一、變頻器的合理選用
變頻器的選用,應按照被控對象的類(lèi)型、調速范圍、靜態(tài)速度精度、啟動(dòng)轉矩等來(lái)考慮,使之在滿(mǎn)足工藝和生產(chǎn)要求的同時(shí),既好用,又經(jīng)濟。
1. 變頻器及被控制的電機
(1)電機的極數。一般電機極數以不多于4 極為宜,否則變頻器容量就要適當加大。
(2)轉矩特性、臨界轉矩、加速轉矩。在同等電機功率情況下,相對于高過(guò)載轉矩模式,變頻器規格可以降格選取。
(3)電磁兼容性。為減少主電源干擾,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(guò)50m時(shí),應在它們中間串入電抗器、濾波器或采用屏蔽防護電纜。
表1 列出不同類(lèi)型變頻器的主要性能、應用場(chǎng)合.
2. 變頻器箱體結構的選用
變頻器的箱體結構要與條件相適應,必須考慮溫度、濕度、粉塵、酸堿度、腐蝕性氣體等因素。有下列幾種常見(jiàn)結構:
(1) 敞開(kāi)型IP00型。本身無(wú)機箱,可裝在電控箱內或電氣室內的屏、盤(pán)、架上,尤其適于多臺變頻器集中使用時(shí)選用,但環(huán)境條件要求較高。
(2)封閉型IP20 型。適于一般用途,可有少量粉塵或少許溫度、濕度的場(chǎng)合。
(3)密封型IP45 型。適于工業(yè)現場(chǎng)條件較差的環(huán)境。
(4)密閉型IP65 型。適于環(huán)境條件差,有水、灰塵及一定腐蝕性氣體的場(chǎng)合。
3. 變頻器功率的選用
變頻器負載率β與效率η的關(guān)系曲線(xiàn)見(jiàn)圖1。由圖1 可見(jiàn):當β= 50%時(shí),η= 94%;當β= 100%時(shí),η= 96%。雖然β增一倍,η變化僅2%,但對中大功率(幾百千瓦至幾千千瓦) 電動(dòng)機而言亦是可觀(guān)的。系統效率等于變頻器效率與電動(dòng)機效率的乘積。從效率角度出發(fā),在選用變頻器功率時(shí),要注意以下幾點(diǎn)。
(1)變頻器功率與電動(dòng)機功率相當時(shí)為最合適,以利于變頻器在高效率狀態(tài)下運轉。
(2)在變頻器的功率分級與電動(dòng)機功率分級不相同時(shí),則變頻器的功率要盡可能接近電動(dòng)機
的功率,并且應略大于電動(dòng)機的功率。
(3)當電動(dòng)機屬頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)工作或處于重載啟動(dòng)且較頻繁時(shí),可選取大一級的變頻器,以利于變頻器長(cháng)期、安全地運行。
(4)經(jīng)測試,電動(dòng)機實(shí)際功率確實(shí)有富余,可以考慮選用功率小于電動(dòng)機功率的變頻器,但要注意瞬時(shí)峰值電流是否會(huì )造成過(guò)電流保護動(dòng)作。
(5) 當變頻器與電動(dòng)機功率不相同時(shí),則必須相應調整節能 程序的設置,以利于達到較高的節能效果。
4. 變頻器容量的確定
合理的容量選擇本身就是一種節能降耗措施。根據現有資料和經(jīng)驗,比較簡(jiǎn)便的方法有三種。
(1) 電機實(shí)際功率確定法。首先測定電機的實(shí)際功率,以此來(lái)選用變頻器的容量。
(2) 公式法。設安全系數取1. 05 ,則變頻器的容量pb 為:
pb = 1. 05 pm/ hm ×cosφ,kW
式中 pm ———電機負載,kW
hm ———電機功率,kW
計算出pb 后,按變頻器產(chǎn)品目錄選具體規格。
當一臺變頻器用于多臺電機時(shí),至少要考慮一臺電動(dòng)機啟動(dòng)電流的影響,以避免變頻器過(guò)流跳閘。
③電機額定電流法。變頻器容量選定過(guò)程,實(shí)際上是一個(gè)變頻器與電機的最佳匹配過(guò)程,最常見(jiàn)、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(shí)際匹配中要考慮電機的實(shí)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(shí)際需要的能力小,因此按電機的實(shí)際功率選擇變頻器是合理的,避免選用的變頻器過(guò)大,使投資增大。對于輕負載類(lèi),變頻器電流一般應按1. 1 In ( In 為電動(dòng)機額定電流) 來(lái)選擇,或按廠(chǎng)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(lái)選擇。
