浅析变频器选型及应用中的问题

　　摘要：文章作者总结自己的设计实践和现场安装、使用经验，就变频器选型以及使用过程中应该注意的问题进行了论述。

　　关键词：变频器；选型；安装使用；电磁干扰

　　随着全社会节能和环保意识的不断增强，变频器作为一种成熟完善的节能工控装置在各个领域得到越来越多的应用。本文将总结自己的设计和现场使用经验，并以ABB变频器为例，就选型以及使用过程中的注意事项进行浅述。

　　第一、变频器选型中应该注意选用符合环境条件的产品。所谓环境有两层含义：一、物理环境，包括工作环境温度、工作海拔高度、工作环境有无腐蚀性气体、有无振动和冲击、工程所在地区对变频器产品认证及符合标准有无特殊要求等；二、电气环境，包括电源条件、相邻电气设备特性等。

　　第二、必须要充分了解变频器所驱动的负载特性，合理选择变频器容量。

　　1、风机水泵类负载。由于此类负载的负载转矩与转速的二次方成正比，故对过载能力要求不高，一般只需要短时间1.1倍的过载，如每5分钟过载1分钟，过载电流为110%。此时选择变频器的输出功率时，按照轻过载应用的电机的对应的功率来选择即可，同时确保电动机的额定电流不大于变频器的稳定输出电流的数值。如果风机水泵负载没有过载要求，则可以按照相对应电动机功率的变频器功率来选择。同时确保在变频器使用时的环境温度不高于允许值，电动机的额定电流小于变频器的连续输出电流即可。

　　针对风机和泵类负载，ABB传动产品ACS880做了特别的优化，一方面可提供短时的110%过载能力，另一方面可实现一台变频器对多达七台电机的循环软起控制。

　　2、罗茨风机、渣浆泵类负载——由于此类负载的电动机工作状况比较特殊，实际工作时候负载类似于重载应用，通常在选择这类负载的变频器时，应按照重载应用来选择对应的变频器，同时需要注意电动机的额定电流不大于变频器的重载应用时额定电流数值。

　　根据此类负载的过载需求，ABB公司的传动产品ACS880不仅可以提供150%的过载能力，而且也可以实现一台变频器对多台电机的集中控制。

　　3、机械类负载。通常这类负载在选用对应的变频器的时候按照重载应用来选择，对于像矿井提升机、皮带机类的负载，在选择变频器时，通常按照变频器重载应用再增大一档的原则来选择。同时还要看选择的变频器的输出电流是否大于电动机的额定电流，如果电动机额定电流不大于所选择变频器输出电流，则满足要求。如果按照重载应用的功率选择的变频器的额定输出电流不小于电动机的额定电流，则不需要增大变频器的容量。

　　ACS880系列变频器专为工业应用设计，除了固有的高过载能力，其内部直接转矩控制（DTC）专利技术的应用可充分保证高精度的电机动静态速度和转矩指标以及零速满转矩特性的实现。

　　第三、可选附件如进线电抗、EMC滤波器、输出电抗器等的选用。

　　1、进线电抗器——进线电抗器也称为电源协调电抗器，其作用主要是限制电网电压突变和操作过电压引起的电流冲击，同时可改善网侧功率因数和减少网侧电流谐波。为了达到系统紧凑，减少安装空间以及最优的滤波效果，ABB的变频产品将进线电抗器（交流电抗器或直流电抗器）作为标准配置，且全部内置在变频器内部，不需用户另行配置。

　　2、EMC滤波器——EMC表示电磁兼容性，指电气/电子设备在电磁环境中正常工作的能力。反过来，设备也不应对本地其它设备或系统释放电磁干扰。变频器采用PWM（脉宽调制）控制方式，使得变频器运行时在电源侧产生谐波电流，使电压、电流波形畸变，引发电能质量问题，干扰其他电子设备的正常工作。通常情况下，我们都需要选用EMC滤波器。

　　3、输出电抗器——输出电抗器是否选用应根据具体的需要而定。输出电抗器作用主要有以下几方面：

　　●降低过高的电压尖峰和过快的电压变化率du/dt对电机绝缘的冲击

　　●减少电机的轴承电流和电机电缆的容性漏电流

　　●降低电机电流的高次谐波含量，减少电机的发热和噪声

　　由于变频器输出电压是矩形脉冲，du/dt非常大；电缆存在电抗值Z和对地电容C，所以变压器的输出会产生过电压U，U=Z*C*du/dt，由公式可见，电缆越长，其电抗值Z和分布电容C越大，产生的过电压也越大。所以一般变频器的输出电缆超过100m就应采取补偿措施，即在变频器的输出侧加装输出电抗器抑制输出过电压，加装电抗器后可将输出距离延长至300m。具体设计时需参考变压器相关选型手册。

　　第四、现场安装、使用中应注意的问题。

　　1、电机电缆选择及布线——变频器输出电压的快速变化会对其他电缆形成电磁干扰，故电机电缆应选用变频器专用的对称屏蔽电缆且布线一定要远离其他电缆，几个变频器的电机电缆可以并排布线。建议将电机电缆、输入功率电缆和控制电缆分别布在不同的线槽中，线槽之间以及线槽和地之间必须低电阻相连。如果控制电缆和功率电缆必须交叉，那么必须保证控制电缆和功率电缆之间的夹角尽可能为90度。

　　2、变频器安装空间及通风——变频器对散热有较高的要求，其故障率随温度升高而上升，使用寿命随温度升高而下降。其内部装有冷却风扇以强制风冷，为了使冷却循环效果良好，必须将变频器垂直安装，其上下左右与相邻的物品和挡板（墙壁）必须保持足够的空间。在实际使用中，应定期检查冷却风扇，且风扇运行最好由温度控制，或与变频器工作联动。

　　3、接地——变频器正确接地是确保安全，并减少电磁辐射和干扰的重要手段。变频器接地端子E（G）接地电阻越小越好，接地導线截面积应不小于2mm2，长度应控制在20m以内。变频器的接地必须与动力设备接地点分开，不能共地。信号输入线的屏蔽层，应接至E（G）上，其另一端绝不能接于地端，否则会引起信号变化波动，使系统振荡不止。电机电缆屏蔽层在电机端应可靠接地，将屏蔽层按照宽度大于长度五分之一的原则绞合，在电机电缆接线盒出线孔处将电机电缆屏蔽层360度接地。

　　变频器作为一种具有高节能的电机速度控制装置，其合理的推广应用会带来巨大的经济和社会效益。作为工程设计人员，应在科学选型的基础上，充分考虑以上各种可能出现的问题，保证变频器可靠、稳定、安全的运行。。

　　参考文献： 

　　[1]ABB.ACS880固件手册[Z].2015 

　　[2]ABB.ACS880传动模块0.55至3200kW产品样本[Z].2015 

　　[3]邹军.谈变频器的使用体会【J】.建筑电气，2010，29：12 

    作者：尚开拓