變頻器在電機(jī)啟動(dòng)與調(diào)速中的應(yīng)用分析楊柏內(nèi)容：變頻器的容量選擇也不是一個(gè)簡單問題，不能僅僅以電動(dòng)機(jī)的容量為準(zhǔn)。特別是對變頻器產(chǎn)生的高次諧波的干擾問題以及對現(xiàn)場的危害要引起重視，對變頻器產(chǎn)生的不可避免的電路干擾，盡管難以消除，采用適當(dāng)?shù)难b置也是可以抑制的。

　　隨著現(xiàn)代大功率電子技術(shù)的發(fā)展，交流電機(jī)調(diào)速用的變頻器的性能日新月異，調(diào)速范圍寬、調(diào)速精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、功率因數(shù)高、操作方便且便于同其他設(shè)備接口等一系列優(yōu)點(diǎn)，使變頻器的應(yīng)用越來越廣泛。

　　但是，由于變頻技術(shù)發(fā)展快，知識含量高、技術(shù)復(fù)雜，如何用好變頻器，僅靠知道簡單的安裝接線，而不了解變頻器的原理及其應(yīng)用技巧，將很難用好變頻器。

　　現(xiàn)在，很多大型機(jī)械的驅(qū)動(dòng)用到了變頻器，變頻器的使用及維護(hù)己經(jīng)顯得越來越重要了。

　　一、變頻器的工作原理變頻器主要由主電路和控制電路組成。主電路包括整流電路（工頻電源的交流電變換成直流電且對直流電進(jìn)行平滑濾波）和逆變電路（直流電變換成各種頻率的交流電）兩部分。控制電路完成對主電路的控制。

　　逆變器的工作原理有以下幾個(gè)要點(diǎn)：逆變器是變直流為交流的；逆變電路是整流電路的反版，正好相反；通過改變晶體管的導(dǎo)通時(shí)間來改變出口頻率；逆變器是通過改變晶體管的導(dǎo)通順序來改變電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向的。逆變器的容量受晶體管的容量所限制，這也是變頻技術(shù)的難點(diǎn)。

　　變頻器控制系統(tǒng)的理解比較復(fù)雜，因?yàn)樽冾l器的控制方式不同，導(dǎo)致輸出的性能也不一樣。

　　V/F控制常規(guī)的變頻控制方式，電壓與頻率的比率保持不便；簡單磁通矢量控制是通過把變頻器的輸出電流進(jìn)行矢量計(jì)算劃分為勵(lì)磁電流和扭矩成分電流，然后調(diào)節(jié)電壓使產(chǎn)生的電機(jī)電流與負(fù)載扭矩匹配，從而改變扭矩特性；磁通矢量控制是通過矢量計(jì)算把變頻器的輸出電流劃分為勵(lì)磁電流和扭矩成分電流，然后調(diào)節(jié)電壓使產(chǎn)生的電機(jī)電流與負(fù)載扭矩匹配，從而改變扭矩特性及調(diào)速精度；矢量控制是由編碼器進(jìn)行速度檢測，且由數(shù)學(xué)運(yùn)算來確定電機(jī)的轉(zhuǎn)速差，從而確定電機(jī)的負(fù)載的。

　　在變頻器的控制電路中，另一個(gè)突出的功能是它的保護(hù)功能，這一點(diǎn)對現(xiàn)場使用維護(hù)很重要。

　　變頻器具有多種保護(hù)功能，主要的保護(hù)類型有：變頻器的保護(hù)過電流保護(hù)、過電壓、輸出短路、輸出接地故障、瞬間失電故障、欠壓保護(hù)、主電路元器件過熱故障、制動(dòng)元件故障、過載；電機(jī)的過熱保護(hù)過載保護(hù)、外部熱繼電器動(dòng)作；以及其他保護(hù)連接錯(cuò)誤、存儲器故障、重試次數(shù)過多、CPU出錯(cuò)等。

　　報(bào)警功能包括：錯(cuò)誤操作狀態(tài)報(bào)警、保護(hù)功能預(yù)報(bào)警等電機(jī)直接工頻電源啟動(dòng)時(shí)，電機(jī)的啟動(dòng)電流一般為額定電流的6?7倍，且電機(jī)的加速啟動(dòng)時(shí)間由負(fù)載特性決定如果變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)與工頻電源啟動(dòng)相似，進(jìn)行直接啟動(dòng)，而變頻器的容量與電機(jī)相同，由于變頻器的啟動(dòng)電流過大而使其出現(xiàn)故障。因此，變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)必須在低頻率狀態(tài)啟動(dòng)，啟動(dòng)電流控制在額定電流的1.5倍左右理工研究與實(shí)踐當(dāng)變頻器接受啟動(dòng)信號時(shí)，將輸出啟動(dòng)頻率而使電機(jī)產(chǎn)生啟動(dòng)扭矩。當(dāng)變頻器在啟動(dòng)頻率情況下，電機(jī)的啟動(dòng)扭矩大于負(fù)載的啟動(dòng)扭矩時(shí)，電機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)。變頻器的輸出頻率將逐步地增加，電機(jī)的轉(zhuǎn)速也將增加直至穩(wěn)定。變頻器的啟動(dòng)、加速過程完成。

