變頻器的選型和應(yīng)用

摘?要：變頻器利用的是半導(dǎo)體器件，實(shí)現(xiàn)電源的頻率可調(diào)。當(dāng)前交流變頻調(diào)速技術(shù)越來(lái)越成熟，正確選擇變頻系統(tǒng)中的變頻器不僅關(guān)系到系統(tǒng)速度的穩(wěn)定性，同時(shí)對(duì)電力系統(tǒng)的高效可靠來(lái)說(shuō)具有重要意義。本文首先對(duì)變頻器當(dāng)前存在的幾種控制方式進(jìn)行了梳理，研究了常見負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性，重點(diǎn)對(duì)變頻器的選型方法進(jìn)行了研究，并就其應(yīng)用過(guò)程中的注意事項(xiàng)進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：變頻器;選型;應(yīng)用

引言

得益于電力電子技術(shù)的發(fā)展，變頻調(diào)速傳動(dòng)技術(shù)得到了質(zhì)的飛躍。近年來(lái)，市面上的變頻器種類逐年增多，價(jià)格不斷降低，其應(yīng)用越來(lái)越平民化，小到低功率的家用電器，大到大型工業(yè)傳動(dòng)裝置。變頻器的推廣應(yīng)用優(yōu)勢(shì)明顯：節(jié)能、省力、自動(dòng)化程度高、舒適性好等等。在具體應(yīng)用中選擇合適的變頻器類型十分關(guān)鍵，科學(xué)合理的應(yīng)用變頻器才能充分發(fā)揮其應(yīng)用效果，本文對(duì)此展開論述。

1.變頻器控制方式

當(dāng)前的變頻器控制方式主要有以下幾種：①正弦脈寬調(diào)制控制方式。這種控制方式在低頻段的輸出電壓較小，定子電阻對(duì)變頻器有較大影響，從而會(huì)減小最大轉(zhuǎn)矩。其動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩能力較差。②電壓空間矢量控制方式。采用這種控制方式能夠一次性生成所需的調(diào)制波形，采用內(nèi)切正多邊形的方式去不斷接近圓。經(jīng)過(guò)不斷的實(shí)踐后，人們又將頻率補(bǔ)償引入到該控制方式中，能夠有效消除在速度控制上的誤差，定子電阻所造成的影響也得到了一定程度的降低，動(dòng)穩(wěn)定性良好。③磁場(chǎng)定向法控制。這種控制方式需要進(jìn)行多次的坐標(biāo)變換，最終將坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)下，模擬直流的控制方式對(duì)電機(jī)進(jìn)行合理控制。④直接轉(zhuǎn)矩控制。這種控制方法是在矢量控制的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它能夠有效解決后者的不足，無(wú)需進(jìn)行坐標(biāo)變換，可以直接在定子坐標(biāo)系下進(jìn)行研究，首先進(jìn)行電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型的建立，控制其磁鏈以及轉(zhuǎn)矩。⑤矩陣式交-交方式。這種控制方式可以省去中間直流環(huán)節(jié)，大大縮小了設(shè)備體積，實(shí)現(xiàn)高功率因數(shù)輸出，但該技術(shù)尚處于發(fā)展階段，還并不成熟[1]。

2.機(jī)械設(shè)備的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性

對(duì)機(jī)械設(shè)備的負(fù)載進(jìn)行歸納總結(jié)，依據(jù)轉(zhuǎn)矩的不同，大體上可以分為三種類型;分別是：恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、恒功率負(fù)載以及流體類負(fù)載[1]。第一種負(fù)載的轉(zhuǎn)矩幾乎是恒定不變的，它不會(huì)隨著轉(zhuǎn)速的改變而發(fā)生改變，當(dāng)負(fù)載速度增加時(shí)，其功率也會(huì)增加。變頻器拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)，如果要求較低的運(yùn)行速度，則輸出的轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)值較大;此時(shí)，需要有較強(qiáng)的過(guò)載能力。第二種負(fù)載的轉(zhuǎn)矩不是恒定不變的，而是隨著轉(zhuǎn)速的改變而改變，兩者呈現(xiàn)反比關(guān)系，功率基本上是恒定不變的;當(dāng)這種負(fù)載運(yùn)行于較低速度時(shí)，受限于其機(jī)械強(qiáng)度，轉(zhuǎn)矩不能增大到較大數(shù)值。在進(jìn)行傳動(dòng)方式的選擇時(shí)，要充分考慮負(fù)載所處的工作區(qū)域。第三種負(fù)載的轉(zhuǎn)矩也是變化的，并且與轉(zhuǎn)速的平方呈現(xiàn)正比例關(guān)系;通過(guò)變頻器的變化，這類負(fù)載的風(fēng)量以及流量等都可以得到相應(yīng)的改變，從而有利于生產(chǎn)的順利進(jìn)行，并且能夠起到節(jié)能的作用。

