变频器的选型和应用

变频器的选型和应用

摘要：变频器利用的是半导体器件，实现电源的频率可调。当前交流变频调速技术越来越成熟，正确选择变频系统中的变频器不仅关系到系统速度的稳定性，同时对电力系统的高效可靠来说具有重要意义。本文首先对变频器当前存在的几种控制方式进行了梳理，研究了常见负载的转矩特性，重点对变频器的选型方法进行了研究，并就其应用过程中的注意事项进行了分析。

关键词：变频器;选型;应用

引言

得益于电力电子技术的发展，变频调速传动技术得到了质的飞跃。近年来，市面上的变频器种类逐年增多，价格不断降低，其应用越来越平民化，小到低功率的家用电器，大到大型工业传动装置。变频器的推广应用优势明显：节能、省力、自动化程度高、舒适性好等等。在具体应用中选择合适的变频器类型十分关键，科学合理的应用变频器才能充分发挥其应用效果，本文对此展开论述。

1.变频器控制方式

当前的变频器控制方式主要有以下几种：①正弦脉宽调制控制方式。这种控制方式在低频段的输出电压较小，定子电阻对变频器有较大影响，从而会减小最大转矩。其动态转矩能力较差。②电压空间矢量控制方式。采用这种控制方式能够一次性生成所需的调制波形，采用内切正多边形的方式去不断接近圆。经过不断的实践后，人们又将频率补偿引入到该控制方式中，能够有效消除在速度控制上的误差，定子电阻所造成的影响也得到了一定程度的降低，动稳定性良好。③磁场定向法控制。这种控制方式需要进行多次的坐标变换，最终将坐标转换到同步旋转坐标下，模拟直流的控制方式对电机进行合理控制。④直接转矩控制。这种控制方法是在矢量控制的基础上发展起来的，它能够有效解决后者的不足，无需进行坐标变换，可以直接在定子坐标系下进行研究，首先进行电动机数学模型的建立，控制其磁链以及转矩。⑤矩阵式交-交方式。这种控制方式可以省去中间直流环节，大大缩小了设备体积，实现高功率因数输出，但该技术尚处于发展阶段，还并不成熟[1]。

2.机械设备的负载转矩特性

对机械设备的负载进行归纳总结，依据转矩的不同，大体上可以分为三种类型;分别是：恒转矩负载、恒功率负载以及流体类负载[1]。第一种负载的转矩几乎是恒定不变的，它不会随着转速的改变而发生改变，当负载速度增加时，其功率也会增加。变频器拖动恒转矩负载时，如果要求较低的运行速度，则输出的转矩数值较大;此时，需要有较强的过载能力。第二种负载的转矩不是恒定不变的，而是随着转速的改变而改变，两者呈现反比关系，功率基本上是恒定不变的;当这种负载运行于较低速度时，受限于其机械强度，转矩不能增大到较大数值。在

进行传动方式的选择时，要充分考虑负载所处的工作区域。第三种负载的转矩也是变化的，并且与转速的平方呈现正比例关系;通过变频器的变化，这类负载的风量以及流量等都可以得到相应的改变，从而有利于生产的顺利进行，并且能够起到节能的作用。

3.变频器的选型

3.1变频器控制方式的选择

在进行变频器的选型时，首先应该正确选择其控制方式，其控制方式大体上可以分为开环控制和闭环控制两种，其中，前者具有结构简单和性能可靠的优点;主要不足体现在调速精度较低，动态反应也较慢。后者则可以避免这些缺点，它可以依据流量、温度和速度等指标的变化情况实施动态的控制，其动态反应较快，主要不足是有时候该控制方法效果不理想，成本较高。不同的用户应该依据自身的需要合理选择控制方式。

3.2变频器的防护结构的选择

用户在使用变频器时要充分考虑到其使用环境，安装位置周围的温度、湿度、空气成分等都与变频器的运行息息相关，直接影响到变频器是否能够安全可靠运行。如果环境条件不满足要求，应该采取一定的防护措施。以下为几种常见的变频器防护结构：①开放型IP00。这种结构能够从正面保护人体无法碰触到变频器内的带电部位，这种防护结构可以安装在电控柜的内部，电气室的屏盘以及架上，适合于多台变频器集中使用，主要不足是对环境的要求较高;②封闭型IP20、IP21。具有这种防护结构的变频器都会在四周安装外罩，一般是采用壁挂式的安装方式安装在建筑物内的墙上，在有少量粉尘的环境下可以采用这种防护结构。

③密封型IP40及IP42[4]。这两种防护结构在工业环境较差的场合中使用较多。

④密闭型IP54及IP55。这两种防护结构能够防尘和防水，在有水淋和粉尘的场合使用较为适宜。

4.变频器应用中的注意事项

4.1谐波问题及其对策

变频器的使用无疑会给电力系统带来谐波，主要是由其内部的整流、逆变等环节造成的。在输出电压中，不仅有基波，还包含有非工频的谐波。当系统中存在低次谐波时，电机的负载转矩会出现脉动现象;当系统中存在高次谐波时，变频器的漏电流会相应的增加，从而导致电机出力的降低。为了有效消除系统中的谐波，在整流环节可以采用不可控桥式电路[2]，选择电容量较大的电容。在供电电源的处理上，可以采取合理措施增加其内阻抗;在系统中安装电抗器;变压器的运行方式可以选择多相运行方式等等[3]。

4.2发热问题及其对策

变频器的内部损耗会造成其机身发热，主电路是主要的损耗来源，其次是控制电路。散热对于变频器而言十分重要。对此，可以采用以下措施：采用风扇散热，将环境温度降低到合适读数等。

5.结束语

当下，在工业生产中，变频器的使用逐渐普及，进行变频器的正确选型尤为重要，科学合理的使用变频器也十分关键，本文即对此进行了相应的探讨。在工程现场，应该结合具体的工艺要求以及周围环境，权衡利弊，综合考虑，合理选型。

参考文献：

[1]满永奎，韩安荣.《通用变频器及其应用（第三版）》，机械工业出版社，2012.

[2]徐海，施利春.《变频器原来及应用》，清华大学出版社，2010.

[3]李华，刘继梅，房磊，房晖.变频器选型中注意负载匹配及谐波抑制问题[J].山东冶金，2007（S1）.

[4]李治和.变频器的工作原理和控制方式[J].煤炭技术，2009（8）.