淺談變頻器在實際應用中需注意的問題

靳明針

摘要：隨著電力行業的發展競爭的日趨白熱化，提高機組效率，節約廠用電顯的尤為重要，本文闡述了我廠在變頻器應用中存在的問題。

關鍵詞：變頻器；存在問題

中圖分類號： TN773 文獻標識碼： A

一、前言

變頻器作為一種高效的電動機電源驅動設Z備，自80年代起在我國得到廣泛應用。據初步調查，目前變頻器應用中有一部分運行狀況不理想。究其原因，主要是由于使用者對變頻器的性能及選型設計等存在某些誤區。

二、關于變頻器選型容量問題

在變頻器的選型設計時，應充分考慮到所應用場合使用工況條件的最惡劣情況，留有足夠的設計裕度和必要的保護措施。在選型時應對技術性能和經濟指標進行綜合考慮，以選擇相應的變頻器規格容量。如果選型不當造成變頻器容量偏小，對變頻器的效率和正常運行影響極大。

變頻器選型的容量應作如下考慮：

對連續運行時所需變頻器容量Po(kVA)必須滿足如下幾點：

(1)變頻器容量必須大于負載所要求的輸出

以上各式中：Io為變頻器電流；GD2為電機軸端換算；tA為加速時間，根據負載要求確定：k為電流波形補償系數(PWM控制方式時取1．05～1．10)；TL為負載轉矩；η為電動機效率(通常取0．85)；COSφ為電機功率因數(通常取0．75)；PM為負載所要求的電機軸輸出；IM為電機額定電流；UM為電機額定電壓；nM為電機額定轉速。

對于容量明顯偏小變頻器的解決措施，可采取增加變頻器容量，減小電機容量或負載等改造措施來適應變頻器的輸出功率。另外，用戶在提供實際工況原始參數時，要保證其準確性。

三、變頻器與電動機配套問題

變頻器在實際應用中，要考慮與電動機相匹配的問題，如低速時的冷卻問題，電動機的穩定性和頻繁起動問題。

對于調速范圍比較寬，特別是具有恒轉矩和恒功率調速兩個運行范圍的電動機，由于在低速時的電流和磁通基本保持不變的恒轉矩特性，使它散熱困難，因此不能采用自帶風扇冷卻。這種方式對高速和低速運行工況不利，低速時冷卻效果差，高速時電動機效率嚴重下降。通常情況下如果采用自帶風機冷卻或管道通風時，冷卻風量的選擇原則是每20kW的電動機損耗需要1m2／s的風量。除了盡可能減少各種損耗外，還要對空氣的流場和溫度進行認真地分析，減少溫度分布的不均勻系數，提高電動機線圈端部的傳熱性能，加強電動機機座本身的散熱能力。

由于電動機動態穩定性與系統的狀態有關，它在電源容量大的王頻電源系統中可以穩定運行，在采用變頻器供電時，系統運行則可能發生不穩定性。在用戶實際使用中，當一臺電動機專用一個變頻電源時，運行穩定。而多臺電動機共用一個變頻電源組合傳動時，就變得不穩定了。通過對這些現象的分析，發現有以下兩個原因：即電動機固有的低頻不穩定性和電動機與變頻器相互影響造成的不穩定性。在低頻時的這種不穩定性表現為持續地振蕩，也就是轉子轉速在同步轉速附近的擺動，另一方面，也可能超出變頻器的換向能力而使其保護動作，導致不能正常工作。電動機和變頻器之間相互影響造成的不穩定性，主要是由于電動機機械系統的慣性或變頻器直流環節中濾波電感及電容之間發生能量交換造成的。

由于變頻器電源可以在很低的頻率下起動電動機，對于一些大容量的調速系統，不僅可以頻繁起動，還可以頻繁正反轉，使交流電動機在四象限內運行。為了達到節能的效果，風機可以每天起動幾十次，泵類可以起動幾百次，對于可逆軋機的主傳動和輔助傳動電動機，則起動和正反轉的次數會更多。因此使電動機經常處于循環交變應力的作用下，對電動機的機械部分和絕緣會帶來疲勞和加速老化等問題。

