变频器应用误区 - 变频器应用的7大误区 你“着道”了吗？

　　误区5、变频调速器在离心风机中的应用，可完全取代风机的调节阀门

　　采用变频调速器对离心风机进行调速来控制风量，与调节阀门控制风量相比，具有明显的节电效果。但在有些场合，变频调速器不能完全取代风机的阀门，在设计中要引起特别注意。为了说明这个问题，我们先从其节电原理谈起。离心风机的风量与转速的一次方成正比，风压与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。

　　如图1所示，曲线（1）为风机在恒速下，风压－风量（H－Q）特性；曲线（2）为管网风阻特性（阀门开度全开）。风机工作在A点时输出风量为Q1，此时轴功率N1与Q1、H1的乘积面积（AH1OQ1）成正比。当风量从Q1减少到Q2，如采用调节阀门方法，使管网阻力特性变到曲线（3）。系统由原来的工况点A变到新的工况点B运行，风压反而增加，轴功率N2与面积（BH2OQ2）成正比，N1与N2相差不多。如果采用调速控制方式，风机转速由n1降到n2，则风压－风量（H－Q）特性如曲线（4）所示，在满足同样风量Q2的情况下，风压H3大幅度降低，功率N3（相当于面积CH3OQ2）随着显著减少，节能效果十分显著。

　　从上面的分析还可以看出，调节阀门控制风量，随着风量的减少，风压反而增加；而采用变频调速器调速来控制风量，随着风量的减少，风压大幅度下降。风压下降太多，有可能满足不了工艺要求。即如果工况点在曲线（1）、曲线（2）、H轴所围区域内部，单纯地依靠变频调速器调速将无法满足工艺要求，需要和阀门调节结合才能满足工艺要求。某厂引进的变频调速器，在离心风机中的应用中，因没有设计阀门，单纯地依靠变频调速器调速来改变风机工况点，吃尽了苦头。要么转速太高，风量太大；若降低转速，风压又满足不了工艺要求，吹不进风。因此离心风机在使用变频调速器调速节电时，要兼顾风量和风压这2个指标，否则会带来不良的后果。

　　误区6、通用电动机只能在其额定转速以下采用变频调速器降速运行

　　经典理论认为，通用电动机频率上限为55Hz。这是因为当电动机转速需要调到额定转速以上运行时，定子频率将增加到高于额定频率（50Hz）。这时，若仍按恒转矩原则控制，则定子电压将升高超过额定电压。那么，当调速范围高于额定转速时，须保持定子电压为额定电压不变。这时，随着转速/频率的上升，磁通将减少，因此在同一定子电流下的转矩将减小，机械特性变软，电动机的过载能力大幅度减少。

　　由此可见，通用电动机频率上限为55Hz是有前提条件的：

　　1、定子电压不能超过额定电压；

　　2、电动机在额定功率运行；

　　3、恒转矩负载。

　　上述情况下，理论和试验证明，若频率超过55Hz，将使电动机转矩变小，机械特性变软，过载能力下降，铁耗急增，发热严重。

　　笔者认为，电动机实际运行状况表明，通用电动机可以通过变频调速器进行提速运行。能否变频提速？能提多少？主要是由电动机拖动的负载来决定的。首先，要弄清负荷率是多少？其次，要搞清楚负载特性，根据负载的具体情况，进行推算。简单分析如下：

　　1、事实上，对于380V通用电动机，定子电压超过额定电压10%长期运行是可以的，对电动机绝缘及寿命没有影响。定子电压提高，转矩显著增大，定子电流减少，绕组温度下降。

　　2、电动机负荷率通常为50%～60%

　　一般情况下，工业用电动机通常在50%～60%额定功率下工作。经推算，电动机输出功率为70%额定功率，定子电压提高7%时，定子电流下降26.4%，此时，即使是恒转矩控制，采用变频调速器提高电动机转速20%，定子电流也不但不会上升，反而会下降。尽管提高频率后，电动机铁耗急增，但由其产生的热量与定子电流下降而减少的热量相比甚微。因此，电动机绕组温度也将明显下降。

　　3、负载特性各种各样

　　电动机拖动系统是为负载服务的，不同的负载，机械特性不同。电动机在提速后必须满足负载机械特性的要求。经推算恒转矩负载不同负荷率（k）时的允许最高运行频率（fmax）与负荷率成反比，即fmax=fe/k，其中fe为额定工频。对恒功率负载，通用电动机的允许最高工作频率主要受电动机转子和转轴的机械强度限制，笔者认为一般限制在100Hz以内为宜。

　　应用实例：

　　我厂链斗输送机为恒转矩负载，因产量提高，需将其电动机转速提高20%。该电动机型号为Y180L－6，额定功率15kW，额定电压380V，额定电流31.6A，额定转速980r/min，效率89.5%，功率因数0.81，运行电流18～20A，正常时最大运行功率7.5kW，负荷率为50%。安装CIMR－G5A4015型变频调速器后，运行频率60Hz，提高转速20%，变频器输出电压最高设定为410V，电动机运行电流12～15A，下降30%左右，电动机绕组温度明显下降。

