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變頻器（Variable frequency Drive， VFD） 是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過(guò)改變電機(jī)工作電源頻率方式來(lái)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（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）,、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元,、檢測(cè)單元微處理單元等組成,。

變頻器靠?jī)?nèi)部IGBT的開(kāi)斷來(lái)調(diào)整輸出電源的電壓和頻率，根據(jù)電機(jī)的實(shí)際需要來(lái)提供其所需要的電源電壓,，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能,、調(diào)速的目的，另外,，變頻器還有很多的保護(hù)功能,，如過(guò)流、過(guò)壓,、過(guò)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,。

衡量一個(gè)通用變頻器性能好壞的主要指標(biāo)有：起動(dòng)轉(zhuǎn)矩,、控制方式,、轉(zhuǎn)矩控制精度、速度控制精度,、速度控制方式,、控制信號(hào)種類、頻率跳躍功能,、載波頻率,、多段速度設(shè)定、通信接口等,。變頻器選型的是否正確對(duì)于機(jī)械設(shè)備的電控系統(tǒng)正常運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用,。

建議大家變頻器選型的時(shí)候首先要弄清楚機(jī)械設(shè)備的類型、負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性,、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩,、調(diào)速范圍、靜態(tài)速度精度和使用環(huán)境的要求等現(xiàn)場(chǎng)所需條件,，然后才決定選擇使用何種控制方式和防護(hù)結(jié)構(gòu)的變頻器是合適的,。所謂合適，是在滿足機(jī)械設(shè)備中實(shí)際工藝生產(chǎn)的要求和使用場(chǎng)合前提下所說(shuō)的一個(gè)說(shuō)法,，實(shí)現(xiàn)變頻器的應(yīng)用*性價(jià)比,。

變頻器選型攻略

1、 對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力

1.1 對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)的適應(yīng)能力

當(dāng)母線上電動(dòng)機(jī)成組自起動(dòng),、當(dāng)母線上大一臺(tái)電動(dòng)機(jī)組起動(dòng)時(shí)對(duì)變頻器運(yùn)行的影響,，這與變頻器允許的輸入電壓波動(dòng)范圍參數(shù)有關(guān)，對(duì)于火電機(jī)組應(yīng)保證母線電壓跌落30%時(shí)變頻器不會(huì)停機(jī),。

另外,，在母線切換等情況下所造成的母線電壓瞬時(shí)失電發(fā)生后,，變頻器應(yīng)具有持續(xù)或恢復(fù)運(yùn)行的功能（有些廠家稱為“失壓再起動(dòng)功能”）,，即在母線電壓瞬間降低或消失（如事故切換）時(shí)變頻器不跳閘或使電機(jī)系統(tǒng)慣性運(yùn)行;當(dāng)母線電壓重新恢復(fù)正常后，變頻器能根據(jù)捕捉到的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速正確調(diào)整自身輸出,，重新拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的功能,。

1.2 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)能力

高壓變頻器大多安裝于現(xiàn)場(chǎng)輔機(jī)附近，灰塵較多,，灰塵進(jìn)入變頻柜內(nèi)會(huì)導(dǎo)致絕緣下降或擊穿損壞電子元器件;灰塵堵塞濾網(wǎng)造成功率柜散熱效果差,，易導(dǎo)致功率模塊過(guò)熱失效損壞。有些廠家把空氣濾網(wǎng)設(shè)計(jì)為在運(yùn)行中可拆換清洗,，便于維護(hù),。在南方高溫、潮濕氣候地區(qū),，應(yīng)選擇對(duì)環(huán)境溫濕度要求低,、系統(tǒng)溫升相對(duì)低的產(chǎn)品,，以保證安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2 ,、對(duì)自身小故障的承受能力

高壓變頻器具有單元旁路功能,，即某個(gè)功率單元出故障時(shí)該單元應(yīng)能夠自動(dòng)退出，整個(gè)系統(tǒng)可持續(xù)帶故障運(yùn)行,，這實(shí)際是一種冗余設(shè)計(jì)技術(shù),。此時(shí)應(yīng)注意單元旁路后對(duì)變頻器帶載能力的影響，主要考慮變頻裝置每相功率單元個(gè)數(shù),、控制系統(tǒng)的電壓補(bǔ)償,。

單元串聯(lián)越多，故障概率越大,，單個(gè)單元故障對(duì)輸出能力的影響越小,，二者應(yīng)折中取舍。若采用電壓補(bǔ)償算法,、中性點(diǎn)偏移算法可提高系統(tǒng)單元旁路后的帶載能力,，但此種方法可能帶來(lái)共模電壓等問(wèn)題，需視電動(dòng)機(jī)絕緣安全等設(shè)備具體情況取舍,。

