變頻器的選型和應用

摘?要：變頻器利用的是半導體器件，實現電源的頻率可調。當前交流變頻調速技術越來越成熟，正確選擇變頻系統中的變頻器不僅關系到系統速度的穩定性，同時對電力系統的高效可靠來說具有重要意義。本文首先對變頻器當前存在的幾種控制方式進行了梳理，研究了常見負載的轉矩特性，重點對變頻器的選型方法進行了研究，并就其應用過程中的注意事項進行了分析。

關鍵詞：變頻器;選型;應用

引言

得益于電力電子技術的發展，變頻調速傳動技術得到了質的飛躍。近年來，市面上的變頻器種類逐年增多，價格不斷降低，其應用越來越平民化，小到低功率的家用電器，大到大型工業傳動裝置。變頻器的推廣應用優勢明顯：節能、省力、自動化程度高、舒適性好等等。在具體應用中選擇合適的變頻器類型十分關鍵，科學合理的應用變頻器才能充分發揮其應用效果，本文對此展開論述。

1.變頻器控制方式

當前的變頻器控制方式主要有以下幾種：①正弦脈寬調制控制方式。這種控制方式在低頻段的輸出電壓較小，定子電阻對變頻器有較大影響，從而會減小最大轉矩。其動態轉矩能力較差。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制波形，采用內切正多邊形的方式去不斷接近圓。經過不斷的實踐后，人們又將頻率補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，動穩定性良好。③磁場定向法控制。這種控制方式需要進行多次的坐標變換，最終將坐標轉換到同步旋轉坐標下，模擬直流的控制方式對電機進行合理控制。④直接轉矩控制。這種控制方法是在矢量控制的基礎上發展起來的，它能夠有效解決后者的不足，無需進行坐標變換，可以直接在定子坐標系下進行研究，首先進行電動機數學模型的建立，控制其磁鏈以及轉矩。⑤矩陣式交-交方式。這種控制方式可以省去中間直流環節，大大縮小了設備體積，實現高功率因數輸出，但該技術尚處于發展階段，還并不成熟[1]。

2.機械設備的負載轉矩特性

對機械設備的負載進行歸納總結，依據轉矩的不同，大體上可以分為三種類型;分別是：恒轉矩負載、恒功率負載以及流體類負載[1]。第一種負載的轉矩幾乎是恒定不變的，它不會隨著轉速的改變而發生改變，當負載速度增加時，其功率也會增加。變頻器拖動恒轉矩負載時，如果要求較低的運行速度，則輸出的轉矩數值較大;此時，需要有較強的過載能力。第二種負載的轉矩不是恒定不變的，而是隨著轉速的改變而改變，兩者呈現反比關系，功率基本上是恒定不變的;當這種負載運行于較低速度時，受限于其機械強度，轉矩不能增大到較大數值。在進行傳動方式的選擇時，要充分考慮負載所處的工作區域。第三種負載的轉矩也是變化的，并且與轉速的平方呈現正比例關系;通過變頻器的變化，這類負載的風量以及流量等都可以得到相應的改變，從而有利于生產的順利進行，并且能夠起到節能的作用。

3.變頻器的選型

3.1?變頻器控制方式的選擇

在進行變頻器的選型時，首先應該正確選擇其控制方式，其控制方式大體上可以分為開環控制和閉環控制兩種，其中，前者具有結構簡單和性能可靠的優點;主要不足體現在調速精度較低，動態反應也較慢。后者則可以避免這些缺點，它可以依據流量、溫度和速度等指標的變化情況實施動態的控制，其動態反應較快，主要不足是有時候該控制方法效果不理想，成本較高。不同的用戶應該依據自身的需要合理選擇控制方式。

3.2?變頻器的防護結構的選擇

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

4.變頻器應用中的注意事項

4.1?諧波問題及其對策

變頻器的使用無疑會給電力系統帶來諧波，主要是由其內部的整流、逆變等環節造成的。在輸出電壓中，不僅有基波，還包含有非工頻的諧波。當系統中存在低次諧波時，電機的負載轉矩會出現脈動現象;當系統中存在高次諧波時，變頻器的漏電流會相應的增加，從而導致電機出力的降低。為了有效消除系統中的諧波，在整流環節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阻抗;在系統中安裝電抗器;變壓器的運行方式可以選擇多相運行方式等等[3]。

4.2?發熱問題及其對策

變頻器的內部損耗會造成其機身發熱，主電路是主要的損耗來源，其次是控制電路。散熱對于變頻器而言十分重要。對此，可以采用以下措施：采用風扇散熱，將環境溫度降低到合適讀數等。

5.結束語

當下，在工業生產中，變頻器的使用逐漸普及，進行變頻器的正確選型尤為重要，科學合理的使用變頻器也十分關鍵，本文即對此進行了相應的探討。在工程現場，應該結合具體的工藝要求以及周圍環境，權衡利弊，綜合考慮，合理選型。

參考文獻：

[1]滿永奎，韓安榮.《通用變頻器及其應用（第三版）》，機械工業出版社，2012.

[2]徐海，施利春.《變頻器原來及應用》，清華大學出版社，2010.

[3]李華，劉繼梅，房磊，房暉.變頻器選型中注意負載匹配及諧波抑制問題[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，2009（8）.

作者簡介：趙明男，（1982.10.1-）籍貫：遼寧省海城市，本科，東北大學、自動化專業，現就職于：沈陽飛機工業（集團）有限公司、電氣設計方向。