變頻器的選用選型，變頻器的應用

　　變頻器（Variable-frequency Drive，VFD）是應用變頻技術與微電子技術，通過改變電機工作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設備。變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動單元、驅(qū)動單元、檢測單元微處理單元等組成。變頻器靠內(nèi)部IGBT的開斷來調(diào)整輸出電源的電壓和頻率，根據(jù)電機的實際需要來提供其所需要的電源電壓，進而達到節(jié)能、調(diào)速的目的，另外，變頻器還有很多的保護功能，如過流、過壓、過載保護等等。

　　隨著工業(yè)自動化程度的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的應用。變頻器的分類方法有多種：

　　按照主電路工作方式分類，可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器；

　　按照開關方式分類，可以分為PAM控制變頻器、PWM控制變頻器和高載頻PWM控制變頻器；

　　按照工作原理分類，可以分為V/f控制變頻器、轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等；

　　按照用途分類，可以分為通用變頻器、高性能專用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器、提升機變頻器等

　　變頻器的選用選型：

　　變頻器選型：主要需要確定以下幾點：

　　（1）采用變頻的目的：恒壓控制還是恒流控制？

　?。?）變頻器的負載類型（如葉片泵或容積泵等，特別注意負載的性能曲線，性能曲線決定了應時的方式方法。

　?。?）變頻器與負載的匹配問題：

　　A、電壓匹配：變頻器的額定電壓與負載的額定電壓相符。

　　B、電流匹配：普通的離心泵，變頻器的額定電流與電機的額定電流相符。對于特殊的負載如深水泵等則需要參考電機性能參數(shù)，以最大電流確定電流和過載能力。

　　C、轉(zhuǎn)矩匹配：這種情況在恒轉(zhuǎn)矩負載或有減速裝置時有可能發(fā)生。

　?。?）在使用變頻器驅(qū)動高速電機時。由于高速電機電抗小，高次諧波增加導致輸出電流值增大。因此用于高速電機的變頻器選型，其容量要稍大于普通電機的選型。

　?。?）變頻器如果要長電纜運行時，此時要采取措施抑制長電纜對地耦合電容的影響，避免變頻器出力不足，所以在這種情況下，變頻器容量要放大一檔或者在變頻器的輸出端安裝輸出電抗器。

　?。?）對于一些特殊的應用場合，如高溫、高海波，此時會引起變頻器的降容，變頻器容量要放大一檔 變頻器選型：首先確認變頻器的安裝環(huán)境：

　　A、工作溫度。變頻器內(nèi)部是大功率的電子元件，極易受到工作溫度的影響，產(chǎn)品一般要求為0~55度。但為了保證工作安全、可靠，使用時應考慮留有余地，最好控制在40度以下。在控制箱中，變頻器一般應安裝在箱體上部，并嚴格遵守產(chǎn)品說明書中的安裝要求，絕對不允許把發(fā)熱元件或易發(fā)熱的元件緊靠變頻器的底部安裝。

　　B、環(huán)境溫度。溫度太高且溫度變化較大時，變頻器內(nèi)部易出現(xiàn)結露現(xiàn)象，其絕緣性能就會大大降低，甚至可能引發(fā)短路事故。必要時在箱中增加干燥劑和加熱器。在水處理間，一般水汽都比較大，如果溫度變化大的話，這個問題會比較突出。

　　C、腐蝕性氣體。使用環(huán)境如果腐蝕性氣體濃度大，不僅會腐蝕元器件的引線、印刷電路板等，而且還會加速塑料器件的老化，降低絕緣性能。

　　D、振動和沖擊。裝有變頻器的控制柜受到機械振動和沖擊時，會引起電氣接觸不良和模塊與散熱器接觸不良導致燒模塊等?；窗矡犭娋统霈F(xiàn)過這樣的問題。這時除了提高控制柜的機械強度、遠離振動源和沖擊源外，還應使用抗震橡皮墊固定控制箱以及固定箱內(nèi)產(chǎn)生振動的交流接觸器等。在設備運行一段時間后，及時進行檢查和維護。

　　E、電磁波干擾。變頻器由于需要整流和變頻，周圍產(chǎn)生了很多的干擾電磁波，這些高頻電磁波對附近的儀表、儀器有一定的干擾。因此，柜內(nèi)的儀表和電子系統(tǒng)，應該選用金屬外殼，屏蔽變頻器對儀表的干擾。所有的元器件均應 可靠接地。除此之外，各電氣元件、儀器及儀表之間的連線應選用屏蔽控制電纜，且屏蔽層應接地。如果處理不好 電磁干擾，往往會使整個系統(tǒng)無法工作，導致控制單元失靈或損壞。

