變頻器的基本慨念及選型

各國(guó)使用的交流供電電源，無(wú)論是用于家庭還是用于工廠，其電壓和頻率均為400V/50Hz或200V/60Hz（50Hz）等等。把電壓和頻率固定不變的交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的裝置稱作“變頻器”。

為了產(chǎn)生可變的電壓和頻率，該設(shè)備首先要把電源的交流電變換為直流電（DC）。

把直流電（DC）變換為交流電（AC）的裝置，其科學(xué)術(shù)語(yǔ)為“inverter”(逆變器)。由于變頻器設(shè)備中產(chǎn)生變化的電壓或頻率的主要裝置叫“inverter”，故該產(chǎn)品本身就被命名為“inverter”。

用于電機(jī)控制的變頻器，既可以改變電壓，又可以改變頻率。

變頻器和軟啟動(dòng)器的根本區(qū)別：

變頻器：變頻變壓。主要作用：調(diào)速，節(jié)能，軟起動(dòng)。

軟啟動(dòng)器：僅改變電壓。主要作用：降低起動(dòng)電流，減緩機(jī)械沖擊，減少線路壓降。

變頻器一般不宜在輸出端接觸器之類的器件來(lái)切換，主要是變頻器控制太復(fù)雜了，電機(jī)切換的時(shí)候，可能會(huì)造成電機(jī)空轉(zhuǎn)時(shí)候相位和變頻器輸出的相位有很大差異，切換時(shí)候產(chǎn)生比較大沖擊，對(duì)變頻器的IGBT壽命會(huì)有影響。

而軟啟動(dòng)器本身設(shè)計(jì)就是要考慮到切換的，會(huì)重視到這些細(xì)節(jié)，使用一些鎖相環(huán)技術(shù)來(lái)跟蹤等，就是沒(méi)有這些功能，因?yàn)榭煽毓璞阋丝煽?，可以使用耐壓高點(diǎn)的可控硅來(lái)彌補(bǔ)，而IGBT太貴了，變頻器一般又不會(huì)考慮切換到工頻的應(yīng)用，因此這些場(chǎng)所軟啟動(dòng)器比變頻器可能更理想。

軟啟動(dòng)器在一些控制領(lǐng)域是可以”獨(dú)擋一面”的，下面分析了一下的原因。

第一是從使用場(chǎng)合來(lái)說(shuō)，在一些不需要進(jìn)行調(diào)速的控制只需要降壓?jiǎn)?dòng)的大負(fù)載場(chǎng)合可以選擇軟啟動(dòng)器使用。

第二點(diǎn)是從控制投入上來(lái)說(shuō)，軟啟動(dòng)器的價(jià)格要比變頻器便宜許多，對(duì)于大功率負(fù)載的控制場(chǎng)合需要大容量的控制器來(lái)說(shuō)更為明顯。

第三變頻器在一些高速運(yùn)轉(zhuǎn)要求嚴(yán)格的控制場(chǎng)合需要配備專用變頻電機(jī)，若用普通異步電機(jī)則對(duì)電機(jī)傷害大，因此能用工頻的場(chǎng)合最好選用軟啟動(dòng)器控制。

第四從整套配用投入來(lái)說(shuō)能用軟啟動(dòng)器的最好用軟啟動(dòng)器控制，不適宜用軟啟動(dòng)器的再采用變頻控制，這樣通過(guò)用軟啟動(dòng)器與變頻器進(jìn)行高低搭配，從經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益方面將都是非常理想的。

原則上，籠型異步電動(dòng)機(jī)凡不需要調(diào)速的各種應(yīng)用場(chǎng)合都可適用。

目前的應(yīng)用范圍是交流380V（也可660V），電機(jī)功率從幾千瓦到800kW。軟起動(dòng)器特別適用于各種泵類負(fù)載或風(fēng)機(jī)類負(fù)載，需要軟起動(dòng)與軟停車的場(chǎng)合。

同樣對(duì)于變負(fù)載工況、電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期處于輕載運(yùn)行，只有短時(shí)或瞬間處于重載場(chǎng)合，應(yīng)用軟起動(dòng)器（不帶旁路接觸器）則具有輕載節(jié)能的效果。

變頻器有關(guān)基本詞匯：

變流器            converters

整流              rectifying-rectification

整流器            rectifier

逆變              inverting-inversion

逆變器            inverter

轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)          torque pulsation

脈寬調(diào)制 (PWM)    pulse width modulation

諧波              harmonic

矢量控制 (VC)     vector control

直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC) direct torquecontrol

四象限運(yùn)行        Four quadrant operation

再生(制動(dòng))        Regeneration

直流制動(dòng)          d.c braking

漏電流            leak current

濾波器            filter

電抗器            reactor

電位器            potentiometer

編碼器            encoder, PG (pulse generator)

定子              stator

轉(zhuǎn)子              rotor

變頻器的結(jié)構(gòu)：

通常變頻器的結(jié)構(gòu)為交－直－交，也就是將單相或三相交流電壓整流成為直流電壓（AC→DC)，然后再將直流“逆變”成為所需頻率的三相交流電壓（DC→AC)。

