變頻器選型時的注意事項

自動化與驅(qū)動產(chǎn)品主要包括PLC、數(shù)控系統(tǒng)、變頻器、低壓電器、工控儀表等。在這些產(chǎn)品中每種產(chǎn)品都有自己的電磁兼容標準。所以在工控系統(tǒng)中對每種產(chǎn)品的電磁兼容的要求也不同。例如，傳動系統(tǒng)的抗干擾性較強，但是它是一個主要的干擾源。然而對于儀表干擾信號較小，在系統(tǒng)設計時應主要考慮它的抗干擾性。?

在電動機的各種調(diào)速方式中，變頻調(diào)速傳動占有極其重要的地位，有強大的生命力。這類傳動系統(tǒng)功率有回路簡單、功率因數(shù)高、輸出諧波小、啟動平穩(wěn)、調(diào)速范圍寬等優(yōu)點。變頻器大多運行在惡劣的電磁環(huán)境，且作為電力電子設備，內(nèi)部由電子元件、微處理芯片等組成，會受到外界的電磁干擾。另外，變頻器的輸入和輸出側(cè)的電壓、電流含有高次諧波。當變頻器運行時，既要防止外界的電磁干擾又要防止變頻器干擾外界其他設備，即所謂的電磁兼容性。?

國際電工委員會（IEC）對電磁兼容性的定義是“電磁兼容性是電子設備的一種功能，電子設備在電磁環(huán)境中能完成其功能而不產(chǎn)生不能容忍的干擾”。我國最近頒布的“電磁兼容性”國家標準中，對電磁兼容性作出如下定義：“設備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對該環(huán)境中的任何事物構成不能承受的電磁干擾”。顯然電磁兼容性含有雙重含義：抗干擾性和干擾性。?

目前，隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和科技的進步，工控設備的使用越來越廣泛。特別是涉及到大的控制系統(tǒng)時，例如控制系統(tǒng)既有PLC、數(shù)控系統(tǒng)、變頻器又有儀表時。如果在系統(tǒng)設計和安裝時，沒有充分考慮電磁兼容性問題，小則造成設備不能穩(wěn)定運行，大則造成設備的損壞。目前EMC已成為電氣系統(tǒng)設計時必須重視的問題。

變頻器的主要功能是改變?nèi)嘟涣鞲袘姍C的轉(zhuǎn)速。此外變頻器還提供了非緊急啟動和停止控制，加速和減速以及過載保護。另外，變頻器可以逐步加速電機，減少電機啟動沖擊電流。由于這些原因，變頻驅(qū)動器適用于輸送機，風機和泵，這些輸送機，風機和泵都受益于電機運行速度的降低和控制。

變頻器將輸入的交流電轉(zhuǎn)換成直流，然后再轉(zhuǎn)換回三相輸出電。基于轉(zhuǎn)速設定值，變頻器直接改變反向輸出功率的電壓和頻率來控制電機轉(zhuǎn)速。注意如果沒有使用變頻器，將交流電轉(zhuǎn)換成直流母線，然后再回到模擬交流正弦波，可以使用直接提供給電機的功率的4％。出于這個原因，正常運行的電動機全速運行時，變頻器可能不具有成本效益。也就是說，如果電動機必須在一定時間內(nèi)輸出變速，而有時只能輸出全速，則與變頻器一起使用的旁路接觸器可以使效率最大化。

考慮變頻器的選擇原因包括節(jié)能，受控啟動電流，運行速度和扭矩可調(diào)，停止控制和反向運行。變頻器降低了能耗，特別是離心式風機和泵的負載。使用變頻器將風扇轉(zhuǎn)速降低一半，風扇功率與風扇速度的三次方成正比，將所需馬力降低八倍。在整條線路上啟動交流電機需要啟動電流超過電機滿載電流（FLA）的八倍。根據(jù)電機的大小，這可能會對配電系統(tǒng)造成嚴重的損耗，并且由此產(chǎn)生的電壓跌落可能會影響敏感設備。使用變頻器可以消除與電動機啟動相關的電壓暫降，并且降低電動機啟動電流以減少用電需求費用?？刂破饎与娏饕部裳娱L電機壽命，因為跨線路浪涌電流會縮短交流電機的使用壽命。在需要頻繁啟動和停止的應用中，縮短的生命周期尤為突出。變頻器大大減少了啟動電流，從而延長了電機的使用壽命，并且減少了電機回卷的必要性。

改變運行速度的能力允許優(yōu)化受控過程。許多變頻器允許使用電位計，鍵盤，可編程邏輯控制器（PLC）或過程回路控制器進行遠程速度調(diào)節(jié)。變頻器也可以限制施加的扭矩，以保護機器和最終產(chǎn)品免受損壞。

