使用變頻器的十大理由

變頻調(diào)速能夠應(yīng)用在大部分的電機(jī)拖動(dòng)場(chǎng)合，由于它能提供精確的速度控制，因此可以方便地控制機(jī)械傳動(dòng)的上升、下降和變速運(yùn)行。變頻應(yīng)用可以大大地提高工藝的高效性(變速不依賴于機(jī)械部分)，同時(shí)可以比原來的定速運(yùn)行電機(jī)更加節(jié)能。下面例舉使用變頻調(diào)速的十個(gè)理由，來說明變頻器應(yīng)用日趨普及的基本認(rèn)識(shí)。

1控制電機(jī)的啟動(dòng)電流

當(dāng)電機(jī)通過工頻直接啟動(dòng)時(shí)，它將會(huì)產(chǎn)生7至8倍的電機(jī)額定電流，這個(gè)電流值將大大增加電機(jī)繞組的電應(yīng)力并產(chǎn)生熱量，從而降低電機(jī)的壽命。而變頻調(diào)速則可以在零速零電壓?jiǎn)?dòng)(也可適當(dāng)加轉(zhuǎn)矩提升)。一旦頻率和電壓的關(guān)系建立，變頻器就可以按照V/F或矢量控制方式帶動(dòng)負(fù)載進(jìn)行工作。使用變頻調(diào)速能充分降低啟動(dòng)電流，提高繞組承受力，用戶最直接的好處就是電機(jī)的維護(hù)成本將進(jìn)一步降低、電機(jī)的壽命則相應(yīng)增加。

2降低電力線路電壓波動(dòng)

在電機(jī)工頻啟動(dòng)時(shí)，電流劇增的同時(shí)，電壓也會(huì)大幅度波動(dòng)，電壓下降的幅度將取決于啟動(dòng)電機(jī)的功率大小和配電網(wǎng)的容量。電壓下降將會(huì)導(dǎo)致同一供電網(wǎng)絡(luò)中的電壓敏感設(shè)備故障跳閘或工作異常，如PC機(jī)、傳感器、接近開關(guān)和接觸器等均會(huì)動(dòng)作出錯(cuò)。而采用變頻調(diào)速后，由于能在零頻零壓時(shí)逐步啟動(dòng)，則能最大程度上消除電壓下降。

3啟動(dòng)時(shí)需要的功率更低

電機(jī)功率與電流和電壓的乘積成正比,那么通過工頻直接啟動(dòng)的電機(jī)消耗的功率將大大高于變頻啟動(dòng)所需要的功率。在一些工況下其配電系統(tǒng)已經(jīng)達(dá)到了最高極限，其直接工頻啟動(dòng)電機(jī)所產(chǎn)生的電涌就會(huì)對(duì)同網(wǎng)上的其他用戶產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。如果采用變頻器進(jìn)行電機(jī)起停,就不會(huì)產(chǎn)生類似的問題。

4可控的加速功能

變頻調(diào)速能在零速啟動(dòng)并按照用戶的需要進(jìn)行均勻地加速，而且其加速曲線也可以選擇(直線加速、S形加速或者自動(dòng)加速)。而通過工頻啟動(dòng)時(shí)對(duì)電機(jī)或相連的機(jī)械部分軸或齒輪都會(huì)產(chǎn)生劇烈的振動(dòng)。這種振動(dòng)將進(jìn)一步加劇機(jī)械磨損和損耗，降低機(jī)械部件和電機(jī)的壽命。另外，變頻啟動(dòng)還能應(yīng)用在類似灌裝線上，以防止瓶子倒翻或損壞。

5可調(diào)的運(yùn)行速度

運(yùn)用變頻調(diào)速能優(yōu)化工藝過程，并能根據(jù)工藝過程迅速改變，還能通過遠(yuǎn)控PLC或其他控制器來實(shí)現(xiàn)速度變化。

6可調(diào)的轉(zhuǎn)矩極限

通過變頻調(diào)速后，能夠設(shè)置相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩極限來保護(hù)機(jī)械不致?lián)p壞，從而保證工藝過程的連續(xù)性和產(chǎn)品的可靠性。目前的變頻技術(shù)使得不僅轉(zhuǎn)矩極限可調(diào)，甚至轉(zhuǎn)矩的控制精度也大大提高。在工頻狀態(tài)下，電機(jī)只能通過檢測(cè)電流值或熱保護(hù)來進(jìn)行控制，而無法像在變頻控制一樣設(shè)置精確的轉(zhuǎn)矩值來控制。