變頻器最主要的部分是逆變部分，而且有生產(chǎn)廠家單獨(dú)生產(chǎn)逆變部分，所以有時(shí)又將變頻器稱為逆變器。

由于電機(jī)和變頻器原理的原因，在額定電壓以下，在改變輸出頻率的同時(shí)，也要改變輸出電壓的有效值，這種形式稱為可變電壓，可變頻率，故又將變頻器稱為VVVF。

變頻器的進(jìn)線電源可以是三相380-500V，或三相200-240V，也可以是單相200-240V；也可以是690V。

電源電壓在690V以下稱為低壓變頻器，1000V以上稱為中壓或高壓變頻器。

進(jìn)線電源的相序不影響電機(jī)的轉(zhuǎn)向。

變頻器普遍標(biāo)配進(jìn)線EMC濾波器，用來(lái)抑制變頻器對(duì)周圍設(shè)備的射頻干擾。

在變頻器通電時(shí)，EMC濾波器通過(guò)接地電容產(chǎn)生對(duì)地電流，尤其是上電瞬間會(huì)產(chǎn)生較大的漏電流。

變頻器一般應(yīng)用于工業(yè)場(chǎng)合，用接地的方式進(jìn)行安全保護(hù)。

應(yīng)用于民用配電場(chǎng)合時(shí)，有時(shí)無(wú)安全接地，而采用漏電開(kāi)關(guān)(RCD)，有時(shí)會(huì)因此發(fā)生RCD誤脫扣，這是正常的。解決的辦法是將圖中的接地?cái)嚅_(kāi)。

大多數(shù)變頻器采取三相全波整流，整流器件為功率二極管。

三相全波整流獲得的直流輸出電壓為進(jìn)線電壓有效值的1.35倍，例如電網(wǎng)電壓為400V，則這時(shí)直流母線電壓為540V左右。但隨著負(fù)載的波動(dòng)，直流母線電壓也會(huì)波動(dòng)。

單整流橋獲得的電壓波形每個(gè)周波有六個(gè)波頭，稱為六波頭整流或六脈沖整流，這時(shí)的進(jìn)線電流存在6m+1/6m-1次諧波，如5，7，11，13，…。

為了抑制電流諧波，可以采用兩套整流橋，分別連接到一個(gè)三繞組變壓器的輸出的兩個(gè)繞組，該變壓器的兩個(gè)繞組的輸出電壓有效值相等，相位互差30度。

兩套整流橋串聯(lián)，電壓相加。

這時(shí)的電壓波形每個(gè)周期有12個(gè)波頭，電流的諧波含量不包含5次，7次，17次，19次。

變頻器和配電回路的成本大大增加，用于大功率應(yīng)用和特殊場(chǎng)合。

上電瞬間，整流橋輸出端將產(chǎn)生峰值1.414U的電壓，對(duì)儲(chǔ)能電容快速充電。

為了保護(hù)儲(chǔ)能電容，需要在直流母線中串聯(lián)一個(gè)電阻。在變頻器上電時(shí)，整流橋通過(guò)該電阻向整流橋充電，充電結(jié)束后（如直流母線電壓上升到額定電壓的70%）以上后，需要用接觸器將該電阻旁路掉。在整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中，該電阻不起作用。

該電阻稱為預(yù)充電電阻，該接觸器稱為預(yù)充電接觸器或預(yù)充電繼電器。

如果電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定導(dǎo)致瞬間大幅度跌落，會(huì)引起預(yù)充電回路頻繁動(dòng)作，導(dǎo)致其損壞。

將上述整流橋中的三個(gè)橋臂改成可控硅，如晶閘管或IGBT，則整流橋的輸出電壓就是可調(diào)的。

在變頻器上電期間，控制晶閘管的導(dǎo)通角，半可控整流橋的輸出電壓逐漸升高，最后達(dá)到全波整流獲得的峰值，這樣一來(lái)在中就不需要預(yù)充電電阻和預(yù)充電接觸器。

如果上述整流橋的6個(gè)橋臂都是可控硅，加上控制回路，甚至可以做成可以四象限運(yùn)行，既可以從電網(wǎng)吸收能量供給負(fù)載，也可以將負(fù)載制動(dòng)的能量反饋回電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)。當(dāng)然這樣變頻器的成本會(huì)大大升高，所以這種方式僅僅適用于大功率傳動(dòng)。

實(shí)現(xiàn)能量再生制動(dòng)的另一種方法是將一個(gè)系統(tǒng)中的所有變頻器的直流母線并聯(lián)，或者采用統(tǒng)一的整流電源和統(tǒng)一的能量再生制動(dòng)單元，稱為網(wǎng)絡(luò)制動(dòng)單元。

變頻器運(yùn)行過(guò)程中需要相對(duì)穩(wěn)定的直流母線電壓，用儲(chǔ)能電容保證。

該電容的形式為電解電容，對(duì)于中大功率變頻器，需要將多個(gè)電容并聯(lián)。

當(dāng)變頻器處于過(guò)載的過(guò)程中，瞬間會(huì)把直流母線電壓拉低；處于發(fā)電（制動(dòng)）過(guò)程中，瞬間會(huì)升高直流母線電壓，若太高變頻器則停止輸出。

