试论变频器在电机启动与调速中的应用

【摘要】近年来开发了一款可能量反馈的级联型变频器。随着变频器的不断开发，变频器在机电启动与调速中的应用也越来越广泛。

【关键词】变频器电机启动与调速

中图分类号： TN773 文献标识码： A 文章编号：

在发电机组辅助系统中,使用电机控制的地方主要有:机组油压系统中压油泵、漏油泵,排水系统中渗漏集水井深井泵、检修集水井深井泵等。由于这些泵在电机控制方面存在启动电流大、保护灵敏度低的问题,不能起到控制、保护电机的作用,经常烧损电机。

为了解决电流源型变频器中存在共模电压的问题，提出了一种采用一体化直流电抗器的方法。该方法在传统电流型变频器的直流环节加入共模电感，以减小系统的共模电流和共模电压。对采用一体化电抗器的3种电流源型变频器的共模电压进行了系统分析，并对一体化直流电抗器的共模电感值进行选择。其中将整流器侧电容中性点与逆变器侧电容中性点连接在一起时，共模电压和共模电流都得到了明显抑制。降低了共模噪声对电机的影响。由于省去了用于抑制共模电压的隔离变压器．这种结构使得变频调速系统结构简单。运输方便，成本降低。仿真结果说明了分析的正确性。

针对电机和操作室远距离连接时监控变频器不便的情况，研发了远程控制器，通过变频器远程控制器的双串口。利用工控领域通用协议Modbus通信协议，把变频器和控制系统连接起来，以主从机的方式通过RS-485总线联网构成分布式系统控制多台变频器，达到过程数据、电动机运行状况实时监控的目的。

压油泵电机控制方面存在的问题：1、启动电流大。发电机组辅助系统压油泵电机控制方面存在的问题,是在压油泵电机启动过程中,启动电流很大,一般达额定电流的4～6倍;压油泵与压油罐之间通过组合阀联接,组合阀中有两级逆止阀和一个安全阀,打压过程中,必须先把逆止阀打开,油才能进入压油罐,由于电机启动是自启动,在电机启动过程中瞬间就带满负荷,因此,造成电机过负荷,烧损电机。

2、保护灵敏度低。在电机控制系统的保护功能上,过负荷保护采用热敏元件,灵敏度很低,一旦电机过负荷根本起不到保护作用;断相保护采用3个单相电流互感器,通过三相电流不平衡判断是否断相,此保护灵敏度也很低。1999年8月,由于松江河厂小小线A相跌落式开关保险过热熔断,造成全厂厂用电源缺相,将1、2号机4台压油泵和2号机漏油泵共5台电机同时烧损。此时1号机组正处在运行之中,由于电机烧损,油压不能建立,造成“事故低油压”保护动作,导致1号机甩负荷事故停机,此时所有的断相保护都没有起到保护作用。事故发生后,对断相保护器进行了试验,在三相电压平衡并带负荷的情况下,突然人为切除一相电压,但开关没有动作,经几次试验,开关没有一次动作,说明此断相保护器根本起不到保护作用。

变频器功能是在大功率整流元件的基础了发展起来的,将变频、微电子、机电结合起来。它先把50 Hz的交流电整流成直流电,然后通过可控整流元件把直流电变成可控的交流电,以驱动电机运转,达到控制电机启、停及故障报警输出等目的。

R、S、T端子变频器进线端子,前面只增加相应容量的空气开关既可。PI、P端子为直流电抗器端子,可视具体情况决定,主要为电机停机制动,松江河厂没有增加此功能。U、V、W为变频器输出端子,与电机三相进线相接。

变频器启动频率、加速时间等功能的设定及特点：1、变频器的启动频率可调启动时,电机频率从0.02～50 Hz缓慢启动,启动电流从0到额定电流时也缓慢变化,大大降低了电机的启动电流。通过试验及调整,松江河厂压油泵电机变频器启动频率设定为5 Hz。