　　斷開變頻器啟動(dòng)信號或設(shè)定比輸出頻率低的頻率設(shè)定值，變頻器的輸出頻率根據(jù)設(shè)定的減速時(shí)間逐漸地減少。減速時(shí)，電機(jī)的速度要比與變頻器輸出頻率等效的同頻速度高，電機(jī)會(huì)像發(fā)電機(jī)一樣把能量返回變頻器，這個(gè)過程叫再生。通常電機(jī)工頻供電時(shí)，當(dāng)斷開交流接觸器后，電機(jī)靠負(fù)載扭矩的制動(dòng)力滑動(dòng)到停止；變頻驅(qū)動(dòng)時(shí)，斷開啟動(dòng)信號不會(huì)立即使電機(jī)滑動(dòng)停止，而按設(shè)定的減速時(shí)間減速到停止。

　　其中，要注意，如果減速時(shí)間設(shè)定太小，容易激活再生過電壓保護(hù)或過電流保護(hù)功能。

　　這兩個(gè)概念也是作為常識來理解的。變頻器是電源變流器，包含整流器電路和逆變器電路，這些電路都是消耗能量的電路。比較終有一個(gè)推算效率公式：總效率=變頻器效率x驅(qū)動(dòng)電機(jī)效率變頻器損耗與電機(jī)損耗由于高次諧波的影響，總損耗要比工頻驅(qū)動(dòng)時(shí)大。變頻器的功率因數(shù)不能用電壓與電流的簡單比率來確定，主要是由于高次諧波的影響。研宄功率因數(shù)主要是針對電流的畸變而言的，改善功率因數(shù)就可以改善電流波形，同時(shí)抑制了高次諧波，減少了干擾。

　　二、三相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)與調(diào)速隨著電動(dòng)機(jī)的廣泛應(yīng)用，電機(jī)的啟動(dòng)和調(diào)速越來越顯得重要。電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)過程的大電流和大沖擊歷來是個(gè)不安全因素，設(shè)計(jì)人員根據(jù)電機(jī)原理給出了一系列的軟啟動(dòng)方法，比如降壓啟動(dòng)、Y?△啟動(dòng)、串電阻啟動(dòng)等，比較終選擇了變頻啟動(dòng)。電動(dòng)機(jī)調(diào)速也一樣，也經(jīng)歷了一個(gè)從調(diào)壓調(diào)速、變極調(diào)速、電磁轉(zhuǎn)差離合調(diào)速等傳統(tǒng)方法到變頻調(diào)速的過程。

　　電機(jī)轉(zhuǎn)速不僅取決于負(fù)載扭矩，而且取決于電機(jī)的級數(shù)和供電頻率，F(xiàn)=PN/60，N為同步速度；帶有負(fù)載的電機(jī)轉(zhuǎn)速比電機(jī)的同步速低，轉(zhuǎn)差率表示差別程度；電機(jī)輸出扭矩不是固定不變的，是跟隨著負(fù)載扭矩變化的，電機(jī)轉(zhuǎn)速也是隨負(fù)載變化而變化；電機(jī)電流也是隨負(fù)載變化而變化的，空載電流一般為額定電流的50%，低轉(zhuǎn)速時(shí)電流較大；電機(jī)的額定扭矩不是電機(jī)的輸出扭矩，而是電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速、連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所允許的負(fù)載扭矩；2.變頻啟動(dòng)電機(jī)的情況變頻啟動(dòng)電機(jī)時(shí)為了減小啟動(dòng)電流，采用了低頻啟動(dòng)，同時(shí)啟動(dòng)扭矩也減小，這就是平緩啟動(dòng)。

　　變頻器啟動(dòng)要注意以下幾個(gè)概念：由于變頻器輸出加到電機(jī)上的電壓的波形，不是正弦波，而是畸波，所以，在額定扭矩下的電機(jī)電流比工頻是多出10%左右，同時(shí)電機(jī)溫度有提高；變頻器輸出的電壓要隨電機(jī)的轉(zhuǎn)速的變化而變化。因?yàn)橥ㄟ^變頻進(jìn)行電機(jī)調(diào)速，如電壓不變，電機(jī)的磁通就會(huì)增加（磁飽和）電機(jī)的電流就要增大，電機(jī)過熱，有可能燒毀。

