变频调速装置的应用

    因为变频调速方面的书籍和资料十分丰富。变频器使用中的各项参数设定，也为大家所熟悉，这里仅介绍一些变频调速装置作为执行机构在应用中的注意事项。

    使用变频调速装置对电动机进行调速，不可能改变装置的最大输出转矩。因为决定转矩的两大因数，电动机的电磁转矩和轴的承受能力都不可能改变。对于使用在恒转矩负载特性的场合，或是轻低速转矩的负载时最为合适。例如，变频电动机拖动风机或水泵，高效连续调节流量，传送设备等。这与使用机械减速机构完全不同。它是一种恒功率的（当不计机械损耗时）装置，即有P=n×M=const。转矩与转速成反比，因此切莫轻言取代之。

    图2-25中，(a)～(c)图分别是电动机要求的三相电压波形、变频器产生的SPWM波形及变频器主电路。(d)图是三相正弦电压波形及与之相位对应的方波波形。数字是相位的编码。

    图2-25    变频器主电路及三相波形

   (a)三相电压波形；(b)变频器产生的SPWM波形；(c)变频器主电路；

   (d)三相正弦电压波形及与之相位对应的方波波形

    最好使用专用的变频电动机。不仅因为可有较高的效率，更主要的是可保证在低速运行时的散热能力。普通的电动机完全依靠自身的风扇散热。它的散热能力将因电动机转速的下降而明显减小。但是电动机的发热量完全由它的机械损耗、铜损和铁损决定。即使在恒转矩条件，不同频率运行状态下，由电流和磁通密度所决定的铜损和铁损变化都不大。所以长期低速运行，必然导致温升增加。另外，超过额定转速的运行也是危险的：其一，电动机的转子超速能力十分有限（型式试验也才超30%），轴承的寿命会因超速而明显缩短；其二，电动机在变频运行时，输出到电动机的电压也是基本上呈正比例变化的，但是达到额定频率后(一般电动机在中国为50Hz)，已经用到电源所能提供的最大电压。也就是说，电压不再会随着频率的增加而增加。电动机中磁通密度将下降，输出转矩也同时下降。不再可能运行在恒转矩状态（最佳也仅能处在恒功率状态），有可能导致恶性循环发生。

    变频调速电动机的启动是一个自动升频的过程。因此不会出现过大的滑差率和超出额定电流数倍的启动电流。但是若升频过快（设定的上升时间太短），仍然会出现电流冲击。一般以不超过130%的额定值为宜。反之，若降频过快（设定的下降时间太短），将会出现直流电压冲击。高速运行的转动设备蕴含着较大的惯性动能，可通过逆变电路反馈而导致直流过电压。一般以不超过115%的电压额定值为最佳状态。

    变频装置输出到电动机的电压和电流，都不是我们常见的工频正弦波形。而且本身电压和电流的波形也相差很大（理论上只有线性、纯电阻负载，电压和电流波性才可能相同）。但是常见的测量仪表的刻度值大多与测量的波形、频率有关。常见的电流互感器、电压互感器更是如此。因此读数时应特别注意仪表的适用范围，否则有可能读出推翻“能量守恒定律”的结论。一般变频装置均设有电流、频率数值的显示或专用输出信号，可供参考。此外，输入到变频器的电压显然是正弦工频电压，但是电流却并非是正弦工频电流，而且与电动机的负载情况有关。因为一般的输入对象是三相全桥整流电路，它是一个明显的非线性电路。所以在一般仪表盘上读出的电流数据、功率因数值都不会很准（严格来说，非同频的正弦电压与电流之间，无功率因数可言，这里仅使用一种“等效”的概念）。

    被变频装置驱动的机械设备可能存在有谐振点。如果正好处于变频的工作范围之内，则可能引起共振。这从运行时发出的异样噪声和电流波形上都可以明显地看出来。务必跳过这些频率点，否则有可能造成严重的后果。

   U-f曲线的选择是使用变频器时需要认真选用参数，如图2-26所示，其主要是如何补偿低频时的输出电压，保证转矩不会明显减小。因为输送到电动机的电压，总有一部分消耗在电动机定子电阻和漏抗上，大概占额定电压的5%。当频率较高时，输出电压也较高，这一小部分电压的损失其影响不明显。但是当频率较低时，输出电压也较低，这一小部分电压的损失其影响则不可忽视。因此只有提高U-f曲线的低端予以补偿。但是应该补偿多少，视被拖动负载的特性而定。有的负载启动转矩较小（如风机、离心泵之类），而有的负载基本上是恒转矩（如传送带、起重设备、容积式泵）。最好以启动时电流的实测结果进行设置，决不是补偿得越大越好。

    图2-26    U-f图

    除了上述U-f方式的控制外，还有矢量控制。使用得当，可改善电动机的低频性能和控制的稳定性。但是这种方法对电动机的电磁参数和运行参数相关性较大，因此用得很好并不容易。

    现代的变频装置与计算机的接口方式已经多样化。不仅可实施多种控制方式，而且可得到状态反馈信息。应该充分利用这些信息，特别是电动机电流和工作状态。

    变频装置可能成为控制箱中最大的干扰信号源，特别是对于输入阻抗较大的信号端口。因此除了可使用一些配套的抗干扰滤波器之外，特别应该注意配线的走向和屏蔽，使用单独的电源，甚至使用单独的金属管布线。