第四讲 选好器件配变频.docx

1、第四讲 选好器件配变频第四讲：选好器件配变频主要电器需选好 供电部门不能恼睦邻友好抗干扰 制动电路要记牢张燕宾1 主要电器需选好变频器在实际应用中，需要和许多外接的配件一起使用，图1为一个比较完整的主电路。现就主要电器的功用及选择方法加以说明。图1 变频调速主电路图1.1 空气开关（Q）(1) 主要作用 隔离作用 当变频器需要检修时，或者因某种原因而长时间不用时，将Q切断，使变频器与电源隔离； 保护作用 当变频器的输入侧发生短路等故障时，进行保护。(2) 选择原则 由于： 变频器在刚接通电源的瞬间，对电容器的充电电流可高达额定电流的23倍； 变频器的进线电流是脉冲电流，其峰值常可能超过额定电流

2、； 变频器允许的过载能力为150%，1分钟。所以，为了避免误动作，空气开关的额定电流IQN应选：IQN（1.31.4）IN (1)式(1)中，IN是变频器的额定电流。1.2 接触器（KM）(1) 主要作用 可通过按钮开关方便地控制变频器的通电与断电； 变频器发生故障时，可自动切断电源。(2) 选择原则 由于接触器自身无保护功能，不存在误动作的问题。故选择原则是，主触点的额定电流IKN应满足：IKNIN (2)(3) 输出接触器变频器的输出端一般不接接触器。如由于某种需要而接入时，则因为电流中含有较强的谐波成分，故主触点的额定电流IKN应满足：IKN1.1 IMN (3)式(3)中，IMN是电动

3、机的额定电流。1.3 主电路线径的选择(1) 电源与变频器之间的导线一般说来，和同容量普通电动机的电线选择方法相同，但考虑到其输入侧的功率因数往往较低，应本着宜大不宜小的原则来决定线径。(2) 变频器与电动机之间的导线因为频率下降时，电压也要下降，在电流相等的情况下，线路电压降U在输出电压中占的比例将上升，而电动机得到电压的比例则下降，有可能导致电动机发热。所以，在决定变频器与电动机之间导线的线径时，最关键的因素便是线路电压降U的影响。一般要求：U(23)% UN (4)U的计算公式是：U (V) (5)式(5)中，IMN为电动机的额定电流；R0为单位长度导线的电阻；l为导线的长度。常用电动机

4、引出线的单位长度电阻值，见表1。表12 供电部门不能恼2.1 变频器的输入电流波形(a) (b) 图2 输入电流的波形及其谐波分析图 如上所述，“交-直-交、电压型”变频器的输入侧是整流和滤波电路。显然，只有电源的线电压UL大于电容器两端的直流电压UD时，整流桥中才有充电电流。因此，充电电流总是出现在电源电压的振幅值附近，呈不连续的冲击波形式，如图2(a)所示。它具有很大的高次谐波成份。有关资料表明，输入电流中的5次谐波和7次谐波分量是很大的，如图2(b)所示。2.2 变频器的功率因数产生无功功率的原因： 电流与电压不同相； 高次谐波电流。在变频器中输入电流的基波分量与电压同相，故Cos=1，

5、但由高次谐波电流形成的无功功率较大，所以，变频调速系统的功率因数较低，约为0.70.75。2.3 功率因数的改善图3 变频器中串入电抗器的电路图如图3所示，在输入电路中串入电抗器是抑制较低谐波电流的有效方法。根据接线位置的不同，主要有以下两种：(1) 交流电抗器（LA）LA串联在电源与变频器的输入侧之间，它除了可以抑制谐波电流，将功率因数提高至0.750.85外，还具有削弱输入电路中的浪涌电流对变频器的冲击，削弱电源电压不平衡的影响等功能。(2) 直流电抗器（LD）LD串联在整流桥和滤波电容器之间。它的功能比较单一，就是削弱输入电流中的高次谐波成份。但在提高功率因数方面比交流电抗器有效，可达0

