變頻調速系統設計中的問題探討
在工業生產中,由于生產負荷變化,生產季節變化等,機泵負荷也不是恒定不變的,有時變化范圍還是很大的,有些發電廠由于調峰需要,晝夜負荷變化也較大,而且機泵負荷在使用一年后,輸出流量將比額定流量有所下降。對流量變化較大的機泵負荷采用變頻調速效果是顯而易見的,而且負荷變化范圍越大,節能效果越好。
5.2 高次諧波
變頻器產生的高次諧波,會引起電網電壓波形的畸變,而且是電網有效容量越小,變頻器容量越大,這種影響越嚴重。這種對電網的污染,會使電力電容、電抗器、變壓器容易發熱,并產生電磁諧振,電動機、發電機產生附加損耗,繼電器產生誤動作等。各國對電壓畸變和諧波控制都有相應的規定,我國GB12668-90中規定,電壓畸變率小于10%,任何奇次諧波均不超過5%,任何偶次諧波均不超過2%。使用變頻器后,在電網局部會超過國標,所以一定要采取相應的措施。
5.3 電動機選擇
由于變頻的載波頻率較高,電動機繞組要承受較高的沖擊電壓。另外電動機效率下降,轉速下降后產生的冷卻效果降低,這些都是應該注意的。所以變頻調速后,包括變頻器和電動機損壞情況較多。如條件允許,可采用YTSP和YSG系列變頻調速專用電動機。
由通用變頻器構成的交流調速傳動系統普遍采用標準異步電動機,采用PWM變頻器對異步電動機供電時,定子電流中不可避免的含有高次諧波,電動機空載運行時的功率因數和效率將會更低,負載運行時的鐵損也會有所增加。額定負載下電動機的電流增加約8%,溫升增高20%左右,這對于長時間工作在滿載或接近滿載狀態下的電動機而言是不可忽視的問題,故應適當加大電動機容量,以防溫升過高,影響電動機的使用壽命。
通用的標準鼠籠異步電動機的散熱能力是按額定轉速下且進行自扇風冷考慮的,當恒轉矩負載下電動機調速運行時,其發熱不變但低速下的散熱能力變差了,可采用另加恒速冷卻風扇的辦法或采用較高絕緣等級的電動機。
5.4 變頻器的外部配置及應注意的問題
?。?) 選擇合適的外部熔斷器,以便保護因內部短路對整流元件的損壞。變頻器的型號確定后,若變頻器內部整流回路前沒有保護硅元件的快速熔斷器,變頻器與電源之間應配置符合要求的熔斷器和隔離開關,不能用空氣斷路器代替熔斷器和隔離開關。
?。?) 選擇變頻器的引入和引出電纜。根據變頻器的功率選擇導線截面合適的三芯或四芯屏蔽動力電纜。尤其是從變頻器到電機之間的動力電纜一定要選用屏蔽結構的電纜,且要盡可能短, 這樣可降低電磁輻射和容性漏電流。當電纜長度超過變頻器所允許的輸出電纜長度時, 電纜的雜散電容將影響變頻器的正常工作,為此要配置輸出電抗器。對于控制電纜,尤其是I/0信號電纜也要用屏蔽結構的。對于變頻器的可選件與變頻器之間的連接電纜其長度不得超過10m。
?。?) 在輸入側裝交流電抗器或EMC濾波器。根據變頻器安裝場所的其它設備對電網品質的要求, 若變頻器工作時已影響這些設備正常運行, 可在變頻器輸入側裝交流電抗器或EMC濾波器, 來抑制由功率元件通斷引起的諧波畸變和傳導輻射。若與變頻器連接的電網的變壓器中性點不接地,則不能選用EMC濾波器。當變頻器用500V以上電壓驅動電機時, 需在輸出側配置dv/dt濾波器, 以抑制逆變輸出電壓尖峰和電壓的變化, 有利于保護電機, 同時也降低了容性漏電流和電機電纜的高頻輻射, 以及電機的高頻損耗和軸承電流。使用dv/dt濾波器時要注意濾波器上的電壓降將引起電機轉矩的稍微降低;變頻器與濾波器之間電纜長度不得超過3m。
6 結束語
變頻調速系統的設計應結合系統的靜動態指標, 以負載的機械特性為設計主要參數,在注重變頻器控制方式的選擇及變頻器的選擇的基礎上, 解決變頻調速系統設計中的實際問題, 以使所設計的變頻調速系統具有高的靜動態指標和高的性能價格比。
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