指定變頻器尺寸和功率額定值時，要考慮其驅(qū)動的負載的運行配置文件。加載是恒定的還是可變的？會不會頻繁啟停，還是會連續(xù)運轉(zhuǎn)？考慮扭矩和峰值電流。在最差的工作條件下獲得最高的峰值電流。檢查位于電機銘牌上的電機FLA。請注意，如果電機回卷，其FLA可能會高于銘牌上標明的FLA。不要根據(jù)馬力評級來確定變頻器的大小。相反，在峰值扭矩需求下，按照其最大電流要求來確定變頻器的大小。變頻器必須滿足對電機的最大要求?？紤]變頻器可能需要加大尺寸的可能性。某些應用程序由于沖擊載荷或啟動要求而遇到臨時過載條件。電機的性能是基于變頻器產(chǎn)生的電流量。例如，滿載的輸送機可能需要額外的起動轉(zhuǎn)矩，并因此增加來自變頻器的功率。許多變頻器被設計為在150％的過載下運行60秒。要求過載大于150％或超過60秒的應用需要超大的變頻器。高度也影響變頻器的大小，因為變頻器是空氣冷卻的。空氣在高空變薄，降低了它的冷卻性能。大多數(shù)變頻器的設計是在100米的海拔高度上運行，除此之外，驅(qū)動器必須降額或超大。

對于適度的慣性負載，減速過程中的過電壓通常不會發(fā)生。對于具有高慣性負載的應用，變頻器會自動延長減速時間。但是，如果重負荷必須快速減速，則應使用動態(tài)制動電阻。當電動機減速時，它們起到發(fā)電機的作用，動態(tài)制動允許變頻器產(chǎn)生額外的制動或停止轉(zhuǎn)矩。變頻器通?？梢援a(chǎn)生15到20％的制動力矩，無需外部元件。必要時增加外接制動電阻，增加變頻器的制動控制力矩，加快大慣量負載減速，頻繁啟停循環(huán)。

大多數(shù)變頻器可以集成到控制系統(tǒng)和過程中。電機速度可以通過調(diào)整電位器或通過集成在某些變頻器上的鍵盤手動設置。另外，幾乎每個變頻器都有一些I / O，高端驅(qū)動器有多個I / O和全功能通訊端口。這些可以連接到控制，以自動執(zhí)行電機速度命令。大多數(shù)變頻器包括多個離散輸入和輸出，并且至少有一個模擬輸入和一個模擬輸出。離散輸入將變頻器與控制設備（如按鈕，選擇器開關和PLC離散輸出模塊）連接起來。這些信號通常用于啟動/停止，正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)，外部故障，預置速度選擇，故障復位和PID啟用/禁用等功能。離散輸出可以是晶體管，繼電器或頻率脈沖。通常，晶體管輸出驅(qū)動PLC，運動控制器，指示燈和輔助繼電器的接口。繼電器輸出通常驅(qū)動交流設備和其他設備有自己的接地點，因為繼電器觸點隔離外部設備接地。頻率輸出通常用于將速度參考信號發(fā)送到PLC的模擬輸入，或者發(fā)送到以跟隨器模式運行的另一個變頻器。通常，大多數(shù)變頻器的通用輸出是晶體管。有時還會包含一個或多個繼電器輸出以隔離更高電流的設備。頻率脈沖輸出通常保留給更高端的變頻器。模擬輸入用于將變頻器與外部0至10 Vdc或4至20 mA信號連接。這些信號可以表示速度設定值和/或閉環(huán)控制反饋。一個模擬輸出可以用作為其他變頻器提供設定值的前饋，所以其他設備將遵循主變頻器的速度; 否則，它可以將速度，扭矩或電流信號傳送回PLC或控制器。

變頻器不是在任何情況下都能正常使用，因此用戶有必要對負載、環(huán)境要求和變頻器有更多了解。

1.負載類型和變頻器的選擇：

電動機所帶動的負載不一樣，對變頻器的要求也不一樣。

A：風機和水泵是最普通的負載：對變頻器的要求最為簡單，只要變頻器容量等于電動機容量即可（空壓機、深水泵、泥沙泵、快速變化的音樂噴泉需加大容量）。

B：起重機類負載：這類負載的特點是啟動時沖擊很大，因此要求變頻器有一定余量。同時，在重物下放肘，會有能量回饋，因此要使用制動單元或采用共用母線方式。

C：不均行負載：有的負載有時輕，有時重，此時應按照重負載的情況來選擇變頻器容量，例如軋鋼機機械、粉碎機械、攪拌機等。

D：大慣性負載：如離心機、沖床、水泥廠的旋轉(zhuǎn)窯，此類負載慣性很大，因此啟動時可能會振蕩，電動機減速時有能量回饋。應該用容量稍大的變頻器來加快啟動，避免振蕩。配合制動單元消除回饋電能。

2.長期低速動轉(zhuǎn)，由于電機發(fā)熱量較高，風扇冷卻能力降低，因此必須采用加大減速比的方式或改用6級電機，使電機運轉(zhuǎn)在較高頻率附近。

3.變頻器安裝地點必需符合標準環(huán)境的要求，否則易引起故障或縮短使用壽命；變頻器與驅(qū)動馬達之間的距離一般不超過50米，若需更長的距離則需降低載波頻率或增加輸出電抗器選件才能正常運轉(zhuǎn)。