王 攀，蘇洪友

（深圳市德瑞斯電氣技術(shù)有限公司，廣東深圳 518000）

1 變頻器相關(guān)內(nèi)容的簡(jiǎn)要概述

1.1 變頻器的主要工作原理

變頻器的主要工作原理是通過使用微電子技術(shù)和變頻技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各種設(shè)備中的電源和電壓進(jìn)行科學(xué)合理化管控，并且根據(jù)在實(shí)際生產(chǎn)過程中的各項(xiàng)要求來適當(dāng)調(diào)整電源的輸出頻率，從而減少對(duì)能源的消耗，提高對(duì)生產(chǎn)速度的管控力度。同時(shí)，變頻器還可以對(duì)整個(gè)設(shè)備運(yùn)行中的電流和電壓數(shù)值進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)荷載數(shù)值過高時(shí)，變頻器會(huì)立即切斷整個(gè)工作電路，避免對(duì)設(shè)備造成影響，來保證自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)行安全。

1.2 變頻器的主要組成

變頻器主要由4部分構(gòu)成，分別是整流單元、控制器、高容量電容以及逆變器。每個(gè)組成結(jié)構(gòu)分別發(fā)揮著不同的功能，而通過4個(gè)組成部分共同實(shí)現(xiàn)交流整流過程。在整個(gè)變頻器的裝置中，一般是由二極管整流器來進(jìn)行整流。當(dāng)前最常見的變頻器可分為經(jīng)濟(jì)型變頻器、插件式通用型變頻器和大功率電流矢量型變頻器。

1.3 變頻器的功能概述

1.3.1 減少對(duì)能源的消耗

在當(dāng)前工業(yè)企業(yè)的日常生產(chǎn)過程中，可能會(huì)因?yàn)橐恍┎豢煽刂频囊蛩囟霈F(xiàn)斷電或者電流降低的情況，如果不及時(shí)采取措施解決，將會(huì)影響整個(gè)生產(chǎn)效率，最終影響了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)前在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)過程中，絕大多數(shù)企業(yè)使用的是具有驅(qū)動(dòng)備用容量的自動(dòng)化設(shè)備，從而能夠當(dāng)工作線路中的電壓無法提供動(dòng)能時(shí)，自動(dòng)化設(shè)備就會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)運(yùn)行模式，降低運(yùn)行速度，降低對(duì)能源的消耗。一般是通過調(diào)節(jié)入門檔板的開度來降低對(duì)能源的消耗。但是在開合擋板的過程中也會(huì)消耗能源[1]，進(jìn)一步增加了企業(yè)的生產(chǎn)成本。此時(shí)可以通過應(yīng)用變頻器來快速讀取系統(tǒng)中的流量和轉(zhuǎn)速，從而根據(jù)自動(dòng)化設(shè)備的運(yùn)行情況來調(diào)整工作線路中的電流和電壓數(shù)值，可以明顯降低對(duì)能源的消耗。

1.3.2 減少線路中無功功率的損耗

在當(dāng)前自動(dòng)化設(shè)備的日常運(yùn)行過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)無功功率損耗的情況，增加了對(duì)能源的消耗，同時(shí)還影響了運(yùn)行效率。甚至還會(huì)導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)發(fā)熱情況，增加短路的概率，縮短了自動(dòng)化設(shè)備的使用壽命。此時(shí)可以通過采用變頻器來減少無功損耗的情況，在變頻器中設(shè)有濾波電容裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)功率補(bǔ)償?shù)淖饔?，明顯降低無功損耗。

1.3.3 進(jìn)行自動(dòng)化設(shè)備的軟啟動(dòng)

在當(dāng)前工業(yè)自動(dòng)化控制過程中，通常設(shè)備在啟動(dòng)過程中需要極大的電流，該啟動(dòng)電流是額定電流的好多倍，當(dāng)啟動(dòng)電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于額定電流時(shí)，會(huì)對(duì)整個(gè)工作線路和設(shè)備產(chǎn)生影響。此時(shí)通過使用變頻器，可以通過變頻器中的軟啟動(dòng)功能來管控啟動(dòng)電流，使得啟動(dòng)電流能夠從小數(shù)值逐漸增大，接近設(shè)備自身的額定電流數(shù)值，減少整個(gè)工作電路和設(shè)備的影響，提升了設(shè)備的使用周期，減少了設(shè)備維修的費(fèi)用。