　　選用變頻器的類型，按照生產(chǎn)機械的類型、調(diào)速范圍、靜態(tài)速度精度、起動轉(zhuǎn)矩的要求，決定選用那種控制方式的變頻器最合適。所謂合適是既要好用，又要經(jīng)濟，以滿足工藝和生產(chǎn)的基本條件和要求。

　　1、需要控制的電機及變頻器自身

　?。?）電機的極數(shù)。一般電機極數(shù)以不多于（極為宜，否則變頻器容量就要適當加大。

　?。?）轉(zhuǎn)矩特性、臨界轉(zhuǎn)矩、加速轉(zhuǎn)矩。在同等電機功率情況下，相對于高過載轉(zhuǎn)矩模式，變頻器規(guī)格可以降額選取。

　　（3）電磁兼容性。為減少主電源干擾，使用時可在中間電路或變頻器輸入電路中增加電抗器，或安裝前置隔離變壓器。一般當電機與變頻器距離超過50m時，應在它們中間串入電抗器、濾波器或采用屏蔽防護電纜 。

　　2、變頻器功率的選用系統(tǒng)效率等于變頻器效率與電動機效率的乘積，只有兩者都處在較高的效率下工作時，則系統(tǒng)效率才較高。從效率角度出發(fā)，在選用變頻器功率時，要注意以下幾點：

　?。?）變頻器功率值與電動機功率值相當時最合適，以利變頻器在高的效率值下運轉(zhuǎn)。

　　（2）在變頻器的功率分級與電動機功率分級不相同時，則變頻器的功率要盡可能接近電動機的功率，但應略大于電動機的功率。

　　（3）當電動機屬頻繁起動、制動工作或處于重載起動且較頻繁工作時，可選取大一級的變頻器，以利用變頻器長期、安全地運行。

　?。?）經(jīng)測試，電動機實際功率確實有富余，可以考慮選用功率小于電動機功率的變頻器，但要注意瞬時峰值電流是否會造成過電流保護動作。

　?。?）當變頻器與電動機功率不相同時，則必須相應調(diào)整節(jié)能程序的設置，以利達到較高的節(jié)能效果。

　　3、變頻器箱體結構的選用變頻器的箱體結構要與環(huán)境條件相適應，即必須考慮溫度、濕度、粉塵、酸堿度、腐蝕性氣體等因素。常見有下列幾種結構類型可供用戶選用：

　?。?）敞開型IPOO型本身無機箱，適用裝在電控箱內(nèi)或電氣室內(nèi)的屏、盤、架上，尤其是多臺變頻器集中使用時，選用這種型式較好，但環(huán)境條件要求較高；

　?。?）封閉型IP20型適用一般用途，可有少量粉塵或少許溫度、濕度的場合；

　　（3）密封型IP45型適用工業(yè)現(xiàn)場條件較差的環(huán)境；

　?。?）密閉型IP65型適用環(huán)境條件差，有水、塵及一定腐蝕性氣體的場合。

　　4、變頻器容量的確定合理的容量選擇本身就是一種節(jié)能降耗措施。根據(jù)現(xiàn)有資料和經(jīng)驗，比較簡便的方法有三種：

　?。?）電機實際功率確定發(fā)。首先測定電機的實際功率，以此來選用變頻器的容量。

　?。?）公式法。當一臺變頻器用于多臺電機時，應滿足：至少要考慮一臺電動機啟動電流的影響，以避免變頻器過流跳閘。

　?。?）電機額定電流法變頻器。變頻器容量選定過程，實際上是一個變頻器與電機的最佳匹配過程，最常見、也較安全的是使變頻器的容量大于或等于電機的額定功率，但實際匹配中要考慮電機的實際功率與額定功率相差多少，通常都是設備所選能力偏大，而實際需要的能力小，因此按電機的實際功率選擇變頻器是合理的，避免選用的變頻器過大，使投資增大。對于輕負載類，變頻器電流一般應按1.1N（N為電動機額定電流）來選擇，或按廠家在產(chǎn)品中標明的與變頻器的輸出功率額定值相配套的最大電機功率來選擇。

　　5、主電源

　　1）電源電壓及波動。應特別注意與變頻器低電壓保護整定值相適應，因為在實際使用中，電網(wǎng)電壓偏低的可能性較大。

　　2）主電源頻率波動和諧波干擾。這方面的干擾會增加變頻器系統(tǒng)的熱損耗，導致噪聲增加，輸出降低。

　　3）變頻器和電機在工作時，自身的功率消耗。在進行系統(tǒng)主電源供電設計時，兩者的功率消耗因素都應考慮進去

　　變頻器的應用：

　　采用變頻器對機械設備變頻調(diào)速運轉(zhuǎn)可以達到節(jié)能效果，采用多臺電動機以比例速度運轉(zhuǎn)可以達到省力自動化的效果，對電動機增速運轉(zhuǎn)可以達到提高產(chǎn)量的效果，采用高頻電動機進行高速運轉(zhuǎn)可以達到提高產(chǎn)量的效果，在惡劣的環(huán)境中可以取代直流電動機減少維修，選擇無級的最佳速度運轉(zhuǎn)可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量，采用空調(diào)壓縮機調(diào)速運轉(zhuǎn)來進行連續(xù)溫度控制，可以達到提高舒適性的效果。

