对变频器输入输出设备维护的分析

由于电源容量、输入电压、变频器与电动机的电缆长短、变频器输出频率的大小等不同，选择保护设备不能一概而论，势必给工程设计人员带来一定的困难。为此，下面给出相关的选择方法和计算依据。

　　变频器外围保护设备的组成为了提高变频器的工作性能，实现变频器和电动机的保护，减少变频器和周围其他电气设备的相互影响，在变频器的输入、输出端配备的外围保护设备如图1 所示。

　　由于电源容量、输入电压、变频器与电动机的电缆长短、变频器输出频率的大小等不同，选择保护设备并不一定按图1的方式，有些外围设备可以不要。要与不要根据实际情况而定，下面将给出选择的依据。

　　各部分的作用及选择设计的依据

　　1.隔离开关

　　隔离开关的作用是在电源切除后，将线路与电源明显地隔开，以确保检修人员的安全。其选择应根据其额定电压、额定电流和装置环境来考虑。

　　2.断路器

　　断路器的的作用有二：一是用于回路的正常通断；二是当出现过流或短路故障时能自动切断电源，避免因后级设备故障造成故障范围扩大。其选择原则同一般断路器。

　　3.输入电抗器

　　输入电抗器又称电源协调电抗器，它能够限制电网电压突变和操作过电压引起的电流冲击，有效地保护变频器和改善其功率因数，有效地抑制谐波电流。输入电抗器串连在电源进线与变频器输入侧，用于抑制输入电流的高次谐波，减少电源浪涌对变频器的冲击，改善三相电源的不平衡性，提高输入电源的功率因数（可提高到0.85）。输入电抗器既能阻止来自电网的干扰，又能减少整流单元产生的谐波电流对电网的污染。当电源容量很大时，更要防止各种过电压引起的电流冲击，因为它们对变频器内整流二极管和滤波电容器都是有威胁的。

　　（1）要安装输入电抗器的场合

　　并非任何场合都需要安装输入电抗器，下面三种情况则需安装输入电抗器。

　　1 ） 变频器所用之处的电源容量与变频器容量之比为10∶1 以上；电源容量为600 kVA 及以上，且变频器安装位置离大容量电源在10 m 以内。图2 为需要安装输入电抗器的电源容量。

　　2）三相电源电压不平衡率大于3%。电源电压不平衡系数K 按下式计算：

　　式中，Umax 为最大一相电压；Umin 为最小一相电压；Up 为三相平均电压。

　　3）当有其他晶闸管整流装置与变频器共同用同一进线电源，或进线电源端接有通过开关切换以调整功率因数的电容器装置。为减少浪涌对变频器的冲击，须安装输入电抗器。

　　（2）输入电抗器参数选择

　　1）输入电抗器压降的选择 输入电抗器的容量一般按预期在电抗器每相绕组上的压降来决定，而选择压降或用网侧相电压的2%～4%，或按表1 的数据选取。

　　输入电抗器压降不宜取得过大，压降过大会影响电动机转矩。一般情况下选取进线电压的4%（8.8 V）已足够，在较大容量的变频器中如75 kW 以上可选用10 V 压降。

　　2）输入电抗器的额定电流IL的选取 单相变频器配置的输入电抗器的额定电流IL ＝变频器的额定电流IN，三相变频器配置的输入电抗器的额定电流I L ＝变频器的额定电流IN × 0.82。

　　3）输入电抗器的电感量L的计算 知道了压降和额定电流，则输入电抗器的电感量L 的计算公式下：

　　4.输出电抗器

　　输出电抗器有助于改善变频器的过电流和过电压。变频器和电动机之间采用长电缆或向多电动机（10～50 台）供电时，由于变频器工作频率高，连接电缆的等效电路成为一个大电容，而引起下列问题：①电缆对地电容给变频器额外增加了峰值电流。②由于高频瞬变电压，给电动机绝缘额外增加了瞬态电压峰值。为了补偿长线分布电容的影响，并能抑制变频器输出的谐波，减小变频器噪声，避免电动机绝缘过早老化和电动机损坏，可以选用输出电抗器来减小在电动机端子的du/dt 值。当变频器和电动机之间用长电缆时，输出电抗器可以减小负荷电流的峰值。但是输出电抗器不能减小电动机端子上瞬变电压的峰值。

　　（1）是否要配置输出电抗器

　　在变频器的输出侧是否要配置电抗器，可根据工程实际情况而定。表2 是输出滤波电抗器与允许导线长度。

　　由于变频器输出电压中高次谐波较多，变频器与电动机之间的传输线不宜太长。导线过长，其分布电容也大，则在高次谐波电压作用下，高次谐波电流过大。当输出电缆过长时就应设置输出电抗器。在允许的范围内，可不要输出电抗器。

　　（2）如何选择输出电抗器

　　其计算和设计的原则同输入电抗器，其电抗器的电感量是以基波电流流经电抗器时的电压降不大于额定电压为宜。

　　5.接触器

　　接触器的作用是用于变频器的投入与切除，在变频器发生故障或失压时，切断电源，防止电网失压后复电而变频器不经正常程序自动起动对设备及人身造成危害。但用于供电控制时，不要用接触器来控制变频器上、下电，其选择原则同一般接触器。