高壓變頻器的控制系統(tǒng)電源至關(guān)重要,，應(yīng)設(shè)計(jì)采用多路控制電源供電，多通道互為備用,、無(wú)擾切換;風(fēng)扇冷卻器的冗余設(shè)計(jì)也有助于提高系統(tǒng)的抗擾動(dòng)能力,。

3、 對(duì)外部故障的承受能力

對(duì)輸入側(cè)的外部故障,，如外部電網(wǎng)故障造成母線電壓跌落時(shí)對(duì)高壓變頻器運(yùn)行的影響,。廣東省某電廠機(jī)組曾發(fā)生過(guò)這樣的事故：由于外部電網(wǎng)瞬時(shí)故障造成廠用電母線電壓閃變跌落，導(dǎo)致輔機(jī)變頻器停機(jī),，雖然外部電網(wǎng)的故障很快切除,，但由于變頻器拖動(dòng)的重要輔機(jī)停運(yùn)導(dǎo)致機(jī)組甩負(fù)荷。因此瞬時(shí)停電再起動(dòng)功能應(yīng)是電廠機(jī)組輔機(jī)高壓變頻器提高外部故障承受能力的可靠保證,。

對(duì)輸出側(cè)的外部故障,，如電纜擊穿短路或電動(dòng)機(jī)的單相接地甚至相間短路故障對(duì)高壓變頻器的影響。高壓變頻器應(yīng)配置單相接地故障檢測(cè)功能,，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況選擇設(shè)定告警或跳閘保護(hù),。據(jù)統(tǒng)計(jì)廣東省高壓電動(dòng)機(jī)由于絕緣損壞導(dǎo)致的相間短路故障每年平均約20臺(tái)，雖然相對(duì)概率較小,，但對(duì)于采用過(guò)流能力極其有限的電力電子器件的高壓變頻器,，短路電流的沖擊對(duì)設(shè)備的損害是巨大的，可能導(dǎo)致設(shè)備損壞的嚴(yán)重故障,。高壓變頻器對(duì)輸出相間短路的承受能力與保護(hù)技術(shù)是設(shè)備選型,、保證設(shè)備安全應(yīng)考慮的一項(xiàng)重要因素,。

4 、設(shè)備的故障恢復(fù)時(shí)間

設(shè)備故障分為兩種類型：一是瞬間可自行恢復(fù)的故障,，這種故障一旦出現(xiàn)之后,，能在較短的時(shí)間內(nèi)自行恢復(fù)，而具有轉(zhuǎn)速自動(dòng)跟蹤功能的變頻裝置能顯著提高在此種故障情況下的運(yùn)行能力和可靠性,。廣東省正在運(yùn)行的部分高壓變頻器在雷雨季節(jié)發(fā)生雷擊時(shí)頻繁停機(jī),，就是因?yàn)椴痪邆浯朔N功能所致;

其二是發(fā)生永玖性損壞故障后裝置的恢復(fù)時(shí)間，功率單元模塊化可以在短時(shí)間內(nèi)更換備用模塊,，使設(shè)備在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)運(yùn)行,。

5 、變頻改造對(duì)電機(jī)保護(hù)的影響

高壓變頻器一般均配置工頻旁路柜,，以保證在變頻器出現(xiàn)故障或檢修時(shí),，通過(guò)工頻旁路柜的切換電機(jī)恢復(fù)工頻運(yùn)行，保證生產(chǎn)持續(xù)不斷,。但這種切換也帶來(lái)了相應(yīng)保護(hù)配置的問(wèn)題：電動(dòng)機(jī)在變頻運(yùn)行狀態(tài)下開(kāi)關(guān)柜應(yīng)裝設(shè)變壓器保護(hù)（因變頻器內(nèi)部與廠用電連接部分為輸入移相整流變壓器）,，而在工頻運(yùn)行時(shí)應(yīng)裝設(shè)電動(dòng)機(jī)保護(hù)。

因此在改造時(shí),，原有電動(dòng)機(jī)保護(hù)應(yīng)保留,，作為工頻運(yùn)行時(shí)的保護(hù)裝置，如果變頻器控制系統(tǒng)不具備輸入變壓器的保護(hù)功能,，從系統(tǒng)安全和合理配置保護(hù)的角度考慮,，需加裝“隔離移相變壓器”保護(hù);在電動(dòng)機(jī)變頻運(yùn)行時(shí)，退出電動(dòng)機(jī)保護(hù)而投變壓器保護(hù),。

