變頻器調(diào)速裝置使用淺析

異步電動(dòng)機(jī)是電力、化工等生產(chǎn)企業(yè)最主要的動(dòng)力設(shè)備。作為高能耗設(shè)備，其輸出功率不能隨負(fù)荷按比例變化，大部分只能通過擋板或閥門的開度來(lái)調(diào)節(jié)，而電動(dòng)機(jī)消耗的能量變化不大，從而造成很大的能量損耗。近年來(lái)，隨著變頻器生產(chǎn)技術(shù)的成熟以及變頻器應(yīng)用范圍的日益廣泛，使用變頻器對(duì)電動(dòng)機(jī)電源進(jìn)行技術(shù)改造成為各企業(yè)節(jié)能降耗、提高效率的重要手段。

1　變頻調(diào)速原理

n＝60 f(1－s)/p (1)

式中　n———異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；

f———異步電動(dòng)機(jī)的頻率；

s———電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率；

p———電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)。

由式(1)可知，轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率f在0～50Hz的范圍內(nèi)變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻調(diào)速就是通過改變電動(dòng)機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的。

變頻器主要采用交—直—交方式，先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動(dòng)機(jī)。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制4個(gè)部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲(chǔ)能和緩沖無(wú)功功率。

2　諧波抑制

變頻器使用的突出問題就是諧波干擾，當(dāng)變頻器工作時(shí)，輸出電流的諧波電流會(huì)對(duì)電源造成干擾。雖然各變頻器廠家對(duì)變頻器諧波的治理均采取了措施且基本達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，但諧波仍然是變頻器選型和使用中最需要關(guān)注的問題。變頻器的輸出電壓中含有除基波以外的其他諧波。較低次諧波通常對(duì)電機(jī)負(fù)載影響較大，引起轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，而較高的諧波又使變頻器輸出電纜的漏電流增加，使電機(jī)出力不足，故變頻器輸出的高低次諧波都必須抑制。

由于變頻器的整流部分采用二極管不可控橋式整流電路，中間濾波部分采用大電容作為濾波器，所以整流器的輸入電流實(shí)際上是電容器的充電電流，呈較陡的脈沖波，其諧波分量較大。為了消除諧波，主要采用以下對(duì)策：

a.增加變頻器供電電源內(nèi)阻抗　

通常情況下，電源設(shè)備的內(nèi)阻抗可以起到緩沖變頻器直流濾波電容的無(wú)功功率的作用。這種內(nèi)阻抗就是變壓器的短路阻抗。當(dāng)電源容量相對(duì)變頻器容量越小，內(nèi)阻抗值相對(duì)越大，諧波含量越??；電源容量相對(duì)變頻器容量越大，則內(nèi)阻抗值相對(duì)越小，諧波含量越大。所以選擇變頻器供電電源變壓器時(shí)，最好選擇短路阻抗大的變壓器。b.安裝電抗器　

安裝電抗器實(shí)際是從外部增加變頻器供電電源的內(nèi)阻抗。在變頻器的交流側(cè)或變頻器的直流側(cè)安裝電抗器或同時(shí)安裝，可抑制諧波電流。

c.變壓器多相運(yùn)行　

通常變頻器的整流部分是6脈波整流器，所以產(chǎn)生的諧波較大。應(yīng)用變壓器的多相運(yùn)行，如使相位角互差30°的Y－△、△－△組合的2臺(tái)變壓器構(gòu)成相當(dāng)于12脈波整流器，則可減小諧波電流，起到諧波抑制作用。

d.調(diào)節(jié)變頻器的載波比　

提高變頻器載波比，可有效抑制低次諧波。

e.應(yīng)用濾波器　

濾波器可檢測(cè)變頻器諧波電流的幅值和相位，并產(chǎn)生與諧波電流幅值相同、相位相反的電流，從而有效地吸收和消除諧波電流。

3　負(fù)載的匹配

3.1　平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載

風(fēng)機(jī)類、泵類負(fù)載是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用最多的設(shè)備，變頻器在這類負(fù)載上的應(yīng)用最多。它是一種平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載。一般情況下，具有U/f＝const控制模式的變頻器基本都能滿足這類負(fù)載的要求，下面根據(jù)這類變頻器的主要特點(diǎn)介紹選型時(shí)需要注意的問題。

3.1.1　避免過載

風(fēng)機(jī)和水泵一般不容易過載，選擇變頻器的容量時(shí)保證其稍大于或等于電動(dòng)機(jī)的容量即可；同時(shí)選擇的變頻器的過載能力要求也較低，一般達(dá)到120％，1min即可。但在變頻器功能參數(shù)選擇和預(yù)置時(shí)應(yīng)注意，由于負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，當(dāng)工作頻率高于電動(dòng)機(jī)的額定頻率時(shí)，負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩會(huì)超過額定轉(zhuǎn)矩，使