低壓變頻器在設(shè)計(jì)中注意的問題

遼寧省城鄉(xiāng)建設(shè)規(guī)劃設(shè)計(jì)院 王麗春 馮 鵬

低壓變頻器在設(shè)計(jì)中注意的問題

遼寧省城鄉(xiāng)建設(shè)規(guī)劃設(shè)計(jì)院 王麗春 馮 鵬

文章就低壓變頻器的選型、組件、接線等方面的設(shè)計(jì)提出了相關(guān)看法和意見。

變頻器；額定電壓；額定電流；額定頻率；接線

隨著現(xiàn)代工業(yè)進(jìn)程的發(fā)展，微機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)及調(diào)速控制理論的不斷發(fā)展，在交流電機(jī)無級調(diào)速需求下變頻技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源轉(zhuǎn)換為其它頻率的電能轉(zhuǎn)換裝置。生產(chǎn)生活中我們常用的變頻器主要采用交—直—交方式（VVVF變壓變頻），先通過整流器將三相或單相交流電源變換為直流電源。然后再把直流電源逆變轉(zhuǎn)換為頻率、電壓均可調(diào)節(jié)的三相或單相交流電源，并提供給電動(dòng)機(jī)。由于變頻器同時(shí)改變了電源的輸出頻率與電壓，也就是改變了工況運(yùn)行方式下電機(jī)運(yùn)行曲線上的n。

1 以供熱工程中循環(huán)水泵為例闡述一下變頻器選型

1.1 采用變頻目的

目前供熱工程中循環(huán)泵多采用變頻調(diào)節(jié)。在初寒、中寒、末寒等不同時(shí)期，熱用戶的需熱量是不同的，這就要求從源頭上可以調(diào)節(jié)不同時(shí)期的供熱量，變頻器可以在這時(shí)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)定流量或定壓力的運(yùn)行方式。另一方面，鍋爐房或換熱站初始建設(shè)時(shí)并未滿負(fù)荷運(yùn)行，這時(shí)期使用變頻器可有效達(dá)到節(jié)能目的。

1.2 變頻器的匹配問題

變頻器的額定電壓、額定電流、額定頻率要與所拖動(dòng)電機(jī)的參數(shù)相匹配。對于特殊負(fù)載電機(jī)，如深水泵等則需要考慮以電機(jī)最大電流確定變頻器電流和過載能力。而高速電機(jī)的電抗小，高次諧波增加導(dǎo)致輸出電流增大。所以拖動(dòng)高速電機(jī)的變頻器其容量要稍大于普通電機(jī)。

1.3 特殊場所變頻器選型

對于一些特殊的應(yīng)用場合，如高海拔地區(qū)，會(huì)導(dǎo)致設(shè)備散熱情況變差，因此每升高1000米，至少要降低5%的額定容量。或選型時(shí)，變頻器的選擇放大一擋。

2 變頻器與選件的組合

2.1 對話工具

變頻器的現(xiàn)場操作界面多選用多行液晶顯示屏人機(jī)接口，支持對參數(shù)組、參數(shù)說明、編程、故障診斷和啟動(dòng)的中文全文本顯示，最多可實(shí)現(xiàn)8行每行24個(gè)字符的屏幕顯示，能同時(shí)顯示電機(jī)電流、變頻器交流、直流母線電壓值、變頻器輸出頻率、電機(jī)運(yùn)行方向、變頻器的速度給定方式（如自動(dòng)/手動(dòng)方式）、變頻器當(dāng)前狀態(tài)、變頻器功耗等不少于7狀態(tài)參數(shù)。并能真實(shí)地顯示電機(jī)的電壓、電流、力矩電流、勵(lì)磁電流等。它也提供包括數(shù)字或模擬速度控制鍵、編程鍵、啟?？刂奇I和全數(shù)字鍵的各種組合的鍵盤選擇。可通用于變頻器，可以給出故障原因，而且給出故障發(fā)生時(shí)的變頻器狀態(tài)，以方便維護(hù)。遠(yuǎn)程圖形顯示終端與多點(diǎn)連接元件可連接至幾臺(tái)變頻器。并可同時(shí)存儲(chǔ)所有變頻器參數(shù)和通訊卡參數(shù)，并可下載到新的變頻器中。變頻器操作面板可以保存四套參數(shù)，便于復(fù)雜系統(tǒng)的使用。

2.2 通信總線與網(wǎng)絡(luò)

工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)多采用Modbus和CanOpen通訊協(xié)議，并可以擴(kuò)展支持多種網(wǎng)絡(luò)通訊能，且通訊選件均為內(nèi)置式。內(nèi)置通訊選件包括多種開放式通訊網(wǎng)絡(luò)適配卡。變頻器的通訊能力不受機(jī)架大小的限制，不會(huì)因?yàn)闄C(jī)架的減小而減少通訊接口。

