一、變頻器的合理選用
變頻器的選用,應(yīng)按照被控對(duì)象的類型、調(diào)速范圍、靜態(tài)速度精度、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩等來考慮,使之在滿足工藝和生產(chǎn)要求的同時(shí),既好用,又經(jīng)濟(jì)。
1. 變頻器及被控制的電機(jī)
(1)電機(jī)的極數(shù)。一般電機(jī)極數(shù)以不多于4 極為宜,否則變頻器容量就要適當(dāng)加大。
(2)轉(zhuǎn)矩特性、臨界轉(zhuǎn)矩、加速轉(zhuǎn)矩。在同等電機(jī)功率情況下,相對(duì)于高過載轉(zhuǎn)矩模式,變頻器規(guī)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(dāng)電機(jī)與變頻器距離超過50m時(shí),應(yīng)在它們中間串入電抗器、濾波器或采用屏蔽防護(hù)電纜。
表1 列出不同類型變頻器的主要性能、應(yīng)用場(chǎng)合.
2. 變頻器箱體結(jié)構(gòu)的選用
變頻器的箱體結(jié)構(gòu)要與條件相適應(yīng),必須考慮溫度、濕度、粉塵、酸堿度、腐蝕性氣體等因素。有下列幾種常見結(jié)構(gòu):
(1) 敞開型IP00型。本身無機(jī)箱,可裝在電控箱內(nèi)或電氣室內(nèi)的屏、盤、架上,尤其適于多臺(tái)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(xiàn)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(fù)載率β與效率η的關(guān)系曲線見圖1。由圖1 可見:當(dāng)β= 50%時(shí),η= 94%;當(dāng)β= 100%時(shí),η= 96%。雖然β增一倍,η變化僅2%,但對(duì)中大功率(幾百千瓦至幾千千瓦) 電動(dòng)機(jī)而言亦是可觀的。系統(tǒng)效率等于變頻器效率與電動(dòng)機(jī)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(jī)功率相當(dāng)時(shí)為最合適,以利于變頻器在高效率狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)。
(2)在變頻器的功率分級(jí)與電動(dòng)機(jī)功率分級(jí)不相同時(shí),則變頻器的功率要盡可能接近電動(dòng)機(jī)
的功率,并且應(yīng)略大于電動(dòng)機(jī)的功率。
(3)當(dāng)電動(dòng)機(jī)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(jí)的變頻器,以利于變頻器長期、安全地運(yùn)行。
(4)經(jīng)測(cè)試,電動(dòng)機(jī)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(jī)功率的變頻器,但要注意瞬時(shí)峰值電流是否會(huì)造成過電流保護(hù)動(dòng)作。
(5) 當(dāng)變頻器與電動(dòng)機(jī)功率不相同時(shí),則必須相應(yīng)調(diào)整節(jié)能 程序的設(shè)置,以利于達(dá)到較高的節(jié)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(jié)能降耗措施。根據(jù)現(xiàn)有資料和經(jīng)驗(yàn),比較簡便的方法有三種。
(1) 電機(jī)實(shí)際功率確定法。首先測(cè)定電機(jī)的實(shí)際功率,以此來選用變頻器的容量。
(2) 公式法。設(shè)安全系數(shù)取1. 05 ,則變頻器的容量pb 為:
pb = 1. 05 pm/ hm ×cosφ,kW
式中 pm ———電機(jī)負(fù)載,kW
hm ———電機(jī)功率,kW
計(jì)算出pb 后,按變頻器產(chǎn)品目錄選具體規(guī)格。
當(dāng)一臺(tái)變頻器用于多臺(tái)電機(jī)時(shí),至少要考慮一臺(tái)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流的影響,以避免變頻器過流跳閘。
③電機(jī)額定電流法。變頻器容量選定過程,實(shí)際上是一個(gè)變頻器與電機(jī)的最佳匹配過程,最常見、也較安全的是使變頻器的容量大于或等于電機(jī)的額定功率,但實(shí)際匹配中要考慮電機(jī)的實(shí)際功率與額定功率相差多少,通常都是設(shè)備所選能力偏大,而實(shí)際需要的能力小,因此按電機(jī)的實(shí)際功率選擇變頻器是合理的,避免選用的變頻器過大,使投資增大。對(duì)于輕負(fù)載類,變頻器電流一般應(yīng)按1. 1 In ( In 為電動(dòng)機(jī)額定電流) 來選擇,或按廠家在產(chǎn)品中標(biāo)明的與變頻器的輸出功率額定值相配套的最大電機(jī)功率來選擇。
