变频器可靠运行的四大要素

变频器可靠运行的四大要素

对于变频器这种当下最为流行的电气控制装置，做为一种精密电子工控装置，要想使变频器长时间平稳地正常运行，身为专业技术人员的我们，则还需要在变频器安装或运行前，从四个直接影响变频器运行的环境要素上着手，切实搞好准备工作。

一、物理环境

①温度因素

温度对变频器内部电子元器件的寿命以及可靠性的影响巨大。在运行温度较高的环境下使用变频器时，必须采取额外的冷却降温措施，用以保证环境温度稳定在变频器使用手册要求的范围之内（－10～+40/45℃）。在电控箱中，变频器一般应安装在箱体上部，并且严禁把发热元件紧靠变频器底部安装！此外，在使用过程中还应定期对变频器自带冷却风扇进行检查和保洁工作。

②湿度因素

对于此种因素的危害，相信广大同行都能明白——在环境湿度大于90%时，变频器内部的器件绝缘性会变差，从而导致变频器发生故障。因此必要时在变频器内放入干燥剂则成为必须的除潮手段。

③腐蚀性气体

由于腐蚀性气体对变频器内部PCB板、塑料制品外壳等的电气绝缘性能有极大的破坏作用，故在此种环境下使用变频器应按要求采用符合安全规程要求的密封外壳。

④振动和冲击

这两种会引起变频器发生电气接触不良、元器件开焊的物理现象，对变频器的正常使用同样影响较大，为此加强日常保养和检修工作不容大意。

二、电气环境

①防止电磁干扰

变频器在工作中因为存在整流和逆变环节，此工作过程必然产生很多电磁波干扰，这些高频电磁波对附近的仪器仪表均有一定的干扰。为此和变频器同网络的仪器仪表应先做好接地工作，各种电气元件、仪器仪表之间的连线应选用带有屏蔽层的电缆线，且必须将屏蔽层做接地处理。

②防止输入端过电压

虽然大多数变频器电源输入端具有过电压保护功能，可如果变频器输入端高电压作用时间较长，则往往会使变频器内部相关元器件（如压敏电阻、整流器件等）发生损坏。对于电源电压波动频繁且幅度较大的电源，要考虑使用稳压设备。

三、接地

变频器正确接地是提高系统灵敏度、抑制噪声干扰的重要手段。变频器接地端子G（也有标注为E）接地电阻越小越好，接地导线截面积不应低于2mm²，且长度应控制在20m以内。此外需要指出的是，变频器信号输入线的屏蔽层应接至G（或E）接线端子上，其另一端绝不能接于地端，否则会引起信号变化波动，造成系统发生振荡。

四、防雷

在变频器中一般都设有雷电吸收、泄放回路，用以防止瞬间的雷电侵入造成变频器损坏。无奈在实际运行过程中，尤其是变频器电源线为架空引入的情况下，单纯依赖变频器内部防雷回路是远远不够的。为此在雷电活跃区，并且变频器电源为架空线引入方式的话，应在进线处装配变频器专用的避雷器（厂家选配件），或许按规范要求在变频器20m的远处预埋镀锌钢管座专用接地防雷保护。

变频器内部四大不为人知的秘密

变频器作为当下电动机控制方面最为主流的电控设备，其拥有调速调压精确、操控方式灵活多样等诸多优点。虽说变频器的使用方法已被广大电工同行所熟悉和掌握，但其内部线路当中的秘密，大家可能就未必了解了。

误区1、使用变频器都能节电

变频调速器能否实现节电，是由其负载的调速特性决定的。对于离心风机、离心水泵这类负载，转矩与转速的平方成正比，功率与转速的立方成正比。只要原来采用阀门控制流量，且不是满负荷工作，改为调速运行，均能实现节电。当转速下降为原来的80%时，功率只有原来的51.2%。可见，变频调速器在这类负载中的应用，节电效果最为明显。对于罗茨风机这类负载，转矩与转速的大小无关，即恒转矩负载。若原来采用放风阀放走多余风量的方法调节风量，改为调速运行，也能实现节电。当转速下降为原来的80%时，功率为原来的80%。比在离心风机、离心水泵中的应用节电效果要小得多。对于恒功率负载，功率与转速的大小无关。水泥厂恒功率负载，如配料皮带秤，在设定流量一定的条件下，当料层厚时，皮带速度减慢；当料层薄时，皮带速度加快。变频调速器在这类负载中的应用，不能节电。

与直流调速系统比较，直流电动机比交流电动机效率高、功率因数高，数字直流调速器与变频调速器效率不相上下，甚至数字直流调速器比变频调速器效率略高。所以，宣称使用交流异步电动机和变频调速器比使用直流电动机和直流调速器要节电，理论和实践证明，这是不正确的。

误区2、变频器的容量选择以电动机额定功率为依据

相对于电动机来说，变频调速器的价格较贵，因此在保证安全可靠运行的前提下，合理地降低变频调速器的容量就显得十分有意义。变频调速器的功率指的是它适用的4极交流异步电动机的功率。

由于同容量电动机，其极数不同，电动机额定电流不同。随着电动机极数的增多，电动机额定电流增大。变频调速器的容量选择不能以电动机额定功率为依据。同时，对于原来未采用变频器的改造项目，变频调速器的容量选择也不能以电动机额定电流为依据。这是因为，电动机的容量选择要考虑最大负荷、富裕系数、电动机规格等因素，往往富裕量较大，工业用电动机常常在50%～60%额定负荷下运行。若以电动机额定电流为依据来选择变频调速器的容量，留有富裕量太大，造成经济上的浪费，而可靠性并没有因此得到提高。

