變頻器在電機(jī)啟動(dòng)與調(diào)速中的應(yīng)用淺析

變頻器的容量選擇也不是一個(gè)簡單問題，不能僅僅以電動(dòng)機(jī)的容量為準(zhǔn)。特別是對變頻器產(chǎn)生的高次諧波的干擾問題以及對現(xiàn)場的危害要引起重視，對變頻器產(chǎn)生的不可避免的電路干擾，盡管難以消除，采用適當(dāng)?shù)难b置也是可以抑制的。

隨著現(xiàn)代大功率電子技術(shù)的發(fā)展，交流電機(jī)調(diào)速用的變頻器的性能日新月異，調(diào)速范圍寬、調(diào)速精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、功率因數(shù)高、操作方便且便于同其他設(shè)備接口等一系列優(yōu)點(diǎn)，使變頻器的應(yīng)用越來越廣泛。

但是，由于變頻技術(shù)發(fā)展快，知識(shí)含量高、技術(shù)復(fù)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(yīng)用技巧，將很難用好變頻器。

現(xiàn)在，很多大型機(jī)械的驅(qū)動(dòng)用到了變頻器，變頻器的使用及維護(hù)己經(jīng)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(jìn)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(gè)要點(diǎn)：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(dǎo)通時(shí)間來改變出口頻率;逆變器是通過改變晶體管的導(dǎo)通順序來改變電機(jī)的旋轉(zhuǎn)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(shù)的難點(diǎn)。

變頻器控制系統(tǒng)的理解比較復(fù)雜，因?yàn)樽冾l器的控制方式不同，導(dǎo)致輸出的性能也不一樣。

V/F控制常規(guī)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(jìn)行矢量計(jì)算劃分為勵(lì)磁電流和扭矩成分電流，然后調(diào)節(jié)電壓使產(chǎn)生的電機(jī)電流與負(fù)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(jì)算把變頻器的輸出電流劃分為勵(lì)磁電流和扭矩成分電流，然后調(diào)節(jié)電壓使產(chǎn)生的電機(jī)電流與負(fù)載扭矩匹配，從而改變扭矩特性及調(diào)速精度;矢量控制是由編碼器進(jìn)行速度檢測，且由數(shù)算來確定電機(jī)的轉(zhuǎn)速差，從而確定電機(jī)的負(fù)載的。

在變頻器的控制電路中，另一個(gè)突出的功能是它的保護(hù)功能，這一點(diǎn)對現(xiàn)場使用維護(hù)很重要。

變頻器具有多種保護(hù)功能，主要的保護(hù)類型有：變頻器的保護(hù)過電流保護(hù)、過電壓、輸出短路、輸出接地故障、瞬間失電故障、欠壓保護(hù)、主電路元器件過熱故障、制動(dòng)元件故障、過載;電機(jī)的過熱保護(hù)過載保護(hù)、外部熱繼電器動(dòng)作;以及其他保護(hù)連接錯(cuò)誤、存儲(chǔ)器故障、重試次數(shù)過多、CPU出錯(cuò)等。

報(bào)警功能包括：錯(cuò)誤操作狀態(tài)報(bào)警、保護(hù)功能預(yù)報(bào)警等電機(jī)直接工頻電源啟動(dòng)時(shí)，電機(jī)的啟動(dòng)電流一般為額定電流的6―7倍，且電機(jī)的加速啟動(dòng)時(shí)間由負(fù)載特性決定如果變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)與工頻電源啟動(dòng)相似，進(jìn)行直接啟動(dòng)，而變頻器的容量與電機(jī)相同，由于變頻器的啟動(dòng)電流過大而使其出現(xiàn)故障。因此，變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)必須在低頻率狀態(tài)啟動(dòng)，啟動(dòng)電流控制在額定電流的1.5倍左右理工研究與實(shí)踐當(dāng)變頻器接受啟動(dòng)信號(hào)時(shí)，將輸出啟動(dòng)頻率而使電機(jī)產(chǎn)生啟動(dòng)扭矩。當(dāng)變頻器在啟動(dòng)頻率情況下，電機(jī)的啟動(dòng)扭矩大于負(fù)載的啟動(dòng)扭矩時(shí)，電機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)。變頻器的輸出頻率將逐步地增加，電機(jī)的轉(zhuǎn)速也將增加直至穩(wěn)定。變頻器的啟動(dòng)、加速過程完成。

斷開變頻器啟動(dòng)信號(hào)或設(shè)定比輸出頻率低的頻率設(shè)定值，變頻器的輸出頻率根據(jù)設(shè)定的減速時(shí)間逐漸地減少。減速時(shí)，電機(jī)的速度要比與變頻器輸出頻率等效的同頻速度高，電機(jī)會(huì)像發(fā)電機(jī)一樣把能量返回變頻器，這個(gè)過程叫再生。通常電機(jī)工頻供電時(shí)，當(dāng)斷開交流接觸器后，電機(jī)靠負(fù)載扭矩的制動(dòng)力滑動(dòng)到停止;變頻驅(qū)動(dòng)時(shí)，斷開啟動(dòng)信號(hào)不會(huì)立即使電機(jī)滑動(dòng)停止，而按設(shè)定的減速時(shí)間減速到停止。

