變頻器在電機啟動與調速中的應用分析楊柏內容：變頻器的容量選擇也不是一個簡單問題，不能僅僅以電動機的容量為準。特別是對變頻器產生的高次諧波的干擾問題以及對現場的危害要引起重視，對變頻器產生的不可避免的電路干擾，盡管難以消除，采用適當的裝置也是可以抑制的。

　　隨著現代大功率電子技術的發展，交流電機調速用的變頻器的性能日新月異，調速范圍寬、調速精度高、動態響應快、功率因數高、操作方便且便于同其他設備接口等一系列優點，使變頻器的應用越來越廣泛。

　　但是，由于變頻技術發展快，知識含量高、技術復雜，如何用好變頻器，僅靠知道簡單的安裝接線，而不了解變頻器的原理及其應用技巧，將很難用好變頻器。

　　現在，很多大型機械的驅動用到了變頻器，變頻器的使用及維護己經顯得越來越重要了。

　　一、變頻器的工作原理變頻器主要由主電路和控制電路組成。主電路包括整流電路（工頻電源的交流電變換成直流電且對直流電進行平滑濾波）和逆變電路（直流電變換成各種頻率的交流電）兩部分。控制電路完成對主電路的控制。

　　逆變器的工作原理有以下幾個要點：逆變器是變直流為交流的；逆變電路是整流電路的反版，正好相反；通過改變晶體管的導通時間來改變出口頻率；逆變器是通過改變晶體管的導通順序來改變電機的旋轉方向的。逆變器的容量受晶體管的容量所限制，這也是變頻技術的難點。

　　變頻器控制系統的理解比較復雜，因為變頻器的控制方式不同，導致輸出的性能也不一樣。

　　V/F控制常規的變頻控制方式，電壓與頻率的比率保持不便；簡單磁通矢量控制是通過把變頻器的輸出電流進行矢量計算劃分為勵磁電流和扭矩成分電流，然后調節電壓使產生的電機電流與負載扭矩匹配，從而改變扭矩特性；磁通矢量控制是通過矢量計算把變頻器的輸出電流劃分為勵磁電流和扭矩成分電流，然后調節電壓使產生的電機電流與負載扭矩匹配，從而改變扭矩特性及調速精度；矢量控制是由編碼器進行速度檢測，且由數學運算來確定電機的轉速差，從而確定電機的負載的。

　　在變頻器的控制電路中，另一個突出的功能是它的保護功能，這一點對現場使用維護很重要。

　　變頻器具有多種保護功能，主要的保護類型有：變頻器的保護過電流保護、過電壓、輸出短路、輸出接地故障、瞬間失電故障、欠壓保護、主電路元器件過熱故障、制動元件故障、過載；電機的過熱保護過載保護、外部熱繼電器動作；以及其他保護連接錯誤、存儲器故障、重試次數過多、CPU出錯等。

　　報警功能包括：錯誤操作狀態報警、保護功能預報警等電機直接工頻電源啟動時，電機的啟動電流一般為額定電流的6?7倍，且電機的加速啟動時間由負載特性決定如果變頻器驅動電機與工頻電源啟動相似，進行直接啟動，而變頻器的容量與電機相同，由于變頻器的啟動電流過大而使其出現故障。因此，變頻器驅動電機必須在低頻率狀態啟動，啟動電流控制在額定電流的1.5倍左右理工研究與實踐當變頻器接受啟動信號時，將輸出啟動頻率而使電機產生啟動扭矩。當變頻器在啟動頻率情況下，電機的啟動扭矩大于負載的啟動扭矩時，電機開始轉動。變頻器的輸出頻率將逐步地增加，電機的轉速也將增加直至穩定。變頻器的啟動、加速過程完成。

　　斷開變頻器啟動信號或設定比輸出頻率低的頻率設定值，變頻器的輸出頻率根據設定的減速時間逐漸地減少。減速時，電機的速度要比與變頻器輸出頻率等效的同頻速度高，電機會像發電機一樣把能量返回變頻器，這個過程叫再生。通常電機工頻供電時，當斷開交流接觸器后，電機靠負載扭矩的制動力滑動到停止；變頻驅動時，斷開啟動信號不會立即使電機滑動停止，而按設定的減速時間減速到停止。

　　其中，要注意，如果減速時間設定太小，容易激活再生過電壓保護或過電流保護功能。

　　這兩個概念也是作為常識來理解的。變頻器是電源變流器，包含整流器電路和逆變器電路，這些電路都是消耗能量的電路。比較終有一個推算效率公式：總效率=變頻器效率x驅動電機效率變頻器損耗與電機損耗由于高次諧波的影響，總損耗要比工頻驅動時大。變頻器的功率因數不能用電壓與電流的簡單比率來確定，主要是由于高次諧波的影響。研宄功率因數主要是針對電流的畸變而言的，改善功率因數就可以改善電流波形，同時抑制了高次諧波，減少了干擾。

