淺談三菱變頻器在機電設(shè)備中的應(yīng)用

【摘 要】隨著三菱變頻器功能的不斷發(fā)展與不斷完善，其節(jié)能高效、啟動平穩(wěn)、保護功能完善的優(yōu)點使之在企業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。三菱變頻器的應(yīng)用不僅使企業(yè)節(jié)約了生產(chǎn)成本，降低了能耗，而且生產(chǎn)安全也有了更有力的保障。目前，三菱變頻器因為三菱產(chǎn)品強大的品牌影響，廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)，其市場行情已不可小覷，有著很大的發(fā)展空間。本文以三菱變頻器為研究對象，分析了其原理和特點以及應(yīng)用，并指出了其發(fā)展前景。

【關(guān)鍵詞】三菱變頻器 機電設(shè)備 應(yīng)用

【中圖分類號】G712 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-4810（2015）25-0132-03

隨著工業(yè)現(xiàn)代化的快速發(fā)展，變頻器在工業(yè)領(lǐng)域中的作用越來越不可忽視，而三菱變頻器由于質(zhì)量可靠，再加上三菱產(chǎn)品強大的品牌效應(yīng)，有著相當(dāng)廣闊的市場，目前已廣泛應(yīng)用于包括機電設(shè)備行業(yè)在內(nèi)的各個領(lǐng)域。

一 三菱變頻器的原理和特點

1.三菱變頻器的工作原理

和普通變頻器一樣，三菱變頻器是利用電力電子器件的開關(guān)特性改變和控制交流電源頻率的一種電能裝置。三菱變頻器的變頻原理主要采用交—直—交間接變頻方式，即工頻電源的交流電通過三相橋式不控整流器整流，得到的直流電經(jīng)電感濾波，然后由IGBT三相橋式逆變器轉(zhuǎn)換成可調(diào)頻率的交流電，供電動機使用。三菱變頻器一般分為主電路和控制電路兩大部分。

主電路由整流器、濾波器、逆變器組成，其作用是通過控制開關(guān)器件的通斷把固定頻率交流電轉(zhuǎn)換成可調(diào)頻調(diào)壓的交流電源給異步電機供電。三菱變頻器中的整流器屬于二極管構(gòu)成的三相橋式不可控整流器，功能是把交流電轉(zhuǎn)換為直流電，而濾波器一般由電感和電容組成，主要是用來濾波和儲能，該環(huán)節(jié)裝有緩沖電路，起緩沖作用，逆變器則是IGBT三相橋式逆變器，利用正弦脈寬調(diào)制法輸出PWM波。

控制電路的作用是給主電路提供控制信號，由多種電路構(gòu)成，主要包括F/U運算電路，主電路U/I檢測電路，電動機速度檢測電路、驅(qū)動電路以及保護電路幾種。

2.三菱變頻器的特點

三菱變頻器的調(diào)速性能十分強大，有很大的發(fā)展前景。其主要特點有：

第一，節(jié)能效果好。三菱變頻器的節(jié)能效果可以高達55%。它主要依靠降低頻率實現(xiàn)節(jié)省電能。

第二，具有高效率、寬范圍和高精度的無級調(diào)速性能。三菱變頻器的調(diào)速比高達20比1。電機的轉(zhuǎn)速都是一定的，其轉(zhuǎn)速得靠調(diào)速裝置改變，而三菱變頻器可以實現(xiàn)較寬范圍的調(diào)速，且采用無級調(diào)速，變速很平穩(wěn)。

第三，啟動和制動性能較好。啟動及制動過程平穩(wěn)而且基本沒有沖擊和振動，不僅可以使電機平穩(wěn)啟動和快速制動，而且還可以實現(xiàn)平穩(wěn)變速。

第四，三菱變頻器擁有多種模擬信號的I/O接口，可與數(shù)控系統(tǒng)的控制信號匹配，構(gòu)成自動控制系統(tǒng)，通過預(yù)編程實現(xiàn)多種操作。

第五，擁有比較完善的保護功能，如過壓、欠壓保護，過載、過流保護，短路保護，失速保護等。

二 三菱變頻器在機電設(shè)備中的應(yīng)用實例

三菱變頻器的應(yīng)用范圍十分廣泛，可以用于空調(diào)類負載、破碎機類負載、軋機類負載等等。下面就以三菱變頻器在中央空調(diào)系統(tǒng)中的節(jié)能應(yīng)用為例來說明三菱變頻器在機電行業(yè)的應(yīng)用。

中央空調(diào)系統(tǒng)的工作原理如圖1所示：

1.三菱變頻器FR-E540在冷凍水循環(huán)系統(tǒng)中的應(yīng)用

圖2 三菱變頻器FR-E540應(yīng)用于冷凍水循環(huán)系統(tǒng)