3.變頻器的選型

3.1?變頻器控制方式的選擇

在進(jìn)行變頻器的選型時(shí)，首先應(yīng)該正確選擇其控制方式，其控制方式大體上可以分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩種，其中，前者具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和性能可靠的優(yōu)點(diǎn);主要不足體現(xiàn)在調(diào)速精度較低，動(dòng)態(tài)反應(yīng)也較慢。后者則可以避免這些缺點(diǎn)，它可以依據(jù)流量、溫度和速度等指標(biāo)的變化情況實(shí)施動(dòng)態(tài)的控制，其動(dòng)態(tài)反應(yīng)較快，主要不足是有時(shí)候該控制方法效果不理想，成本較高。不同的用戶應(yīng)該依據(jù)自身的需要合理選擇控制方式。

3.2?變頻器的防護(hù)結(jié)構(gòu)的選擇

用戶在使用變頻器時(shí)要充分考慮到其使用環(huán)境，安裝位置周圍的溫度、濕度、空氣成分等都與變頻器的運(yùn)行息息相關(guān)，直接影響到變頻器是否能夠安全可靠運(yùn)行。如果環(huán)境條件不滿足要求，應(yīng)該采取一定的防護(hù)措施。以下為幾種常見的變頻器防護(hù)結(jié)構(gòu)：①開放型IP00。這種結(jié)構(gòu)能夠從正面保護(hù)人體無(wú)法碰觸到變頻器內(nèi)的帶電部位，這種防護(hù)結(jié)構(gòu)可以安裝在電控柜的內(nèi)部，電氣室的屏盤以及架上，適合于多臺(tái)變頻器集中使用，主要不足是對(duì)環(huán)境的要求較高;②封閉型?IP20、IP21。具有這種防護(hù)結(jié)構(gòu)的變頻器都會(huì)在四周安裝外罩，一般是采用壁掛式的安裝方式安裝在建筑物內(nèi)的墻上，在有少量粉塵的環(huán)境下可以采用這種防護(hù)結(jié)構(gòu)。③密封型?IP40及IP42[4]。這兩種防護(hù)結(jié)構(gòu)在工業(yè)環(huán)境較差的場(chǎng)合中使用較多。④密閉型IP54及IP55。這兩種防護(hù)結(jié)構(gòu)能夠防塵和防水，在有水淋和粉塵的場(chǎng)合使用較為適宜。

4.變頻器應(yīng)用中的注意事項(xiàng)

4.1?諧波問(wèn)題及其對(duì)策

變頻器的使用無(wú)疑會(huì)給電力系統(tǒng)帶來(lái)諧波，主要是由其內(nèi)部的整流、逆變等環(huán)節(jié)造成的。在輸出電壓中，不僅有基波，還包含有非工頻的諧波。當(dāng)系統(tǒng)中存在低次諧波時(shí)，電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩會(huì)出現(xiàn)脈動(dòng)現(xiàn)象;當(dāng)系統(tǒng)中存在高次諧波時(shí)，變頻器的漏電流會(huì)相應(yīng)的增加，從而導(dǎo)致電機(jī)出力的降低。為了有效消除系統(tǒng)中的諧波，在整流環(huán)節(jié)可以采用不可控橋式電路[2]，選擇電容量較大的電容。在供電電源的處理上，可以采取合理措施增加其內(nèi)阻抗;在系統(tǒng)中安裝電抗器;變壓器的運(yùn)行方式可以選擇多相運(yùn)行方式等等[3]。

4.2?發(fā)熱問(wèn)題及其對(duì)策

變頻器的內(nèi)部損耗會(huì)造成其機(jī)身發(fā)熱，主電路是主要的損耗來(lái)源，其次是控制電路。散熱對(duì)于變頻器而言十分重要。對(duì)此，可以采用以下措施：采用風(fēng)扇散熱，將環(huán)境溫度降低到合適讀數(shù)等。

5.結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)下，在工業(yè)生產(chǎn)中，變頻器的使用逐漸普及，進(jìn)行變頻器的正確選型尤為重要，科學(xué)合理的使用變頻器也十分關(guān)鍵，本文即對(duì)此進(jìn)行了相應(yīng)的探討。在工程現(xiàn)場(chǎng)，應(yīng)該結(jié)合具體的工藝要求以及周圍環(huán)境，權(quán)衡利弊，綜合考慮，合理選型。

參考文獻(xiàn)：

[1]滿永奎，韓安榮.《通用變頻器及其應(yīng)用（第三版）》，機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

[2]徐海，施利春.《變頻器原來(lái)及應(yīng)用》，清華大學(xué)出版社，2010.

[3]李華，劉繼梅，房磊，房暉.變頻器選型中注意負(fù)載匹配及諧波抑制問(wèn)題[J].山東冶金，2007（S1）.

[4]李治和.變頻器的工作原理和控制方式[J].煤炭技術(shù)，2009（8）.

作者簡(jiǎn)介：趙明男，（1982.10.1-）籍貫：遼寧省海城市，本科，東北大學(xué)、自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)就職于：沈陽(yáng)飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限公司、電氣設(shè)計(jì)方向。