变频器在电力拖动系统中的应用

变频器在电力拖动系统中的应用

万俊海,程文超

河南钒晟工程管理有限公司

摘要：我国在社会、经济、科技等领域取得了长足的发展，其中最显著的是社会信息化。同时，我国也在大力推进高科技产业的发展，以提升产业的效率和效益。在现代，高科技的发展和发展中，变频技术日趋成熟。以实际应用出发，介绍变频器在电力拖动中的应用，并从变频器的技术应用基础入手。根据不同的参数、条件、调速范围、起动转矩等提出如何计算选用合适的变频器，以及变频器外围器件的功能与选用，以及在实际应用中的注意事项。

关键词：电力拖动；断路器；输入接触器；交流电抗器；变频器

引言：在工业控制电力拖动自动化控制领域中，作为传动源的异步电动机担负着重要角色，随着工业自动化的不断创新，现代控制技术应用于电力拖动系统中，变频器传动技术带来了一场革命。变频器技术先进、设备功能齐全、宽调速范围及无级调速方式等特点。变频器技术被认为是最有效的节能方式之一，节能效果达到30%~70%。使用变频器不仅能达到科学用能，节能降耗的目的，节能效果显著。在工业控制中广泛应用在风机、水泵马达、空调等领域内，既提高设备效率，又满足了生产工艺要求，经济效益十分明显，其社会效益也是可观的。系统配置：变频器在工业电力拖动中，有断路器（或快速熔断器）、输入接触器、交流电抗器和变频器及被拖动的电动机等组成。

一、关于变频器的选型

一般情况下，变频器有两种型号，一种是G型，一种是P型，恒转矩的是G型，平方转矩的是P型。变频器型号的选择，必须由负载类型决定。通常情况下，机械、设备生产线等的负载指恒转矩（G型）负载;一般风机、水泵类负载指平方转矩（P型）负载。事实上，有些品牌变频器直接将水泵类负载划分成一个系列，只需区分型号和通用类型，方便用户直接按照负载类型选择变频器。市面上G/P型合一的变频器占多半，G型比P型要小一个功率段。比如，一台变频器上标明5.5G/7.5P，说明此台变频器既可以带动5.5kW的恒转矩负载，也可以带动7.5kW的平方转矩负载[1]。

二、输入接触器KM

输入接触器的作用有两个，一是给变频器接通电源;而是当变频器因故障而跳闸时，可使其线圈失电，其主触点使变频器迅速脱离电源。其选用原则，只要主触点的额定电流比变频器输入侧的额定电流大，即IKM≥IN。那么接触器主触点额定电流由以下经验公式计算：

式中：IKM为主触点额定电流，A;PN为变频器的额定功率，kW;UN为变频器的额定电压，V;K为常数，一般取1～1.4。但在实际选用时，接触器的主触点额定电流大于上述公式的计算。接触器的线圈是一个大电感器件，断电时会产生冲击电流，有可能使变频器内部继电器的触点击穿，则应在线圈两端加阻容吸收电路。

三、交流电抗器AC

交流电抗器作用是除了能改善功率因素外，还能抑制电源侧浪涌电流和电源电压不平衡对变频器的影响，并具有较好的抗干扰作用。交流电抗器可按以下两个依据选用，即交流电抗器的额定电流和电抗器的电感量[2]。

（一）交流电抗器额定电流

交流电抗器额定电流应不小于变频器输入额定电流的82%，即IAC≥0.82IN，式中：IAC为交流电抗器额定电流，A;IN为变频器的额定输入电流，A。

（二）交流电抗器电感量

接入交流电抗器后线路上一定会产生电压降，一般要求，交流电抗器的电压降应该在额定电压的95%～98%以内。则ΔUAC≤（2%～5%）UN，式中：ΔUAC为输入侧交流电抗器电压降，V;UN为变频器输入侧额定电压，V。但在工程上常用的简便计算公式為：

