一、變頻器的合理選用
變頻器的選用,應(yīng)按照被控對象的類型、調(diào)速范圍、靜態(tài)速度精度、啟動轉(zhuǎn)矩等來考慮,使之在滿足工藝和生產(chǎn)要求的同時,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,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,尤其適于多臺變頻器集中使用時選用,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、濕度的場合。
(3)密封型IP45 型。適于工業(yè)現(xiàn)場條件較差的環(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,η= 94%;當(dāng)β= 100%時,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) 電動機(jī)而言亦是可觀的。系統(tǒng)效率等于變頻器效率與電動機(jī)效率的乘積。從效率角度出發(fā),在選用變頻器功率時,要注意以下幾點。
(1)變頻器功率與電動機(jī)功率相當(dāng)時為最合適,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與電動機(jī)功率分級不相同時,則變頻器的功率要盡可能接近電動機(jī)
的功率,并且應(yīng)略大于電動機(jī)的功率。
(3)當(dāng)電動機(jī)屬頻繁啟動、制動工作或處于重載啟動且較頻繁時,可選取大一級的變頻器,以利于變頻器長期、安全地運(yùn)行。
(4)經(jīng)測試,電動機(jī)實際功率確實有富余,可以考慮選用功率小于電動機(jī)功率的變頻器,但要注意瞬時峰值電流是否會造成過電流保護(hù)動作。
(5) 當(dāng)變頻器與電動機(jī)功率不相同時,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,比較簡便的方法有三種。
(1) 電機(jī)實際功率確定法。首先測定電機(jī)的實際功率,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
計算出pb 后,按變頻器產(chǎn)品目錄選具體規(guī)格。
當(dāng)一臺變頻器用于多臺電機(jī)時,至少要考慮一臺電動機(jī)啟動電流的影響,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,實際上是一個變頻器與電機(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,但實際匹配中要考慮電機(jī)的實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,而實際需要的能力小,因此按電機(jī)的實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。對于輕負(fù)載類,變頻器電流一般應(yīng)按1. 1 In ( In 為電動機(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。應(yīng)特別注意與變頻器低電壓保護(hù)整定值相適應(yīng)(出廠時一般設(shè)定為0. 8～0. 9Un ) ,因為在實際使用中,電網(wǎng)電壓偏低的可能性較大。
(2) 主電源頻率波動和諧波干擾。這方面的干擾會增加變頻器系統(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,自身的功率消耗。在進(jìn)行系統(tǒng)主電源供電設(shè)計時,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、負(fù)載匹配、發(fā)熱等問題。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,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)備和檢測元件,嚴(yán)重時可能使這些設(shè)備誤動作。根據(jù)英國的ACE 報告,各種對象對高次諧波的敏感程度如下:電動機(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 %會產(chǎn)生誤動作;計算機(jī)超過5 %會出錯。鑒于以上情況,在工業(yè)現(xiàn)場中,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) 信號線靠近有干擾源的導(dǎo)線時,干擾會被誘導(dǎo)到信號線上,使信號受到干擾,布線分離對消除這種干擾行之有效。實際工程中需把高壓電纜、動力電纜、控制電纜常常與儀表電纜、計算機(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。
該方案價格便宜,但限制諧波的效率有限,且電抗太大時會產(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變頻器和相位,并產(chǎn)生一個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,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,為了防止電機(jī)啟動時的瞬時過電壓,減少電機(jī)對地的泄漏電流和噪聲,保護(hù)電動機(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,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。