6 ,、手動(dòng)旁路和自動(dòng)旁路

手動(dòng)切換變頻器的運(yùn)行方式（工頻——變頻），存在操作復(fù)雜,、中斷時(shí)間久對(duì)機(jī)組穩(wěn)定性影響較大的問(wèn)題,。而具有工頻變頻自動(dòng)切換的變頻器在發(fā)生故障時(shí)能自動(dòng)切換至工頻運(yùn)行，保證了重要輔機(jī)的持續(xù)運(yùn)行,，降低了對(duì)機(jī)組乃至對(duì)電網(wǎng)的影響,。

但是在電動(dòng)機(jī)故障時(shí)變頻器自動(dòng)切換至工頻,，會(huì)加劇電動(dòng)機(jī)的故障,，并有使故障擴(kuò)大化的危險(xiǎn)。在具體的應(yīng)用中,，應(yīng)充分考慮“自動(dòng)旁路切換功能”的利弊,，變頻器控制系統(tǒng)具有判別自身故障和負(fù)載故障的能力。

另外自動(dòng)工頻變頻切換時(shí)還應(yīng)注意開(kāi)關(guān)柜保護(hù)裝置的自動(dòng)切換,、風(fēng)門(mén)或閥門(mén)的聯(lián)動(dòng)調(diào)節(jié),。在變頻檢修完畢后,，如何使電機(jī)從工頻運(yùn)行狀態(tài)瞬間切換至變頻運(yùn)行狀態(tài)，也是在改造時(shí)必須注意的問(wèn)題,。

7,、 諧波對(duì)電網(wǎng)及電動(dòng)機(jī)的影響

低壓變頻器的輸入電流具有很大的高次諧波成份，這些諧波對(duì)電網(wǎng)造成“諧波污染”的同時(shí),，還降低了變頻器輸入電路的功率因數(shù),。而高壓變頻器通常采用多重化整流技術(shù)，減小對(duì)電網(wǎng)的諧波污染,，提高變頻器輸入側(cè)的功率因數(shù),。有資料表明，采用30脈波的移相變壓器的高壓變頻器,，輸入總諧波含量基本小于國(guó)標(biāo)要求的4%,，網(wǎng)側(cè)的功率因數(shù)也可達(dá)0.95以上。

輸出電壓,、電流諧波對(duì)電動(dòng)機(jī)的影響主要體現(xiàn)在增加電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)和電機(jī)的發(fā)熱,，從而影響電機(jī)繞組的絕緣;共模電壓和軸承電流會(huì)加劇軸承電蝕降低機(jī)械壽命。一般多單元串聯(lián)型式高壓變頻器的每相串聯(lián)的功率單元個(gè)數(shù)達(dá)到5個(gè)及以上時(shí),，輸出電壓的突變率（du/dt）可滿足電機(jī)絕緣要求,，減少對(duì)繞組絕緣與共模電*電流的損害，諧波含量低,，可以不考慮其對(duì)電機(jī)的影響,。

電動(dòng)機(jī)低速運(yùn)行時(shí)，自冷電動(dòng)機(jī)的散熱能力將會(huì)下降,，對(duì)于風(fēng)機(jī)和泵類負(fù)載,，采用單元串聯(lián)式的高壓變頻器諧波發(fā)熱影響小，電動(dòng)機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)由于負(fù)載電流較低,，發(fā)熱量少,，因此不必考慮附加散熱措施問(wèn)題;但對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，低速運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱與高速運(yùn)行時(shí)接近,，就要考慮低速運(yùn)行時(shí)加裝強(qiáng)迫風(fēng)冷等散熱措施,。同時(shí)，還應(yīng)注意低速運(yùn)行時(shí)軸承的潤(rùn)滑問(wèn)題,。

8,、變頻器的壽命

高壓變頻器設(shè)備的壽命主要決定于電解電容，電解電容的壽命與其運(yùn)行溫度和紋波電流直接相關(guān),。保證運(yùn)行環(huán)境溫度,、提高功率模塊的散熱效果、降低功率模塊溫升對(duì)提高系統(tǒng)壽命起到關(guān)鍵的作用;另外電容器紋波電流減小其壽命增加,，因此系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)載工況對(duì)于變頻器的壽命緊密相關(guān),。

對(duì)于一般的可變負(fù)載,，在運(yùn)行環(huán)境滿足設(shè)計(jì)條件下，電解電容器的壽命在8年以上,，更換電容器的費(fèi)用約占系統(tǒng)投資的5%～10%,。國(guó)內(nèi)已有廠家推出無(wú)極性電容器替代電解電容器，據(jù)稱壽命可達(dá)20年,，但相同體積的無(wú)極性電容器的容量要比電解電容小得多,，對(duì)系統(tǒng)輸入、輸出諧波,、功率因數(shù)等指標(biāo)有影響,，目前采用無(wú)極性電容器濾波的高壓變頻器用量很少，其工藝成熟度以及產(chǎn)品的運(yùn)行可靠性影響尚待觀察,，值得關(guān)注

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