5. 主電源
(1) 電源電壓及波動(dòng)。應(yīng)特別注意與變頻器低電壓保護(hù)整定值相適應(yīng)(出廠時(shí)一般設(shè)定為0. 8～0. 9Un ) ,因?yàn)樵趯?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(tǒng)的熱損耗,導(dǎo)致噪聲增加,輸出降低。
(3) 變頻器和電機(jī)在工作時(shí),自身的功率消耗。在進(jìn)行系統(tǒng)主電源供電設(shè)計(jì)時(shí),兩者的功率消耗因素都應(yīng)考慮進(jìn)去
二、變頻器應(yīng)用中的抗干擾措施
變頻器在應(yīng)用中的干擾主要表現(xiàn)為:高次諧波、噪聲與振動(dòng)、負(fù)載匹配、發(fā)熱等問題。這些干擾是不可避免的,因?yàn)樽冾l器的輸入部分為整流電路,輸出部分為逆變電路,它們都是由起開關(guān)作用的非線性元件組成的,而在開斷電路的過程中,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(duì)諧波問題進(jìn)行分析并提出相應(yīng)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(shù)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(shè)備和檢測(cè)元件,嚴(yán)重時(shí)可能使這些設(shè)備誤動(dòng)作。根據(jù)英國的ACE 報(bào)告,各種對(duì)象對(duì)高次諧波的敏感程度如下:電動(dòng)機(jī)在10 %～20 %以下無影響;儀表電壓畸變10 % ,電流畸變10 % ,誤差在1 %以下;電子開關(guān)超過10 %會(huì)產(chǎn)生誤動(dòng)作;計(jì)算機(jī)超過5 %會(huì)出錯(cuò)。鑒于以上情況,在工業(yè)現(xiàn)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(nèi)。
1. 切斷干擾傳播途徑
(1) 干擾的傳播常通過共用的接地線傳播。將動(dòng)力線的接地與控制線的接地分開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上,將控制裝置的接地端子接到該裝置盤的金屬外殼上。
(2) 信號(hào)線靠近有干擾源的導(dǎo)線時(shí),干擾會(huì)被誘導(dǎo)到信號(hào)線上,使信號(hào)受到干擾,布線分離對(duì)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(jì)算機(jī)電纜分開布線,分走不同的橋架。變頻器的控制線也最好與其主回路線路以垂直的方式布線。
2. 抑制高次諧波
(1) 在變頻器前側(cè)安裝線路電抗器,可抑制電源側(cè)過電壓,并降低變頻器產(chǎn)生的電流畸變,避免使主電源受到嚴(yán)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)生無法接受的電壓降損失。
(2) 在變頻器前加裝LC 無源濾波器,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(fù)載,靈活性小。
(3) 設(shè)置專用濾波器用來檢測(cè)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(dāng)設(shè)備的附近環(huán)境受到電磁干擾時(shí),應(yīng)裝設(shè)抗射頻干擾濾波器,可減少主電源的傳導(dǎo)發(fā)射,且要采取措施屏蔽電機(jī)電纜。
(5) 當(dāng)電機(jī)電纜長度大于50m或80m(非屏蔽) 時(shí),為了防止電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的瞬時(shí)過電壓,減少電機(jī)對(duì)地的泄漏電流和噪聲,保護(hù)電動(dòng)機(jī),在變頻器與電機(jī)之間安裝電抗器。
(6) 增加變頻器供電電源內(nèi)阻抗。通常電源設(shè)備的內(nèi)阻抗可以起到緩沖變頻器直流濾波電容的無功功率的作用,內(nèi)阻抗越大,諧波含量越小,這種內(nèi)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(yùn)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(yùn)行,使相位角互差30°,如Y- Δ、Δ- Δ組合的變壓器構(gòu)成12 脈波的效果,可減小低次諧波電流,很好的抑制諧波。
