用户中心

资讯 > 技术文章

变频器的选型与应用

来源:控制工程网2015.10.11阅读 1723

  变频驱动器(VFD)有很多种类型,有时候也被称作逆变器、交流驱动器、变频驱动器或可调节转速驱动器。尽管在专业术语上用词有所不同,但这些设备在某种意义上都可以说是变频器,可以通过调节三相交流感应或同步电机的输入频率和电压来控制电机的转速与力矩。
  现代的变频器,改变三相交流电机的转速已经非常简单,但在有些方面变化并不总是那么容易实现。尽管三相感应电机发明于1880年代末期,到现在将近100年的时间了,但是使交流电机运行在多个转速上仍然十分困难。磁极的数量以及交流电机的物理结构使得可变转速交流电机从经济上并不可行,所以作为替代,直流电机被用来实现变频应用。
  在1980年代,变频器技术开始变得不那么昂贵,可靠性也更高。现在,变频器与传统直流电机控制相比也开始有竞争力了,但是当选择变频器时,清楚地了解应用、安装方法及配置十分关键。变频器应用、运行和配置的常见问题包括:
  ■ 驱动选择;
  ■ 驱动超过载;
  ■ 驱动过电压;
  ■ 噪声来源;
  ■ 电磁干扰(EMI)/电磁场(EMF)问题;
  ■ 接地问题;
  ■ 错误的配置/参数设定。
  变频器负载
  变频器的主要功能就是改变三相交流感应电机的转速。变频器还能提供过载保护、启动和停止控制,以及进行加、减速的调节。可编程的加速和由处理器控制的电流限制能够降低启动时的尖峰电流,这是控制工厂最大瞬时功率负载以及相应的峰值负荷需求的重要参数,经常被公用事业公司来确定费率或额外费用。


图1:对于任何应用需求,变频器几乎都能满足。正确理解这些需求,对优化运行有帮助。本文所有图片来源:AutomationDirect

  当准备变频器的技术规格时www.cechina.cn,非常重要的一点就是要理解应用环境,并据此择适用的驱动(参见图1 )。首先应该考虑负载运行曲线。对于力矩不变的应用:如传送带(见图2)、搅拌器和压缩机,以及变力矩的应用:比如泵、风机和鼓风机,需要区别对待并小心处理过载比例。


图2:该图展示的是安装在传输带系统中的变频器。

  比如,在尝试以比其基本转速更快的速度驱动风机时,可能会对所需的电量产生显著的影响,因为风机的马力随着转速而发生变化。将风机运转的更快,会消耗更多额外的能量,也许会导致变频器过载。而将转速降低一半,则可以将能量需求降低75%或更多,根据相似定律,这同样适用于泵和风机。
  在很多应用场合,都可以利用其在低转速时可以降低功率消耗的特点,从而节省能源。比如,使用变频器改变风机转速,来匹配负载,而不是用挡板来降低全速运转风机的气流。
  为了避免驱动过载的可能性,变频器的选型应该基于最大电流及峰值力矩需求,因为如果单独根据马力来选择,可能并不能满足施加在电机上的最大力矩需求。尽管大多数变频器能处理的马力范围都很宽,但是如果接近限值时,建议选型要大一点。
  一个超大型的电机,其效率比采用一个合适大小的电机要低一些,但是变频器能够帮助降低这种低效,降低由于选择尺寸过大的驱动和电机所造成的初始成本的增加。
  被动拖曳型负载
  另外可能导致问题发生的应用是被动拖曳型负载(overhauling loads)——高惯性负载降低转速的速度要比惰走的速度要快,或者正常运行时作为后备的驱动所产生的负载。
  当存在被动拖曳型负载时,电机就变成了发电机,必须耗散掉所产生的能量。有多种选择可以处理这种负载。在某些情况下,过大的驱动能够帮助完成这种任务,但是只有在边际情况下才能起作用。
  比较常用的方式是使用具有大电阻的动态刹车装置,将额外的能源转换成热量。尽管某些变频器利用其内置的电阻器可以产生高达20%的刹车力矩,但是增加外部刹车阻尼可以大大的提升变频器的刹车力矩。更大的变频器普遍需要外部刹车装置来处理被动拖曳的情况。
  在被动拖曳型工况下,一个常见的问题是在加速过程中的过电压驱动故障。但是,选型适当的刹车阻尼可以消除这些过电压故障,因为由电机所产生的额外能量可以简单的通过阻尼以热量的形式耗散。
  更高端的、费用更高的解决方案包括再生驱动器www.cechina.cn,能够将额外的能量送到驱动器的线路侧,以及公共母线驱动。在公共母线系统,每个变频器都有其自己的直流母线,连接至公共母线,这样其它驱动就可以利用维修驱动所产生的额外能力。当拖曳驱动所产生的能量非常大时,这两种类型的驱动系统都具有很高的经济性。
  噪声问题
  作为变频器应用和安装的一部分,必须确定合适的配件来处理噪声事宜。电气噪声可能来自外部,施加在驱动的线路侧或负载侧,也可能由驱动自身产生。工厂现有的噪声或驱动线路侧的噪声,一般不会影响现代的变频器。然而,驱动自身所产生的谐波噪声施加在线路侧,可能会影响工厂内的其它设备。
  对大多数应用来讲控制工程网版权所有,在变频器的上游电路安装滤波器是一个划算的投资。最低限度,应该考虑在控制盒内为滤波器、电抗器或驱动(隔离)变压器预留空间,以防在安装后发现需要这些设备(参见图3)。