2、加速时间任意设定加速时间指电机启动从转速为0到额定转速所用的时间,可调范围为0～6 500 s。加速时间越长,启动越平稳,但到达额定电流所用时间就越长。根据松江河厂压油泵电机的启动特性,压油泵电机变频器加速时间设定为15 s。通过加速时间设定后,在电机启动时,声音从小到大,转速平稳。通过采用变频器这种启动方式,对电机启动非常有好处,大大延长了电机的使用寿命;若无变频器,电机自启动时,启动瞬间声音较大,发出尖锐的噪声同时转速也不稳定,这种启动方式将会造成电机损坏并降低电机的使用寿命。

3、基准电压和基准频率可调变频器输出电压可在50～460 V间任意选择;运行频率可在30～120 Hz间任意选择,输出电压和运行频率可以在特定条件和特定要求下运行。根据松江河厂压油泵电机运行状况,变频器额定电压和额定频率选择为380 V、50 Hz。

4、运行指令选择共有操作面板控制、外部端子信号操作控制(外部命令)、串行通信(远方命令)控制3种运行指令。变频器选用外部端子信号操作控制,由机组PLC根据油压情况集中控制。

5、频率指令设定方法的选择。有操作面板、外部模拟信号(0～5 V)、外部模拟信号(0～10 V或电位器)、外部模拟信号(4～20 mA)、步进设定、二进制设定、装置内部设定、串行设定等,特别是外部模拟信号控制非常有用。电机频率可以根据被控制设备的变化而变化,如有些压力要求特别严格的条件下,保持某一特定压力,变频器会在外部模拟信号控制命令下变频运行,常用的外部信号为4～20 mA电流。

应该说,变频器的变频启动和变频运行,本身就是对电机最好的保护,另外,它还有二次保护系统所具有的所有保护,主要包括以下几项。

a.过电流限制(防止失速)当电流超过设定的电流值时,可改变频率的变化率来限制电流的增加。加速时:当输出电流达到设定值,暂时降低频率的上升或降低频率变化率,防止失速,以限制电流值来进行加速;恒速时:若电机过载,输出电流达到设定值,就进行频率的降低,当过载状态解除以后就返回到设定的频率。

b.过电流保护当电流过大,超过变频器的容许值范围时,保护电路就发生动作,使变频器停机(变频器自动判断,不需用户设定)。

c.过电压保护因电机反馈的再生能量过大而使变频器的直流环路电压超过规定值时,保护电路动作,使变频器停机。如果电机减速中的再生能量过大,超过制动电阻的消费量,使变频器直流电压进一步上升,此时就会截止频率的下降而让频率上升,以防止过电压跳闸;再生能量开始减少时,频率变化率则变缓,并再次开始减速。另外还有欠压保护、过载保护、进线断相保护、外部热敏器动作保护、CPU异常保护等,这些都能起到保护电机的作用

针对变频调速推进系统对电网电流谐波的影响，通过改变变频器输出功率和输出频率，观察变频器交流侧电网电流谐波的变化规律，详细分析了变频器在交流电网侧产生的间谐波。结果表明，变频器输出功率、输出频率降低，交流电网侧电流谐波畸变率增大；间谐波主要分布于低频段，间谐波频率越低，谐波幅值越大。由此提出了基于无源滤波器、直流侧电容和高通滤波器综合滤波方案，并利用Matlab建立仿真模型进行分析，有效验证了方案的可行性。

变频技术主要用于交流电动机转速的调节，是交流电动机最理想、有发展空间的调速装置，具有卓越的调速性能和显著的节能作用。本文就变频器的调速节能原理、变频器的常用功能以及变频器的控制方式，进行了综合分析，结果表明变频器是企业技术改造和产品更新换代的理想调速装置。

结语：综上所述，变频器的技术应用有很大的学问，人们需要不断的研究和探索，才能使变频器的技术应用更加广泛和成熟。

参考文献：

[1].杨兴瑶.电动机调速的原理及系统.1998.