　　所以為保持磁通為一常數(shù)，電壓要隨頻率的變化而變化；變頻器不能輸出高于供電電源的輸出電壓，所以在高頻時(shí)，輸出電壓是恒定的；引入標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)的概念，也就是常說的變頻電機(jī)，是專為變頻器設(shè)計(jì)的，標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)按理論可以在120HZ下運(yùn)行三、電動(dòng)機(jī)與變頻器的匹配首先，什么是變頻器的容量，可以從以下幾方面來理解：在電動(dòng)機(jī)提速或恒速時(shí)，變頻器的效能是輸出電流，也就是變頻器能夠給電機(jī)提供多少電流。變頻器這種輸出電流的效能可以由它的額定輸出電流或過載能力來表示；在電動(dòng)機(jī)減速運(yùn)行時(shí)，由于變頻器的減速操作使其驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)變成了發(fā)電機(jī)，能量的流動(dòng)是從電動(dòng)機(jī)流向變頻器，同變頻器提速和恒速運(yùn)行時(shí)相反。變頻器這時(shí)的作用是要消耗這些能量。減速時(shí)電動(dòng)機(jī)負(fù)載返回的部分能量由電動(dòng)機(jī)消耗，而其余部分則由變頻器來消耗。

　　另外，由于電動(dòng)機(jī)及電動(dòng)機(jī)負(fù)載返回的能量會(huì)使變頻器的端電壓升高，當(dāng)電壓升高到一特定值時(shí)，就會(huì)又產(chǎn)生再生能量消耗或直接返回到供電電源側(cè)。

　　選擇變頻器容量時(shí)要注意：首先，變頻器的容量應(yīng)該與其驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)的容量相匹配，另外，變頻器的選擇要依據(jù)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載特性、運(yùn)行方式等情況來決定。

　　然后，再具體的分析就是根據(jù)機(jī)械側(cè)要求的電機(jī)轉(zhuǎn)速、加速扭矩、減速扭矩、電機(jī)扭矩等，以及電機(jī)電流、電機(jī)的冷卻系數(shù)等檢驗(yàn)項(xiàng)目來確定。其中，重點(diǎn)要適合啟動(dòng)時(shí)比較大扭矩的要求，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)點(diǎn)要滿足電動(dòng)機(jī)輸出扭矩大于負(fù)載扭矩；加速過程的扭矩的要求，電動(dòng)機(jī)的輸出扭矩必須小于電動(dòng)機(jī)加或減速時(shí)的所需負(fù)載扭矩；減速過程的再生制動(dòng)的要求（散熱）電機(jī)的溫升的要求，電機(jī)絕緣的等級等，變頻器的再生制動(dòng)扭矩由減速時(shí)的電動(dòng)機(jī)損耗和變頻器損耗來確定。這里，在變頻器的具體選擇中要注意以下幾點(diǎn)：為了增加變頻器的加速能力和啟動(dòng)扭矩，可以在變頻器的參數(shù)中加大它的扭矩提升值或增加變頻器的容量；為了增加變頻器的再生制動(dòng)扭矩，以改善變頻器的減速性能，可以采用增加變頻器的容量。

　　變頻器的高次諧波的干擾問題一直是其質(zhì)量品質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)。因?yàn)樵谙耠姀S這樣技術(shù)密集的生產(chǎn)現(xiàn)場，各種計(jì)算機(jī)控制的系統(tǒng)比比皆是，通訊、影象等等，都不能受到高頻的干擾，所以，干擾問題是變頻器唯一的缺憾。

　　高次諧波定義為基頻（通常為電源頻率）倍數(shù)的頻率，單個(gè)基波與幾個(gè)高次諧波組合一起就產(chǎn)生了畸變波，簡稱畸波。變頻器中的整流器、AC電源校正器等是高次諧波源電源分配系統(tǒng)有了高次諧波問題時(shí)，諧波電源不是普通的工頻電源，而是一個(gè)諧波源。電源諧波不僅是由變頻器獨(dú)有的，而是大多數(shù)電子設(shè)備共有的問題，是個(gè)社會(huì)問題，我們必須正視這個(gè)現(xiàn)實(shí)。

　　從以上變頻器的工作原理分析來看，只要變頻就不能避免高頻諧波，也就肯定產(chǎn)生干擾，關(guān)鍵是如何進(jìn)行抑制。

　　變頻器生產(chǎn)廠商都在變頻器中加裝了自己的抑制裝置，概括起來有這么幾種：應(yīng)用高功率因數(shù)變頻器，靠自身完成諧波的衰減；在變頻器電源側(cè)加裝AC電抗器，增加阻抗，以抑制諧波；（）在變頻器DC電路中安裝DC電抗器，增加阻抗，以抑制諧波；以上是變頻器自身的抑制，可是對于安裝完后己有明顯干擾現(xiàn)象的現(xiàn)場，除了更換外，還應(yīng)采取一定的補(bǔ)救措施。