2 變頻器在工業(yè)自動(dòng)化控制過程中的主要應(yīng)用

2.1 科學(xué)合理選擇變頻器的防護(hù)等級(jí)

在工業(yè)自動(dòng)化控制過程中使用變頻器，首先是要科學(xué)合理選擇出變頻器的防護(hù)等級(jí)，這樣才能使得變頻器能夠在短時(shí)間內(nèi)快速運(yùn)行。一般防護(hù)等級(jí)要與自動(dòng)化設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行匹配與適應(yīng)，也就是需要考慮環(huán)境中的溫度、濕度、酸堿度、腐蝕性氣體以及各種粉塵等，并根據(jù)這些因素來選擇出具體的防護(hù)等級(jí)，從而能夠提高變頻器的使用周期，保證變頻器運(yùn)行安全。當(dāng)前常見的防護(hù)等級(jí)主要分為了四大類。①敞開式，IP00型。變頻器不含機(jī)箱，可以擺放在電控箱內(nèi)或者貨架上。如果企業(yè)使用變頻器的數(shù)量較多時(shí)，一般選用敞開型防護(hù)等級(jí)的變頻器最合適，但是其對(duì)環(huán)境要求較高，需要保證環(huán)境中的溫度、濕度以及酸堿度等條件適宜。②封閉式IP20型。該種防護(hù)類型的變頻器可以應(yīng)用在日常生活中，對(duì)環(huán)境要求相對(duì)較低，可以運(yùn)用在一些有少量灰塵、溫度和濕度的環(huán)境中[2]。③密封式IP45型。該種防護(hù)類型的變頻器主要應(yīng)用在一些環(huán)境較差的工業(yè)生產(chǎn)中。④密閉式IP65型?？梢詰?yīng)用在一些環(huán)境條件非常差以及含有腐蝕性氣體的工業(yè)生產(chǎn)中。

2.2 科學(xué)合理確定變頻器的功率

工業(yè)企業(yè)在選用變頻器過程中，既需要考慮變頻器的防護(hù)等級(jí)，同時(shí)還需要考慮變頻器的功率。變頻器的效率直接與自動(dòng)化設(shè)備的生產(chǎn)效率有著很大關(guān)系，因此需要選擇適合的變頻器的功率數(shù)值。再選擇變頻器功率時(shí)需要從5個(gè)方面來考慮。

（1）需要保證變頻器功率與自動(dòng)化設(shè)備中電機(jī)功率相匹配，這樣才能夠保證變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的穩(wěn)定。

（2）在工業(yè)自動(dòng)化控制中，無法保持變頻器與電動(dòng)機(jī)設(shè)備功率相近時(shí)，需要保證二者功率能夠最大接近，而且一般是變頻器的功率較高。

（3）如果設(shè)備運(yùn)行中啟動(dòng)次數(shù)較多時(shí)，此時(shí)需要提高變頻器功率的等級(jí)，這樣即使啟動(dòng)次數(shù)較多時(shí)，也不會(huì)影響變頻器的運(yùn)行。

（4）在經(jīng)過測(cè)試后發(fā)現(xiàn)自動(dòng)化設(shè)備的功率數(shù)值相對(duì)較大時(shí)，可以選用功率較小的變頻器，但是在此過程中要保證變頻器瞬時(shí)峰值電流不會(huì)導(dǎo)致過電流保護(hù)動(dòng)作的出現(xiàn)。

（5）在一些高溫高壓情況下，需要選用功率等級(jí)高于電機(jī)功率等級(jí)的變頻器。

2.3 科學(xué)合理確定變頻器的容量范圍

在選擇變頻器容量過程中，首先要得變頻器容量能夠貼合設(shè)備的額定功率。一般是需要保證變頻器的容量大于等于電機(jī)的額定功率，這樣才能夠保證自動(dòng)化設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。然而在實(shí)際選擇過程中，二者之間的功率數(shù)值相差較小，因此需要根據(jù)電機(jī)在運(yùn)行過程中的實(shí)際功率來選擇變頻器的容量，這樣可以保證選出的變頻器容量的合理性，這樣可控制企業(yè)的成本消耗。如果自動(dòng)化設(shè)備是屬于輕負(fù)載類設(shè)備，而選擇變頻器容量過程中，變頻器電流一般是按照IM=（1.05～1.1）IN（IN為電動(dòng)機(jī)的額定電流，而1.05及1.1為安全系數(shù)）的計(jì)算公式來進(jìn)行選擇。