6、.95，并具有结构简单、体积小等优点。3 睦邻友好抗干扰3.1 变频器的电流波形(1) 变频器的输入电流 如上所述，变频器的输入电流具有很大的高次谐波成份。这些高次谐波电流除了影响功率因数外，也可能对其他设备造成干扰。(2) 变频器的输出电流 绝大多数逆变桥都采用SPWM调制方式，其输出电压为占空比按正弦规律分布的系列矩形波，如图4(a)所示。由于电动机定子绕组的电感性质，其定子电流十分接近于正弦波，但其中与载波频率相等的谐波分量仍是较大的，如图4(b)所示。 (a) (b)图4 输出电压与电流的波形图3.2 干扰信号的传播方式(1) 电路耦合方式 即通过电源网络传播。由于输入电流为非正弦波，

7、当变频器的容量较大时，将使网络电压产生畸变，影响其他设备工作。显然，这是变频器输入电流干扰信号的主要传播方式。(2) 感应耦合方式 当变频器的输入电路或输出电路与其他设备的电路相距很近时，变频器的高次谐波信号将通过感应的方式耦合到其他设备中去。感应的方式有两种： 电磁感应方式 是电流干扰信号的主要传播方式； 静电感应方式 是电压干扰信号的主要传播方式。(3) 空中幅射方式 以电磁波的方式向空中幅射，这是频率很高的谐波分量主要传播方式。3.3 变频调速系统的抗干扰措施(1) 合理布线 对于通过感应方式传播的干扰信号，可以通过合理布线的方式来削弱。具体方法有： 其他设备的电源线和信号线应尽量远离变

8、频器的输入、输出线； 其他设备的电源线和信号线应避免和变频器的输入、输出线平行； 所有的电源线和信号线都应尽量屏蔽。(2) 接入滤波器 在变频器的输入和输出电路中，除上述较低次的谐波成份外，还有许多频率很高的谐波电流，它们将以各种方式把自己的能量传播出去，形成对其他设备的干扰信号。滤波器就是用于削弱频率较高的谐波分量的主要手段。根据使用位置的不同，可分为： 输入滤波器 通常有两种： 线路滤波器主要由电感线圈构成，它通过增大线路在高频下的阻抗来削弱频率较高的谐波电流。 辐射滤波器主要由高频电容器构成，它可吸收频率很高的、具有辐射能量的谐波成份。 输出滤波器 也由电感线圈构成，它可以有效地削弱输出

9、电流中的高次谐波成份，不仅起到抗干扰的作用，而且能削弱电动机中由高次谐波电流引起的附加转矩。对于变频器输出端的抗干扰措施，必须注意以下两方面： 变频器的输出端不允许接入电容器，以免在逆变管导通（或关断）瞬间，产生峰值很大的充电（或放电）电流，损害逆变管； 当输出滤波器由LC电路构成时，滤波器内接入电容器的一侧必须与电动机侧相接。(3) 仪器侧隔离 电源隔离法图5 隔离变压器图实践表明，变频器输入侧的高次谐波电流常常从电源侧进入各种仪器，成为许多仪器的干扰源。针对这种情况，应在受干扰仪器的电源侧采取有效的隔离和滤波措施。方法之一是接入隔离变压器，如图5所示。其特点是原、副方的匝数相等，即无变压功

10、能，在原、副方之间应用金属薄膜进行良好的隔离。原、副方电路中都可接入电容器，如图中之C1和C2。为了进一步滤去电源电压中的高次谐波成份，在隔离变压器的两侧，还可以接入各种滤波电路。图6 信号隔离法示意图 信号隔离法 在某些传感器传输线较长，并采用电流信号的场合，还可以考虑在信号侧用光电耦合管进行隔离，如图6所示。需要注意的是： 所用光电耦合管应是传输比为1的线性光电耦合管； 光电耦合管两侧的电容器对传输信号应无衰减作用，即：如为直流信号，电容量可大一些，如为脉冲信号，则应根据脉冲频率的大小适当选择。4 制动电路要记牢4.1 制动过程对泵生电压的影响泵生电压是当电动机处于再生制动状态时，电动机将