图3:该图展示的是安装在控制盒内的交流驱动和接线。变频器外壳大一些,有助于散热,也有助于安装其它相关部件

  变频器及其控制的电机能够产生EMI,这会影响附近的敏感设备,尤其是模拟量接线和回路。使用适当的接地技术,可以很好的消除EMI。当设备的不同部分通过多个路径连接到接地网所产生的接地回路,可以通过使用公共电源回路和单点接地来消除。有时为了降低驱动所产生的EMI/EMF,需要使用电源滤波器、线路滤波器、线路/负载电抗器、甚至是隔离变压器。
  变频器也能在电机电缆上产生扰动,最明显的是谐波和反射波,但是一般情况下并不被看作电气噪声。谐波由可控硅的高频切换造成的,可控硅用于调制从变频器输出到电机的脉冲宽度。由于这些谐波能降低电机的效率,因此,为了减少驱动输出侧的谐波,负载电抗器也是必要的。
  在某个时间点上,在从驱动到电机的电缆上,反射波可以使电机上的电压加倍。产生的电压可能会对电机的绝缘造成损伤。因此,推荐在驱动的输出电缆上安装电抗器,尤其是当电缆长度超过125英尺时。为电机规定适当的绝缘等级也能帮助避免反射波问题。举个例子,如果运行在高线电压,比如480Vac,那逆变器应当配置1000V或更高的绝缘等级。
  配置问题
  没有任何理由CONTROL ENGINEERING China版权所有,在电机的铭牌上填写不正确的数据,但是这确实经常发生。考虑到变频器也为电机提供过载保护,因此如果填写的铭牌数据不正确,可能会造成各种各样的故障,甚至会导致电机损坏。
  如果发生由于错误的铭牌或其它事项导致的问题www.cechina.cn,一般可以通过检查驱动器显示屏上的故障代码来确定。老式的驱动器显示的代码并不能清楚地显示故障的原因,因此必须查询手册,以便将代码翻译成可用的信息。
  较新的变频器一般会将故障信息以英文文本(或者其它语言,如果这种语言存在并确实如此组态的话)方式呈现,而不是数字字母代码,这样就大大简化了故障诊断的过程(参见图4)。


图4:现代变频器显示故障名称而不是代码,这样就可以加速和简化故障诊断。

  有数十种变频器组态参数需要理解。尽管在默认值状态下,很多参数也可以很好的工作,但是认真阅读手册并调整参数以便优化驱动器的运行,是一个不错的选择。一般情况下,由于供应商对他们产品的细微差别非常熟悉,因此在参数优化方面,供应商会提供协助。
  至少应该做到,将新的变频器按照电机的铭牌数据(满负荷电流、额定电压和转速)、期望的控制模式(键盘控制、2线制、3线制、或者网络通讯)、期望的转速参考(0 到10 V、 4-20 mA、 键盘、 网络通讯等等)来进行编程。
  在矢量驱动的自动调节算法中,常用的配置参数设置已经被激活,这些参数设置可以改善控制,提高效率。了解这些配置参数和设置,必要的话对默认参数进行调整,能够确保正常运行、最大效率和优化控制。
  最终检查
  做一个简单的检查有助于确保变频器的有效运行。对于任何应用来讲,确定正确的输入电压,正确理解负载的特性十分关键。通过了解负载,可以很容易消除大多数过电流工况。对大多数应用来讲控制工程网版权所有,通过实施下列检测步骤,可以实现高效的运行:
  ■ 确保输入电压正确;
  ■ 了解负载特性;
  ■ 消除过电流工况;
  ■ 如果可能的话,延长加速、减速时间;
  ■ 避免变频器噪声影响-以及电厂其余部分。
  避免过快的加速或减速,可以较少过负荷或过电压故障,从而可以节约能源。检查驱动器显示,处理经常发生的故障。遵循有效的噪声消除技术。
  在驱动选择、参数设置、噪声源、接地、过载、以及过电压工况等上面多花点心思,能够确保最终操作的成功。正确的理解常见的驱动问题,变频器就可以耐受运动曲线或电机转速的变化。通过遵循上述建议,现代变频器可以没有故障的运行多年。(作者:Chip McDaniel)

版权声明:版权归控制工程网所有,转载请注明出处!

频道推荐

关于我们

控制工程网 & CONTROL ENGINEERING China 全球工业控制、自动化和仪器仪表领域的先锋媒体

CE全球

联系我们

商务及广告合作
任小姐(北京)                 夏小姐(上海)
电话:010-82053688      电话:18616877918
rendongxue@cechina.cn      xiashuxian@cechina.cn
新闻投稿:王小姐

关注我们的微信

关于我们 | 网站地图 | 联系我们
© 2003-2020    经营许可编号:京ICP证120335号
公安机关备案号:110102002318  服务热线:010-82053688