5. 主電源
(1) 電源電壓及波動(dòng)。應特別注意與變頻器低電壓保護整定值相適應(出廠(chǎng)時(shí)一般設定為0. 8～0. 9Un ) ,因為在實(shí)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(dòng)和諧波干擾。這方面的干擾會(huì )增加變頻器系統的熱損耗,導致噪聲增加,輸出降低。
(3) 變頻器和電機在工作時(shí),自身的功率消耗。在進(jìn)行系統主電源供電設計時(shí),兩者的功率消耗因素都應考慮進(jìn)去
二、變頻器應用中的抗干擾措施
變頻器在應用中的干擾主要表現為:高次諧波、噪聲與振動(dòng)、負載匹配、發(fā)熱等問(wèn)題。這些干擾是不可避免的,因為變頻器的輸入部分為整流電路,輸出部分為逆變電路,它們都是由起開(kāi)關(guān)作用的非線(xiàn)性元件組成的,而在開(kāi)斷電路的過(guò)程中,都要產(chǎn)生高次諧波,從而使其輸入電源和輸出的電壓波形和電流波形產(chǎn)生畸變。下面針對諧波問(wèn)題進(jìn)行分析并提出相應措施。
容量較小的變頻器,高次諧波的影響較小。但容量較大或數量較多時(shí),就必須處理由高次諧波電流引起的高次諧波干擾,否則將影響到設備和檢測元件,嚴重時(shí)可能使這些設備誤動(dòng)作。根據英國的ACE 報告,各種對象對高次諧波的敏感程度如下:電動(dòng)機在10 %～20 %以下無(wú)影響;儀表電壓畸變10 % ,電流畸變10 % ,誤差在1 %以下;電子開(kāi)關(guān)超過(guò)10 %會(huì )產(chǎn)生誤動(dòng)作;計算機超過(guò)5 %會(huì )出錯。鑒于以上情況,在工業(yè)現場(chǎng)中,必須采取措施降低干擾,把干擾抑制在允許的范圍內。
1. 切斷干擾傳播途徑
(1) 干擾的傳播常通過(guò)共用的接地線(xiàn)傳播。將動(dòng)力線(xiàn)的接地與控制線(xiàn)的接地分開(kāi)是切斷這一途徑的根本方法,即將動(dòng)力裝置的接地端子接到地線(xiàn)上,將控制裝置的接地端子接到該裝置盤(pán)的金屬外殼上。
(2) 信號線(xiàn)靠近有干擾源的導線(xiàn)時(shí),干擾會(huì )被誘導到信號線(xiàn)上,使信號受到干擾,布線(xiàn)分離對消除這種干擾行之有效。實(shí)際工程中需把高壓電纜、動(dòng)力電纜、控制電纜常常與儀表電纜、計算機電纜分開(kāi)布線(xiàn),分走不同的橋架。變頻器的控制線(xiàn)也最好與其主回路線(xiàn)路以垂直的方式布線(xiàn)。
2. 抑制高次諧波
(1) 在變頻器前側安裝線(xiàn)路電抗器,可抑制電源側過(guò)電壓,并降低變頻器產(chǎn)生的電流畸變,避免使主電源受到嚴重干擾。
該方案價(jià)格便宜,但限制諧波的效率有限,且電抗太大時(shí)會(huì )產(chǎn)生無(wú)法接受的電壓降損失。
(2) 在變頻器前加裝LC 無(wú)源濾波器,濾掉高次諧波,通常濾掉5 次和7 次諧波,但該方法完全取決于電源和負載,靈活性小。
(3) 設置專(zhuān)用濾波器用來(lái)檢測變頻器和相位,并產(chǎn)生一個(gè)與諧波電流的幅值相同且相位正好相反的電流,通到變頻器中,從而可以有效地吸收諧波電流。
(4) 當設備的附近環(huán)境受到電磁干擾時(shí),應裝設抗射頻干擾濾波器,可減少主電源的傳導發(fā)射,且要采取措施屏蔽電機電纜。
(5) 當電機電纜長(cháng)度大于50m或80m(非屏蔽) 時(shí),為了防止電機啟動(dòng)時(shí)的瞬時(shí)過(guò)電壓,減少電機對地的泄漏電流和噪聲,保護電動(dòng)機,在變頻器與電機之間安裝電抗器。
(6) 增加變頻器供電電源內阻抗。通常電源設備的內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,內阻抗越大,諧波含量越小,這種內阻抗就是變壓器的短路阻抗。因此選擇變頻器供電電源時(shí),最好選擇短路阻抗大的變壓器。
(7) 采用變壓器多相運行。通用變頻器為六脈波整流器,因此產(chǎn)生的諧波較大。如果采用變壓器多相運行,使相位角互差30°,如Y- Δ、Δ- Δ組合的變壓器構成12 脈波的效果,可減小低次諧波電流,很好的抑制諧波。