　　高次諧波的對外干擾主要有兩個(gè)方面：一是空間電波干擾；二是電路內(nèi)的高次諧波的干擾。

　　對于空間電波干擾，這個(gè)好處理，簡而言之就是外加屏蔽。難以處理的是電路內(nèi)的諧波干擾。實(shí)際上前面給出的抑制措施就是針對這一干擾的。

　　對于電路內(nèi)的諧波干擾，只能進(jìn)行衰減處理。這個(gè)過程的關(guān)鍵是諧波的測量與計(jì)算。因?yàn)楝F(xiàn)場條件有限，諧波又只能是逐級衰減的，所以，在現(xiàn)場可以進(jìn)行電抗器試驗(yàn)，檢出適合的電抗器進(jìn)行安裝濾波。當(dāng)然這是比較原始的處理方法，比較好是把不合格的變頻器進(jìn)行更換。現(xiàn)在，各變頻器制造廠在產(chǎn)品出廠時(shí)都進(jìn)行干擾測試，而且國際上有一個(gè)變頻器等電子設(shè)備的高頻干擾合格標(biāo)準(zhǔn)，這都便于使用者選擇。

　　五、變頻器的安裝、使用及維護(hù)變頻器的運(yùn)行可靠性很大程度取決于溫度，而變頻器的溫度升高往往是由于安裝位置或安裝方式不合適造成的，具體涉及以下幾個(gè)方面：變頻器附近有熱源；變頻器通風(fēng)路徑狹窄；變頻器安裝方向不對；變頻器的冷卻風(fēng)扇出現(xiàn)故障；變頻器上方的空間過小等。

　　周圍溫度升高10*C，變頻器的壽命減半；溫度降低10C，變頻器壽命增倍，這一規(guī)律稱為Arrhieniusdinglv定律。

　　變頻器的安裝環(huán)境要求：*c；周圍濕度在90 %以下；安裝地點(diǎn)遠(yuǎn)離腐蝕氣體、爆炸氣體、易燃?xì)怏w、灰塵、污垢及油霧；允許三相AC電壓波動(dòng)范圍為170 *5%；以及對海拔、振動(dòng)等的要求。對于環(huán)境的變化，我們可以采取如下具體的防止措施：當(dāng)溫度過高時(shí)，采用強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻；安裝空調(diào)；躲開光照或熱輻射。當(dāng)溫度過低時(shí)，采用在配電柜內(nèi)安裝加熱器或不要關(guān)閉變頻器的方法。當(dāng)濕度過大時(shí)，采用電加熱的方法去潮或不要關(guān)閉變頻器。

　　為了有效地使用變頻器，與變頻器配套的電氣元件的選用也很重要。其中，主要外配元件有：上級空氣開關(guān)、漏電斷路器、輸入側(cè)電磁接觸器浪涌抑制濾波器、輸出側(cè)的電磁接觸器、熱繼電器、功率因數(shù)改善電抗器等。這些元件的選配適當(dāng)與否直接關(guān)系到變頻器的使用性能。根據(jù)電氣設(shè)計(jì)規(guī)程及變頻器和安裝回路的要求來選配這些元件，適當(dāng)考慮參數(shù)的裕度。

　　變頻器是以半導(dǎo)體元件為中心而構(gòu)成的靜止機(jī)器，為了及早防止由于溫度、濕度、塵埃、振動(dòng)等使用環(huán)境的影響和使用零件的老化而發(fā)生故障，必須對其進(jìn)行定期檢查維護(hù)。

　　這里首先要注意的一點(diǎn)是變頻器停電后，里面的電容器仍然處于高壓充電狀態(tài)。所以，在進(jìn)行檢查時(shí)，一定注意對其主回路端子放電，用萬用表測定為安全電壓后再開始。

　　變頻器運(yùn)行中可以就以下幾方面進(jìn)行檢查：電動(dòng)機(jī)的調(diào)速是否達(dá)到變頻器的設(shè)計(jì)指標(biāo)；冷卻系統(tǒng)是否正常；是否存在異常的振動(dòng)、異常的聲音；是否出現(xiàn)異常的過熱、變色；變頻器的輸入輸出電壓是否正常等。

　　對變頻器的定期檢查常規(guī)項(xiàng)目如下：冷卻系統(tǒng)的清理；元器件的緊固檢查；導(dǎo)體絕緣件的老化情況；絕緣電阻的測試；冷卻風(fēng)機(jī)、平滑電容器、及繼電器的檢查和更換。

　　另外，定期檢查時(shí)對變頻器的測試工作一定要使用規(guī)定的儀器儀表，否則測試不準(zhǔn)。如果變頻器能滿足電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)與調(diào)速要求，這項(xiàng)工作一般不需進(jìn)行。