浅谈变频器的使用

魏新文

摘 要：文章在充分了解变频器的功能、原理以及适用范围的前提下，结合实际应用，介绍了变频器参数设置的基本方法，希望可以为变频器的使用提供一定的参考。

关键词：变频器；原理；参数设置；使用

中图分类号：U653.9 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）14-0094-01

公司作为一家成立于20世纪50年代末的矿山企业，其采用的电气设备大部分为早期的高耗能设备，其中存在许多采用恒速驱动形式的各种风机、水泵等电气设备，这些设备不仅能耗高，且许多电机存在着“大马拉小车”的现象，每年都造成了大量的能源浪费。对于一个用电大户，电耗在单位产值的能耗中占有相当的比例，如何做好大中型容量电机的调速节能，是实现单产能耗降低的重要手段，早已引起公司的重视。

公司选矿厂于2007年针对55 kW砂泵电机的负载状况引进变频器控制，经过现场测量、比较得知：当设备转速降低时，可以节省较大的能耗。从选矿厂砂泵的实际运行效果可知，其运行频率与节省能耗的关系见表1：

从现场安装的有功电能表，我们发现变频器的节能降耗效果十分明显，开始在我公司选矿厂推广使用变频器去控制一些风机、水泵、皮带电机等设备，起到了明显的节能降耗效果。因此如何调节变频器参数以达到最佳控制效果，成为摆在我们技术人员面前的首要任务，这就需要我们深入了解变频器的功能、原理及适用范围，才能充分发挥变频器的功效。

1 变频器的功能、原理

变频器，是指应用变频技术和微电子技术，通过对电机工作电源频率进行改变，实现控制交流电动机的一种电力控制设备，主要包括整流、滤波、逆变、制动单元、检测单元等组成。通过自身内部IGBT的开端，对输出电源的电压和频率进行调整，结合电机的实际需求，提供其所需的电源电压，实现设备的过电流、过电压等过载保护且达到节能、调速目的。

变频器的工作原理，是把三相或单相交流电变换为直流电（DC），然后再把直流电（DC）变换为三相或单相交流电（AC），通过同时改变输出频率与电压，使电机运行曲线平行下移，从而使得电机能够以较小的启动电流，获得较大的启动转矩，即变频器可以启动重载负荷。

变频器的功能主要包括以下几点：

①变频节能：变频节能的原理，主要是通过调速，降低电动机的启动电流，从而起到降低能源消耗的目的。但是，变频节能存在相应的前提条件，其一，大功率且为风机/泵类负载；其二，设备自身具备一定的节能功能。

②功率因数补偿节能：无功功率的存在，不仅会导致线损的增加，还会使电网有功功率降低，出现严重的能源浪费。而变频器可以通过自身的谐波电容，减少无功消耗，增加电网的有功功率。

③软启动节能：使用变频器，可以充分利用其软启动功能，使启动电流从零开始，最大值也不超过额定电流，减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求，延长设备和阀门的使用寿命，节约设备的维护费用。

2 变频器的适用范围及原因

变频器的适用范围是十分广泛的，已大量使用于我公司选矿厂内，这里主要针对选矿厂两种典型的负载应用进行分析和探讨。

2.1 恒转矩负载类

恒转矩负载是指无论在任何转速下，负载转矩始终保持或者基本保持恒定，不受转速的影响，如选矿厂的皮带电机。这类设备应用变频器遵循的节能原理如下：

P=K×T×N

其中，P表示轴功率，K代表系数，T指负载转矩，N则表示转速，轴功率与电机的转速成正比。我们根据生产工艺要求达到的最佳效果，按照相应的比例逐步调整变频器的频率达到控制电机的转速，从而实现节电、节能的目的。

2.2 变转矩负载类

变转矩负载设备的工作特点是：多为长期连续运行，其负载转矩与转速的平方成正比，拖动电机转轴上的输出功率与转速的立方成正比。其在我公司选矿厂主要体现为泵类、离心风机、搅拌槽电机，且占了相当大的比重。如果变转矩负载运行状况与实际工况要求没有处于较佳的匹配时段，其造成的不仅是能源的浪费，甚至将严重影响设备的使用安全和使用寿命；现阶段选矿厂主要通过变频器控制上述变转矩负载的实际工况，对生产成本的降低起到了明显的效果，达到了节能降耗的目的。

变转矩负载设备的流量与转速同样成正比，则功率与转速的立方成正比，公式如下：

Q∝N Q表示流量

P∝N3 P表示功率

3 变频器的参数设置方法

通过现场运行可知，变频器的参数设置对于设备工况的运行起着至关重要的作用，直接关系着其功能的发挥。如果参数设置不当，不仅无法满足生产的实际需求，容易造成起动、制动失败，在工作中还将时常出现跳闸，并可能烧毁功率模块IGBT或整流桥等元件。根据现场工艺要求，变频器的参数量存在很大的差别，一般单一功能控制的变频器约有50～60个参数值，而多功能的变频器参数值可以达到200个甚至更多；在实际设置中，并不需要对这些参数值进行全部设置，只需针对工艺控制需求的参数进行设置即可。一般端子操作模式、模拟量操作、上下限频率、启动时间、制动时间、过流保护等参数必须依据现场工艺状况进行实时调整的。

其具体调整可参照以下原则：

①其中端子操作模式、模拟量操作、上下限频率的设置较为简单，只需根据负载设备的实际工况要求选择某一模式选择即可。

②起动时间和制动时间。起动时间的设置宜短不宜长，而制动时间则宜长不宜短，具体数值需要根据变频器的型号以及实际需求进行灵活设置。

③过电流整定值。可以结合具体情况对其进行适当增大，但是最大不能超过额定值的150%。一般来说，经验值为1.5～2 In，如果功率较小，则可以适当取较大的值，而如果功率>30 kW，则取值应该>2 In。

④转矩提升。也称转矩补偿，主要是为了补偿因电动机定子绕组电阻所引起的低转速时转矩降低，而将低频率范围f/v增大的方法。如果进行手工补偿，需要根据负载特性，结合相应的试验，得出最佳的曲线；如果设定为自动补偿，可以使得加速时的电压自动提升，以补偿起动转矩，从而使得电动机加速运行。

4 结 语

总而言之，变频器作为一种电力控制设备，可以对电动机进行有效控制，实现节能降耗的目的，其作用是十分巨大的。我们在实际应用中，需要结合实际情况，对变频器的类型进行合理选择，同时做好相关参数的设置工作，确保变频器功能的充分发挥，在保证电动机运行效率和运行质量的前提下，降低能源的消耗，减轻过高的生产成本压力。

参考文献：

[1] 龙瑞文.浅谈变频器的选择与使用[J].化学工程与装备，2012，（2）.

[2] 李乔，柴勇.浅谈变频器的使用[J].科技创新导报，2013，（13）.