　　二、三相異步電動機啟動與調速隨著電動機的廣泛應用，電機的啟動和調速越來越顯得重要。電動機的啟動過程的大電流和大沖擊歷來是個不安全因素，設計人員根據電機原理給出了一系列的軟啟動方法，比如降壓啟動、Y?△啟動、串電阻啟動等，比較終選擇了變頻啟動。電動機調速也一樣，也經歷了一個從調壓調速、變極調速、電磁轉差離合調速等傳統方法到變頻調速的過程。

　　電機轉速不僅取決于負載扭矩，而且取決于電機的級數和供電頻率，F=PN/60，N為同步速度；帶有負載的電機轉速比電機的同步速低，轉差率表示差別程度；電機輸出扭矩不是固定不變的，是跟隨著負載扭矩變化的，電機轉速也是隨負載變化而變化；電機電流也是隨負載變化而變化的，空載電流一般為額定電流的50%，低轉速時電流較大；電機的額定扭矩不是電機的輸出扭矩，而是電機在額定轉速、連續運轉時所允許的負載扭矩；2.變頻啟動電機的情況變頻啟動電機時為了減小啟動電流，采用了低頻啟動，同時啟動扭矩也減小，這就是平緩啟動。

　　變頻器啟動要注意以下幾個概念：由于變頻器輸出加到電機上的電壓的波形，不是正弦波，而是畸波，所以，在額定扭矩下的電機電流比工頻是多出10%左右，同時電機溫度有提高；變頻器輸出的電壓要隨電機的轉速的變化而變化。因為通過變頻進行電機調速，如電壓不變，電機的磁通就會增加（磁飽和）電機的電流就要增大，電機過熱，有可能燒毀。

　　所以為保持磁通為一常數，電壓要隨頻率的變化而變化；變頻器不能輸出高于供電電源的輸出電壓，所以在高頻時，輸出電壓是恒定的；引入標準電機的概念，也就是常說的變頻電機，是專為變頻器設計的，標準電機按理論可以在120HZ下運行三、電動機與變頻器的匹配首先，什么是變頻器的容量，可以從以下幾方面來理解：在電動機提速或恒速時，變頻器的效能是輸出電流，也就是變頻器能夠給電機提供多少電流。變頻器這種輸出電流的效能可以由它的額定輸出電流或過載能力來表示；在電動機減速運行時，由于變頻器的減速操作使其驅動的電動機變成了發電機，能量的流動是從電動機流向變頻器，同變頻器提速和恒速運行時相反。變頻器這時的作用是要消耗這些能量。減速時電動機負載返回的部分能量由電動機消耗，而其余部分則由變頻器來消耗。

　　另外，由于電動機及電動機負載返回的能量會使變頻器的端電壓升高，當電壓升高到一特定值時，就會又產生再生能量消耗或直接返回到供電電源側。

　　選擇變頻器容量時要注意：首先，變頻器的容量應該與其驅動的電動機的容量相匹配，另外，變頻器的選擇要依據電動機的負載特性、運行方式等情況來決定。

　　然后，再具體的分析就是根據機械側要求的電機轉速、加速扭矩、減速扭矩、電機扭矩等，以及電機電流、電機的冷卻系數等檢驗項目來確定。其中，重點要適合啟動時比較大扭矩的要求，電動機啟動點要滿足電動機輸出扭矩大于負載扭矩；加速過程的扭矩的要求，電動機的輸出扭矩必須小于電動機加或減速時的所需負載扭矩；減速過程的再生制動的要求（散熱）電機的溫升的要求，電機絕緣的等級等，變頻器的再生制動扭矩由減速時的電動機損耗和變頻器損耗來確定。這里，在變頻器的具體選擇中要注意以下幾點：為了增加變頻器的加速能力和啟動扭矩，可以在變頻器的參數中加大它的扭矩提升值或增加變頻器的容量；為了增加變頻器的再生制動扭矩，以改善變頻器的減速性能，可以采用增加變頻器的容量。

　　變頻器的高次諧波的干擾問題一直是其質量品質的一個重要指標。因為在像電廠這樣技術密集的生產現場，各種計算機控制的系統比比皆是，通訊、影象等等，都不能受到高頻的干擾，所以，干擾問題是變頻器唯一的缺憾。