有些應(yīng)用中，為了提高變頻器的動(dòng)態(tài)能力，或者在斷電瞬間保持變頻器斜坡停車，需要外加蓄電池或電容，需要考慮回路其它部件的承受能力。

直流電抗器是串聯(lián)在直流中間回路的一個(gè)或兩個(gè)扼流圈，因其通過(guò)的電流為直流電流，故亦成為直流扼流圈。

直流電抗器的作用是抑制變頻器的進(jìn)線電流諧波，從而減少對(duì)電網(wǎng)的污染。

通常采用適當(dāng)大小的直流電抗器，即可使變頻器的諧波污染減少到符合標(biāo)準(zhǔn)，這是一種低成本的方案。

如果要將諧波抑制到更低，需要大配合無(wú)源濾波器。

直流電抗器對(duì)進(jìn)線浪涌電壓沒(méi)有抑制作用。

交流電抗器安裝在變頻器的進(jìn)線側(cè)，也稱為進(jìn)線電抗器。

交流電抗器與直流電抗器作用大致相同，但交流電抗器對(duì)進(jìn)線浪涌電壓有抑制作用。

在對(duì)電流諧波產(chǎn)生相同的抑制作用時(shí)，交流電抗器產(chǎn)生的線路壓降比直流電抗器略大，從而會(huì)產(chǎn)生略大的輸出轉(zhuǎn)矩?fù)p失。

在下列情況下推薦使用交流電抗器：多臺(tái)變頻器并聯(lián)使用；線路電源有來(lái)自其他負(fù)荷的明顯擾動(dòng)；變頻器由阻抗非常低的線路供電。

制動(dòng)單元是一個(gè)或一組晶體管，與制動(dòng)電阻串聯(lián)之后，接在直流母線上。

當(dāng)直流母線電壓超過(guò)某規(guī)定電壓時(shí)，制動(dòng)晶體管導(dǎo)通，直流母線電容和電機(jī)向制動(dòng)電阻釋放能量。使直流母線電壓降低，降低到另一規(guī)定電壓后，制動(dòng)晶體管截止。所以制動(dòng)電阻的作用是能耗制動(dòng)。

當(dāng)變頻器驅(qū)動(dòng)負(fù)載需要克服慣性快速減速或停車時(shí)，或位能性負(fù)載持續(xù)下降時(shí)，需要進(jìn)行能耗制動(dòng)。

逆變橋是變頻器的核心部分，其作用是將直流電壓通過(guò)6個(gè)橋臂可控硅的反復(fù)輪流通斷形成所需要的幅值和頻率變化的三相交流輸出電壓。

逆變橋的橋臂的可控硅的類型主要是IGBT—絕緣珊雙極型晶體管。

通過(guò)逆變橋，直流電壓被斬波成為高頻率的脈沖電壓，由于它是由逆變管反復(fù)開(kāi)關(guān)形成，所以其頻率稱為開(kāi)關(guān)頻率。

負(fù)載分類：

變頻器的正確選擇對(duì)于控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行是非常關(guān)鍵的。

選擇變頻器時(shí)必須要充分了解變頻器所驅(qū)動(dòng)的負(fù)載特性；人們?cè)趯?shí)踐中常將生產(chǎn)機(jī)械分為三種類型：恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，恒功率負(fù)載，風(fēng)機(jī)、水泵負(fù)載。

1.恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載：

負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，任何轉(zhuǎn)速下總保持恒定或基本恒定。

例如：傳送帶、攪拌機(jī)、擠壓機(jī)等摩擦類負(fù)載；

例如：吊車、提升機(jī)等位能負(fù)載。

變頻器拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)的負(fù)載時(shí)，低速下的轉(zhuǎn)矩要足夠大，并且要有足夠的過(guò)載能力。

如果需要在低速下穩(wěn)速運(yùn)行，應(yīng)該考慮標(biāo)準(zhǔn)異步電動(dòng)機(jī)的散熱能力，避免電動(dòng)機(jī)的溫升過(guò)高。

對(duì)長(zhǎng)期需要在低速下滿負(fù)荷運(yùn)行的情況，需要安裝獨(dú)立強(qiáng)冷風(fēng)扇對(duì)電機(jī)進(jìn)行冷卻。

對(duì)未能性應(yīng)用應(yīng)配置制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻，以及設(shè)置安全制動(dòng)邏輯。

2.恒功率負(fù)載：

有些應(yīng)用在高速下要求的轉(zhuǎn)矩，大體與轉(zhuǎn)速成反比，就是所謂的恒功率負(fù)載。

機(jī)床主軸和軋機(jī)、造紙機(jī)、塑料薄膜生產(chǎn)線中的卷取機(jī)、開(kāi)卷等。

負(fù)載的恒功率性質(zhì)應(yīng)該是就一定的速度變化范圍而言的。

當(dāng)速度很低時(shí)，受機(jī)械強(qiáng)度的限制，不可能無(wú)限增大，在低速下轉(zhuǎn)變?yōu)楹戕D(zhuǎn)矩性質(zhì)。

負(fù)載的恒功率區(qū)和恒轉(zhuǎn)矩區(qū)對(duì)傳動(dòng)方案的選擇有很大的影響。

電動(dòng)機(jī)在恒磁通調(diào)速時(shí)，最大允許輸出轉(zhuǎn)矩不變，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速；

