浅谈变频器在实际应用中需注意的问题

靳明针

摘要：随着电力行业的发展竞争的日趋白热化，提高机组效率，节约厂用电显的尤为重要，本文阐述了我厂在变频器应用中存在的问题。

关键词：变频器；存在问题

中图分类号： TN773 文献标识码： A

一、前言

变频器作为一种高效的电动机电源驱动设Z备，自80年代起在我国得到广泛应用。据初步调查，目前变频器应用中有一部分运行状况不理想。究其原因，主要是由于使用者对变频器的性能及选型设计等存在某些误区。

二、关于变频器选型容量问题

在变频器的选型设计时，应充分考虑到所应用场合使用工况条件的最恶劣情况，留有足够的设计裕度和必要的保护措施。在选型时应对技术性能和经济指标进行综合考虑，以选择相应的变频器规格容量。如果选型不当造成变频器容量偏小，对变频器的效率和正常运行影响极大。

变频器选型的容量应作如下考虑：

对连续运行时所需变频器容量Po(kVA)必须满足如下几点：

(1)变频器容量必须大于负载所要求的输出

以上各式中：Io为变频器电流；GD2为电机轴端换算；tA为加速时间，根据负载要求确定：k为电流波形补偿系数(PWM控制方式时取1．05～1．10)；TL为负载转矩；η为电动机效率(通常取0．85)；COSφ为电机功率因数(通常取0．75)；PM为负载所要求的电机轴输出；IM为电机额定电流；UM为电机额定电压；nM为电机额定转速。

对于容量明显偏小变频器的解决措施，可采取增加变频器容量，减小电机容量或负载等改造措施来适应变频器的输出功率。另外，用户在提供实际工况原始参数时，要保证其准确性。

三、变频器与电动机配套问题

变频器在实际应用中，要考虑与电动机相匹配的问题，如低速时的冷却问题，电动机的稳定性和频繁起动问题。

对于调速范围比较宽，特别是具有恒转矩和恒功率调速两个运行范围的电动机，由于在低速时的电流和磁通基本保持不变的恒转矩特性，使它散热困难，因此不能采用自带风扇冷却。这种方式对高速和低速运行工况不利，低速时冷却效果差，高速时电动机效率严重下降。通常情况下如果采用自带风机冷却或管道通风时，冷却风量的选择原则是每20kW的电动机损耗需要1m2／s的风量。除了尽可能减少各种损耗外，还要对空气的流场和温度进行认真地分析，减少温度分布的不均匀系数，提高电动机线圈端部的传热性能，加强电动机机座本身的散热能力。

由于电动机动态稳定性与系统的状态有关，它在电源容量大的王频电源系统中可以稳定运行，在采用变频器供电时，系统运行则可能发生不稳定性。在用户实际使用中，当一台电动机专用一个变频电源时，运行稳定。而多台电动机共用一个变频电源组合传动时，就变得不稳定了。通过对这些现象的分析，发现有以下两个原因：即电动机固有的低频不稳定性和电动机与变频器相互影响造成的不稳定性。在低频时的这种不稳定性表现为持续地振荡，也就是转子转速在同步转速附近的摆动，另一方面，也可能超出变频器的换向能力而使其保护动作，导致不能正常工作。电动机和变频器之间相互影响造成的不稳定性，主要是由于电动机机械系统的惯性或变频器直流环节中滤波电感及电容之间发生能量交换造成的。

由于变频器电源可以在很低的频率下起动电动机，对于一些大容量的调速系统，不仅可以频繁起动，还可以频繁正反转，使交流电动机在四象限内运行。为了达到节能的效果，风机可以每天起动几十次，泵类可以起动几百次，对于可逆轧机的主传动和辅助传动电动机，则起动和正反转的次数会更多。因此使电动机经常处于循环交变应力的作用下，对电动机的机械部分和绝缘会带来疲劳和加速老化等问题。

