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通用變頻器應用研究

2014-2-27 來源（yuán）：數控機床市場網作者：張德田（tián）夏誌華李玉金

【摘（zhāi）要】異步電動機（jī）變頻調速具有調速範圍廣（guǎng）、調速平（píng）滑（huá）性能好（hǎo）、機械特（tè）性較硬的優點，可以方便的實現恒轉矩或恒功率調速，整個（gè）調速特性與直流（liú）電動機調壓調速和弱磁調速十分相似，並可與直流調速相比美。變頻器是把（bǎ）固定電壓、固定頻率的交流（liú）電變換為可調電壓、可調頻率的交流電的變換器，是異步電動機變頻調速（sù）的控製裝置。本篇介紹（shào）了變頻器的分類及應用，同時闡述了在不同（tóng）的應用場合，變頻器選型的注意事項。

【關鍵詞】變頻調速（sù）；變頻器選型；變頻（pín）器分（fèn）類

變頻器的分類

1.1從變頻（pín）器主電路的結構形式分類

從變頻器主電路的結構（gòu）形式上可分為交－直－交變頻（pín）器和交－交變頻器。交－直－交變頻器首先通過整流電路將電網的交流電整流成直流電，再（zài）由逆變（biàn）電路將直流電逆變為頻（pín）率和幅值均可變的交流電。交－交變頻器把一種頻率的（de）交流（liú）電直接變換為另一種頻率的交流電，中間不（bú）經過直流環節，又稱為周波變換器。常用的交－交變頻器輸出的每一相都是一（yī）個兩組晶閘管整流裝置反並聯的可逆線路。交－交（jiāo）變頻（pín）器不能高速運行，這是它的主（zhǔ）要缺點。但由於沒有中間環節，不需換流，提高了變頻效率，並能實現四象限運行，因而多用於低（dī）速大功率係統中，如回轉窯、軋鋼機等。

1.2 從變頻電源的性質分類

從（cóng）變頻電源的性質上看，可分為電壓型變頻器和電流型變頻器。對於交－直－交變頻器，電壓型變頻器與電（diàn）流型（xíng）變頻器的主要區別在於中間直流環節采用什（shí）麽樣的濾波器。在電路中中間直流環節采用大電容濾波（bō），直流電壓波形比較平直，使施加於負載上的電壓值基本上不受負載的影響，而基本保持恒定，類（lèi）似（sì）於電壓（yā）源，因而稱之為電壓型變頻器。電流型（xíng）變頻器與電壓型變頻（pín）器（qì）在主電路（lù）結（jié）構上基本相似（sì），所不同（tóng）的（de）是電流（liú）型變頻器的中間直流（liú）環節采用大電感（gǎn）濾波，直（zhí）流電流波形比較平直，使施加於（yú）負載上的電流值穩定（dìng）不變，基本不受（shòu）負載（zǎi）的影響，其特性類似於電流源，所以稱之為電流（liú）型變頻器。

2 變頻器的的選型

變（biàn）頻（pín）器的正確選擇對於控製係（xì）統的正常運行是（shì）非常關鍵的。選擇變頻器時必須要充分了解變頻器所驅動的負載特性。人（rén）們在（zài）實踐中常將生（shēng）產機械分（fèn）為三種類型：恒轉矩（jǔ）負載（zǎi）、恒功率負載和風機、水泵負載，下麵分（fèn）別（bié）介紹不同負載的選擇。

2.1 恒轉矩負載

負載轉矩 TL 與轉速 n 無關，任何轉速下 TL 總（zǒng）保持恒定或基本恒定。例如傳送帶、攪拌機，擠壓機等摩擦類負載以及吊車、提升機等（děng）位（wèi）能負載都屬於恒（héng）轉矩負（fù）載。對（duì）於大多數恒轉矩負載，在轉速（sù）精度，動態性能要求（qiú）不高，靜態機械特性（xìng）要求較硬的通常選擇具有無跳閘功能的 U/f 控製變頻器（變型（xíng）器）比較理想，這種變頻器低速轉矩大，靜態機械特性硬（yìng）度大，不怕負載衝擊，具有（yǒu）挖土機特性。還應考（kǎo）慮選擇具有無反饋矢（shǐ）量控製變頻器，使電動機在變頻後的大部分頻段，具有真正的恒轉矩特性，較好地滿足負載的要求（qiú）。

變頻器拖動（dòng）恒（héng）轉矩性質的負載（zǎi）時（shí），低速下的轉矩要足（zú）夠大（dà），並且有足夠的過載能力。如果需要在低速下穩速運行，應該考（kǎo）慮標準異步電動機的散（sàn）熱能力，避免電動（dòng）機的溫升過高。