3 變頻器在工業(yè)自動(dòng)化控制過程中應(yīng)用的注意事項(xiàng)

隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，進(jìn)一步提高了變頻技術(shù)的水平，當(dāng)前市場(chǎng)中變頻器的應(yīng)用范圍在逐漸擴(kuò)大，類型逐漸增多，而變頻器的價(jià)格逐漸下降，變頻器的各項(xiàng)性能在逐漸提高，使用壽命長(zhǎng)，便于維護(hù)。與此同時(shí)，當(dāng)前一些變頻技術(shù)逐漸應(yīng)用在工業(yè)自動(dòng)化控制過程中，能夠明顯降低對(duì)能源的消耗，并提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量。但是在當(dāng)前變頻器使用過程中還經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些無法散熱、諧波電流產(chǎn)生以及長(zhǎng)距離輸送而增加了能源消耗的問題，嚴(yán)重制約著工業(yè)自動(dòng)化的進(jìn)一步發(fā)展，同時(shí)也影響了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益[3]。因此在使用變頻器過程中，工作人員要提前學(xué)習(xí)并掌握使用變頻器的注意事項(xiàng)，從而能夠在后期使用過程中最大化避免因使用不合理而增加的運(yùn)行成本，保證變頻器能夠發(fā)揮出最大作用，減少對(duì)能源的消耗，并保證自動(dòng)化設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

3.1 重視變頻器自身的散熱問題

在使用變頻器過程中，一定要加大對(duì)變頻器散熱的重視力度。變頻器散熱的好壞直接影響著整個(gè)變頻器的運(yùn)行安全。變頻器對(duì)散熱要求較高，如果變頻器不能及時(shí)散熱，就會(huì)導(dǎo)致變頻器自身溫度過高，極易出現(xiàn)故障，同時(shí)還影響了變頻器的使用壽命。變頻器內(nèi)部一般設(shè)有冷卻風(fēng)扇，為了提高散熱效果需要將變頻器按照豎直方向來進(jìn)行安裝，這樣使得外界環(huán)境中的空氣能夠由下到上流通，保證空氣的循環(huán)效率，促使變頻器能夠及時(shí)散熱。如果在生產(chǎn)過程中安裝了多臺(tái)變頻器，此時(shí)需要按照水平方向來安裝變頻器，這樣能夠避免變頻器在散熱過程中的干擾。此外，在使用變頻器過程中，工作人員應(yīng)該定期巡檢變頻器中的冷卻風(fēng)扇，保證冷卻風(fēng)扇能夠穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)還要管控好冷卻風(fēng)扇的運(yùn)行溫度，避免因運(yùn)行溫度過高而影響了散熱效率。

3.2 抑制諧波電流的產(chǎn)生

在變頻器運(yùn)行過程中，一般采用脈寬調(diào)制的控制方式，這樣會(huì)導(dǎo)致變頻器運(yùn)行過程中經(jīng)常會(huì)在電源的兩側(cè)區(qū)域中產(chǎn)生較多的諧波電流，進(jìn)一步影響了電流和電壓的波形，同時(shí)影響了其他設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。因此需要在變頻器輸入側(cè)加設(shè)濾波電抗器[4]，能夠明顯降低諧波量，還可以糾正變頻器的接地方法，從而提高整個(gè)變頻器控制系統(tǒng)的靈敏性，降低噪聲。在變頻器接地方法中，一般需要保證接地電阻的數(shù)值相對(duì)較小，而接地導(dǎo)線截面積應(yīng)該≥2 mm，長(zhǎng)度應(yīng)控制在20 m 以內(nèi)，這樣才能夠明顯抑制諧波電流的產(chǎn)生。