而在弱磁調(diào)速時(shí)，最大允許輸出轉(zhuǎn)矩與速度成反比，屬于恒功率調(diào)速。

3.風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載：

在各種風(fēng)機(jī)、水泵、油泵中，隨葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，空氣或液體在一定的速度范圍內(nèi)所產(chǎn)生的阻力大致與速度n的2次方成正比。

隨著轉(zhuǎn)速的減小，轉(zhuǎn)矩按轉(zhuǎn)速的2 次方減小。這種負(fù)載所需的功率與速度的3 次方成正比。

當(dāng)所需風(fēng)量、流量減小時(shí)，利用變頻器通過(guò)調(diào)速的方式來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量、流量，可以大幅度地節(jié)約電能。

由于高速時(shí)所需功率隨轉(zhuǎn)速增長(zhǎng)過(guò)快，與速度的三次方成正比，所以通常不應(yīng)使風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載超工頻運(yùn)行。

一般的風(fēng)機(jī)泵類專用和聲稱為HVAC專用型變頻器的低速性能都很差，所以不適于恒轉(zhuǎn)矩應(yīng)用，即使功率放大也不夠用。

電機(jī)的轉(zhuǎn)速：

變頻器所拖動(dòng)的電機(jī)為感應(yīng)式交流電動(dòng)機(jī)，也稱交流異步電動(dòng)機(jī)。

在工業(yè)中所使用的大部分電機(jī)為交流異步電動(dòng)機(jī)。

異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度取決于其定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速，即同步轉(zhuǎn)速。

所謂異步，是指其其實(shí)際轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速總是比較接近，但總有一定差別。其差別稱為轉(zhuǎn)差。

電動(dòng)機(jī)狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，實(shí)際轉(zhuǎn)速略低于同步轉(zhuǎn)速。

發(fā)電機(jī)或制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，實(shí)際轉(zhuǎn)速略高于同步轉(zhuǎn)速。

同步轉(zhuǎn)速n1 = 60f/p，實(shí)際轉(zhuǎn)速n=(1-s)n1 =(1-s) 60f/p

n：同步速度；f：電源頻率；p：電機(jī)極對(duì)數(shù)；s：轉(zhuǎn)差率，接近于零。

變頻調(diào)速：

好的方法就是變頻調(diào)速，也就是改變電源頻率，使得同步速成比例變化，負(fù)載轉(zhuǎn)速就可以與電源頻率成正比地變化。這種裝置稱為變頻器。

變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)：

效率高，功率因數(shù)高。數(shù)字只能化，易于控制和調(diào)節(jié)。

固態(tài)硬件，可靠性高。可用于快速頻繁起停，正反轉(zhuǎn)等。

動(dòng)態(tài)和靜態(tài)精度高。容易集成到系統(tǒng)中。

起動(dòng)和運(yùn)行電流小。適用于廉價(jià)可靠的鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)。

變頻調(diào)速目前已經(jīng)成為異步電機(jī)調(diào)速的主流，而且逐漸可以控制同步電機(jī)等的調(diào)速。

改變頻率和電壓是優(yōu)的電機(jī)控制方法。

如果僅改變頻率而不改變電壓，頻率降低時(shí)會(huì)使電機(jī)出于過(guò)電壓（過(guò)勵(lì)磁），導(dǎo)致電機(jī)可能被燒壞。因此變頻器在改變頻率的同時(shí)必須要同時(shí)改變電壓。

輸出頻率在額定頻率以上時(shí)，電壓卻不可以繼續(xù)增加，最高只能是等于電機(jī)的額定電壓。

例如：為了使電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度減半，把變頻器的輸出頻率從50Hz改變到25Hz，這時(shí)變頻器的輸出電壓就需要從400V改變到約200V。

磁通矢量控制：

轉(zhuǎn)矩提升功能是提高變頻器的輸出電壓。然而即使提高很多輸出電壓，電機(jī)轉(zhuǎn)矩并不能和其電流相對(duì)應(yīng)的提高。因?yàn)殡姍C(jī)電流包含電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩分量和其它分量（如勵(lì)磁分量）。

 "矢量控制"把電機(jī)的電流值進(jìn)行分配，從而確定產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電機(jī)電流分量和其它電流分量（如勵(lì)磁分量）的數(shù)值。

 "矢量控制"可以通過(guò)對(duì)電機(jī)端的電壓降的響應(yīng)，進(jìn)行優(yōu)化補(bǔ)償，在不增加電流的情況下，允許電機(jī)產(chǎn)出大的轉(zhuǎn)矩。此功能對(duì)改善電機(jī)低速時(shí)溫升也有效。

使用"矢量控制"，可以使電機(jī)在低速,如(無(wú)速度傳感器時(shí))1Hz（對(duì)4極電機(jī)，其轉(zhuǎn)速大約為30r/min）時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩可以達(dá)到電機(jī)在50Hz供電輸出的轉(zhuǎn)矩（最大約為額定轉(zhuǎn)矩的150％）。

