在變頻器的選型設(shè)計時,應(yīng)充分考慮到所應(yīng)用場合使用工況條件的最惡劣情況,留有足夠的設(shè)計裕度和必要的保護措施。在選型時應(yīng)對技術(shù)性能和經(jīng)濟指標進行綜合考慮,以選擇相應(yīng)的變頻器規(guī)格容量。如果選型不當造成變頻器容量偏小,對變頻器的效率和正常運行影響極大。變頻器選型時容量應(yīng)作如下考慮。 對連續(xù)運行時所需變頻器容量P0(KVA)必須滿足以下幾點:
(1)變頻器容量必須大于負載所要求的輸出
(2)變頻器容量不能低于電動機容量
(3)變頻器電流Io應(yīng)大于電動機電流,即幾I0KIM
(4)起動時變頻器容量應(yīng)滿足下式 P0 (TL +×)以上各式中,I0為變頻器電流,GD2為飛輪轉(zhuǎn)矩,Ta為加速時間。根據(jù)負載要求確定:K為電流波形補償系數(shù)(PWM控制方式時取1.05~1.10),TL為負載轉(zhuǎn)矩,為電動機效率(通常取0.85),cos為電動機功率因數(shù)(通常取0.75),PM為負載所要求的電動機軸輸出,IM為電動機額定電流,UM為電動機額定電壓,nM為電動機額定轉(zhuǎn)。
對于容量明顯偏小的變頻器的解決措施,可采取增加變頻器容量、減小電動機容量或負載等措施來適應(yīng)變頻器的輸出功率。另外,用戶在提供實際工況原始參數(shù)時,要保證其準確性,未使用過變頻器的用戶可請有經(jīng)驗的單位或變頻器設(shè)計制造廠家做方案設(shè)計變頻器與電動機配套問題
變頻器在實際應(yīng)用中,要考慮變頻器與電動機相匹配的問題,
如低速時的冷卻問題、電動機的穩(wěn)定性和頻繁起動問題。對于調(diào)速范圍比較寬,特別是具有恒轉(zhuǎn)矩和恒功率調(diào)速兩個運行范圍的電動機,由于在低速時的電流和磁通基本保持不變的恒轉(zhuǎn)矩特性,使它散熱困難,因此不能采用自帶風扇冷卻。這種方式對高速和低速運行的工況不利,低速時冷卻效果差,高速時電動機效率嚴重下降。
通常情況下,如果采用自帶風機冷卻或管道通風時,冷卻風量的選擇原則是每20kW的電動機損耗需要lm3/s的風量。除了盡可能減少各種損耗外,還要對空氣的流暢程度和溫度進行認真地分析,減少溫度分布的不均勻系數(shù),提高電動機線圈端部的傳熱性能,加強電動機機座本身的散熱能力。
由于電動機動態(tài)穩(wěn)定性與系統(tǒng)的狀態(tài)有關(guān),它在電源容量大的工頻電源系統(tǒng)中可以穩(wěn)定運行。在采用變頻器供電時,系統(tǒng)運行則可能發(fā)生不穩(wěn)定性。在用戶實際使用中,當一臺電動機專用一個變頻電源時,運行穩(wěn)定。而多臺電動機共用一個變頻電源組合傳動時,就變得不穩(wěn)定了。通過對這些現(xiàn)象的分析,發(fā)現(xiàn)有以下兩個原因:
即電動機固有的低頻不穩(wěn)定性和電動機與變頻器相互影響造成的不穩(wěn)定性。在低頻時的這種不穩(wěn)定性表現(xiàn)為持續(xù)振蕩,也就是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速在同步轉(zhuǎn)速附近的擺動;
另一方面,也可能超出變頻器的換向能力而使其保護動作,導致不能正常工作。電動機和變頻器之間相互影響造成的不穩(wěn)定性,主要是由于電動機機械系統(tǒng)的慣性或變頻器直流環(huán)節(jié)中濾波電感及電容之間發(fā)生能量交換造成的。
由于變頻器電源可以在很低的頻率下起動電動機,對于一些大容量的調(diào)速系統(tǒng),不僅可以頻繁起動,還可以頻繁正反轉(zhuǎn),使交流電動機在四象限內(nèi)運行。為了達到節(jié)能的效果,風機可以每天起動幾十次,泵類可以起動幾百次。對于可逆軋機的主傳動和輔助傳動電動機,則起動和正反轉(zhuǎn)的次數(shù)會更多。因此使電動機經(jīng)常處于循環(huán)交變應(yīng)力的作用下,會給電動機的機械部分和絕緣帶來疲勞和加速老化等問題。