這兩個(gè)概念也是作為常識(shí)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(gè)推算效率公式：總效率=變頻器效率x驅(qū)動(dòng)電機(jī)效率變頻器損耗與電機(jī)損耗由于高次諧波的影響，總損耗要比工頻驅(qū)動(dòng)時(shí)大。變頻器的功率因數(shù)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(shù)主要是針對電流的畸變而言的，改善功率因數(shù)就可以改善電流波形，同時(shí)抑制了高次諧波，減少了干擾。

二、三相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)與調(diào)速隨著電動(dòng)機(jī)的廣泛應(yīng)用，電機(jī)的啟動(dòng)和調(diào)速越來越顯得重要。電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)過程的大電流和大沖擊歷來是個(gè)不安全因素，設(shè)計(jì)人員根據(jù)電機(jī)原理給出了一系列的軟啟動(dòng)方法。電動(dòng)機(jī)調(diào)速也一樣，也經(jīng)歷了一個(gè)從調(diào)壓調(diào)速、變極調(diào)速、電磁轉(zhuǎn)差離合調(diào)速等傳統(tǒng)方法到變頻調(diào)速的過程。

電機(jī)轉(zhuǎn)速不僅取決于負(fù)載扭矩，而且取決于電機(jī)的級數(shù)和供電頻率，F(xiàn)=PN/60，N為同步速度;帶有負(fù)載的電機(jī)轉(zhuǎn)速比電機(jī)的同步速低，轉(zhuǎn)差率表示差別程度;電機(jī)輸出扭矩不是固定不變的，是跟隨著負(fù)載扭矩變化的，電機(jī)轉(zhuǎn)速也是隨負(fù)載變化而變化;電機(jī)電流也是隨負(fù)載變化而變化的，空載電流一般為額定電流的50%，低轉(zhuǎn)速時(shí)電流較大;電機(jī)的額定扭矩不是電機(jī)的輸出扭矩，而是電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速、連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所允許的負(fù)載扭矩;2.變頻啟動(dòng)電機(jī)的情況變頻啟動(dòng)電機(jī)時(shí)為了減小啟動(dòng)電流，采用了低頻啟動(dòng)，同時(shí)啟動(dòng)扭矩也減小，這就是平緩啟動(dòng)。

變頻器啟動(dòng)要注意以下幾個(gè)概念：由于變頻器輸出加到電機(jī)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(jī)電流比工頻是多出10%左右，同時(shí)電機(jī)溫度有提高;變頻器輸出的電壓要隨電機(jī)的轉(zhuǎn)速的變化而變化。因?yàn)橥ㄟ^變頻進(jìn)行電機(jī)調(diào)速，如電壓不變，電機(jī)的磁通就會(huì)增加（磁飽和）電機(jī)的電流就要增大，電機(jī)過熱，有可能燒毀。

所以為保持磁通為一常數(shù)，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(shí)，輸出電壓是恒定的;引入標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)的概念，也就是常說的變頻電機(jī)，是專為變頻器設(shè)計(jì)的，標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)按理論可以在120HZ下運(yùn)行三、電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)提速或恒速時(shí)，變頻器的效能是輸出電流，也就是變頻器能夠給電機(jī)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(dòng)機(jī)減速運(yùn)行時(shí)，由于變頻器的減速操作使其驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)變成了發(fā)電機(jī)，能量的流動(dòng)是從電動(dòng)機(jī)流向變頻器，同變頻器提速和恒速運(yùn)行時(shí)相反。變頻器這時(shí)的作用是要消耗這些能量。減速時(shí)電動(dòng)機(jī)負(fù)載返回的部分能量由電動(dòng)機(jī)消耗，而其余部分則由變頻器來消耗。

另外，由于電動(dòng)機(jī)及電動(dòng)機(jī)負(fù)載返回的能量會(huì)使變頻器的端電壓升高，當(dāng)電壓升高到一特定值時(shí)，就會(huì)又產(chǎn)生再生能量消耗或直接返回到供電電源側(cè)。

選擇變頻器容量時(shí)要注意：首先，變頻器的容量應(yīng)該與其驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)的容量相匹配，另外，變頻器的選擇要依據(jù)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載特性、運(yùn)行方式等情況來決定。