變頻器怎么選型？

在容量適配的情況下，變頻器的額定電流應(yīng)該大于或等于對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)的額定電流，但實(shí)際情況并不如此。一般來(lái)說(shuō)，2極和4極電動(dòng)機(jī)的額定電流都小于變頻器的額定電流，但6極以上的額定電流往往比同容量變頻器的額定電流大。

（一）變頻器的容量與電動(dòng)機(jī)特性

（二）電動(dòng)機(jī)工況與變頻器的選擇

1.電動(dòng)機(jī)的溫升

電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)，存在著銅損、鐵損以及機(jī)械損耗等各種功率的損失，這些損耗功率者腰轉(zhuǎn)化為熱能，使電動(dòng)機(jī)的溫度上升。溫度太高了就會(huì)破壞電動(dòng)機(jī)的各部分絕緣，使電動(dòng)機(jī)燒壞。

2.連續(xù)不變負(fù)載的變頻器選擇

所謂連續(xù)不變負(fù)載是指負(fù)載是連續(xù)運(yùn)行的，在運(yùn)行過(guò)程中，負(fù)載的轉(zhuǎn)矩大小基本不變，如下圖a所示。電動(dòng)機(jī)在拖動(dòng)這類負(fù)載時(shí)，溫升能達(dá)到穩(wěn)定的溫升，因此這類負(fù)載在選擇變頻器時(shí)原則上只需使變頻器的配用電動(dòng)機(jī)容量不小于電動(dòng)機(jī)的實(shí)際容量即可。此類負(fù)載有：帶式輸送機(jī)、風(fēng)機(jī)、水泵等。

3.連續(xù)變動(dòng)負(fù)載的變頻器選擇

負(fù)載是連續(xù)運(yùn)行的，但負(fù)載的輕重卻是經(jīng)常變動(dòng)的。當(dāng)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)這類負(fù)載時(shí)，其溫升將隨著負(fù)載轉(zhuǎn)矩的輕重而變化（見(jiàn)下圖b）。選擇變頻器的原則是：只要電動(dòng)機(jī)的溫升不超過(guò)額定溫升，允許短時(shí)過(guò)載。

4.斷續(xù)負(fù)載的變頻器選擇

時(shí)開(kāi)時(shí)停的負(fù)載，開(kāi)的時(shí)候電動(dòng)機(jī)的溫升達(dá)不到穩(wěn)定溫升，停的時(shí)候電動(dòng)機(jī)的溫升也降不到O，如下圖c所示。對(duì)于這類負(fù)載，選擇電動(dòng)機(jī)容量的基本原則與連續(xù)變動(dòng)負(fù)載一樣。

5.短時(shí)負(fù)載

負(fù)載運(yùn)行時(shí)間很短，而停止時(shí)間很長(zhǎng)，運(yùn)行時(shí)溫升達(dá)不到穩(wěn)定溫升，停止時(shí)溫升能下降為O。如三峽水電站的船閘的閘門(mén)電動(dòng)機(jī)。這類負(fù)載在選擇變頻器時(shí)不考慮電動(dòng)機(jī)溫升，主要考慮電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力即可。

（三）一臺(tái)變頻器帶多臺(tái)電動(dòng)機(jī)

1.多臺(tái)電動(dòng)機(jī)同時(shí)起動(dòng)和運(yùn)行

.多臺(tái)電動(dòng)機(jī)分別起動(dòng)

如果各電動(dòng)機(jī)分別起動(dòng)，則當(dāng)?shù)谝慌_(tái)電動(dòng)機(jī)變頻起動(dòng)并以一定頻率運(yùn)行時(shí)，其他電動(dòng)機(jī)只能在該頻率下直接起動(dòng)，這時(shí)需要考慮的因素有：

1）變頻器必須有能夠承受各電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)電流。

2）由于起動(dòng)電流持續(xù)的時(shí)間很短，一般不超過(guò)1min，因此變頻器的過(guò)載能力可以考慮進(jìn)去。

I—電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流（為額定電流的5-7 倍）；

K—安全系數(shù)。如后起動(dòng)電動(dòng)機(jī)都從停止?fàn)顟B(tài)起動(dòng)時(shí)，k1=1.2；如后起動(dòng)電機(jī)有可能從自由制動(dòng)狀態(tài)下重新起動(dòng)時(shí)，k1=1.5-2；

K—變頻器的過(guò)載能力。

變頻器的接線方法圖解：

變頻器工作原理：主電路是給異步電動(dòng)機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，變頻器的主電路大體上可分為兩類：電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容。電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。它由三部分構(gòu)成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸收在變流器和逆變器產(chǎn)生的電壓脈動(dòng)的“平波回路”，以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。

要想弄清楚變頻器如何接線，先要搞明白變頻器是什么東西，變頻器是一種電機(jī)調(diào)速裝置，它會(huì)輸出不同的電壓和頻率來(lái)改變電機(jī)的速度，從這個(gè)作用而言，它是一個(gè)可變的交流電源而已，可以收到命令控制的大功率電源，而功率大的電源，本質(zhì)都是一種變電技術(shù)，都需要供給大功率的輸入電源，因此需要所謂的主回路電路；而這個(gè)電源要輸出什么樣的電壓和頻率，是通過(guò)人或者人指揮的其他設(shè)備來(lái)控制的，這樣需要控制回路電路。

