變頻器在電機啟動與調速中的應用淺析

變頻器的容量選擇也不是一個簡單問題，不能僅僅以電動機的容量為準。特別是對變頻器產生的高次諧波的干擾問題以及對現場的危害要引起重視，對變頻器產生的不可避免的電路干擾，盡管難以消除，采用適當的裝置也是可以抑制的。

隨著現代大功率電子技術的發展，交流電機調速用的變頻器的性能日新月異，調速范圍寬、調速精度高、動態響應快、功率因數高、操作方便且便于同其他設備接口等一系列優點，使變頻器的應用越來越廣泛。

但是，由于變頻技術發展快，知識含量高、技術復雜，如何用好變頻器，僅靠知道簡單的安裝接線，而不了解變頻器的原理及其應用技巧，將很難用好變頻器。

現在，很多大型機械的驅動用到了變頻器，變頻器的使用及維護己經顯得越來越重要了。

一、變頻器的工作原理變頻器主要由主電路和控制電路組成。主電路包括整流電路（工頻電源的交流電變換成直流電且對直流電進行平滑濾波）和逆變電路（直流電變換成各種頻率的交流電）兩部分。控制電路完成對主電路的控制。

逆變器的工作原理有以下幾個要點：逆變器是變直流為交流的;逆變電路是整流電路的反版，正好相反;通過改變晶體管的導通時間來改變出口頻率;逆變器是通過改變晶體管的導通順序來改變電機的旋轉方向的。逆變器的容量受晶體管的容量所限制，這也是變頻技術的難點。

變頻器控制系統的理解比較復雜，因為變頻器的控制方式不同，導致輸出的性能也不一樣。

V/F控制常規的變頻控制方式，電壓與頻率的比率保持不便;簡單磁通矢量控制是通過把變頻器的輸出電流進行矢量計算劃分為勵磁電流和扭矩成分電流，然后調節電壓使產生的電機電流與負載扭矩匹配，從而改變扭矩特性;磁通矢量控制是通過矢量計算把變頻器的輸出電流劃分為勵磁電流和扭矩成分電流，然后調節電壓使產生的電機電流與負載扭矩匹配，從而改變扭矩特性及調速精度;矢量控制是由編碼器進行速度檢測，且由數算來確定電機的轉速差，從而確定電機的負載的。

在變頻器的控制電路中，另一個突出的功能是它的保護功能，這一點對現場使用維護很重要。

變頻器具有多種保護功能，主要的保護類型有：變頻器的保護過電流保護、過電壓、輸出短路、輸出接地故障、瞬間失電故障、欠壓保護、主電路元器件過熱故障、制動元件故障、過載;電機的過熱保護過載保護、外部熱繼電器動作;以及其他保護連接錯誤、存儲器故障、重試次數過多、CPU出錯等。

報警功能包括：錯誤操作狀態報警、保護功能預報警等電機直接工頻電源啟動時，電機的啟動電流一般為額定電流的6―7倍，且電機的加速啟動時間由負載特性決定如果變頻器驅動電機與工頻電源啟動相似，進行直接啟動，而變頻器的容量與電機相同，由于變頻器的啟動電流過大而使其出現故障。因此，變頻器驅動電機必須在低頻率狀態啟動，啟動電流控制在額定電流的1.5倍左右理工研究與實踐當變頻器接受啟動信號時，將輸出啟動頻率而使電機產生啟動扭矩。當變頻器在啟動頻率情況下，電機的啟動扭矩大于負載的啟動扭矩時，電機開始轉動。變頻器的輸出頻率將逐步地增加，電機的轉速也將增加直至穩定。變頻器的啟動、加速過程完成。

斷開變頻器啟動信號或設定比輸出頻率低的頻率設定值，變頻器的輸出頻率根據設定的減速時間逐漸地減少。減速時，電機的速度要比與變頻器輸出頻率等效的同頻速度高，電機會像發電機一樣把能量返回變頻器，這個過程叫再生。通常電機工頻供電時，當斷開交流接觸器后，電機靠負載扭矩的制動力滑動到停止;變頻驅動時，斷開啟動信號不會立即使電機滑動停止，而按設定的減速時間減速到停止。