如圖2所示，在冷凍水循環(huán)系統(tǒng)中，主機內(nèi)的蒸發(fā)器設(shè)定值決定了出水溫度，而其吸收的熱量則決定了回水溫度，蒸發(fā)器的出/回水管路上的感溫探頭將測得的溫度傳給溫度傳感器，溫度傳感器感知該溫差，并把該溫差信號轉(zhuǎn)換為電流信號反饋給變頻器的4、5兩個端口，從而控制變頻器輸出頻率，變頻器輸出頻率改變控制水泵電動機的轉(zhuǎn)速。三菱變頻器內(nèi)部設(shè)有現(xiàn)成的PID功能，PID與溫度傳感器一起構(gòu)成閉環(huán)自動控制系統(tǒng)，一旦溫差偏離給定值，水泵將自動加速，調(diào)節(jié)溫差使之變??；反之則減速。該方法由三菱變頻器FR-E540根據(jù)溫差自動調(diào)速，比起用閥門調(diào)節(jié)流量的方法，節(jié)能效果明顯提高了很多。

2.三菱變頻器FR-E540冷卻水循環(huán)系統(tǒng)中的應(yīng)用

如圖3所示，發(fā)散冷卻水中的熱量是冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的主要任務(wù)與功能，因此，與冷凍水循環(huán)系統(tǒng)的原理相似，仍然可以利用溫度傳感器與PID功能一起組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。

與冷凍水循環(huán)系統(tǒng)相似，冷凝器出水管和回水管路上的感溫探頭將溫度傳給溫度傳感器，溫差信號經(jīng)由溫度傳感器轉(zhuǎn)換為電流信號并反饋到變頻器的4、5兩個端口，對變頻器的輸出頻率加以控制，從而實現(xiàn)對水泵轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。溫度傳感器與變頻器內(nèi)置的PID功能一起構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，溫差加大時，通過自動調(diào)節(jié)加快水泵轉(zhuǎn)速，增大冷卻水的循環(huán)速度；反之則減慢其轉(zhuǎn)速。三菱變頻器根據(jù)溫差自動調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，可以明顯提高節(jié)能效果。

3.三菱變頻器在送風(fēng)機中的應(yīng)用

第一，調(diào)節(jié)風(fēng)量。在中央空調(diào)系統(tǒng)中，風(fēng)機把和熱交換器充分接觸的清潔空氣送入室內(nèi)，從而調(diào)節(jié)室溫。當(dāng)媒介的溫度保持不變時，帶入室內(nèi)的制冷量通過改變送風(fēng)量的多少來調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)調(diào)溫功能。比起傳統(tǒng)的擋板調(diào)節(jié)方法，使用三菱變頻器無級變速來改變送風(fēng)量的大小不僅節(jié)能，而且降低噪音，大大提高環(huán)境舒適度。

第二，控制方式的選擇。手動調(diào)節(jié)方式，如圖4。閉合開關(guān)SB，變頻器將控制電動機使風(fēng)機運轉(zhuǎn)，圖中WR為手動電位器，經(jīng)調(diào)節(jié)可以控制變頻器的輸出頻率，從而控制風(fēng)機電動機的轉(zhuǎn)速。利用變頻器的無級調(diào)速特點可以根據(jù)用戶需要隨時隨意調(diào)節(jié)送風(fēng)量，實現(xiàn)隨意調(diào)溫。

自動恒溫運行方式，具體如圖5所示。

FR-E540內(nèi)部的PID軟件可以實現(xiàn)自動調(diào)速，從而實現(xiàn)恒溫運行。圖中的電位器WR用來設(shè)定溫度，VPF/IPF端測量到的溫度值傳到變頻器后與給定值做比較，比較結(jié)果送入PID模塊運算，通過調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率調(diào)節(jié)送風(fēng)量，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的自動恒溫運行。

三 中央空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用三菱變頻器變頻后的性能

在中央空調(diào)系統(tǒng)中使用三菱變頻器后，中央空調(diào)系統(tǒng)實現(xiàn)了恒溫運行，由于電動機的輸出功率與熱負載變化密切相關(guān)，所以在滿足用戶需要的前提下，可以實現(xiàn)最大程度的節(jié)能。在水泵和風(fēng)機的應(yīng)用過程中，溫度傳感器和變頻器的PID軟件模塊相結(jié)合，實現(xiàn)恒溫差閉環(huán)控制模式，不僅提高了中央空調(diào)系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性、安全可靠性，而且還實現(xiàn)了高度的自動化調(diào)節(jié)，提高了空調(diào)的制冷質(zhì)量和效果，節(jié)能效果大大提升。