目前國內外電動機生產廠商均有與變頻器配套的各種變頻電動機，用戶可采用配套的電動機，從而使調速系統性能更加完善，上述問題均是變頻器在實際應用中值得認真考慮的。

四、關于變頻器安裝的問題

由于變頻器屬于精密的功率電力電子產品，其現場安裝工藝的好壞也影響著變頻器的正常工作。成功的安裝經驗可以確保變頻器安全和無故障運行。變頻器對安裝環境要求較高。一般變頻器使用手冊規定溫度范圍為最低溫度-10℃，最高溫度不超過50℃；變頻器的安裝海拔高度應小于1000m，超過此規定應降容使用；變頻器不能安裝在經常發生振動的地方，對振動沖擊較大的場合，應采用橡膠等防振措施；不能安裝在電磁干擾源附近；不能安裝在有灰塵、腐蝕性氣體等空氣污染的環境；不能安裝在潮濕環境中，如潮濕管道下面，應盡量采用密封柜式結構，并且要確保變頻器通風暢通，確?？刂乒裼凶銐虻睦鋮s風量，其典型的損耗數一般按變頻器功率的3％來計算柜中允許的溫升值。

由于變頻器的運行環境可能存在著較高的電磁干擾(EMI)。因此，變頻器應該按要求可靠接地。安裝工藝要求如下：

(1)確?？刂乒裰械乃性O備接地良好，應該使用短、粗的接地線(最好采用扁平導體或金屬網，因其在高頻時阻抗較低)連接到公共地線上。按國家標準規定，其接地電阻應小于4歐姆。另外與變頻器相連的控制設備(如PLC或PID控制儀)要與其共地。

(2)安裝布線時將電源線和控制電纜分開，例如使用獨立的線槽等。如果控制電路連接線必須和電源電纜交叉，應成90°交叉布線 。

3) 使用屏蔽導線或雙絞線連接控制電路時，確保未屏蔽之處盡可能短，條件允許時應采用電纜套管。

(4) 確?？刂乒裰械慕佑|器有滅弧功能，交流接觸器采用R-C抑制器，也可采用壓敏電阻抑制器，如果接觸器是通過變頻器的繼電器控制的，這一點特別重要。

(5) 用屏蔽和鎧裝電纜作為電機接線時，要將屏蔽層雙端接地。

(6) 如果變頻器運行在對噪聲敏感的環境中，可以采用RFI濾波器減小來自變頻器的傳導和輻射干擾。為達到最優效果，濾波器與安裝金屬板之間應有良好的導電性。

五、 關于變頻器運行的問題

變頻器在出廠時，所有的功能碼都已經設定成出廠值，但是在變頻器系統運行時，應根據系統的工藝要求，對某些參數重新設定。如操作方式、最高頻率、基本頻率、額定電壓、加減速時間等。

許多用戶在使用變頻器時，尤其是初次使用，缺乏正確的變頻器操作步驟，從而導致運行故障的發生。例如變頻器的起動停止控制，應該嚴格按操作說明書要求進行，佳靈變頻器使用手冊要求用戶起動變頻器應該按面板按鈕“運行”鍵或用控制端子FWD-CM或REV-CM端子來控制，停機時應該按“停止”鍵，不能通過主電路的通斷電來控制電動機的運行及停機。

為了使變頻器和電動機能在最佳狀態下運行，必須對變頻器的運行頻率和功能碼進行設定。加減速時間的設定決定了調速系統的快速性。選擇較短的加速和減速時間會提高生產率，但是，如果選擇加速時間太短，系統可能無法起動或者過電流跳閘保護，如果減速時間太短，頻率下降太快，電動機會進入再生制動狀態，可能發生過壓跳閘保護， 因此應該合理選擇加速／減速時間。該時間的選擇與電動機所帶的負載大小和飛輪力矩GD2有關，一種是通過計算系統的飛輪力矩GD2來設定的，另一種是實驗的方法，在滿足工藝要求的時間內，以變頻器不發生跳閘保護為依據來設定。另外，當變頻器的加速／減速時間不能滿足系統的工藝要求時，應采用適當的制動電阻，確保系統正?？煽窟\行。國內外許多變頻器生產廠商都配有標準的選配件，以適應用戶在不同工況運行環境下的要求。

六、 結語

變頻器在應用中普遍存在的選型容量及安裝、運行等問題，會對變頻器的穩定高效運行產生不利影響，但上述問題不是變頻器理論或技術方面的難題，只要加以重視采取措施，將變頻器的選型、設計、安裝、運行、維護等各環節相互配合是完全可以解決的，從而提高變頻器的應用水平。

參考文獻：

[1]發電廠、變電站電氣設備.重慶大學出版社,2004.

[2]集控運行規程.神華國華準電,2013.

[3]300MW火電機組集控運行.中國電力出版社,2007.

[4]變頻器從原理到完全應用.人民郵電出版社,2009.