這兩個概念也是作為常識來理解的。變頻器是電源變流器，包含整流器電路和逆變器電路，這些電路都是消耗能量的電路。終有一個推算效率公式：總效率=變頻器效率x驅動電機效率變頻器損耗與電機損耗由于高次諧波的影響，總損耗要比工頻驅動時大。變頻器的功率因數不能用電壓與電流的簡單比率來確定，主要是由于高次諧波的影響。研宄功率因數主要是針對電流的畸變而言的，改善功率因數就可以改善電流波形，同時抑制了高次諧波，減少了干擾。

二、三相異步電動機啟動與調速隨著電動機的廣泛應用，電機的啟動和調速越來越顯得重要。電動機的啟動過程的大電流和大沖擊歷來是個不安全因素，設計人員根據電機原理給出了一系列的軟啟動方法。電動機調速也一樣，也經歷了一個從調壓調速、變極調速、電磁轉差離合調速等傳統方法到變頻調速的過程。

電機轉速不僅取決于負載扭矩，而且取決于電機的級數和供電頻率，F=PN/60，N為同步速度;帶有負載的電機轉速比電機的同步速低，轉差率表示差別程度;電機輸出扭矩不是固定不變的，是跟隨著負載扭矩變化的，電機轉速也是隨負載變化而變化;電機電流也是隨負載變化而變化的，空載電流一般為額定電流的50%，低轉速時電流較大;電機的額定扭矩不是電機的輸出扭矩，而是電機在額定轉速、連續運轉時所允許的負載扭矩;2.變頻啟動電機的情況變頻啟動電機時為了減小啟動電流，采用了低頻啟動，同時啟動扭矩也減小，這就是平緩啟動。

變頻器啟動要注意以下幾個概念：由于變頻器輸出加到電機上的電壓的波形，不是正弦波，而是畸波，所以，在額定扭矩下的電機電流比工頻是多出10%左右，同時電機溫度有提高;變頻器輸出的電壓要隨電機的轉速的變化而變化。因為通過變頻進行電機調速，如電壓不變，電機的磁通就會增加（磁飽和）電機的電流就要增大，電機過熱，有可能燒毀。

所以為保持磁通為一常數，電壓要隨頻率的變化而變化;變頻器不能輸出高于供電電源的輸出電壓，所以在高頻時，輸出電壓是恒定的;引入標準電機的概念，也就是常說的變頻電機，是專為變頻器設計的，標準電機按理論可以在120HZ下運行三、電動機與變頻器的匹配首先，什么是變頻器的容量，可以從以下幾方面來理解：在電動機提速或恒速時，變頻器的效能是輸出電流，也就是變頻器能夠給電機提供多少電流。變頻器這種輸出電流的效能可以由它的額定輸出電流或過載能力來表示;在電動機減速運行時，由于變頻器的減速操作使其驅動的電動機變成了發電機，能量的流動是從電動機流向變頻器，同變頻器提速和恒速運行時相反。變頻器這時的作用是要消耗這些能量。減速時電動機負載返回的部分能量由電動機消耗，而其余部分則由變頻器來消耗。

另外，由于電動機及電動機負載返回的能量會使變頻器的端電壓升高，當電壓升高到一特定值時，就會又產生再生能量消耗或直接返回到供電電源側。

選擇變頻器容量時要注意：首先，變頻器的容量應該與其驅動的電動機的容量相匹配，另外，變頻器的選擇要依據電動機的負載特性、運行方式等情況來決定。

然后，再具體的分析就是根據機械側要求的電機轉速、加速扭矩、減速扭矩、電機扭矩等，以及電機電流、電機的冷卻系數等檢驗項目來確定。其中，重點要適合啟動時扭矩的要求，電動機啟動點要滿足電動機輸出扭矩大于負載扭矩;加速過程的扭矩的要求，電動機的輸出扭矩必須小于電動機加或減速時的所需負載扭矩;減速過程的再生制動的要求（散熱）電機的溫升的要求，電機絕緣的等級等，變頻器的再生制動扭矩由減速時的電動機損耗和變頻器損耗來確定。這里，在變頻器的具體選擇中要注意以下幾點：為了增加變頻器的加速能力和啟動扭矩，可以在變頻器的參數中加大它的扭矩提升值或增加變頻器的容量;為了增加變頻器的再生制動扭矩，以改善變頻器的減速性能，可以采用增加變頻器的容量。