變頻器的結(jié)構(gòu)是，先把工頻電源，整流成直流，逆變成可變電壓和頻率的電源來(lái)帶動(dòng)電機(jī)，任何變頻器都一樣，只要接對(duì)主回路和控制回路就好了。

在變頻器的安裝中，有一些問(wèn)題是需要注意的。例如變頻器本身有較強(qiáng)的電磁干擾，會(huì)干擾一些設(shè)備的工作，因此可以在變頻器的輸出電纜上加上電纜套。又或變頻器或控制柜內(nèi)的控制線距離動(dòng)力電纜至少100mm等等。

一、主電路的接線

1、電源應(yīng)接到變頻器輸入端R、S、T接線端子上，一定不能接到變頻器輸出端（U、V、W）上，否則將損壞變頻器。接線后，零碎線頭必須清除干凈，零碎線頭可能造成異常，失靈和故障，必須始終保持變頻器清潔。在控制臺(tái)上打孔時(shí)，要注意不要使碎片粉末等進(jìn)入變頻器中。

2、在端子+，PR間，不要連接除建議的制動(dòng)電阻器選件以外的東西，或絕對(duì)不要短路。

3、電磁波干擾，變頻器輸入／輸出（主回路）包含有諧波成分，可能干擾變頻器附近的通訊設(shè)備。因此，安裝選件無(wú)線電噪音濾波器FR-BIF或FRBSF01或FR-BLF線路噪音濾波器，使干擾降到最小。

4、長(zhǎng)距離布線時(shí)，由于受到布線的寄生電容充電電流的影響，會(huì)使快速響應(yīng)電流限制功能降低，接于二次側(cè)的儀器誤動(dòng)作而產(chǎn)生故障。因此，最大布線長(zhǎng)度要小于規(guī)定值。不得已布線長(zhǎng)度超過(guò)時(shí)，要把Pr.156設(shè)為1。

5、在變頻器輸出側(cè)不要安裝電力電容器，浪涌抑制器和無(wú)線電噪音濾波器。否則將導(dǎo)致變頻器故障或電容和浪涌抑制器的損壞。

6、為使電壓降在2%以內(nèi)，應(yīng)使用適當(dāng)型號(hào)的導(dǎo)線接線。變頻器和電動(dòng)機(jī)間的接線距離較長(zhǎng)時(shí)，特別是低頻率輸出情況下，會(huì)由于主電路電纜的電壓下降而導(dǎo)致電機(jī)的轉(zhuǎn)矩下降。

7、運(yùn)行后，改變接線的操作，必須在電源切斷10min以上，用萬(wàn)用表檢查電壓后進(jìn)行。斷電后一段時(shí)間內(nèi)，電容上仍然有危險(xiǎn)的高壓電。

二、控制電路的接線

變頻器的控制電路大體可分為模擬和數(shù)字兩種。

1、控制電路端子的接線應(yīng)使用屏蔽線或雙絞線，而且必須與主回路，強(qiáng)電回路（含200V繼電器程序回路）分開(kāi)布線。

2、由于控制電路的頻率輸入信號(hào)是微小電流，所以在接點(diǎn)輸入的場(chǎng)合，為了防止接觸不良，微小信號(hào)接點(diǎn)應(yīng)使用兩個(gè)并聯(lián)的節(jié)點(diǎn)或使用雙生接點(diǎn)。

3、控制回路的接線一般選用0.3～0.75平方米的電纜。

三、地線的接線

1、由于在變頻器內(nèi)有漏電流，為了防止觸電，變頻器和電機(jī)必須接地。

2、變頻器接地用專用接地端子。接地線的連接，要使用鍍錫處理的壓接端子。擰緊螺絲時(shí)，注意不要將螺絲扣弄壞。

3、鍍錫中不含鉛。

4、接地電纜盡量用粗的線徑，必須等于或大于規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，接地點(diǎn)盡量靠近變頻器，接地線越短越好。

變頻器接線注意：

1、變頻器本身有較強(qiáng)的電磁干擾，會(huì)干擾一些設(shè)備的工作，因此我們可以在變頻器的輸出電纜上加上電纜套。

2、變頻器或控制柜內(nèi)的控制線距離動(dòng)力電纜至少100mm等等。

3、在購(gòu)買(mǎi)變頻器的時(shí)候都會(huì)有變頻器說(shuō)明書(shū)。如果沒(méi)有的話，您可以上所購(gòu)買(mǎi)的品牌的網(wǎng)站上去下載。變頻器說(shuō)明書(shū)上面的內(nèi)容相當(dāng)詳細(xì)，包括產(chǎn)品介紹、工作原理、安裝調(diào)試等等。

變頻器使用注意事項(xiàng)：

變頻器的故障率隨溫度升高而成指數(shù)的上升，使用壽命隨溫度升高而成指數(shù)的下降。環(huán)境溫度升高10度，變頻器平均使用壽命減半。

在變頻器工作時(shí)，流過(guò)變頻器的電流是很大的，變頻器產(chǎn)生的熱量也是非常大的，不能忽視其發(fā)熱所產(chǎn)生的影響。通常，變頻器安裝在控制柜中。我們要了解一臺(tái)變頻器的發(fā)熱量大概是多少，可以用以下公式估算：

