变频器的选用选型，变频器的应用

　　变频器（Variable-frequency Drive，VFD）是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。

　　随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。变频器的分类方法有多种：

　　按照主电路工作方式分类，可以分为电压型变频器和电流型变频器；

　　按照开关方式分类，可以分为PAM控制变频器、PWM控制变频器和高载频PWM控制变频器；

　　按照工作原理分类，可以分为V/f控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等；

　　按照用途分类，可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器、提升机变频器等

　　变频器选型：主要需要确定以下几点：

　　（1）采用变频的目的：恒压控制还是恒流控制？

　　（2）变频器的负载类型（如叶片泵或容积泵等，特别注意负载的性能曲线，性能曲线决定了应时的方式方法。

　　（3）变频器与负载的匹配问题：

　　A、电压匹配：变频器的额定电压与负载的额定电压相符。

　　B、电流匹配：普通的离心泵，变频器的额定电流与电机的额定电流相符。对于特殊的负载如深水泵等则需要参考电机性能参数，以最大电流确定电流和过载能力。

　　C、转矩匹配：这种情况在恒转矩负载或有减速装置时有可能发生。

　　（4）在使用变频器驱动高速电机时。由于高速电机电抗小，高次谐波增加导致输出电流值增大。因此用于高速电机的变频器选型，其容量要稍大于普通电机的选型。

　　（5）变频器如果要长电缆运行时，此时要采取措施抑制长电缆对地耦合电容的影响，避免变频器出力不足，所以在这种情况下，变频器容量要放大一档或者在变频器的输出端安装输出电抗器。

　　（6）对于一些特殊的应用场合，如高温、高海波，此时会引起变频器的降容，变频器容量要放大一档 变频器选型：首先确认变频器的安装环境：

　　A、工作温度。变频器内部是大功率的电子元件，极易受到工作温度的影响，产品一般要求为0~55度。但为了保证工作安全、可靠，使用时应考虑留有余地，最好控制在40度以下。在控制箱中，变频器一般应安装在箱体上部，并严格遵守产品说明书中的安装要求，绝对不允许把发热元件或易发热的元件紧靠变频器的底部安装。

　　B、环境温度。温度太高且温度变化较大时，变频器内部易出现结露现象，其绝缘性能就会大大降低，甚至可能引发短路事故。必要时在箱中增加干燥剂和加热器。在水处理间，一般水汽都比较大，如果温度变化大的话，这个问题会比较突出。

　　C、腐蚀性气体。使用环境如果腐蚀性气体浓度大，不仅会腐蚀元器件的引线、印刷电路板等，而且还会加速塑料器件的老化，降低绝缘性能。

　　D、振动和冲击。装有变频器的控制柜受到机械振动和冲击时，会引起电气接触不良和模块与散热器接触不良导致烧模块等。淮安热电就出现过这样的问题。这时除了提高控制柜的机械强度、远离振动源和冲击源外，还应使用抗震橡皮垫固定控制箱以及固定箱内产生振动的交流接触器等。在设备运行一段时间后，及时进行检查和维护。

　　E、电磁波干扰。变频器由于需要整流和变频，周围产生了很多的干扰电磁波，这些高频电磁波对附近的仪表、仪器有一定的干扰。因此，柜内的仪表和电子系统，应该选用金属外壳，屏蔽变频器对仪表的干扰。所有的元器件均应 可靠接地。除此之外，各电气元件、仪器及仪表之间的连线应选用屏蔽控制电缆，且屏蔽层应接地。如果处理不好 电磁干扰，往往会使整个系统无法工作，导致控制单元失灵或损坏。

　　选用变频器的类型，按照生产机械的类型、调速范围、静态速度精度、起动转矩的要求，决定选用那种控制方式的变频器最合适。所谓合适是既要好用，又要经济，以满足工艺和生产的基本条件和要求。

　　1、需要控制的电机及变频器自身

　　（1）电机的极数。一般电机极数以不多于（极为宜，否则变频器容量就要适当加大。

　　（2）转矩特性、临界转矩、加速转矩。在同等电机功率情况下，相对于高过载转矩模式，变频器规格可以降额选取。

　　（3）电磁兼容性。为减少主电源干扰，使用时可在中间电路或变频器输入电路中增加电抗器，或安装前置隔离变压器。一般当电机与变频器距离超过50m时，应在它们中间串入电抗器、滤波器或采用屏蔽防护电缆 。

　　2、变频器功率的选用系统效率等于变频器效率与电动机效率的乘积，只有两者都处在较高的效率下工作时，则系统效率才较高。从效率角度出发，在选用变频器功率时，要注意以下几点：

