載員min 或2I2Nd，每員緣s允許過載圓s。

三種電流的關(guān)系為I2Nsq躍I2N躍I2Nd。

3)德國西門子公司對其標(biāo)準(zhǔn)系列FC(頻率控制)、VC (矢量控制)規(guī)定如下(按歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN60146-1-1，負(fù)載等級為第員級)：