發(fā)熱量的近似值＝ 變頻器容量（KW）×55 [W]

在這里，如果變頻器容量是以恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載為準(zhǔn)的 (過(guò)流能力150% * 60s)。

如果變頻器帶有直流電抗器或交流電抗器，并且也在柜子里面，這時(shí)發(fā)熱量會(huì)更大一些。電抗器安裝在變頻器側(cè)面或測(cè)上方比較好。

這時(shí)可以用估算：變頻器容量（KW）×60 [W]

如果有制動(dòng)電阻的話，因?yàn)橹苿?dòng)電阻的散熱量很大，因此最好安裝位置最好和變頻器隔離開(kāi)，如裝在柜子上面或旁邊等。

怎樣降低控制柜內(nèi)的發(fā)熱量？

當(dāng)變頻器安裝在控制機(jī)柜中時(shí)，要考慮變頻器發(fā)熱值的問(wèn)題。

根據(jù)機(jī)柜內(nèi)產(chǎn)生熱量值的增加，要適當(dāng)?shù)卦黾訖C(jī)柜的尺寸。因此，要使控制機(jī)柜的尺寸盡量減小，就必須要使機(jī)柜中產(chǎn)生的熱量值盡可能地減少。

如果在變頻器安裝時(shí)，把變頻器的散熱器部分放到控制機(jī)柜的外面，將會(huì)使變頻器有70％的發(fā)熱量釋放到控制機(jī)柜的外面。由于大容量變頻器有很大的發(fā)熱量，所以對(duì)大容量變頻器更加有效。

還可以用隔離板把本體和散熱器隔開(kāi)，使散熱器的散熱不影響到變頻器本體。這樣效果也很好。

關(guān)于冷卻風(fēng)扇：

一般功率稍微大一點(diǎn)的變頻器，都帶有冷卻風(fēng)扇。

建議在控制柜上出風(fēng)口安裝冷卻風(fēng)扇。

進(jìn)風(fēng)口要加濾網(wǎng)以防止灰塵進(jìn)入控制柜。

注意控制柜和變頻器上的風(fēng)扇都是要的，不能誰(shuí)替代誰(shuí)。

有些盤(pán)廠習(xí)慣了配電盤(pán)不用安裝冷卻風(fēng)扇，要更新觀念。

海拔高度對(duì)變頻器選型的影響：

在海拔高于1000m的地方，因?yàn)榭諝饷芏冉档停虼藨?yīng)加大柜子的冷卻風(fēng)量以改善冷卻效果。

理論上變頻器也應(yīng)考慮降容，每1000m降低5%。

由于實(shí)際上因?yàn)樵O(shè)計(jì)上變頻器的負(fù)載能力和散熱能力一般比實(shí)際使用的要大， 所以也要看具體應(yīng)用。

比方說(shuō)在1500m的地方，但是周期性負(fù)載或短時(shí)運(yùn)行的負(fù)載，如電梯，就不必要降容。

制動(dòng)：

當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速高于同步速，這時(shí)電能從電機(jī)側(cè)流到變頻器側(cè)（或供電電源側(cè)）,這時(shí)電機(jī)處于發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。

負(fù)載的能量分為動(dòng)能和勢(shì)能. 動(dòng)能(由速度和重量確定其大小)隨著物體的運(yùn)動(dòng)而累積。當(dāng)動(dòng)能減為零時(shí)，該事物就處在停止?fàn)顟B(tài)。

機(jī)械抱閘裝置的方法是用制動(dòng)裝置把物體動(dòng)能轉(zhuǎn)換為摩擦和勢(shì)能消耗掉。

能耗制動(dòng)：

制動(dòng)時(shí)，有一部分能量通過(guò)電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子以發(fā)熱的形式消耗掉。

另一部分能量將返回到變頻器直流母線側(cè)，向電容充電，使直流側(cè)的電壓升高。這些能量可以通過(guò)變頻器本身的發(fā)熱消耗，如果不夠的化，還需要經(jīng)過(guò)制動(dòng)單元由制動(dòng)電阻放電發(fā)熱消耗。

制動(dòng)單元的作用是用來(lái)控制制動(dòng)電阻的導(dǎo)通。制動(dòng)電阻并不是永遠(yuǎn)有效，只有當(dāng)直流母線電壓上升到某一定值，與其串聯(lián)的制動(dòng)單元導(dǎo)通，電容才通過(guò)制動(dòng)電阻放電。

制動(dòng)電阻：

制動(dòng)電阻的瞬時(shí)放電功率，即制動(dòng)功率=Vdc**2/Rb。制動(dòng)電阻的阻值越小，放電電流越大，瞬時(shí)制動(dòng)功率越大。該阻值不能小于規(guī)定值。

制動(dòng)電阻的額定功率指其平均耐受功率，其瞬間功率要大于額定功率。

嚴(yán)格意義上講，制動(dòng)電阻的阻值和額定功率，須通過(guò)計(jì)算獲得。

實(shí)際上經(jīng)常通過(guò)估算得到。

一般變頻器樣本上的制動(dòng)電阻通常功率很小，做一般輔助用。若用在起重場(chǎng)合需要重新計(jì)算。

回饋制動(dòng)：

制動(dòng)產(chǎn)生的功率如果不通過(guò)熱消耗的方法消耗掉，而是把能量返回送到變頻器電源側(cè)的方法叫做“功率返回再生方法”，即回饋制動(dòng)。