目前國內(nèi)外電動機生產(chǎn)廠商均有與變頻器配套的各種變頻電動機,用戶可采用配套的電動機,從而使調(diào)速系統(tǒng)性能更加完善,上述問題均是變頻器在實際應(yīng)用中值得認真考慮的。變頻器安裝的問題由于變頻器屬于精密的功率電力電子產(chǎn)品,其現(xiàn)場安裝工藝的好壞也影響著變頻器的正常工作。成功的安裝可以確保變頻器安全和無故障運行。變頻器對安裝環(huán)境要求較高。一般變頻器使用手冊規(guī)定溫度范圍為最低溫度—10℃,最高溫度不超過50℃;變頻器的安裝海拔高度應(yīng)小于1000m,超過此規(guī)定應(yīng)降容使用變頻器不能安裝在經(jīng)常發(fā)生振動的地方,對振動沖擊較大的場合,應(yīng)采用橡膠等防振措施:不能安裝在電磁干擾源附近;不能安裝在有灰塵、腐蝕性氣體等空氣污染的環(huán)境不能安裝在潮濕環(huán)境中,如潮濕管道下面。應(yīng)盡量采用密封柜式結(jié)構(gòu),并且要確保變頻器通風暢通,確?刂乒裼凶銐虻睦鋮s風量,其典型的損耗數(shù)一般按變頻器功率的3%來計算柜中允許的溫升值。
由于變頻器的運行環(huán)境可能存在著較高的電磁干擾(EMI)。因此,變頻器應(yīng)該按要求可靠接地。安裝工藝要求如下:
(1)確?刂乒裰械乃性O(shè)備接地良好,應(yīng)該使用短、粗的接地線(最好采用扁平導體或金屬網(wǎng),因其在高頻時阻抗較低)連接到公共地線上。按國家標準規(guī)定,其接地電阻應(yīng)小于4Ω。另外與變頻器相連的控制設(shè)備(如PLC或PID控制儀)要與其共地。
(2)安裝布線時將電源線和控制電纜分開,例如使用獨立的線槽等。如果控制電路連接線必須和電源電纜交叉,應(yīng)成90°交叉布線。
(3)使用屏蔽導線或雙絞線連接控制電路時,確保未屏蔽之處盡可能短,條件允許時應(yīng)采用電纜套管。
(4)確?刂乒裰械慕佑|器有滅弧功能,交流接觸器既用R-C抑制器,也可采用壓敏電阻抑制器,如果接觸器是通過變頻器的繼電器控制的,這一點特別重要。
(5)用屏蔽和鎧裝電纜作為電動機接線時,要將屏蔽層雙端接地。
(6)如果變頻器運行在對噪聲敏感的環(huán)境中,可以采用RFI濾波器減小來自變頻器的傳導和輻射干擾。為達到最優(yōu)效果,濾波器與安裝金屬板之間應(yīng)有良好的導電性。
變頻器運行的問題
變頻器在出廠時,所有的功能碼都已經(jīng)被設(shè)定成出廠值,但是在變頻器系統(tǒng)運行時,應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的工藝要求,對某些參數(shù)重新設(shè)定。如操作方式、最高頻率、基本頻率、額定電壓、加減速時間等。
許多用戶在使用變頻器時,尤其是初次使用,缺乏正確的變頻器操作步驟,從而導致運行故障的發(fā)生。例如變頻器的起動停止控制,應(yīng)該嚴格按操作說明書要求進行,變頻器使用手冊要求用戶起動變頻器應(yīng)該按面板按鈕“運行”鍵或用控制端子FWD—CM或REV—CM端子來控制,停機時應(yīng)該按“停止”鍵,不能通過主電路的通斷電來控制電動機的運行及停機。
為了使變頻器和電動機能在最佳狀態(tài)下運行,必須對變頻器的運行頻率和功能碼進行設(shè)定。加減速時間的設(shè)定決定了調(diào)速系統(tǒng)的快速性。選擇較短的加速和減速時間會提高生產(chǎn)率,但是,如果選擇加速時間太短,系統(tǒng)可能無法起動或者過電流跳閘保護;如果減速時間太短,頻率下降太快,電動機會進入再生制動狀態(tài),可能發(fā)生過壓跳閘保護,因此應(yīng)該合理選擇加速/減速時間。該時間的選擇與電動機所帶的負載大小和飛輪力矩GD2有關(guān),一種是通過計算系統(tǒng)的飛輪力矩GD2來設(shè)定的;另一種是實驗的方法,在滿足工藝要求的時間內(nèi),以變頻器不發(fā)生跳閘保護為依據(jù)來設(shè)定。另外,當變頻器的加速/減速時間不能滿足系統(tǒng)的工藝要求時,應(yīng)采用適當?shù)闹苿与娮瑁_保系統(tǒng)正?煽窟\行。國內(nèi)外許多變頻器生產(chǎn)廠商都配有標準的選配件,以適應(yīng)用戶在不同工況環(huán)境下的要求。