晁亞東　杜奇超　晁代坤

[摘 要] 文章簡述變頻器工作原理及相關(guān)性能，對變頻器應(yīng)用中的注意事項以及如何根據(jù)負載的性質(zhì)來選用變頻器進行論述。

[關(guān)鍵詞] 變頻器；負載性質(zhì)

[作者簡介] 晁亞東，河南安陽鋼鐵公司銷售公司設(shè)備科助理工程師，研究方向：冶金自動化，河南 安陽，455004；杜奇超，河南安陽鋼鐵公司第一煉軋廠電氣科高級工程師，研究方向：冶金自動化，河南 安陽，455004；晁代坤，河南安陽鋼鐵公司技術(shù)中心工程師，研究方向：冶金自動化，河南 安陽，455004

[中圖分類號] TM43 [文獻標(biāo)識碼] A [文章編號] 1007-7723（2013）03-0019-0002

異步電動機是現(xiàn)代化生產(chǎn)的主要傳動設(shè)備，對于在工業(yè)應(yīng)用中占比例很高的風(fēng)機泵類負載來說，其軸功率基本恒定不變，通常情況下要通過安裝在流體管路上的機械擋板或控制閥的開口度來實現(xiàn)相應(yīng)介質(zhì)的流量壓力調(diào)節(jié)，這樣一來就會出現(xiàn)電機的輸出功率雖然很大，但是實際的介質(zhì)流量卻很小，將帶來較大的不合理用能，經(jīng)濟效果極差。隨著20世紀(jì)80年代德國人發(fā)明的矢量控制技術(shù)的日益完善及其在變頻調(diào)速領(lǐng)域的成功應(yīng)用，采用變頻調(diào)速技術(shù)對傳統(tǒng)運行的恒速三相異步電動機進行控制改進就成了許多行業(yè)合理用能、降低生產(chǎn)成本、提高設(shè)備運轉(zhuǎn)效率的技術(shù)手段。

一、電機調(diào)速原理

三相異步電機的轉(zhuǎn)速公式：n=60 f（1-s）/p （1） 式中 n——電機的轉(zhuǎn)速； f——電源頻率； s——電動機轉(zhuǎn)差率； p——電動機極對數(shù)。 由式（1）可知，要改變轉(zhuǎn)速n有三種方式：變極調(diào)速，只能實現(xiàn)有級調(diào)速，電機結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，只有需要簡單調(diào)速的場合才應(yīng)用；變轉(zhuǎn)差率調(diào)速，這一方法對于繞線異步電機，比較合適，因為可以通過電機轉(zhuǎn)子的滑環(huán)接入適當(dāng)?shù)碾妱觿?，從而實現(xiàn)在一定范圍內(nèi)的速度調(diào)節(jié)；變頻率調(diào)速，因轉(zhuǎn)速n與電源頻率f成正比，不同的頻率f即對應(yīng)不同的轉(zhuǎn)速，頻率f在一定范圍改變時，電動機就能獲得相應(yīng)范圍轉(zhuǎn)速變化。

二、變頻調(diào)速

變頻調(diào)速技術(shù)就是通過一套特殊的裝置改變工頻（我國為50Hz）電源的頻率，而這一變頻電源加在電機定子繞組后，在定轉(zhuǎn)子間的氣隙中就能產(chǎn)生轉(zhuǎn)速可變的旋轉(zhuǎn)磁場，通過電磁感應(yīng)，在轉(zhuǎn)子回路出現(xiàn)感應(yīng)電流，這一電流與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用，產(chǎn)生可變的轉(zhuǎn)矩，從而實現(xiàn)對電機的速度調(diào)節(jié)，這個特殊裝置就是變頻器。變頻器在結(jié)構(gòu)上分為：交—直—交型、交—交型。交—交型變頻器通常用在低速大容量的傳動系統(tǒng)，而對于中小容量且高速的傳動系統(tǒng)一般采用交—直—交型的通用變頻器。交—直—交型變頻器的工作原理是將50Hz交流電通過大功率的二極管整流器轉(zhuǎn)換成直流電，該直流電加在由大電容或大電感組成的直流環(huán)節(jié)上起到濾波、直流儲能和緩沖無功的作用，通過了中間環(huán)節(jié)的穩(wěn)恒直流電，再供給大功率開關(guān)管IGBT組成的逆變橋式電路，這一逆變電路就能把穩(wěn)恒直流電變換成為電壓頻率可以變化的交流電，加載到電動機定子繞組。