　　高次諧波定義為基頻（通常為電源頻率）倍數的頻率，單個基波與幾個高次諧波組合一起就產生了畸變波，簡稱畸波。變頻器中的整流器、AC電源校正器等是高次諧波源電源分配系統有了高次諧波問題時，諧波電源不是普通的工頻電源，而是一個諧波源。電源諧波不僅是由變頻器獨有的，而是大多數電子設備共有的問題，是個社會問題，我們必須正視這個現實。

　　從以上變頻器的工作原理分析來看，只要變頻就不能避免高頻諧波，也就肯定產生干擾，關鍵是如何進行抑制。

　　變頻器生產廠商都在變頻器中加裝了自己的抑制裝置，概括起來有這么幾種：應用高功率因數變頻器，靠自身完成諧波的衰減；在變頻器電源側加裝AC電抗器，增加阻抗，以抑制諧波；（）在變頻器DC電路中安裝DC電抗器，增加阻抗，以抑制諧波；以上是變頻器自身的抑制，可是對于安裝完后己有明顯干擾現象的現場，除了更換外，還應采取一定的補救措施。

　　高次諧波的對外干擾主要有兩個方面：一是空間電波干擾；二是電路內的高次諧波的干擾。

　　對于空間電波干擾，這個好處理，簡而言之就是外加屏蔽。難以處理的是電路內的諧波干擾。實際上前面給出的抑制措施就是針對這一干擾的。

　　對于電路內的諧波干擾，只能進行衰減處理。這個過程的關鍵是諧波的測量與計算。因為現場條件有限，諧波又只能是逐級衰減的，所以，在現場可以進行電抗器試驗，檢出適合的電抗器進行安裝濾波。當然這是比較原始的處理方法，比較好是把不合格的變頻器進行更換?，F在，各變頻器制造廠在產品出廠時都進行干擾測試，而且國際上有一個變頻器等電子設備的高頻干擾合格標準，這都便于使用者選擇。

　　五、變頻器的安裝、使用及維護變頻器的運行可靠性很大程度取決于溫度，而變頻器的溫度升高往往是由于安裝位置或安裝方式不合適造成的，具體涉及以下幾個方面：變頻器附近有熱源；變頻器通風路徑狹窄；變頻器安裝方向不對；變頻器的冷卻風扇出現故障；變頻器上方的空間過小等。

　　周圍溫度升高10*C，變頻器的壽命減半；溫度降低10C，變頻器壽命增倍，這一規律稱為Arrhieniusdinglv定律。

　　變頻器的安裝環境要求：*c；周圍濕度在90 %以下；安裝地點遠離腐蝕氣體、爆炸氣體、易燃氣體、灰塵、污垢及油霧；允許三相AC電壓波動范圍為170 *5%；以及對海拔、振動等的要求。對于環境的變化，我們可以采取如下具體的防止措施：當溫度過高時，采用強迫通風冷卻；安裝空調；躲開光照或熱輻射。當溫度過低時，采用在配電柜內安裝加熱器或不要關閉變頻器的方法。當濕度過大時，采用電加熱的方法去潮或不要關閉變頻器。

　　為了有效地使用變頻器，與變頻器配套的電氣元件的選用也很重要。其中，主要外配元件有：上級空氣開關、漏電斷路器、輸入側電磁接觸器浪涌抑制濾波器、輸出側的電磁接觸器、熱繼電器、功率因數改善電抗器等。這些元件的選配適當與否直接關系到變頻器的使用性能。根據電氣設計規程及變頻器和安裝回路的要求來選配這些元件，適當考慮參數的裕度。

　　變頻器是以半導體元件為中心而構成的靜止機器，為了及早防止由于溫度、濕度、塵埃、振動等使用環境的影響和使用零件的老化而發生故障，必須對其進行定期檢查維護。

　　這里首先要注意的一點是變頻器停電后，里面的電容器仍然處于高壓充電狀態。所以，在進行檢查時，一定注意對其主回路端子放電，用萬用表測定為安全電壓后再開始。

　　變頻器運行中可以就以下幾方面進行檢查：電動機的調速是否達到變頻器的設計指標；冷卻系統是否正常；是否存在異常的振動、異常的聲音；是否出現異常的過熱、變色；變頻器的輸入輸出電壓是否正常等。

　　對變頻器的定期檢查常規項目如下：冷卻系統的清理；元器件的緊固檢查；導體絕緣件的老化情況；絕緣電阻的測試；冷卻風機、平滑電容器、及繼電器的檢查和更換。

　　另外，定期檢查時對變頻器的測試工作一定要使用規定的儀器儀表，否則測試不準。如果變頻器能滿足電動機啟動與調速要求，這項工作一般不需進行。