變頻器市場競爭激烈化的誘因

變頻器是應用變頻技術與微電子技術，通過改變電機工作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設備。變頻器主要由整流、濾波、逆變、制動單元、驅動單元、檢測單元微處理單元等組成。變頻器還有很多的保護功能，如過流、過壓、過載保護等等。隨著工業自動化程度的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的應用。

從我國制造出一臺變頻器到現在，已經經過了30多年的科技研發與應用實踐，伴隨著電子技術水平的和市場需要的提高，變頻器的種類越來越多，功能也越來越完善。各種變頻器生產廠家紛紛展開了價格和質量上的雙重競爭，在這種競爭的氛圍中，變頻器將會進入到一個怎樣的發展軌跡中去？行業的發展又會有怎樣的嶄新局面？

變頻器的常規用途就是為了調速，同時降低啟動電流達到節能減耗，設備工作電壓的不同對變頻器的需求也不同。目前市場上的變頻器大體分為高、中、低壓三種。而不管是哪一種變頻器，生產廠家都在向著同樣的目標前進，即、多功能、小體積，這同樣也是變頻器使用者的需求，由此，各變頻器生產企業便對今后各自的變頻器研發與生產提出了新的要求。

對于變頻器來說，其性能的優劣主要是看三方面，是其輸出交流電壓諧波對電機的影響，第二是看對電網產生的諧波污染和輸入功率，第三則是看變頻器本身的能量消耗如何。這幾點的評判依據，便是要求變頻器不僅要達到智能化和集成模塊化，還要求進一步的降低變頻器使用過程及設備開關過程中所帶來的損耗。這些方面不僅成為了判定變頻器好壞的主要體現點，也是變頻器生產廠家需要不斷研發以及改進的重中之重。

現在社會對產品的功能性要求越來越高，單一的應用領域早已滿足不了廣泛的用戶需求，所以，為了應對不同應用領域所帶來的挑戰，變頻器不僅需要不間斷進行更新換代，還需要*大程度的提高產品的多樣化，滿足不同應用領域需求。現在變頻器應用的領域包括各種工業生產、城市供水供電系統以及家庭用電中。在這些領域，不僅要求變頻器性能穩定，更需要全數字化、系統化、網絡化功能的產品，這類產品的研發和生產不僅僅代表了變頻技術的進步，也可以為生產生活帶來更多的便宜、拉動更多產業的進一步發展。

變頻器行業在水泥、電梯、印刷、電力等現代化以及醫學、通訊、交通、運輸、電力、電子、環保等領域得到的發展和應用，幾乎國民經濟各行各業都與變頻器密不可分。從整體看，目前我國變頻器行業的競爭日趨激烈。

變頻器在使用過程中帶動的是電機，所以，變頻器的選型可以從電機的角度來選擇型號、規格。那首先，我們就必須先了解電機的各項規格指標參數。

每臺電機都有它自己出廠的銘牌，從銘牌上，我們不難找到電機的各項參數。這些參數中，我們需要了解的主要參數有：電機的額定電壓、額定電流、額定頻率、額定轉速等。

電機的額定電壓：電機的額定電壓一般有110V、220V、380V、690V、1140V、6kV等。

變頻器電壓等級有：220V、380V、690V、1140V。如有其它非標準的電壓等級，請及時咨詢生產廠家或各地辦事處及經銷商。

電機的額定電流：電機的額定電流根據電機的功率不同而不同。選擇變頻器時，變頻器的額定電流應大于或等于電機的額定電流，特殊情況應將變頻器功率檔次放大一檔。

電機的額定頻率：普通電機的額定頻率一般是50~60Hz，高速電機有1000~3000Hz等。CH-_100系列可滿足0~600Hz電機的需要，如需更高頻率，請選用CH_150系列變頻器。

電機的額定轉速：電機有分為2極、4極、6極、8極等，極數越高，轉速越低，同功率電流也越大。我們一般用的電機的額定轉速是1500 rpm對應4極電機。變頻器也是根據4極電機來設計的。2極對應3000 rpm、6極對應960 rpm、8極對應720 rpm左右