2.2 恒功率負載

機床主軸和軋（zhá）機、造紙機、塑料薄膜生產線中的卷取（qǔ）機、開卷機等要求的轉矩（jǔ），大體與轉速成反比（bǐ），這就是所謂的恒功率負載。負載的恒功率性質應該是就一定的速度變化範圍而言的。這（zhè）類負載要求精度高，動態性能好，響應快的生產機械（如造紙機械（xiè），軋鋼機等），應采用高動態性能型矢量控製變頻器，同時根據工藝要求是否采用速度傳感器（qì）。

2.3 風機、泵類負載

在（zài）各種風（fēng）機、水泵、油泵中，隨葉輪的轉動，空氣或液體在一定的速度範圍內所產（chǎn）生的（de）阻力大致與速度（dù） n 的 2 次方成正比。隨著轉速的減小，轉速按轉速（sù）的 2 次方減小。這種負載所需的功率與速度的 3 次方成正比。當（dāng）所需風量、流量（liàng）減（jiǎn）小時，利用變頻器通過調速的方式來調節風量、流量，可以大幅度地節約（yuē）電能。由於高速時所需功率隨轉速增長過快，與速度的三次方成正比，所（suǒ）以通常不應使風機、泵類負載超工（gōng）頻運行。對於風機、泵類等（děng）平方轉矩負載,低速下負載轉（zhuǎn）矩較小,過（guò）載能（néng）力,轉速精度要求較低, 通常選型以普通功能型 U/f 控製變頻器為（wéi）主。

3 變（biàn）頻器應用幾點注意事項用戶可以（yǐ）根據自己（jǐ）的實際工藝要求和運用場合選擇不（bú）同類型的變頻器。在選擇變頻器時因注意以（yǐ）下幾點（diǎn）注意事項：

3．1 根據負載特性選擇變頻器，如負載為恒轉矩負載需選擇 siemensMMV／MDV 變頻器，如（rú）負載（zǎi）為風機、泵類負載應選擇 siemens ECO 變頻器。

3．2 變頻器若要長電纜運行（háng）時，此時應該采取措施抑製長電纜對地耦合電容的影響，避免變頻器出力不夠。所以變頻器（qì）應放大一檔選擇或在變頻（pín）器的輸出（chū）端（duān）安裝輸出電（diàn）抗器（qì）。

3．3 當變頻器用（yòng）於控製（zhì）並聯的幾台電機時，一定要考慮變頻器到電動機的電纜（lǎn）的長度總和在變頻器的容許範圍（wéi）內。如（rú）果超過規定值，要放大（dà）一檔或兩檔來選擇變頻器（qì）。另外（wài）在此種情況下，變頻器的（de）控製方式隻能為（wéi） V／F 控製方式，並且變頻器無法保護電動機（jī）的過流（liú）、過（guò）載保（bǎo）護，此時需在每台電（diàn）動機上加熔斷器來實現保護。對於一些特殊的應用場合，如高（gāo）環境溫度、高開關頻率、高（gāo）海拔高度等，此時會引起變頻器的降容，變頻器需放大一檔選擇。

3．4 使（shǐ）用變（biàn）頻器控製高（gāo）速電機時，由於高速電動（dòng）機的電抗小，高次諧波亦增加輸出電流值。因此，選擇用於高速電動機的變頻器時，應比普通電動機（jī）的變（biàn）頻器稍大一些。變頻器用於變極電動機時（shí），應充分注意選擇變頻器的容量，使其最大額定電流（liú）在變頻器的額定輸出電流以（yǐ）下。另外（wài），在（zài）運行中進行極數（shù）轉換時，應先停止電動機工作，否則會造成電動機空轉（zhuǎn），惡劣時會造成（chéng）變頻器損壞。

3．5 對於壓縮機、振動機等轉矩（jǔ）波動大的負載和油壓（yā）泵等有峰值負載情況下，如果按照電動（dòng）機的額定電流或（huò）功（gōng）率值選擇變頻器的話，有可能發生因峰值電流使過電流保護動作現象。因此，應了解工頻運行情況，選擇比其最（zuì）大電流更大的額定輸出電流的變頻器。變頻器驅動潛水泵電動機時，因為潛水泵電動機的額定電（diàn）流比通常電動（dòng）機的額定電流大，所以（yǐ）選擇變頻器時，其額定電流要大於潛水泵電動機的（de）額（é）定電流（liú）。

4 總結（jié）

通用變頻（pín）器（qì）的選（xuǎn）擇總的原則首（shǒu）先保證可靠地實現工（gōng）藝要求。通用變（biàn）頻器的選型包括變頻器的型式選擇和容量選（xuǎn）擇,同時（shí）要考慮負載的特性、工藝要求和電動機的容量、轉速、電流、電壓、極數（shù）等（děng）等一些必（bì）要（yào）的參（cān）數。

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