成都變頻器應(yīng)用誤區(qū)剖析：
誤區(qū)1、使用變頻器都能節(jié)電
一些文獻(xiàn)宣稱變頻調(diào)速器是節(jié)電控制產(chǎn)品，給人的感覺是只要使用變頻調(diào)速器都能節(jié)電，實(shí)際上，變頻調(diào)速器之所以能夠節(jié)電，是因?yàn)槠淠軐?duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速。如果說變頻調(diào)速器是節(jié)電控制產(chǎn)品的話，那么所有的調(diào)速設(shè)備也都可以說是節(jié)電控制產(chǎn)品。變頻調(diào)速器只不過比其它調(diào)速設(shè)備效率和功率因數(shù)略高罷了。
變頻調(diào)速器能否實(shí)現(xiàn)節(jié)電，是由其負(fù)載的調(diào)速特性決定的。對(duì)于離心風(fēng)機(jī)、離心水泵這類負(fù)載，轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。只要原來采用閥門控制流量，且不是滿負(fù)荷工作，改為調(diào)速運(yùn)行，均能實(shí)現(xiàn)節(jié)電。當(dāng)轉(zhuǎn)速下降為原來的80%時(shí)，功率只有原來的51.2%。可見，變頻調(diào)速器在這類負(fù)載中的應(yīng)用，節(jié)電效果為明顯。對(duì)于羅茨風(fēng)機(jī)這類負(fù)載，轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的大小無關(guān)，即恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。若原來采用放風(fēng)閥放走多余風(fēng)量的方法調(diào)節(jié)風(fēng)量，改為調(diào)速運(yùn)行，也能實(shí)現(xiàn)節(jié)電。當(dāng)轉(zhuǎn)速下降為原來的80%時(shí)，功率為原來的80%。比在離心風(fēng)機(jī)、離心水泵中的應(yīng)用節(jié)電效果要小得多。對(duì)于恒功率負(fù)載，功率與轉(zhuǎn)速的大小無關(guān)。水泥廠恒功率負(fù)載，如配料皮帶秤，在設(shè)定流量一定的條件下，當(dāng)料層厚時(shí)，皮帶速度減慢;當(dāng)料層薄時(shí)，皮帶速度加快。變頻調(diào)速器在這類負(fù)載中的應(yīng)用，不能節(jié)電。
與直流調(diào)速系統(tǒng)比較，直流電動(dòng)機(jī)比交流電動(dòng)機(jī)效率高、功率因數(shù)高，數(shù)字直流調(diào)速器與變頻調(diào)速器效率不相上下，甚至數(shù)字直流調(diào)速器比變頻調(diào)速器效率略高。所以，宣稱使用交流異步電動(dòng)機(jī)和變頻調(diào)速器比使用直流電動(dòng)機(jī)和直流調(diào)速器要節(jié)電，理論和實(shí)踐證明，這是不正確的。
誤區(qū)2、變頻器的容量選擇以電動(dòng)機(jī)額定功率為依據(jù)
相對(duì)于電動(dòng)機(jī)來說，變頻調(diào)速器的價(jià)格較貴，因此在保證安全可靠運(yùn)行的前提下，合理地降低變頻調(diào)速器的容量就顯得十分有意義。
變頻調(diào)速器的功率指的是它適用的4極交流異步電動(dòng)機(jī)的功率。
由于同容量電動(dòng)機(jī)，其極數(shù)不同，電動(dòng)機(jī)額定電流不同。隨著電動(dòng)機(jī)極數(shù)的增多，電動(dòng)機(jī)額定電流增大。變頻調(diào)速器的容量選擇不能以電動(dòng)機(jī)額定功率為依據(jù)。同時(shí)，對(duì)于原來未采用變頻器的改造項(xiàng)目，變頻調(diào)速器的容量選擇也不能以電動(dòng)機(jī)額定電流為依據(jù)。這是因?yàn)椋妱?dòng)機(jī)的容量選擇要考慮大負(fù)荷、富裕系數(shù)、電動(dòng)機(jī)規(guī)格等因素，往往富裕量較大，工業(yè)用電動(dòng)機(jī)常常在50%～60%額定負(fù)荷下運(yùn)行。若以電動(dòng)機(jī)額定電流為依據(jù)來選擇變頻調(diào)速器的容量，留有富裕量太大，造成經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi)，而可靠性并沒有因此得到提高。