11、再生的电能反馈给直流回路的结果。而再生制动状态则是电动机转子的实际转速超过了同步转速（旋转磁场的转速），转子绕组正方向切割磁力线的结果。归根结底，泵生电压的大小取决于转子绕组（鼠笼条）正方向切割磁力线的速度。主要与下列因素有关：(1) 拖动系统的飞轮力矩GD2飞轮力矩大，则当同步转速随频率下降而下降时，转子的实际转速将因惯性大而不能及时地跟随下降，从而，转子导体正方向切割磁力线的速度也大，使泵生电压增大。(2) 降速时间tB降速时间越短，则频率下降越快，也容易使转子的实际转速不能及时地跟随同步转速下降，并使泵生电压增大。(3) 制动转矩TB制动转矩是再生电流与旋转磁场相互作用的结果。因此，所要

12、求的制动转矩大，则再生电流也大，导致泵生电压也大。事实上，在计算制动转矩时，已经把飞轮力矩和降速时间的因素考虑进去了。 所以，泵生电压的大小和所要求的制动转矩的大小成正比。4.2 制动电阻值的粗略算法由于电动机和负载的飞轮力矩的数据常常难以得到，要进行准确计算往往十分困难。考虑到再生电流经三相全波整流后的平均值约等于其峰值，而所需附加制动转矩中可扣除电动机自身的制动转矩（0.2TMN），以及在计算直流电压时已经增加了10%的裕量。把这些因素综合起来，可以粗略地认为：如果通过制动电阻的放电电流等于电动机的额定电流，则所需的附加制动转矩大致得到满足。有关资料表明：当放电电流等于电动机额定电流的一半

13、时，就可以得到与电动机的额定转矩相等的制动转矩。因此，制动电阻的粗略算法是：RB (6)在实际使用中，可以根据具体情况适当调整制动电阻的大小。4.3 制动电阻容量的确定(1) 制动电阻的耗用功率PB0 当制动电阻RB在直流电压为UD的电路中工作时，其耗用功率PB0为：PB0 (7)耗用功率PBO的含义是：如果电阻的容量按此选择，该电阻就可以长时间接在电路里工作。(2) 制动电阻容量的确定 由于拖动系统的制动时间通常很短，电阻的温升在短时间内不足以达到稳定温升。因此，决定制动电阻容量的根本原则是，在电阻的温升不超过其允许值（即额定温升）的前提下，应尽量减小容量：PB (8)式(8)中，B为制动电

14、阻容量的修正系数。(3) 修正系数的决定 () 不反复制动 () 反复制动图7 制动电阻的容量修正系数 不反复制动的场合 指制动的次数较少，一次制动以后，在较长时间内不再制动的场合，如鼓风机。对于这种负载，修正系数的大小取决于每次制动所需要的时间：如每次制动时间小于10s，可取=7；如每次制动时间超过100s，则1；如每次制动时间在两者之间，即10stB100s，则大体上可按比例算出，如图7(a)所示。 反复制动的场合 许多机械是需要反复制动的，如起重机械、龙门刨床等。对于这类负载，修正系数的大小取决于每次制动时间tB与每两次制动之间的时间间隔tC之比（tB/tC），称为制动占空比。由于在实际工作中，制动占空比常常不是恒定的，所以，只能取一个平均数。决定的大致方法如下：如tB/tC0.01，取5；tB/tC0.15，取1；0.01tB/tC0.15，则大体上可按比例算出，如图7(b)所示。(4) 制动电阻的保护 由于制动电阻的标称功率比实际消耗的功率小