通用变频器应用研究
2014-2-27 来源：数控机床市场网 作者：张德田 夏志华 李玉金
【摘要】异步电动机变频调速具有调速范围广、调速平滑性能好、机械特性较硬的优点，可以方便的实现恒转矩或恒功率调速，整个调速特性与直流电动机调压调速和弱磁调速十分相似，并可与直流调速相比美。 变频器是把固定电压、固定频率的交流电变换为可调电压、可调频率的交流电的变换器，是异步电动机变频调速的控制装置。 本篇介绍了变频器的分类及应用，同时阐述了在不同的应用场合，变频器选型的注意事项。
【关键词】变频调速；变频器选型；变频器分类
变频器的分类
1.1从变频器主电路的结构形式分类
从变频器主电路的结构形式上可分为交－直－交变频器和交－交变频器。交－直－交变频器首先通过整流电路将电网的交流电整流成直流电，再由逆变电路将直流电逆变为频率和幅值均可变的交流电。交－交变频器把一种频率的交流电直接变换为另一种频率的交流电，中间不经过直流环节，又称为周波变换器。常用的交－交变频器输出的每一相都是一个两组晶闸管整流装置反并联的可逆线路。交－交变频器不能高速运行，这是它的主要缺点。但由于没有中间环节，不需换流，提高了变频效率，并能实现四象限运行，因而多用于低速大功率系统中，如回转窑、轧钢机等。
1.2 从变频电源的性质分类
从变频电源的性质上看，可分为电压型变频器和电流型变频器。对于交－直－交变频器，电压型变频器与电流型变频器的主要区别在于中间直流环节采用什么样的滤波器。在电路中中间直流环节采用大电容滤波，直流电压波形比较平直，使施加于负载上的电压值基本上不受负载的影响，而基本保持恒定，类似于电压源，因而称之为电压型变频器。电流型变频器与电压型变频器在主电路结构上基本相似，所不同的是电流型变频器的中间直流环节采用大电感滤波，直流电流波形比较平直，使施加于负载上的电流值稳定不变，基本不受负载的影响，其特性类似于电流源，所以称之为电流型变频器。
2 变频器的的选型
变频器的正确选择对于控制系统的正常运行是非常关键的。选择变频器时必须要充分了解变频器所驱动的负载特性。人们在实践中常将生产机械分为三种类型：恒转矩负载、恒功率负载和风机、水泵负载，下面分别介绍不同负载的选择。
2.1 恒转矩负载
负载转矩 TL 与转速 n 无关，任何转速下 TL 总保持恒定或基本恒定。例如传送带、搅拌机，挤压机等摩擦类负载以及吊车、提升机等位能负载都属于恒转矩负载。对于大多数恒转矩负载，在转速精度，动态性能要求不高，静态机械特性要求较硬的通常选择具有无跳闸功能的 U/f 控制变频器（变型器）比较理想，这种变频器低速转矩大，静态机械特性硬度大，不怕负载冲击，具有挖土机特性。还应考虑选择具有无反馈矢量控制变频器，使电动机在变频后的大部分频段，具有真正的恒转矩特性，较好地满足负载的要求。
变频器拖动恒转矩性质的负载时，低速下的转矩要足够大，并且有足够的过载能力。 如果需要在低速下稳速运行，应该考虑标准异步电动机的散热能力，避免电动机的温升过高。
2.2 恒功率负载
机床主轴和轧机、造纸机、塑料薄膜生产线中的卷取机、开卷机等要求的转矩，大体与转速成反比，这就是所谓的恒功率负载。负载的恒功率性质应该是就一定的速度变化范围而言的。 这类负载要求精度高，动态性能好，响应快的生产机械（如造纸机械，轧钢机等），应采用高动态性能型矢量控制变频器，同时根据工艺要求是否采用速度传感器。
2.3 风机、泵类负载
在各种风机、水泵、油泵中，随叶轮的转动，空气或液体在一定的速度范围内所产生的阻力大致与速度 n 的 2 次方成正比。 随着转速的减小，转速按转速的 2 次方减小。这种负载所需的功率与速度的 3 次方成正比。当所需风量、流量减小时，利用变频器通过调速的方式来调节风量、流量，可以大幅度地节约电能。由于高速时所需功率随转速增长过快，与速度的三次方成正比，所以通常不应使风机、泵类负载超工频运行。对于风机、泵类等平方转矩负载,低速下负载转矩较小,过载能力,转速精度要求较低, 通常选型以普通功能型 U/f 控制变频器为主。
3 变频器应用几点注意事项用户可以根据自己的实际工艺要求和运用场合选择不同类型的变频器。 在选择变频器时因注意以下几点注意事项：
3．1 根据负载特性选择变频器，如负载为恒转矩负载需选择 siemensMMV／MDV 变频器，如负载为风机、泵类负载应选择 siemens ECO 变频器。
3．2 变频器若要长电缆运行时，此时应该采取措施抑制长电缆对地耦合电容的影响，避免变频器出力不够。所以变频器应放大一档选择或在变频器的输出端安装输出电抗器。
3．3 当变频器用于控制并联的几台电机时，一定要考虑变频器到电动机的电缆的长度总和在变频器的容许范围内。如果超过规定值，要放大一档或两档来选择变频器。 另外在此种情况下，变频器的控制方式只能为 V／F 控制方式，并且变频器无法保护电动机的过流、过载保护，此时需在每台电动机上加熔断器来实现保护。对于一些特殊的应用场合，如高环境温度、高开关频率、高海拔高度等，此时会引起变频器的降容，变频器需放大一档选择。
3．4 使用变频器控制高速电机时，由于高速电动机的电抗小，高次谐波亦增加输出电流值。因此，选择用于高速电动机的变频器时，应比普通电动机的变频器稍大一些。变频器用于变极电动机时，应充分注意选择变频器的容量，使其最大额定电流在变频器的额定输出电流以下。另外，在运行中进行极数转换时，应先停止电动机工作，否则会造成电动机空转，恶劣时会造成变频器损坏。
3．5 对于压缩机、振动机等转矩波动大的负载和油压泵等有峰值负载情况下，如果按照电动机的额定电流或功率值选择变频器的话，有可能发生因峰值电流使过电流保护动作现象。因此，应了解工频运行情况，选择比其最大电流更大的额定输出电流的变频器。变频器驱动潜水泵电动机时，因为潜水泵电动机的额定电流比通常电动机的额定电流大，所以选择变频器时，其额定电流要大于潜水泵电动机的额定电流。
4 总结
通用变频器的选择总的原则首先保证可靠地实现工艺要求。通用变频器的选型包括变频器的型式选择和容量选择,同时要考虑负载的特性、工艺要求和电动机的容量、转速、电流、电压、极数等等一些必要的参数。
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