低压变频器的选型与应用

来源:用户上传      作者:

　　摘 要：本文简要阐述了变频器发展现状，对低压变频器的分类、工作原理及结构进行研究分析。根据运行环境和负载类型，详细论述了低压变频器的选型及应用方法，并对变频器几种常见的故障及处理方式进行介绍，有利于电气技术人员理解和掌握低压变频器的使用和故障处理，提高装置运行稳定性。
　　关键词：低压变频器 选型 应用
　　0 引言
　　我国已有30年的变频器应用历史，市场规模逐年扩大，国内外品牌多达140种[1]，同时全国各地还有多家新成立的变频器生产厂家和经销商。但是在实际应用中外资品牌变频器所占份额相对较大，其中欧美品牌和日本品牌所占比例突出，随着科技的不断进步，变频器的应用涉及到各个领域，发展需求量逐年递增，我国人才储备及相关技术日趋成熟，相信会在未来变频器市场中夺得一席之地。
　　利用变频器构成变频调速传动系统，其性能已经达到或超过直流调速系统，而变频器更是具有体积小，噪声小及可以使用成本低、易维护的异步电动机的优点，从而极大简化生产流程，降低初期投资成本。总体来看，变频器的合理使用可以提高劳动生产率、改善产品质量、提高设备自动化程度，同时还可以节约能源、降低生产成本。
　　1低压变频器分类、工作原理及结构
　　1.1 低压变频器分类
　　对变频器的分类有不同的标准，按是否通用划分，变频器可以分为通用型变频器和专用型变频器;按工作原理划分，变频器可以分为交—交变频器和交—直—交变频器，其中交—直—交变频器按主回路工作方式还可以分为：电流型和电压型变频器[2];另外，从变频器技术的发展方向，可分为VVVF变频器、矢量变频器，直接转矩控制变频器等。
　　1.2 低压变频器工作原理
　　通用变频器一般采用交—直—交的工作方式，相对来讲，低压变频器应用得最为广泛，技术成熟，成本低、易维护是其得到大量应用的主要原因。变频器的工作原理，简单来说，就是将工频交流电源转换成频率可调的电源设备，根据交流电动机同步转速N=60f/p（式中，N为电机同步转速，f为电源频率，P为电机极对数）这一公式，只要改变频率，就可以改变交流电动机的转速，变频器就是根据这一原理研制开发出来的电源变换装置。
　　1.3 低压变频器结构
　　变频器的主电路构成：
　　电压型：电压电源从直流变为交流的变频器，回路滤波为电容。
　　电流型：电流电源从直流变为交流的变频器，回路滤波为电感。
　　变频器主要由以下四部分构成：
　　（1）整流器：目前使用较多的是二极管变流器，将工频电源变为直流电源，也可以构成可逆变流器。因为其功率的方向可逆，所以可再生运转。
　　（2）平波回路：经整流器整流过的直流电压存在脉动电压，为电源频率的6倍。为抑制电压波动，需用电容和电感对脉动电压（即电流）进行吸收。装置容量较小时，若构成器件有余量，则可以直接采用平波回路。
　　（3）逆變器：逆变器是将直流功率转为交流功率，从而在固定时间内得到三相输出。
　　（4）控制电路：为异步电机供电的主电路提供信号控制的回路。包括电压和频率的运算电路、主电路电流电压检测回路、电机速度检测回路、可将控制信号放大的运算电路的驱动电路、电机和逆变器的保护回路。
　　2 低压变频器选型
　　2.1 低压变频器选型概述
　　目前，大多用户均根据变频器生产厂家的说明书或选型手册进行选型。通常，变频器生产厂家会提供变频器额定电流，可配用电机的额定功率和额定容量。其中可配用电机的参数均为变频器生产厂家根据本厂家或国家标准电机给出，不能真实反映变频器带负载的能力，因此，选择变频器时一定以电机额定电流不超过变频器额定电流为原则，以生产厂家提供的可配用电机的参数为参考。另外，选择变频器时还应了解工艺情况和电机有关参数，并注意电机的类型和工作特性。
　　（1）变频器额定电流的选择。根据设计规范，为保证变频器的安全可靠运行，变频器的额定电流一定要大于所带负载（电机）的额定电流，特别是对于负载性质经常变化的电机。根据经验，变频器额定电流为1.05倍及以上电机额定电流为宜。
　　（2）变频器额定电压的选择。变频器额定电压按变频器输入侧母线电压选择。原则上，变频器额定电压需与输人电压一致，输人电压过高将损坏变频器[3]。
　　2.2 低压变频器选型注意事项
　　（1）负载类型和变频器匹配。