　　误区7、忽视变频器的自身特点

　　变频调速器的调试工作一般由经销厂家来完成，不会出现什么问题。变频调速器的安装工作较简单，一般由用户来完成。一些用户不认真阅读变频调速器的使用说明书，不严格按照技术要求进行施工，忽视变频器自身特点，将其等同于一般电气器件，凭想当然和经验办事，为故障和事故埋下了隐患。

　　根据变频调速器的使用说明书的要求，接到电动机的电缆应采用屏蔽电缆或铠装电缆，最好穿金属管敷设。截断电缆的端头应尽可能整齐，未屏蔽的线段尽可能短，电缆长度不宜超过一定的距离（一般为50m）。当变频调速器与电动机间的接线距离较长时，来自电缆的高谐波漏电流会对变频调速器和周边设备产生不利影响。从变频器控制的电动机返回的接地线，应直接连到变频器相应的接地端子上。变频器的接地线切勿与焊机及动力设备共用，且尽可能短。由于变频器产生漏电流，与接地点太远则接地端子的电位不稳定。变频器的接地线的最小截面积必须大于或等于供电电源电缆的截面积。为了防止干扰而引起的误动作，控制电缆应使用绞合屏蔽线或双股屏蔽线。同时要注意切勿将屏蔽网线接触到其它信号线及设备外壳，用绝缘胶带缠包起来。为了避免其受到噪声的影响，控制电缆长度不宜超过50m。控制电缆和电动机电缆必须分开敷设，使用单独的走线槽，并尽可能远离。当二者必须交叉时，应采取垂直交叉。千万不能将它们放在同一个管道或电缆槽中。而一些用户在进行电缆敷设时，没有严格按照上述要求进行施工，导致在单独调试时设备运转正常，正常生产时却干扰严重，以致不能运行。

　　如某水泥厂二次风温表突然出现指示异常：指示值明显偏低，且大幅度波动。在此之前一直运行很好。检查热电偶、温度变送器及二次仪表，均未发现问题，将相关仪表移到其他测点，仪表运行完全正常，而将其他测点的同类仪表换到此处，也出现同样现象。后发现在篦冷机3号冷却风机电动机上新安装了1台变频调速器，而且正是变频器投用后二次风温表才出现指示异常状态。试将变频器停运，二次风温表指示立即恢复正常；再起动变频器，二次风温表又出现指示异常，连续反复试验几次均是如此，从而判断出变频器的干扰是造成二次风温表显示异常的直接原因。该风机为离心式通风机，原来采用阀门调节风量，后改为变频调速调节风量。由于现场粉尘较大，环境恶劣，故将变频器安装在MCC（电动机控制中心）控制室。为了施工方便，变频器接在该风机主接触器的下侧，变频器输出电缆使用该风机电动机的动力电缆。该风机电动机的动力电缆为聚氯乙烯绝缘无钢铠护套电缆，并与二次风温表信号电缆在同一电缆沟的不同桥架层平行敷设。可见，正是因为变频器输出电缆没有采用铠装电缆或穿铁管敷设，导致了干扰现象的发生。这个教训对原来没有采用变频器的改造项目要引起特别注意。

　　在变频调速器的日常维护中也要特别小心。有的电工一发现变频器故障跳停，就立即打开变频器进行维修。这样做是很危险的，有可能发生人身触电事故。这是因为即使变频器不处于运行状态，甚至电源已经切断，由于其中的电容器的存在，变频器的电源输入线、直流端子和电动机端子上仍然可能带有电压。断开开关后，必须等待几分钟后，使变频器放电完毕，才能开始工作。还有的电工习惯于一发现变频调速系统跳停，就立即用摇表对变频器拖动的电动机进行绝缘测试，从而判断电动机是否烧毁。这也是很危险的，易使变频器被烧。因此，在电动机与变频器之间的电缆未断开前，绝对不能对电动机进行绝缘测试，也不能对已连接到变频器的电缆进行绝缘测试。

　　对变频器的输出参数进行测量时也要特别注意。由于变频器的输出为PWM波形，含有高次谐波，而电动机转矩主要依赖于基波电压有效值，故测量输出电压时，主要是测量基波电压值，使用整流式电压表，其测量结果最接近数字频谱分析仪测量值，而且与变频器的输出频率有极好的线性关系。若需进一步提高测量精度，可以采用阻容滤波器。数字万用表容易受干扰，测量有较大的误差。输出电流需要测量包括基波和其他高次谐波在内的总有效值，因此常用的仪表是动圈式电流表（在电动机负载时，基波电流有效值和总电流有效值差别不大）。当考虑到测量方便而采用电流互感器时，在低频情况下电流互感器可能饱和，所以，必须选择适当容量的电流互感器。