3.3 及對(duì)變頻器采取長(zhǎng)距離的補(bǔ)償措施

在使用變頻器時(shí)，輸出的電壓是按照矩形脈沖的形式，產(chǎn)生的du/dt 的數(shù)值相對(duì)較大。而在電纜中一般會(huì)存在電抗值（Z）和對(duì)地電容（C），從而導(dǎo)致變頻器中會(huì)產(chǎn)生過電壓的情況。而當(dāng)前變頻器的輸出過電壓的計(jì)算公式是U=ZCdu/dr，根據(jù)公式就可以看出，當(dāng)自動(dòng)化設(shè)備電纜長(zhǎng)度越長(zhǎng)時(shí)，進(jìn)一步會(huì)增加電纜中的電抗值和對(duì)地電容，最終導(dǎo)致變頻器中出現(xiàn)了過電壓的情況。如果自動(dòng)化設(shè)備中采用的電纜是屏蔽式電纜，將會(huì)進(jìn)一步加大過電壓的情況。因此就要及時(shí)采取解決措施來降低變頻器產(chǎn)生的過電壓情況。其中，如果變頻器的電纜長(zhǎng)度超過50 m 時(shí)，就需要采取補(bǔ)償措施，一般可以在變頻器的輸入側(cè)區(qū)域中加設(shè)電抗器，從而降低過電壓情況的發(fā)生，此時(shí)就可以延長(zhǎng)變頻器的輸出距離。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，一般需要根據(jù)所選擇的變頻器類型和實(shí)際電纜的長(zhǎng)度來進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)。

3.4 提高變頻器與周邊接觸器的配合力度

大多數(shù)變頻器接線類型的區(qū)別主要是在接觸器的連接上，一般連接在變頻器的進(jìn)線側(cè)和出現(xiàn)側(cè)區(qū)域中，如圖1所示。當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，接觸點(diǎn)會(huì)自動(dòng)斷開接觸線，進(jìn)一步起到保護(hù)變頻器的作用。如果是按照第一種類型的接線形式，可以應(yīng)用在一些起重類設(shè)備中，而使得自動(dòng)化設(shè)備長(zhǎng)期處于在電磁制動(dòng)狀態(tài)或者發(fā)電狀態(tài)，進(jìn)一步會(huì)提高變頻器直流母線中的電壓數(shù)值。此時(shí)變頻器會(huì)通過制動(dòng)電阻來消耗多余能量。但是在實(shí)際過程中，如果變頻器母線中電壓是在極短時(shí)間內(nèi)快速增加，就會(huì)導(dǎo)致變頻器無法在極短時(shí)間內(nèi)消耗大量能量，導(dǎo)致變頻器中的穩(wěn)壓儲(chǔ)能電容被擊穿，造成安全事故發(fā)生。因而，如果在變頻器接線過程中使用了接觸器，需要保證接觸器控制回路中開啟和停止操作是相對(duì)獨(dú)立運(yùn)行的，不能同時(shí)使用。接觸器的輔助觸點(diǎn)來控制變頻器的啟動(dòng)按鈕[5]，否則會(huì)導(dǎo)致變頻器中儲(chǔ)能電容出現(xiàn)多次充放電的情況，最終縮短了變頻器的使用壽命。因此具體的操作步驟是首先通電主回路，接著是變頻器待機(jī)狀態(tài)，在通過繼電器的長(zhǎng)開觸點(diǎn)來進(jìn)一步控制變頻器中的電源通斷情況，這樣能夠保證電頻器運(yùn)行安全，同時(shí)不會(huì)影響電容器的使用壽命和性能。

圖1 變頻器常見的接線方式

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在當(dāng)前工業(yè)自動(dòng)化控制中，使用變頻器的范圍在逐漸擴(kuò)大，在應(yīng)用變頻器中，首先要科學(xué)合理確定出變頻器的防護(hù)等級(jí)和容量以及功率。同時(shí)工作人員還需要提前掌握使用變頻器的注意事項(xiàng)，確保能夠提高變頻器的使用效率，保證整個(gè)自動(dòng)化設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，提高企業(yè)生產(chǎn)效率，最終提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。