低压变频器在设计中注意的问题

辽宁省城乡建设规划设计院 王丽春 冯 鹏

低压变频器在设计中注意的问题

辽宁省城乡建设规划设计院 王丽春 冯 鹏

文章就低压变频器的选型、组件、接线等方面的设计提出了相关看法和意见。

变频器；额定电压；额定电流；额定频率；接线

随着现代工业进程的发展，微机技术、电力电子技术及调速控制理论的不断发展，在交流电机无级调速需求下变频技术应运而生。变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源转换为其它频率的电能转换装置。生产生活中我们常用的变频器主要采用交—直—交方式（VVVF变压变频），先通过整流器将三相或单相交流电源变换为直流电源。然后再把直流电源逆变转换为频率、电压均可调节的三相或单相交流电源，并提供给电动机。由于变频器同时改变了电源的输出频率与电压，也就是改变了工况运行方式下电机运行曲线上的n。

1 以供热工程中循环水泵为例阐述一下变频器选型

1.1 采用变频目的

目前供热工程中循环泵多采用变频调节。在初寒、中寒、末寒等不同时期，热用户的需热量是不同的，这就要求从源头上可以调节不同时期的供热量，变频器可以在这时协调控制系统实现定流量或定压力的运行方式。另一方面，锅炉房或换热站初始建设时并未满负荷运行，这时期使用变频器可有效达到节能目的。

1.2 变频器的匹配问题

变频器的额定电压、额定电流、额定频率要与所拖动电机的参数相匹配。对于特殊负载电机，如深水泵等则需要考虑以电机最大电流确定变频器电流和过载能力。而高速电机的电抗小，高次谐波增加导致输出电流增大。所以拖动高速电机的变频器其容量要稍大于普通电机。

1.3 特殊场所变频器选型

对于一些特殊的应用场合，如高海拔地区，会导致设备散热情况变差，因此每升高1000米，至少要降低5%的额定容量。或选型时，变频器的选择放大一挡。

2 变频器与选件的组合

2.1 对话工具

变频器的现场操作界面多选用多行液晶显示屏人机接口，支持对参数组、参数说明、编程、故障诊断和启动的中文全文本显示，最多可实现8行每行24个字符的屏幕显示，能同时显示电机电流、变频器交流、直流母线电压值、变频器输出频率、电机运行方向、变频器的速度给定方式（如自动/手动方式）、变频器当前状态、变频器功耗等不少于7状态参数。并能真实地显示电机的电压、电流、力矩电流、励磁电流等。它也提供包括数字或模拟速度控制键、编程键、启停控制键和全数字键的各种组合的键盘选择。可通用于变频器，可以给出故障原因，而且给出故障发生时的变频器状态，以方便维护。远程图形显示终端与多点连接元件可连接至几台变频器。并可同时存储所有变频器参数和通讯卡参数，并可下载到新的变频器中。变频器操作面板可以保存四套参数，便于复杂系统的使用。

2.2 通信总线与网络

工业领域内多采用Modbus和CanOpen通讯协议，并可以扩展支持多种网络通讯能，且通讯选件均为内置式。内置通讯选件包括多种开放式通讯网络适配卡。变频器的通讯能力不受机架大小的限制，不会因为机架的减小而减少通讯接口。

2.3 电阻制动单元

通过耗散制动电阻器中的能量，电阻制动可以使变频器在制动至静止时或在“发电机”状态运行期间也能运行。它能获得最大瞬时制动转矩。制动单元可内置动态制动晶体管，也可外置制动电阻器。

2.4 减小电磁干扰及谐波选件

内置EMC滤波器，以满足电磁兼容标准的要求，防止变频器对系统的电磁干扰。为了防止变频器对电网的谐波干扰，变频器内置直流电抗器。线路电抗器也可用于减小变频器所产生的电流谐波，同时可改变对线路电源的过压保护。在下列情况下应使用线路电抗器：(1)多台变频器并联紧密连接；(2)线路电源有来自于其他设备的明显扰动（干扰、过电压）；(3)线路电源各相之间存在电压不平衡，超过额定电压的1.8%；(4)变频器由阻抗非常低的线路供电；(5)在同一线路上安装有大量变频器。无源滤波器也可用于减小电流谐波，使总的谐波失真系数小于16%。由于在空载或低负载时无功功率会增加，为了消除此无功功率，可通过变频器断开滤波器的电容器，因此，必须由变频器上的继电器输出之一来控制接触器，以比变频器额定电流小10%的值来进行控制。

2.5 输出滤波器

通常电机与变频器之间的动力电缆距离较长，变频器应配置线路电抗器以减小dv/dt的影响。正弦滤波器可在一下情况下选用：(1)线路长度超长（超过300米）时；(2)有机械限制不能使用屏蔽电缆时；(3)在变频器与电机之间有中间变压器；(4)电机并联。

3 变频器接线

电机电缆、制动电阻器电缆以及控制信号发送电缆，应使用两端屏蔽层接地的屏蔽电缆。动力线和信号线应该分开布线；使用模拟量信号进行远程控制变频器时，为了减少模拟量受到来自变频器和其它设备的干扰，模拟量信号线应采用屏蔽控制电缆，并与强电主回路及控制回路分别布线。在控制柜内也要保持这种接线规则。当电机与变频器之间的动力电缆距离较长时，变频器应采取措施减小dv/dt的影响。变频器的配置满足对电机和电缆的供电控制保护要求。变频器内置有反射波校正软件。电机在不配输出电抗器的条件下，电缆长度可达到150米,电机安全运行。为保证电机正常寿命及减少电缆对地充电电流，变频器输出侧加电抗器，可满足电缆长度达300米。

4 变频器的运行和电气控制特性

变频器的控制界面：通过变频器的I/O进行控制、通过远程图形显示终端控制、通过通信网络控制。

变频器的设定参数比较多，不同品牌的变频器各自参数也有一定差别，每个参数均有一定的选择范围，需要根据使用环境和工艺要求进行相关设置，因个别参数设置不当，很可能导致变频器不能正常工作的现象。

模拟输入：大多包括1个双极性差分模拟输入±10V和1个可使用软件设置的电流或电压模拟输入，也可选用可选卡进行其它输入。

可设置的电压与电流模拟输出：模拟电压输出：0～10V，模拟电流输出4～20ma，可通过编程设定。

可设置的继电器输出：1个继电器逻辑输出，有公共端点的一个N/C触点和一个N/O触点。一个继电器逻辑输出，一个N/O触点。

[1]《ATV61变频器》.

[2]《工业计算机监控系统抗干扰技术规范》 CECS81:96.

[3]《仪表系统接地设计规定》 HG/T20513-2000.