2.3 電阻制動(dòng)單元

通過耗散制動(dòng)電阻器中的能量，電阻制動(dòng)可以使變頻器在制動(dòng)至靜止時(shí)或在“發(fā)電機(jī)”狀態(tài)運(yùn)行期間也能運(yùn)行。它能獲得最大瞬時(shí)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。制動(dòng)單元可內(nèi)置動(dòng)態(tài)制動(dòng)晶體管，也可外置制動(dòng)電阻器。

2.4 減小電磁干擾及諧波選件

內(nèi)置EMC濾波器，以滿足電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的要求，防止變頻器對系統(tǒng)的電磁干擾。為了防止變頻器對電網(wǎng)的諧波干擾，變頻器內(nèi)置直流電抗器。線路電抗器也可用于減小變頻器所產(chǎn)生的電流諧波，同時(shí)可改變對線路電源的過壓保護(hù)。在下列情況下應(yīng)使用線路電抗器：(1)多臺(tái)變頻器并聯(lián)緊密連接；(2)線路電源有來自于其他設(shè)備的明顯擾動(dòng)（干擾、過電壓）；(3)線路電源各相之間存在電壓不平衡，超過額定電壓的1.8%；(4)變頻器由阻抗非常低的線路供電；(5)在同一線路上安裝有大量變頻器。無源濾波器也可用于減小電流諧波，使總的諧波失真系數(shù)小于16%。由于在空載或低負(fù)載時(shí)無功功率會(huì)增加，為了消除此無功功率，可通過變頻器斷開濾波器的電容器，因此，必須由變頻器上的繼電器輸出之一來控制接觸器，以比變頻器額定電流小10%的值來進(jìn)行控制。

2.5 輸出濾波器

通常電機(jī)與變頻器之間的動(dòng)力電纜距離較長，變頻器應(yīng)配置線路電抗器以減小dv/dt的影響。正弦濾波器可在一下情況下選用：(1)線路長度超長（超過300米）時(shí)；(2)有機(jī)械限制不能使用屏蔽電纜時(shí)；(3)在變頻器與電機(jī)之間有中間變壓器；(4)電機(jī)并聯(lián)。

3 變頻器接線

電機(jī)電纜、制動(dòng)電阻器電纜以及控制信號(hào)發(fā)送電纜，應(yīng)使用兩端屏蔽層接地的屏蔽電纜。動(dòng)力線和信號(hào)線應(yīng)該分開布線；使用模擬量信號(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制變頻器時(shí)，為了減少模擬量受到來自變頻器和其它設(shè)備的干擾，模擬量信號(hào)線應(yīng)采用屏蔽控制電纜，并與強(qiáng)電主回路及控制回路分別布線。在控制柜內(nèi)也要保持這種接線規(guī)則。當(dāng)電機(jī)與變頻器之間的動(dòng)力電纜距離較長時(shí)，變頻器應(yīng)采取措施減小dv/dt的影響。變頻器的配置滿足對電機(jī)和電纜的供電控制保護(hù)要求。變頻器內(nèi)置有反射波校正軟件。電機(jī)在不配輸出電抗器的條件下，電纜長度可達(dá)到150米,電機(jī)安全運(yùn)行。為保證電機(jī)正常壽命及減少電纜對地充電電流，變頻器輸出側(cè)加電抗器，可滿足電纜長度達(dá)300米。

4 變頻器的運(yùn)行和電氣控制特性

變頻器的控制界面：通過變頻器的I/O進(jìn)行控制、通過遠(yuǎn)程圖形顯示終端控制、通過通信網(wǎng)絡(luò)控制。

變頻器的設(shè)定參數(shù)比較多，不同品牌的變頻器各自參數(shù)也有一定差別，每個(gè)參數(shù)均有一定的選擇范圍，需要根據(jù)使用環(huán)境和工藝要求進(jìn)行相關(guān)設(shè)置，因個(gè)別參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，很可能導(dǎo)致變頻器不能正常工作的現(xiàn)象。

模擬輸入：大多包括1個(gè)雙極性差分模擬輸入±10V和1個(gè)可使用軟件設(shè)置的電流或電壓模擬輸入，也可選用可選卡進(jìn)行其它輸入。

可設(shè)置的電壓與電流模擬輸出：模擬電壓輸出：0～10V，模擬電流輸出4～20ma，可通過編程設(shè)定。

可設(shè)置的繼電器輸出：1個(gè)繼電器邏輯輸出，有公共端點(diǎn)的一個(gè)N/C觸點(diǎn)和一個(gè)N/O觸點(diǎn)。一個(gè)繼電器邏輯輸出，一個(gè)N/O觸點(diǎn)。

[1]《ATV61變頻器》.

[2]《工業(yè)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)抗干擾技術(shù)規(guī)范》 CECS81:96.

[3]《儀表系統(tǒng)接地設(shè)計(jì)規(guī)定》 HG/T20513-2000.