7受控的停止方式

如同可控的加速一樣，在變頻調(diào)速中，停止方式可以受控，并且有不同的停止方式可以選擇(減速停車、自由停車、減速停車＋直流制動(dòng))，同樣它能減少對(duì)機(jī)械部件和電機(jī)的沖擊，從而使整個(gè)系統(tǒng)更加可靠，壽命也會(huì)相應(yīng)增加。

8節(jié)能

離心風(fēng)機(jī)或水泵采用變頻器后都能大幅度地降低能耗，這在十幾年的工程經(jīng)驗(yàn)中已經(jīng)得到體現(xiàn)。由于最終的能耗是與電機(jī)的轉(zhuǎn)速成立方比，所以采用變頻后投資回報(bào)就更快。

9可逆運(yùn)行控制

在變頻器控制中，要實(shí)現(xiàn)可逆運(yùn)行控制無須額外的可逆控制裝置，只需要改變輸出電壓的相序即可，這樣就能降低維護(hù)成本和節(jié)省安裝空間。

10減少機(jī)械傳動(dòng)部件

由于目前矢量控制變頻器加上同步電機(jī)就能實(shí)現(xiàn)高效的轉(zhuǎn)矩輸出，從而節(jié)省齒輪箱等機(jī)械傳動(dòng)部件，最終構(gòu)成直接變頻傳動(dòng)系統(tǒng)，從而就能降低成本和空間，提高穩(wěn)定性。

誤區(qū)一：在變頻器輸出回路連接電磁開關(guān)、電磁接觸器

在實(shí)際應(yīng)用中，一些場(chǎng)合需要使用到接觸器進(jìn)行變頻器切換：如當(dāng)變頻故障時(shí)切換到工頻狀態(tài)運(yùn)行，或是當(dāng)采用一拖二方式，一臺(tái)電動(dòng)機(jī)故障，變頻器轉(zhuǎn)向拖動(dòng)另一臺(tái)電動(dòng)機(jī)等情況。所以許多用戶會(huì)認(rèn)為在變頻器輸出回路加裝電磁開關(guān)、電磁接觸器是標(biāo)準(zhǔn)的配置，是安全斷開電源的方式，事實(shí)上這種做法存在較大的隱患。

【存在弊端：】在變頻器還在運(yùn)行的時(shí)候，接觸器先行斷開，突然中斷負(fù)載，浪涌電流會(huì)使過電流保護(hù)動(dòng)作，會(huì)給整流逆變主電路產(chǎn)生一定的沖擊。嚴(yán)重的，甚至?xí)棺冾l器輸出模塊IGBT造成損壞。同時(shí)，在帶感性電動(dòng)機(jī)負(fù)載時(shí)，感性磁場(chǎng)能量無法快速釋放，將產(chǎn)生高電壓，損傷電動(dòng)機(jī)和連接電纜的絕緣。

【應(yīng)對(duì)策略：】將變頻器輸出側(cè)直接與電動(dòng)機(jī)電纜相連，正常起停電動(dòng)機(jī)可以通過觸發(fā)變頻器控制端子來實(shí)現(xiàn)，達(dá)到軟起軟停的效果。若必須在變頻調(diào)速器輸出側(cè)使用接觸器，則必須在變頻調(diào)速器輸出與接觸器動(dòng)作之間，加以必要的控制聯(lián)鎖，保證只有在變頻調(diào)速器無輸出時(shí)，接觸器才能動(dòng)作。

誤區(qū)二：設(shè)備正常停運(yùn)時(shí)，斷開變頻器交流輸入電源

在設(shè)備正常停運(yùn)時(shí)，很多用戶習(xí)慣于斷開變頻器交流輸入電源開關(guān)，認(rèn)為那樣更安全、也可以節(jié)能。

【存在弊端：】此種做法，表面上似乎可以起到保護(hù)變頻器不受電源故障沖擊的作用。實(shí)際上，變頻器長(zhǎng)時(shí)間不帶電，加上現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境濕度影響，會(huì)造成內(nèi)部電路板受潮而發(fā)生緩慢氧化、逐漸出現(xiàn)短路現(xiàn)象。這就是在變頻器斷電停運(yùn)一段時(shí)間后，再次送電時(shí)會(huì)頻繁報(bào)軟故障的原因。