式中：LAC为输入侧交流电抗器的电感量，mH;IN为变频器输入侧额定电流，A。

四、变频器选用

由于运行方式不同时，变频器容量的计算公式和选择方法不同。选用变频器容量时，变频器额定电流（IN）是一个关键量。变频器的容量按异步电动机额定电流和运行过程中可能出现的最大工作电流来选用。此时，变频器应用时满足以下3个条件：;IN≥IM;式中：PN为b变频器额定容量，kVA;PM为异步电动机输出功率，kW;η为异步电动机效率（取0.85）;cosΦ为功率因数（取0.75）;IN为变频器输入额定电流，A;UM为异步电动机输入电压，V;IM为异步电动机输入电流，A;K为电流波形修正系数（PWM方式，取1.05～1.1）;变频器容量选用应本着变频器额定电流大于异步电动机额定电流的原则来选配，即IN≥IM·K1·K2/K3，式中：K1为最大负荷系数，为所需最大转矩与电动机额定转矩之比;K2为余量系数（K2=1.2）;K3为变频器过载能力系数，不同变频器的生产厂家，ABB取K3=1.5，西门子K3=1.36。

在工业控制中常见的连续不变的负载，有风机、水泵等，这类所谓连续不变负载，是指负载在连续运行的，在运行过程中，负载转矩的大小基本不变的，选用变频器的原则上，只需使变频器的“配用异步电动机容量”与异步电动机实际容量相等即可[3]

。

五、输出滤波器ZF

滤波器用于削弱变频器主电路中频率较高的谐波电流，滤波器应该尽量靠近变频器的接线端。实践证明，滤波器的抗干扰效果是比较好的。除此之外，变频器的输出端是不能直接与电容器相连接的。所以，输出滤波器在接线时，需要分清“变频器端”和“电动机端”，不能接错。

六、变频器实际应用中注意事项

①严格遵守接线规范（尤其正确采取接地措施），采用金属槽或屏蔽电缆，尽量缩短变频器与电动机之间的距离，一般应在25m以内，对超长的电机电缆加装输出滤波器等。②应注意断路器的保护功能与变频器的过载能力之间的配合，由于变频器具有150%IN，1min过载能力。③需考虑当变频器未接通电源是，有较大的充电电流，对于小容量变频器接通时因冲击电流而造成跳闸。把断路器重新合闸后，再接通电源时，就不会再跳闸。④变频器的输入电流内，含有大量的高次谐波成分，电流峰值有可能比基波分量的振幅值大很多，有可能使断路器或快速熔断器的误动作。⑤应根据负荷参数计算变频器的加速时间和减速时间来选择最短时间，以便在变频器启动时不发生过电流跳闸和变频器减速时不发生过电压跳闸的情况。⑥在变频器的功能参数选择和预置时，应根据负荷轴系的共振频率，通过设定跳跃频率点和宽度，避免系统发生共振现象[4]。

另外，还要注意：①注意检查一致性。确认变频器输入电源的电压等级和变频器电源的电压等级一致后，查看变频器的参数设置和负载电机的型号是否是一致。②注意变频器的安全性。在变频器电源旁边，必须配有对应的断路器和快速熔断器，其能在突发状况下保护变频器的正常运转，且变频器必须接地良好。③注意变频器供电的稳定性。变频器应用中，为确保变频器达到正常运转的目的，必须确保变频器供电的稳定性，既不能频频启动电机，也不能直接关闭电源开关，暴力关停正在高速运转的变频器。

结论：为增加变频器的使用寿命，推进变频器在各个领域的进一步运用和发展，为未来的安全生产奠定技术基础，必须正确运用变频器，正确选择变频器以及外围器件对于传动控制系统能够正常运行是非常关键的。变频调速系统所具有的调速性能特点，是其它调速方法无法比拟的，是异步电动机最有发展前途的一种调速方法。因此变频器在工业电力拖动中的应用也会越来越广泛的。

参考文献：

［1］孙秀岩.变频器在电力系统工程应用中的干扰及解决方法［J］.科学技术创新，2017（3）：35-38.

［2］朱超伦.变频器的应用维护及故障处理［J］.黑龙江科学，2017（2）：15-17.

［3］王向义.基于西门子PLC和变频器在叶轮放焦机上的应用［J］.当代化工研究，2017（11）：16-17.

［4］何志清.高压变频器工作产生高次谐波的治理［J］.能源与环保，2017（8）：19-12.