　　（1）变频器功率值与电动机功率值相当时最合适，以利变频器在高的效率值下运转。

　　（2）在变频器的功率分级与电动机功率分级不相同时，则变频器的功率要尽可能接近电动机的功率，但应略大于电动机的功率。

　　（3）当电动机属频繁起动、制动工作或处于重载起动且较频繁工作时，可选取大一级的变频器，以利用变频器长期、安全地运行。

　　（4）经测试，电动机实际功率确实有富余，可以考虑选用功率小于电动机功率的变频器，但要注意瞬时峰值电流是否会造成过电流保护动作。

　　（5）当变频器与电动机功率不相同时，则必须相应调整节能程序的设置，以利达到较高的节能效果。

　　3、变频器箱体结构的选用变频器的箱体结构要与环境条件相适应，即必须考虑温度、湿度、粉尘、酸碱度、腐蚀性气体等因素。常见有下列几种结构类型可供用户选用：

　　（1）敞开型IPOO型本身无机箱，适用装在电控箱内或电气室内的屏、盘、架上，尤其是多台变频器集中使用时，选用这种型式较好，但环境条件要求较高；

　　（2）封闭型IP20型适用一般用途，可有少量粉尘或少许温度、湿度的场合；

　　（3）密封型IP45型适用工业现场条件较差的环境；

　　（4）密闭型IP65型适用环境条件差，有水、尘及一定腐蚀性气体的场合。

　　4、变频器容量的确定合理的容量选择本身就是一种节能降耗措施。根据现有资料和经验，比较简便的方法有三种：

　　（1）电机实际功率确定发。首先测定电机的实际功率，以此来选用变频器的容量。

　　（2）公式法。当一台变频器用于多台电机时，应满足：至少要考虑一台电动机启动电流的影响，以避免变频器过流跳闸。

　　（3）电机额定电流法变频器。变频器容量选定过程，实际上是一个变频器与电机的最佳匹配过程，最常见、也较安全的是使变频器的容量大于或等于电机的额定功率，但实际匹配中要考虑电机的实际功率与额定功率相差多少，通常都是设备所选能力偏大，而实际需要的能力小，因此按电机的实际功率选择变频器是合理的，避免选用的变频器过大，使投资增大。对于轻负载类，变频器电流一般应按1.1N（N为电动机额定电流）来选择，或按厂家在产品中标明的与变频器的输出功率额定值相配套的最大电机功率来选择。

　　5、主电源

　　1）电源电压及波动。应特别注意与变频器低电压保护整定值相适应，因为在实际使用中，电网电压偏低的可能性较大。

　　2）主电源频率波动和谐波干扰。这方面的干扰会增加变频器系统的热损耗，导致噪声增加，输出降低。

　　3）变频器和电机在工作时，自身的功率消耗。在进行系统主电源供电设计时，两者的功率消耗因素都应考虑进去

　　采用变频器对机械设备变频调速运转可以达到节能效果，采用多台电动机以比例速度运转可以达到省力自动化的效果，对电动机增速运转可以达到提高产量的效果，采用高频电动机进行高速运转可以达到提高产量的效果，在恶劣的环境中可以取代直流电动机减少维修，选择无级的最佳速度运转可以提高产品的质量，采用空调压缩机调速运转来进行连续温度控制，可以达到提高舒适性的效果。

　　1、变频器的发展

　　随着生产技术的不断发展，直流拖动的薄弱环节逐步显露出来。由于换向器的存，直流电机的维护量加大，单机容量、最高转速以及使用环境都受到限制。人们开始转向结构简单、运行可靠、维护方便、价格低廉的异步电动机。但异步电动机的调速性能难以满足生产的需要。于是，从20世纪30年代开始，人们致力于交流调速技术的研究，然而进展缓慢。在相当长的时期内，直流调速一直以其优异的性能统治着电气传动领域。20世纪60年代以后，特别是70年代以来，电力电子技术、控制技术和微电子技术的飞速发展，使得交流调速性能可以与直流调速相媲美。目前，交流调速已进入逐步代替直流调速的时代。

　　2、变频器的应用

　　变频器主要用于交流电动机（异步电机或同步电机）转速的调节，是公认的交流电动机最理想、最有前途的调速方案，除了具有卓越的调速性能之外，变频器还有显著的节能作用，是企业技术改造和产品更新换代的理想调速装置。自上世纪80年代被引进中国以来，变频器作为节能应用与速度工艺控制中越来越重要的自动化设备，得到了快速发展和广泛的应用。

　　（1）变频器与节能 变频器产生的最初用途是速度控制，但目前在国内应用较多的是节能。中国是能耗大国，能源利用率很低，而能源储备不足。在2003年的中国电力消耗中，60—70％为动力电，而在总容量为5．8亿千瓦的电动机总容量中，只有不到2000万千瓦的电动机是带变频控制的。据分析，在中国，带变动负载、具有节能潜力的电机至少有1．8亿千瓦。因此国家大力提倡节能措施，并着重推荐了变频调速技术。

　　应用变频调速，可以大大提高电机转速的控制精度，使电机在最节能的转速下运行。以风机水泵为例，根据流体力学原理，轴功率与转速的三次方成正比。当所需风量减少，风机转速降低时，其功率按转速的三次方下降。因此，精确调速的节电效果非常可观。与此类似，许多变动负载电机一般按最大需求来生产电动机的容量，故设计裕量偏大。而在实际运行中，轻载运行的时间所占比例却非常高。如采用变频调速，可大大提高轻载运行时的工作效率。因此，变动负载的节能潜力巨大。

　　作为节能目的，变频器广泛应用于各行业。以电力行业为例，由于中国大面积缺电，电力投资将持续增长，同时，国家电改方案对电厂的成本控制提出了要求，降低内部电耗成为电厂关注焦点，因此变频器在电力行业有着巨大的发展潜力，尤其是高压变频器和大功率变频器。

　　（2）变频器与工艺控制（速度控制） 目前，中国的设备控制水平与发达国家相比还比较低，制造工艺和效率都不高，因此提高设备控制水平至关重要。由于变频调速具有调速范围广、调速精度高、动态响应好等优点，在许多需要精确速度控制的应用中，变频器正在发挥着提升工艺质量和生产效率的显著作用。

　　（3）变频家电 除了工业相关行业，在普通家庭中，节约电费、提高家电性能、保护环境等受到越来越多的关注，变频家电成为变频器的另一个广阔市场和应用趋势。带有变频控制的冰箱、洗衣机、家用空调等，在节电、减小电压冲击、降低噪音、提高控制精度等方面有很大的优势。