在實(shí)際中，這種應(yīng)用需要"能量回饋單元"選件。

直流制動(dòng)：

減速時(shí)，變頻器對(duì)電機(jī)定子注入直流電，通過(guò)電機(jī)的發(fā)熱來(lái)消耗能量， 改善制動(dòng)效果。

直流制動(dòng)也可以用于使電機(jī)在零速時(shí)停的穩(wěn)一點(diǎn)，防止受外力作用而使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。

直流制動(dòng)可通過(guò)頻率判斷自動(dòng)諸如或通過(guò)邏輯端子強(qiáng)迫輸入。

要注意制動(dòng)時(shí)間和電壓不要設(shè)的太大，防止電機(jī)過(guò)熱。

開(kāi)關(guān)頻率對(duì)選型的影響：

變頻器的發(fā)熱主要來(lái)自于IGBT，IGBT的發(fā)熱有集中在開(kāi)和關(guān)的瞬間。

開(kāi)關(guān)頻率高時(shí)自然變頻器的發(fā)熱量就變大了，有的廠家宣稱降低開(kāi)關(guān)頻率可以擴(kuò)容。

變頻器與電動(dòng)機(jī)距離較遠(yuǎn)時(shí)的注意事項(xiàng)：

變頻器若要長(zhǎng)電纜運(yùn)行時(shí)，此時(shí)應(yīng)該采取措施抑制長(zhǎng)電纜對(duì)地耦合電容的影響，避免變頻器出力不夠。

變頻器應(yīng)放大一、兩檔選擇或在變頻器的輸出端安裝輸出電抗器。

并聯(lián)電機(jī)運(yùn)行：

變頻器用于控制并聯(lián)的幾臺(tái)電機(jī)時(shí)，一定要考慮變頻器到電動(dòng)機(jī)的電纜的長(zhǎng)度總和在變頻器的容許范圍內(nèi)。

如果超過(guò)規(guī)定值，要放大一檔或兩檔來(lái)選擇變頻器，以及增加線路電抗器。

另外在此種情況下，變頻器的控制方式只能為V/F控制方式，并且變頻器無(wú)法實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的過(guò)流、過(guò)載保護(hù)，此時(shí)需在每臺(tái)電動(dòng)機(jī)側(cè)加保護(hù)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)保護(hù)。

特殊使用環(huán)境：

對(duì)于一些特殊的應(yīng)用場(chǎng)合，如高環(huán)境溫度、高開(kāi)關(guān)頻率、高海拔高度等，此時(shí)會(huì)引起變頻器的降容，變頻器需放大一檔選擇。

變頻器用于變極/多速電機(jī)：

變頻器用于變極電動(dòng)機(jī)時(shí)，應(yīng)充分注意選擇變頻器的容量，使其最大額定電流在變頻器的額定輸出電流以下。

在運(yùn)行中進(jìn)行極數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)，應(yīng)先停止電動(dòng)機(jī)工作，否則會(huì)造成電動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)，惡劣時(shí)會(huì)造成變頻器損壞。

驅(qū)動(dòng)滑差電機(jī)：

變頻器驅(qū)動(dòng)繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)時(shí)，大多是利用已有的電動(dòng)機(jī)。將轉(zhuǎn)子繞組的滑環(huán)短接，然后用變頻器驅(qū)動(dòng)。

繞線電動(dòng)機(jī)與普通的鼠籠電動(dòng)機(jī)相比，繞線電動(dòng)機(jī)定子繞組的阻抗小。因此，容易發(fā)生由于紋波電流而引起的過(guò)電流跳閘現(xiàn)象，所以應(yīng)選擇比通常容量稍大的變頻器。

一般繞線電動(dòng)機(jī)多用于飛輪力矩轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大的場(chǎng)合，在設(shè)定加減速時(shí)間時(shí)應(yīng)多注意。

對(duì)于波動(dòng)比較大的負(fù)載：

對(duì)于壓縮機(jī)、振動(dòng)機(jī)等轉(zhuǎn)矩波動(dòng)大的負(fù)載和油壓泵等有峰值負(fù)載情況下，如果按照電動(dòng)機(jī)的額定電流或功率值選擇變頻器的話，有可能發(fā)生因峰值電流使過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作現(xiàn)象。

因此，應(yīng)了解工頻運(yùn)行情況，選擇比其最大電流更大的額定輸出電流的變頻器。

驅(qū)動(dòng)潛水泵電機(jī)：

潛水泵電動(dòng)機(jī)的額定電流比通常電動(dòng)機(jī)的額定電流大，而且很多是要求恒轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)。

所以選擇變頻器時(shí)，其額定電流要大于潛水泵電動(dòng)機(jī)的額定電流。

當(dāng)變頻器控制羅茨風(fēng)機(jī)或特種風(fēng)機(jī)時(shí)，由于其起動(dòng)電流很大，所以選擇變頻器時(shí)一定要注意變頻器的容量是否足夠大。