目前国内外电动机生产厂商均有与变频器配套的各种变频电动机，用户可采用配套的电动机，从而使调速系统性能更加完善，上述问题均是变频器在实际应用中值得认真考虑的。

四、关于变频器安装的问题

由于变频器属于精密的功率电力电子产品，其现场安装工艺的好坏也影响着变频器的正常工作。成功的安装经验可以确保变频器安全和无故障运行。变频器对安装环境要求较高。一般变频器使用手册规定温度范围为最低温度-10℃，最高温度不超过50℃；变频器的安装海拔高度应小于1000m，超过此规定应降容使用；变频器不能安装在经常发生振动的地方，对振动冲击较大的场合，应采用橡胶等防振措施；不能安装在电磁干扰源附近；不能安装在有灰尘、腐蚀性气体等空气污染的环境；不能安装在潮湿环境中，如潮湿管道下面，应尽量采用密封柜式结构，并且要确保变频器通风畅通，确保控制柜有足够的冷却风量，其典型的损耗数一般按变频器功率的3％来计算柜中允许的温升值。

由于变频器的运行环境可能存在着较高的电磁干扰(EMI)。因此，变频器应该按要求可靠接地。安装工艺要求如下：

(1)确保控制柜中的所有设备接地良好，应该使用短、粗的接地线(最好采用扁平导体或金属网，因其在高频时阻抗较低)连接到公共地线上。按国家标准规定，其接地电阻应小于4欧姆。另外与变频器相连的控制设备(如PLC或PID控制仪)要与其共地。

(2)安装布线时将电源线和控制电缆分开，例如使用独立的线槽等。如果控制电路连接线必须和电源电缆交叉，应成90°交叉布线 。

3) 使用屏蔽导线或双绞线连接控制电路时，确保未屏蔽之处尽可能短，条件允许时应采用电缆套管。

(4) 确保控制柜中的接触器有灭弧功能，交流接触器采用R-C抑制器，也可采用压敏电阻抑制器，如果接触器是通过变频器的继电器控制的，这一点特别重要。

(5) 用屏蔽和铠装电缆作为电机接线时，要将屏蔽层双端接地。

(6) 如果变频器运行在对噪声敏感的环境中，可以采用RFI滤波器减小来自变频器的传导和辐射干扰。为达到最优效果，滤波器与安装金属板之间应有良好的导电性。

五、 关于变频器运行的问题

变频器在出厂时，所有的功能码都已经设定成出厂值，但是在变频器系统运行时，应根据系统的工艺要求，对某些参数重新设定。如操作方式、最高频率、基本频率、额定电压、加减速时间等。

许多用户在使用变频器时，尤其是初次使用，缺乏正确的变频器操作步骤，从而导致运行故障的发生。例如变频器的起动停止控制，应该严格按操作说明书要求进行，佳灵变频器使用手册要求用户起动变频器应该按面板按钮“运行”键或用控制端子FWD-CM或REV-CM端子来控制，停机时应该按“停止”键，不能通过主电路的通断电来控制电动机的运行及停机。

为了使变频器和电动机能在最佳状态下运行，必须对变频器的运行频率和功能码进行设定。加减速时间的设定决定了调速系统的快速性。选择较短的加速和减速时间会提高生产率，但是，如果选择加速时间太短，系统可能无法起动或者过电流跳闸保护，如果减速时间太短，频率下降太快，电动机会进入再生制动状态，可能发生过压跳闸保护， 因此应该合理选择加速／减速时间。该时间的选择与电动机所带的负载大小和飞轮力矩GD2有关，一种是通过计算系统的飞轮力矩GD2来设定的，另一种是实验的方法，在满足工艺要求的时间内，以变频器不发生跳闸保护为依据来设定。另外，当变频器的加速／减速时间不能满足系统的工艺要求时，应采用适当的制动电阻，确保系统正常可靠运行。国内外许多变频器生产厂商都配有标准的选配件，以适应用户在不同工况运行环境下的要求。

六、 结语

变频器在应用中普遍存在的选型容量及安装、运行等问题，会对变频器的稳定高效运行产生不利影响，但上述问题不是变频器理论或技术方面的难题，只要加以重视采取措施，将变频器的选型、设计、安装、运行、维护等各环节相互配合是完全可以解决的，从而提高变频器的应用水平。

参考文献：

[1]发电厂、变电站电气设备.重庆大学出版社,2004.

[2]集控运行规程.神华国华准电,2013.

[3]300MW火电机组集控运行.中国电力出版社,2007.

[4]变频器从原理到完全应用.人民邮电出版社,2009.