然后，再具體的分析就是根據(jù)機(jī)械側(cè)要求的電機(jī)轉(zhuǎn)速、加速扭矩、減速扭矩、電機(jī)扭矩等，以及電機(jī)電流、電機(jī)的冷卻系數(shù)等檢驗(yàn)項(xiàng)目來確定。其中，重點(diǎn)要適合啟動(dòng)時(shí)扭矩的要求，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)點(diǎn)要滿足電動(dòng)機(jī)輸出扭矩大于負(fù)載扭矩;加速過程的扭矩的要求，電動(dòng)機(jī)的輸出扭矩必須小于電動(dòng)機(jī)加或減速時(shí)的所需負(fù)載扭矩;減速過程的再生制動(dòng)的要求（散熱）電機(jī)的溫升的要求，電機(jī)絕緣的等級等，變頻器的再生制動(dòng)扭矩由減速時(shí)的電動(dòng)機(jī)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(diǎn)：為了增加變頻器的加速能力和啟動(dòng)扭矩，可以在變頻器的參數(shù)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(dòng)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(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過改變電機(jī)工作電源頻率方式來控制交流電動(dòng)機(jī)的電力控制設(shè)備。變頻器主要由整流、濾波、逆變、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測單元微處理單元等組成。變頻器還有很多的保護(hù)功能，如過流、過壓、過載保護(hù)等等。隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的應(yīng)用。

從我國制造出一臺(tái)變頻器到現(xiàn)在，已經(jīng)經(jīng)過了30多年的科技研發(fā)與應(yīng)用實(shí)踐，伴隨著電子技術(shù)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(chǎn)廠家紛紛展開了價(jià)格和質(zhì)量上的雙重競爭，在這種競爭的氛圍中，變頻器將會(huì)進(jìn)入到一個(gè)怎樣的發(fā)展軌跡中去？行業(yè)的發(fā)展又會(huì)有怎樣的嶄新局面？

變頻器的常規(guī)用途就是為了調(diào)速，同時(shí)降低啟動(dòng)電流達(dá)到節(jié)能減耗，設(shè)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(chǎn)廠家都在向著同樣的目標(biāo)前進(jìn)，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(chǎn)企業(yè)便對今后各自的變頻器研發(fā)與生產(chǎn)提出了新的要求。

對于變頻器來說，其性能的優(yōu)劣主要是看三方面，是其輸出交流電壓諧波對電機(jī)的影響，第二是看對電網(wǎng)產(chǎn)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(diǎn)的評判依據(jù)，便是要求變頻器不僅要達(dá)到智能化和集成模塊化，還要求進(jìn)一步的降低變頻器使用過程及設(shè)備開關(guān)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(xiàn)點(diǎn)，也是變頻器生產(chǎn)廠家需要不斷研發(fā)以及改進(jìn)的重中之重。

現(xiàn)在社會(huì)對產(chǎn)品的功能性要求越來越高，單一的應(yīng)用領(lǐng)域早已滿足不了廣泛的用戶需求，所以，為了應(yīng)對不同應(yīng)用領(lǐng)域所帶來的挑戰(zhàn)，變頻器不僅需要不間斷進(jìn)行更新?lián)Q代，還需要*大程度的提高產(chǎn)品的多樣化，滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域需求。現(xiàn)在變頻器應(yīng)用的領(lǐng)域包括各種工業(yè)生產(chǎn)、城市供水供電系統(tǒng)以及家庭用電中。在這些領(lǐng)域，不僅要求變頻器性能穩(wěn)定，更需要全數(shù)字化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化功能的產(chǎn)品，這類產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)不僅僅代表了變頻技術(shù)的進(jìn)步，也可以為生產(chǎn)生活帶來更多的便宜、拉動(dòng)更多產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

變頻器行業(yè)在水泥、電梯、印刷、電力等現(xiàn)代化以及醫(yī)學(xué)、通訊、交通、運(yùn)輸、電力、電子、環(huán)保等領(lǐng)域得到的發(fā)展和應(yīng)用，幾乎國民經(jīng)濟(jì)各行各業(yè)都與變頻器密不可分。從整體看，目前我國變頻器行業(yè)的競爭日趨激烈。

變頻器在使用過程中帶動(dòng)的是電機(jī)，所以，變頻器的選型可以從電機(jī)的角度來選擇型號(hào)、規(guī)格。那首先，我們就必須先了解電機(jī)的各項(xiàng)規(guī)格指標(biāo)參數(shù)。

每臺(tái)電機(jī)都有它自己出廠的銘牌，從銘牌上，我們不難找到電機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)。這些參數(shù)中，我們需要了解的主要參數(shù)有：電機(jī)的額定電壓、額定電流、額定頻率、額定轉(zhuǎn)速等。

電機(jī)的額定電壓：電機(jī)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(biāo)準(zhǔn)的電壓等級，請及時(shí)咨詢生產(chǎn)廠家或各地辦事處及經(jīng)銷商。

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

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

電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速：電機(jī)有分為2極、4極、6極、8極等，極數(shù)越高，轉(zhuǎn)速越低，同功率電流也越大。我們一般用的電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速是1500 rpm對應(yīng)4極電機(jī)。變頻器也是根據(jù)4極電機(jī)來設(shè)計(jì)的。2極對應(yīng)3000 rpm、6極對應(yīng)960 rpm、8極對應(yīng)720 rpm左右