　　石油化工行业负载主要有泵类和风机类。其中泵类分为水泵、油泵、助剂泵、计量泵、提升泵、搅拌泵、洗涤泵等，提升泵、搅拌泵、洗涤泵多为重载负荷，其余为常规负载;风机类分为空气冷却风机、锅炉引送风机、轴流风机、空气压缩机等，空气冷却风机、锅炉引送风机启动时为重载负荷，一般按重载负荷考虑，其余为常规负荷。在选用变频器时，应按负载性质选型。若不清楚负载类型或负载类型在不同工艺条件下可能发生变化，则建议按重载负荷选择变频器，以避免选型不匹配。
　　（2）环境条件对变频器的影响。
　　通常，变频器对环境温度和湿度要求较高。环境温度在30摄氏度及以下、相对湿度在80%及以下、海拔高度在100米以下时，变频器按额定电流运行较安全; 如果环境温度超过40摄氏度，那么随着环境温度的升高，变频器的实际容量和实际运行电流会逐步降低，如果环境相对湿度超过90%，那么就有可能结露，导致变频器内部元器件短路;如果海拔高度超过100米，那么变频器输出功率会下降。除此之外，变频器应避免安装在粉尘环境中。
　　（3）变频器可选件选型。
　　变频器可选件选型不当，会导致变频器故障率偏高，集中表现在滤波器、电抗器的选型。
　　3 低压变频器实际应用
　　3.1 低压变频器一次接线
　　由于接触器、滤波器、电抗器在一次回路中安装位置对变频器的影响较大，所以下面注重对这三个设备进行解析。 　　（1）接触器
　　接触器主要有两种接线方式：安装于变频器本体后侧和安装于变频器本体前侧。接触器安装于变频器本体后侧，其优点为变频器在电机频繁启动时不存在频繁冲击。缺点是变频器长期带电，存在电能损耗;接触器安装于变频器本体前侧，其优点为电机处于备用状态时完全断电，无电能损耗，缺点是电机频繁启动对变频器造成频繁充电冲击，影响变频器元器件的使用寿命。
　　綜上，若电机不频繁启动，将接触器安装于变频器本体前侧和后侧均可，但是将接触器安装于变频器本体后侧更适宜;若电机频繁启动，则建议将接触器安装于变频器本体后侧。
　　（2）滤波器
　　输人滤波器主要是对电网进行滤波，抑制电网谐波作用于变频器，同时抑制变频器整流产生的谐波返回电网;输出滤波器主要是对变频器输出波形进行优化，滤除谐波，使输出波形更趋正弦化。
　　（3）电抗器
　　输人电抗器可抑制电网侧谐波，保护整流桥;输出电抗器在变频器输出电缆超过规定长度（一般允许电缆长度为250m）时选配。
　　3.2 低压变频器安装环境
　　有实验表明变频器在恶劣环境中运行故障率明显升高，特别对温度、湿度和灰尘较为敏感，因此选择安装环境时一定要选择温度、湿度可控及灰尘小的环境。
　　（1）环境温度
　　实际使用中发现，变频器适宜工作在温度小于等于35摄氏度的环境中，否则温度越高，变频器带负载能力将逐步降低。
　　（2）环境湿度
　　变频器周围环境湿度较大时，变频器内部易结露，易引发短路事故。因此，一定要控制好变频器的环境湿度。
　　（3）粉尘环境
　　变频器应尽量避免在灰尘大的环境中使用，灰尘积存较多会导致变频器电子元器件短路损坏。
　　4 低压变频器常见故障与处理
　　4.1 无法启动
　　原因：由负载转动惯量过大或者阻转矩过大引起。
　　处理方式：将起始频率、转矩适当的提高并检查保护设置。
　　4.2 过电压跳闸
　　原因：由电源电压过大或下坡时间过短引起。
　　处理方式：排查运行状态是否正常。
　　4.3 过载
　　原因：低压变频器过载能力相对较差或电机参数设置不合理。
　　处理方式：检查变频器的内部电流检测回路和参数设定。
　　5 结束语
　　在石油化工产业，由于变频器性能优越、实用性强，越来越广泛受到重视，在实际应用中要根据负载特性正确选择低压变频器，并且将变频器安装在适宜的工作环境中，设置合理的变频器参数，同时做好定期维护工作，保证低压变频器的安全稳定运行。
　　参考文献：
　　[1]沈亚军.低压变频器的选型与应用[J].工业技术，2011（15）.
　　[2]魏召刚.工业变频器原理及应用[M].电子工业出版社，2006（9）.
　　[3]张朝伟.低压变频器应用分析[J].自动化与传动，2013（7）.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-14974180.htm