　　1、變頻器的發(fā)展

　　隨著生產(chǎn)技術的不斷發(fā)展，直流拖動的薄弱環(huán)節(jié)逐步顯露出來。由于換向器的存，直流電機的維護量加大，單機容量、最高轉(zhuǎn)速以及使用環(huán)境都受到限制。人們開始轉(zhuǎn)向結構簡單、運行可靠、維護方便、價格低廉的異步電動機。但異步電動機的調(diào)速性能難以滿足生產(chǎn)的需要。于是，從20世紀30年代開始，人們致力于交流調(diào)速技術的研究，然而進展緩慢。在相當長的時期內(nèi)，直流調(diào)速一直以其優(yōu)異的性能統(tǒng)治著電氣傳動領域。20世紀60年代以后，特別是70年代以來，電力電子技術、控制技術和微電子技術的飛速發(fā)展，使得交流調(diào)速性能可以與直流調(diào)速相媲美。目前，交流調(diào)速已進入逐步代替直流調(diào)速的時代。

　　2、變頻器的應用

　　變頻器主要用于交流電動機（異步電機或同步電機）轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，是公認的交流電動機最理想、最有前途的調(diào)速方案，除了具有卓越的調(diào)速性能之外，變頻器還有顯著的節(jié)能作用，是企業(yè)技術改造和產(chǎn)品更新?lián)Q代的理想調(diào)速裝置。自上世紀80年代被引進中國以來，變頻器作為節(jié)能應用與速度工藝控制中越來越重要的自動化設備，得到了快速發(fā)展和廣泛的應用。

　?。?）變頻器與節(jié)能 變頻器產(chǎn)生的最初用途是速度控制，但目前在國內(nèi)應用較多的是節(jié)能。中國是能耗大國，能源利用率很低，而能源儲備不足。在2003年的中國電力消耗中，60—70％為動力電，而在總?cè)萘繛?．8億千瓦的電動機總?cè)萘恐校挥胁坏?000萬千瓦的電動機是帶變頻控制的。據(jù)分析，在中國，帶變動負載、具有節(jié)能潛力的電機至少有1．8億千瓦。因此國家大力提倡節(jié)能措施，并著重推薦了變頻調(diào)速技術。

　　應用變頻調(diào)速，可以大大提高電機轉(zhuǎn)速的控制精度，使電機在最節(jié)能的轉(zhuǎn)速下運行。以風機水泵為例，根據(jù)流體力學原理，軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。當所需風量減少，風機轉(zhuǎn)速降低時，其功率按轉(zhuǎn)速的三次方下降。因此，精確調(diào)速的節(jié)電效果非常可觀。與此類似，許多變動負載電機一般按最大需求來生產(chǎn)電動機的容量，故設計裕量偏大。而在實際運行中，輕載運行的時間所占比例卻非常高。如采用變頻調(diào)速，可大大提高輕載運行時的工作效率。因此，變動負載的節(jié)能潛力巨大。

　　作為節(jié)能目的，變頻器廣泛應用于各行業(yè)。以電力行業(yè)為例，由于中國大面積缺電，電力投資將持續(xù)增長，同時，國家電改方案對電廠的成本控制提出了要求，降低內(nèi)部電耗成為電廠關注焦點，因此變頻器在電力行業(yè)有著巨大的發(fā)展?jié)摿?，尤其是高壓變頻器和大功率變頻器。

　?。?）變頻器與工藝控制（速度控制） 目前，中國的設備控制水平與發(fā)達國家相比還比較低，制造工藝和效率都不高，因此提高設備控制水平至關重要。由于變頻調(diào)速具有調(diào)速范圍廣、調(diào)速精度高、動態(tài)響應好等優(yōu)點，在許多需要精確速度控制的應用中，變頻器正在發(fā)揮著提升工藝質(zhì)量和生產(chǎn)效率的顯著作用。

　　（3）變頻家電 除了工業(yè)相關行業(yè)，在普通家庭中，節(jié)約電費、提高家電性能、保護環(huán)境等受到越來越多的關注，變頻家電成為變頻器的另一個廣闊市場和應用趨勢。帶有變頻控制的冰箱、洗衣機、家用空調(diào)等，在節(jié)電、減小電壓沖擊、降低噪音、提高控制精度等方面有很大的優(yōu)勢。