【應(yīng)對(duì)策略：】除設(shè)備檢修外，應(yīng)使變頻器長(zhǎng)時(shí)間處于帶電狀態(tài)。除此之外，還應(yīng)開啟變頻控制柜的上下風(fēng)扇、在柜內(nèi)放置干燥劑或安裝自動(dòng)溫濕度控制加熱器，保持通風(fēng)和環(huán)境干燥。

誤區(qū)三：露天或粉塵環(huán)境下安裝的變頻器控制柜采用密封型式

在部分廠礦、地下室、露天安裝使用的變頻器控制柜，會(huì)經(jīng)受著如高溫、粉塵、潮濕等惡劣環(huán)境的嚴(yán)酷考驗(yàn)。為此，很多用戶會(huì)選用密封型式的變頻柜。這樣雖然在一定程度上可以起到防雨、防塵的效果，但同時(shí)也帶來了變頻器散熱不良的問題。

【存在弊端：】控制柜密封嚴(yán)實(shí)會(huì)使得變頻器因通風(fēng)散熱能力不足而引起內(nèi)部元器件過熱，熱敏元件保護(hù)動(dòng)作，造成故障跳閘，設(shè)備被迫停運(yùn)。

【應(yīng)對(duì)策略：】在變頻器控制柜上部加裝透氣的防雨罩，且?guī)в蟹缐m濾網(wǎng)，同時(shí)作為排氣口。下部也同樣開槽安裝帶濾網(wǎng)的風(fēng)扇，作為進(jìn)氣口。可以形成空氣流通，同時(shí)過濾環(huán)境里的粉塵。冷卻空氣流通方向：從底部流向頂部。變頻器之間的橫向安裝距離應(yīng)不小于5mm，進(jìn)入變頻器的冷卻空氣溫度不能超過+40攝氏度。如果環(huán)境溫度長(zhǎng)時(shí)間在+40攝氏度以上，則需考慮將變頻器安裝在帶空調(diào)的小室內(nèi)。

在控制箱中，變頻器一般應(yīng)安裝在箱體上部，絕對(duì)不允許把發(fā)熱元件或易發(fā)熱的元件緊靠變頻器的底部安裝。

誤區(qū)四：為提高電壓品質(zhì)，在變頻器輸出端并聯(lián)功率因數(shù)補(bǔ)償電容器

部分企業(yè)由于用電容量限制，電壓品質(zhì)得不到保障，特別是大型用電設(shè)備投用時(shí)，會(huì)造成廠站內(nèi)母線電壓降低，負(fù)載功率因數(shù)明顯隨著下降。為提高電壓品質(zhì)，用戶通常在變頻器輸出端并聯(lián)功率因數(shù)補(bǔ)償電容器，希望可以改善電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)。

【存在弊端：】將功率因數(shù)補(bǔ)償電容器與浪涌吸收器連接在電機(jī)電纜上（在傳動(dòng)單元和電機(jī)之間），它們的影響不僅會(huì)降低電機(jī)的控制精度，還會(huì)在傳動(dòng)單元輸出側(cè)形成瞬變電壓，引起ACS800傳動(dòng)單元的永久性損壞。如果在ACS800的三相輸入線上并聯(lián)功率因數(shù)補(bǔ)償電容器，必須確保該電容器和ACS800不會(huì)同時(shí)充電，以避免浪涌電壓損壞變頻器。變頻器的電流流入改善功率因數(shù)用的電容器，由于其充電電流造成變頻器過電流（OCT），所以不能起動(dòng)。

【應(yīng)對(duì)策略：】將電容器拆除后運(yùn)轉(zhuǎn)，至于改善功率因數(shù)，在變頻器的輸入側(cè)接入AC電抗器是有效的。

誤區(qū)五：選用斷路器作為變頻器熱過載和短路保護(hù)，效果比熔斷器好

斷路器具備較為完善的保護(hù)功能，已廣泛應(yīng)用在配電設(shè)備中，大有取代傳統(tǒng)熔斷器的趨勢(shì)。現(xiàn)在許多廠商生產(chǎn)的成套變頻調(diào)速設(shè)備，也基本上都配置斷路器（空氣開關(guān)），其實(shí)這也存在一些安全隱患。

