淺談變頻器的應用

摘 要：變頻器是現代工業中廣泛應用的設備。由于用變頻器控制的設備能夠顯著節省電能，因此應用日益廣泛。但是，變頻器工作時產生嚴重的諧波電流，這已經成為電網的主要污染源。變頻器諧波帶來的最常見的故障現象是，無功補償裝置損壞，跳閘，變壓器過熱等。本文主要介紹了變頻器的合理選用、控制方法及安裝。

關鍵詞：變頻器 控制方式 安裝條件

中圖分類號：TD679 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）12（c）-129-01

想要實現軟停車、軟起運、無級調速或者是對增減速度有特殊要求等特性功能，就需要現代異步電動機中最先進的一種調速裝置，變頻器。該裝置主回路均使用交-直-交電路，工作頻率0～400 Hz。低壓通用變頻器的輸出電壓380～460 V，輸出功率0.37～400 kW。

1 選用合理變頻器

變頻器使用過程中產生不能正常運行、設備故障等致使停止生產并造成不必要經濟損失的問題，往往是因為變頻器選擇的類型和安裝不恰當。所以要選擇經濟又實用，更可以更好的滿足生產以及工藝所需要的基本條件和要求的變頻器。

1.1 變頻器與電機規定指標參數匹配

電機作為變頻器的主要拖動對象，所以選擇變頻器類型的時候應該選擇和電機的工作參數匹配的。

（1）電壓匹配：變頻器的額定電壓與電機的負載電壓相符。

（2）電流匹配：變頻器容量的大小取決于變頻器連續輸出的額定電流，需要調速的電機在選擇變頻器的時候，一定要選擇連續額定電流比電機在額定參數工作時的額定電流大的變頻器，并且有定量的余量；像4極以上的通用變頻器，就不能按照電動機的容量選擇，要根據電動機的電流座校核標準進行選擇；即使電機的負載比較輕，并且電流小于變頻器的額定電流，選擇的變頻器也不能比電機容量小太多。

（3）容量匹配：根據電機負載特性的不同，對變頻器容量的選擇有不同的要求。

2 變頻器的控制方式

變頻器目前主要的控制方式主要包括以下幾種。

（1）第一代以U/f=C控制，又稱正弦脈寬調制（SPWM）控制方式。其特點控制電路結構簡單，成本較低，機械特性和硬度也較好，能夠滿足一般傳動的平滑調速要求。但是，這種控制方式在低頻時，由于輸出電壓較低，使輸出最大轉矩減小，低速時穩定性變差。其特點為無反饋裝置時速比ni小于 1/40，有反饋時ni=1/60。適用于一般風機、泵類。

（2）第二代以電壓空間矢量控制（磁通軌跡法），又稱SVPWM控制方式。它是以三相波形整體生成效果為前提，一次生成三相調制波形，以內切多邊形逼近圓的方式進行控制的。為消除低速時定子電阻的影響，將輸出電壓、電流閉環，以提高動態精度和穩定性。其特點：不要反饋裝置，速比 ni=1/100，適合一般工業上的調速。

（3）第三代以矢量控制（VC）方式。矢量控制變頻調速的做法，其實質是將交流電動機等效為直流電動機，分別對速度、磁場兩個分量進行獨立控制。通過控制轉子磁鏈，然后分解定子電流而獲得轉矩和磁場兩個分量，經坐標變換，實現正交或解耦控制。其特點：不帶反饋時的速比ni=1/100，帶反饋時ni=1/1000，零轉速時的起動轉矩為150%。可見該方式適用所有調速控制，帶反饋時，適合高精度傳動控制。

（4）直接轉矩控制（DTC）方式。直接轉矩控制（DTC）是有別矢量控制（VC）的另一類高性能變頻調速控制模式。用磁鏈仿真模型和電磁轉矩模型獲得磁鏈和轉矩數據，與給定值比較產生滯環比較狀態信號，再由邏輯控制進行開關狀態切換，實現恒定磁通控制和電磁轉矩控制。它不需要模仿直流電動機控制，該技術已成功應用在牽引電力機車的交流傳動上。其特點：不要反饋裝置的速比ni=1/100，帶反饋時ni=1/1000，零速時起動轉矩可達150%～200%。適合重載起動以及恒轉矩波動大負載。

3 安裝環境要求

（1）環境溫度：變頻器的環境溫度是指變頻器斷面附近的溫度。由于變頻器主要由極易受溫度影響的大功率電力電子設備組成，因此變頻器的壽命及可靠性等因素很大程度取決于溫度，一般為-10 ℃～+40 ℃。另外，需考慮變頻器自身散熱及周圍環境可能出現的極端情況，對于溫度一般要求有一定的余量。

（2）環境濕度：變頻器對其周圍環境相對濕度要求不大于90%（表面無結露）。

（3）振動和沖擊：變頻器在安裝運行的過程中，要注意避免受到振動和沖擊。以避免變頻器內部元件連接焊點及零件松動，引起電氣接觸不良甚至造成短路等嚴重故障。故通常要求安裝場所的振動加速度被限制在0.6 g以下，特殊場所可加防震橡膠等耐震措施。

（4）安裝場所：變頻器最大允許輸出電流和電壓都受其散熱能力影響。而海拔高度超過1000 m，變頻器的散熱能力將下降，故變頻器一般要求安裝在海拔1000 m以下。

（5）變頻器對安裝現場的普通要求：無腐蝕、無易燃易爆氣體、液體；無灰塵、漂浮性的纖維及金屬顆粒；要避免陽光直射；無電磁干擾。

4 結語

對變頻調速的研究是當前電氣傳動研究中最活躍、最有實際應用價值的工作。變頻器產業的潛力非常巨大，它在空調、電梯、冶金、機械等行業得以廣泛應用，變頻調速電機和與之配套的變頻器將發展迅速。

參考文獻

[1]王廷才，王偉.變頻器原理及應用[M].北京：機械工業出版社，2005.

[2]中國變頻器網[EB/OL].