三、變頻器的選擇

1. 變頻器類型選擇根據(jù)功能不同變頻器可分為三種類型：普通功能型U/f控制變頻器、具有轉(zhuǎn)矩控制功能的高功能型U/f控制變頻器、矢量控制高性能變頻器，要根據(jù)負載的要求來進行合理選擇。

（1）風(fēng)機、泵類負載，低速下負載轉(zhuǎn)矩較小，通?？梢赃x擇普通功能型。

（2）恒轉(zhuǎn)矩類負載，對于傳送帶、提升機、攪拌機等為了實現(xiàn)寬范圍的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，往往需要增加變頻器輸出電壓來提高深幅調(diào)速時的電機驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，具有轉(zhuǎn)矩提升能力的變頻器就能取得理想的控制效果，大部分廠家提供的通用型高性能變頻器都具備低頻轉(zhuǎn)矩提升和機械性能上的“挖土機”特性，傳動系統(tǒng)魯棒性好等特點，從實際運行效果看，這種變頻器的性價比還是相當(dāng)令人滿意的。

（3）對于軋鋼、造紙這一類對動態(tài)性能要求較高的負載，原來多采用直流傳動，當(dāng)前，矢量控制型變頻器已經(jīng)通用化，加之籠型電動機具有堅固耐用、維護量小、價格便宜等優(yōu)點，對于要求控制精度高、動態(tài)響應(yīng)快的負載，采用矢量控制高性能型通用變頻器是一種很好的控制方案。

2. 變頻器外圍設(shè)備選擇選用外圍設(shè)備通常是為了改善變頻器的應(yīng)用性能，對整個傳動鏈的執(zhí)行器和負載進行保護，同時減小變頻電源的高次諧波對電網(wǎng)和其他電氣設(shè)備的影響。

（1）電源變壓器電源變壓器用于將高壓電源變換到通用變頻器所需的電壓等級，比如200V量級 400V量級，變壓器容量的參考值通常取變頻器額定容量的130%左右。

（2）受電側(cè)負荷開關(guān)用于變頻器主回路交流電的接通和關(guān)斷，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)過流短路和三相不平衡時能瞬時切斷電源，將事故限制在較小的范圍。大多數(shù)況下采用自動空氣開關(guān)，當(dāng)對保護時間有嚴(yán)格要求的場合需要采用快速熔斷器進行保護。

（3）電磁接觸器用于電源的開閉，在變頻器保護動作時切斷電源。對于電網(wǎng)停電后復(fù)電，可以防止自動再投入，以保護人身和設(shè)備安全。

（4）交流電抗器用于輸入的交流電抗器主要抑制變頻器輸入側(cè)的諧波電流，提高整個電氣系統(tǒng)的實際功率因數(shù)，通常以采用為好。 輸出電抗器用于改善變頻器輸出電流的波形，減少電動機的噪聲，一般情況下采用。

（5）制動單元及電阻用于吸收負載制動時產(chǎn)生的電能，對于行車提升機等位能性負載下放時，實現(xiàn)再生發(fā)電運行，可以做到能源的合理利用。

四、結(jié) 語

隨著變頻器的控制功能的日益完善，相信今后變頻器在現(xiàn)代化生產(chǎn)中必將發(fā)揮越來越重要的作用，會得到更加廣泛的應(yīng)用。