【存在弊端：】在電源電纜發(fā)生短路故障時(shí)，斷路器保護(hù)動(dòng)作跳閘由于斷路器本身的固有動(dòng)作時(shí)間而產(chǎn)生延時(shí)，此期間會(huì)將短路電流引入變頻器內(nèi)部，造成元件損壞。

【應(yīng)對(duì)策略：】只要電纜是根據(jù)額定電流選型的，變頻器傳動(dòng)單元就能保護(hù)自身、輸入端和電機(jī)電纜，以防止熱過載，并不需要附加額外的熱過載保護(hù)設(shè)備。配置熔斷器將可在短路情況下保護(hù)輸入電纜，在傳動(dòng)裝置內(nèi)部短路時(shí)減少裝置損壞和防止相連設(shè)備的損壞。

檢查配置的熔斷器動(dòng)作時(shí)間應(yīng)低于0.5秒。動(dòng)作時(shí)間取決于熔斷器類型（gG或aR）、供電網(wǎng)路阻抗、電源電纜的橫截面積、材料和長(zhǎng)度。當(dāng)使用gG熔斷器超出0.5秒動(dòng)作時(shí)間時(shí)，快熔（aR）在多數(shù)情況下可將動(dòng)作時(shí)間減少到一個(gè)可接受水平。熔斷器必須為無延時(shí)類型。

斷路器對(duì)傳動(dòng)設(shè)備不能提供足夠快的保護(hù)，因?yàn)樗鼈兊姆磻?yīng)速度比熔斷器慢。因此需要快速保護(hù)時(shí)，應(yīng)使用熔斷器而不是斷路器。

誤區(qū)六：變頻器選型只需考慮負(fù)載功率

許多用戶在采購變頻器時(shí)，通常只根據(jù)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率來匹配變頻器容量。其實(shí)，電動(dòng)機(jī)所帶動(dòng)的負(fù)載不一樣，對(duì)變頻器的要求也不一樣。

【存在弊端：】由于電動(dòng)機(jī)所帶的負(fù)載特性存在差異，如果不充分考慮綜合因素，可能會(huì)造成變頻器使用不當(dāng)而損壞，同時(shí)由于未配備必要的制動(dòng)單元和濾波器，可能會(huì)引起安全風(fēng)險(xiǎn)。

【應(yīng)對(duì)策略：】針對(duì)負(fù)載的特性和類型，合理選用變頻器的容量和配置。

（1）風(fēng)機(jī)和水泵是最普通的負(fù)載：對(duì)變頻器的要求最為簡(jiǎn)單，只要變頻器容量等于電動(dòng)機(jī)容量即可（空壓機(jī)、深水泵、泥沙泵、快速變化的音樂噴泉需加大容量）。

（2）起重機(jī)類負(fù)載：這類負(fù)載的特點(diǎn)是啟動(dòng)時(shí)沖擊很大，因此要求變頻器有一定余量。同時(shí)，在重物下放肘，會(huì)有能量回饋，因此要使用制動(dòng)單元或采用共用母線方式。

（3）不均行負(fù)載：有的負(fù)載有時(shí)輕，有時(shí)重，此時(shí)應(yīng)按照重負(fù)載的情況來選擇變頻器容量，例如軋鋼機(jī)機(jī)械、粉碎機(jī)械、攪拌機(jī)等。

（4）大慣性負(fù)載：如離心機(jī)、沖床、水泥廠的旋轉(zhuǎn)窯，此類負(fù)載慣性很大，因此啟動(dòng)時(shí)可能會(huì)振蕩，電動(dòng)機(jī)減速時(shí)有能量回饋……應(yīng)該用容量稍大的變頻器來加快啟動(dòng)，避免振蕩。配合制動(dòng)單元消除回饋電能。

結(jié)束語

變頻器在于其他智能設(shè)備（PLC、DCS系統(tǒng)）配合后，可實(shí)現(xiàn)多重控制策略和閉環(huán)調(diào)節(jié)，其本身也具備較為完善的保護(hù)功能。但在實(shí)際應(yīng)用和安裝環(huán)境中，卻存在許多誤區(qū)。正視矛盾的所在，規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，合理運(yùn)用，才是提高變頻器效率和使用壽命的關(guān)鍵。