變頻器調(diào)速裝置使用淺析

異步電動機是電力、化工等生產(chǎn)企業(yè)最主要的動力設備。作為高能耗設備，其輸出功率不能隨負荷按比例變化，大部分只能通過擋板或閥門的開度來調(diào)節(jié)，而電動機消耗的能量變化不大，從而造成很大的能量損耗。近年來，隨著變頻器生產(chǎn)技術(shù)的成熟以及變頻器應用范圍的日益廣泛，使用變頻器對電動機電源進行技術(shù)改造成為各企業(yè)節(jié)能降耗、提高效率的重要手段。

1　變頻調(diào)速原理

n＝60 f(1－s)/p (1)

式中　n———異步電動機的轉(zhuǎn)速；

f———異步電動機的頻率；

s———電動機轉(zhuǎn)差率；

p———電動機極對數(shù)。

由式(1)可知，轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動機的轉(zhuǎn)速，當頻率f在0～50Hz的范圍內(nèi)變化時，電動機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻調(diào)速就是通過改變電動機電源頻率實現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的。

變頻器主要采用交—直—交方式，先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制4個部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲能和緩沖無功功率。

2　諧波抑制

變頻器使用的突出問題就是諧波干擾，當變頻器工作時，輸出電流的諧波電流會對電源造成干擾。雖然各變頻器廠家對變頻器諧波的治理均采取了措施且基本達到國家標準要求，但諧波仍然是變頻器選型和使用中最需要關(guān)注的問題。變頻器的輸出電壓中含有除基波以外的其他諧波。較低次諧波通常對電機負載影響較大，引起轉(zhuǎn)矩脈動，而較高的諧波又使變頻器輸出電纜的漏電流增加，使電機出力不足，故變頻器輸出的高低次諧波都必須抑制。

由于變頻器的整流部分采用二極管不可控橋式整流電路，中間濾波部分采用大電容作為濾波器，所以整流器的輸入電流實際上是電容器的充電電流，呈較陡的脈沖波，其諧波分量較大。為了消除諧波，主要采用以下對策：

a.增加變頻器供電電源內(nèi)阻抗　

通常情況下，電源設備的內(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。這種內(nèi)阻抗就是變壓器的短路阻抗。當電源容量相對變頻器容量越小，內(nèi)阻抗值相對越大，諧波含量越?。浑娫慈萘肯鄬ψ冾l器容量越大，則內(nèi)阻抗值相對越小，諧波含量越大。所以選擇變頻器供電電源變壓器時，最好選擇短路阻抗大的變壓器。b.安裝電抗器　

安裝電抗器實際是從外部增加變頻器供電電源的內(nèi)阻抗。在變頻器的交流側(cè)或變頻器的直流側(cè)安裝電抗器或同時安裝，可抑制諧波電流。

c.變壓器多相運行　

通常變頻器的整流部分是6脈波整流器，所以產(chǎn)生的諧波較大。應用變壓器的多相運行，如使相位角互差30°的Y－△、△－△組合的2臺變壓器構(gòu)成相當于12脈波整流器，則可減小諧波電流，起到諧波抑制作用。

d.調(diào)節(jié)變頻器的載波比　

提高變頻器載波比，可有效抑制低次諧波。

e.應用濾波器　

濾波器可檢測變頻器諧波電流的幅值和相位，并產(chǎn)生與諧波電流幅值相同、相位相反的電流，從而有效地吸收和消除諧波電流。

3　負載的匹配

3.1　平方轉(zhuǎn)矩負載

風機類、泵類負載是工業(yè)現(xiàn)場應用最多的設備，變頻器在這類負載上的應用最多。它是一種平方轉(zhuǎn)矩負載。一般情況下，具有U/f＝const控制模式的變頻器基本都能滿足這類負載的要求，下面根據(jù)這類變頻器的主要特點介紹選型時需要注意的問題。

3.1.1　避免過載

風機和水泵一般不容易過載，選擇變頻器的容量時保證其稍大于或等于電動機的容量即可；同時選擇的變頻器的過載能力要求也較低，一般達到120％，1min即可。但在變頻器功能參數(shù)選擇和預置時應注意，由于負載的阻轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，當工作頻率高于電動機的額定頻率時，負載的阻轉(zhuǎn)矩會超過額定轉(zhuǎn)矩，使