四 三菱變頻器的發(fā)展趨勢

隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的提出，節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品在中國越來越受到關(guān)注，三菱變頻器作為通過調(diào)壓調(diào)頻來異步電機的裝置，對于節(jié)能有其獨特的優(yōu)勢，因此發(fā)展前景十分可觀。其發(fā)展趨勢大概有以下幾點：

第一，高性能化。要求變頻器能夠提供矢量控制方式，并可以實現(xiàn)大量的、層次各異的控制結(jié)構(gòu)及算法，提供低成本、高性能的解決方案，適應(yīng)各種各樣的市場需求。

第二，易用性。易用性十分重要，在結(jié)構(gòu)上應(yīng)充分考慮現(xiàn)場實際安裝的情況與需求，在軟件上則應(yīng)簡化調(diào)試過程，提高易用性。

第三，功率機構(gòu)模塊化。模塊化的功率結(jié)構(gòu)設(shè)計可以為不同系列、不同功率段的產(chǎn)品提供一致性和通用性，提高產(chǎn)品可靠性，方便工廠的各項管理操作，節(jié)約成本。

第四，智能化。通過通訊來與智能化外設(shè)相連以及提供客戶化的驅(qū)動編程功能來提高變頻器的智能化程度，滿足不同用戶的各種需求。

第五，高功率密度。體積小，高功率密度隨著新功率器件以及熱設(shè)計技術(shù)的進步也已成為三菱變頻器的發(fā)展方向之一。

第六，減小EMI/RFI諧波影響。減小EMI/RFI諧波的影響在變頻器中十分重要，因此也將會是三菱變頻器發(fā)展趨勢之一

五 三菱變頻器應(yīng)用過程中的注意事項

在三菱變頻器的使用過程中時，應(yīng)注意以下幾個基本注意事項：

第一，與腐蝕性氣體隔離。如果使用環(huán)境空氣中的腐蝕性氣體濃度很高，那么應(yīng)把控制箱做成封閉式結(jié)構(gòu)，且要能夠換氣。否則非但元器件的引線、印刷電路板等會被腐蝕，塑料器件也會加速老化，嚴(yán)重影響絕緣度。

第二，應(yīng)避免遭受振動和沖擊，否則會出現(xiàn)電氣接觸不良現(xiàn)象。

第三，防止輸入端過電壓情況出現(xiàn)。如果輸入端長時間處于過電壓狀態(tài)，變頻器自身過電壓保護能力無法調(diào)節(jié)，那么變頻器輸入端將會被損壞。因此，要防止輸入端過電壓。

第四，接地的正確性。系統(tǒng)的靈敏度、抑制噪聲能力與接地問題密切相關(guān)，接地端的接地電阻越小，系統(tǒng)越靈敏，噪聲越小。而且變頻器與動力設(shè)備不能共地，也就是說二者的接地點必須隔離開來。信號輸入線的屏蔽層一端與變頻器接地端相連，而另一端不允許接地，否則會發(fā)生信號波動以及系統(tǒng)震蕩。

第五，做好避雷工作。在實際工業(yè)應(yīng)用中，尤其當(dāng)電源線為架空引入時，變頻器的雷電吸收網(wǎng)絡(luò)功能顯然不足以防雷。在多雷電地區(qū)，在架空進線處安裝變頻專用避雷器，或者在離變頻器20m遠的地方預(yù)埋鋼管做專用接地保護，都可以實現(xiàn)有效防雷。而當(dāng)電源線是電纜引入時，雷電很容易竄入室內(nèi)，因此，做好控制室的防雷系統(tǒng)顯得尤為重要。

第六，諧波治理與無功功率補償應(yīng)同時進行。在使用變頻器多的地方，如果直接用電容器直接進行無功補償?shù)脑挘瑫霈F(xiàn)將諧波放大的情況，此時，供電電流和電容器電流中，諧波成分和間諧波電流比重大大增加，導(dǎo)致電壓大幅升高，溫度增加，造成電容器因過熱而損壞，因此，必須同時治理諧波和補償無功功率。

六 結(jié)束語

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和對變頻技術(shù)需求的不斷增長，三菱變頻器在機電設(shè)備中的應(yīng)用前景將會越來越廣闊，這也是現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的必然要求。隨著三菱變頻器技術(shù)的不斷發(fā)展進步與完善，節(jié)電性能的不斷提高，啟動特性與保護功能的不斷完善，三菱變頻器在企業(yè)中會有更加樂觀的應(yīng)用前景。目前，三菱變頻器已經(jīng)廣泛應(yīng)用在機電設(shè)備領(lǐng)域中，其發(fā)展?jié)摿σ彩怯写覀冞M一步開發(fā)的。

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〔責(zé)任編輯：林勁〕