对于鼠笼式电动机，变频调速器的容量选择应以变频器的额定电流大于或等于电动机的最大正常工作电流1.1倍为原则，这样可以最大限度地节约资金。对于重载起动、高温环境、绕线式电动机、同步电动机等条件下，变频调速器的容量应适当加大。对于一开始就采用变频器的设计中，变频器容量的选择以电动机额定电流为依据无可厚非。这是因为此时变频器容量不能以实际运行情况来选择。当然，为了减少投资，在有些场合，也可先不确定变频器的容量，等设备实际运转一段时间后，再根据实际电流进行选择。

误区3、用视在功率计算无功补偿节能收益

用视在功率计算无功补偿节能效果。如某文献：原系统风机工频满载工作时，电动机运行电流为289A，采用变频调速时，50Hz满载运行时的功率因数约为0.99，电流是257A，这是由于变频器内部滤波电容产生改善功率因数的作用，其节能计算如下：

ΔS=UI=×380×（289－257）=21kVA

因此该文认为其节能效果约为单机容量的11%左右。

实际分析：S即表示视在功率，即电压与电流的乘积，电压相同时，视在功率节约百分比与电流节约百分比是一回事。在有电抗的电路中，视在功率只是反映了配电系统的允许最大输出能力，而不能反映电动机实际消耗的功率。电动机实际消耗的功率只能用有功功率表示。在该例中，虽用实际电流计算，但计算的是视在功率，而不是有功功率。我们知道，电动机实际消耗的功率是由风机及其负载决定的。功率因数的提高并没有改变风机的负载，也没有提高风机的效率，风机实际消耗的功率没有减少。功率因数提高后，电动机运行状态也没有改变，电动机定子电流并没有减少，电动机消耗的有功功率和无功功率都没有改变。功率因数提高的原因是变频器内部滤波电容产生无功功率供给了电动机消耗。随着功率因数提高，变频器的实际输入电流减少，从而减少了电网至变频器之间的线损和变压器的铜耗。同时，负荷电流减小，给变频器供电的变压器、开关、接触器、导线等配电设备可以带更多的负载。需要指出的是，如果象该例一样不考虑线损和变压器铜耗的节约，而考虑变频器的损耗，变频器在50Hz满载运行时，不仅没有节能，而且还费电。因此，用视在功率计算节能效果是不对的。

误区4、变频器输出侧不能加装接触器

几乎所有变频调速器使用说明书都指出，变频调速器输出侧不能加装接触器。变频器在运行中连接负载，会由于漏电流而使过电流保护回路动作。那么，只要在变频调速器输出与接触器动作之间，加以必要的控制联锁，保证只有在变频调速器无输出时，接触器才能动作，变频调速器输出侧就可以加装接触器。这种方案对于只有1台变频调速器，2台电动机（1台电动机运行，1台电动机备用）的场合，具有重要的意义。当运行的电动机出现故障时，可以很方便地将变频器切换到备用电动机，经过延时使变频器运行，实现备用电动机自动投入变频运行。并且还可以很方便地实现2台电动机的互为备用。

误区5、变频调速器在离心风机中的应用，可完全取代风机的调节阀门

采用变频调速器对离心风机进行调速来控制风量，与调节阀门控制风量相比，具有明显的节电效果。但在有些场合，变频调速器不能完全取代风机的阀门，在设计中要引起特别注意。为了说明这个问题，我们先从其节电原理谈起。离心风机的风量与转速的一次方成正比，风压与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。

误区6、通用电动机只能在其额定转速以下采用变频调速器降速运行

经典理论认为，通用电动机频率上限为55Hz。这是因为当电动机转速需要调到额定转速以上运行时，定子频率将增加到高于额定频率（50Hz）。这时，若仍按恒转矩原则控制，则定子电压将升高超过额定电压。那么，当调速范围高于额定转速时，须保持定子电压为额定电压不变。这时，随着转速/频率的上升，磁通将减少，因此在同一定子电流下的转矩将减小，机械特性变软，电动机的过载能力大幅度减少。

由此可见，通用电动机频率上限为55Hz是有前提条件的：

1、定子电压不能超过额定电压；

2、电动机在额定功率运行；

3、恒转矩负载。

上述情况下，理论和试验证明，若频率超过55Hz，将使电动机转矩变小，机械特性变软，过载能力下降，铁耗急增，发热严重。

笔者认为，电动机实际运行状况表明，通用电动机可以通过变频调速器进行提速运行。能否变频提速？能提多少？主要是由电动机拖动的负载来决定的。首先，要弄清负荷率是多少？其次，要搞清楚负载特性，根据负载的具体情况，进行推算。简单分析如下：

1、事实上，对于380V通用电动机，定子电压超过额定电压10%长期运行是可以的，对电动机绝缘及寿命没有影响。定子电压提高，转矩显著增大，定子电流减少，绕组温度下降。

2、电动机负荷率通常为50%～60%

一般情况下，工业用电动机通常在50%～60%额定功率下工作。经推算，电动机输出功率为70%额定功率，定子电压提高7%时，定子电流下降26.4%，此时，即使是恒转矩控制，采用变频调速器提高电动机转速20%，定子电流也不但不会上升，反而会下降。尽管提高频率后，电动机铁耗急增，但由其产生的热量与定子电流下降而减少的热量相比甚微。因此，电动机绕组温度也将明显下降。

3、负载特性各种各样

电动机拖动系统是为负载服务的，不同的负载，机械特性不同。电动机在提速后必须满足负载机械特性的要求。经推算恒转矩负载不同负荷率（k）时的允许最高运行频率（fmax）与负荷率成反比，即fmax=fe/k，其中fe为额定工频。对恒功率负载，通用电动机的允许最高工作频率主要受电动机转子和转轴的机械强度限制，笔者认为一般限制在100Hz以内为宜。