對(duì)于鼠籠式電動(dòng)機(jī)，變頻調(diào)速器的容量選擇應(yīng)以變頻器的額定電流大于或等于電動(dòng)機(jī)的大正常工作電流1.1倍為原則，這樣可以大限度地節(jié)約資金。對(duì)于重載起動(dòng)、高溫環(huán)境、繞線式電動(dòng)機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)等條件下，變頻調(diào)速器的容量應(yīng)適當(dāng)加大。
對(duì)于一開始就采用變頻器的設(shè)計(jì)中，變頻器容量的選擇以電動(dòng)機(jī)額定電流為依據(jù)無可厚非。這是因?yàn)榇藭r(shí)變頻器容量不能以實(shí)際運(yùn)行情況來選擇。當(dāng)然，為了減少投資，在有些場(chǎng)合，也可先不確定變頻器的容量，等設(shè)備實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后，再根據(jù)實(shí)際電流進(jìn)行選擇。
誤區(qū)3、用視在功率計(jì)算無功補(bǔ)償節(jié)能收益
用視在功率計(jì)算無功補(bǔ)償節(jié)能效果。如文獻(xiàn)[1]原系統(tǒng)風(fēng)機(jī)工頻滿載工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電流為289A，采用變頻調(diào)速時(shí)，50Hz滿載運(yùn)行時(shí)的功率因數(shù)約為0.99，電流是257A，這是由于變頻器內(nèi)部濾波電容產(chǎn)生改善功率因數(shù)的作用。節(jié)能計(jì)算如下：ΔS=UI=×380×(289-257)=21kVA
因此該文認(rèn)為其節(jié)能效果約為單機(jī)容量的11%左右。
實(shí)際分析：S即表示視在功率，即電壓與電流的乘積，電壓相同時(shí)，視在功率節(jié)約百分比與電流節(jié)約百分比是一回事。在有電抗的電路中，視在功率只是反映了配電系統(tǒng)的允許大輸出能力，而不能反映電動(dòng)機(jī)實(shí)際消耗的功率。電動(dòng)機(jī)實(shí)際消耗的功率只能用有功功率表示。在該例中，雖用實(shí)際電流計(jì)算，但計(jì)算的是視在功率，而不是有功功率。我們知道，電動(dòng)機(jī)實(shí)際消耗的功率是由風(fēng)機(jī)及其負(fù)載決定的。功率因數(shù)的提高并沒有改變風(fēng)機(jī)的負(fù)載，也沒有提高風(fēng)機(jī)的效率，風(fēng)機(jī)實(shí)際消耗的功率沒有減少。功率因數(shù)提高后，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)也沒有改變，電動(dòng)機(jī)定子電流并沒有減少，電動(dòng)機(jī)消耗的有功功率和無功功率都沒有改變。功率因數(shù)提高的原因是變頻器內(nèi)部濾波電容產(chǎn)生無功功率供給了電動(dòng)機(jī)消耗。隨著功率因數(shù)提高，變頻器的實(shí)際輸入電流減少，從而減少了電網(wǎng)至變頻器之間的線損和變壓器的銅耗。同時(shí)，負(fù)荷電流減小，給變頻器供電的變壓器、開關(guān)、接觸器、導(dǎo)線等配電設(shè)備可以帶更多的負(fù)載。需要指出的是，如果象該例一樣不考慮線損和變壓器銅耗的節(jié)約，而考慮變頻器的損耗，變頻器在50Hz滿載運(yùn)行時(shí)，不僅沒有節(jié)能，而且還費(fèi)電。因此，用視在功率計(jì)算節(jié)能效果是不對(duì)的。
誤區(qū)4、變頻器輸出側(cè)不能加裝接觸器
幾乎所有變頻調(diào)速器使用說明書都指出，變頻調(diào)速器輸出側(cè)不能加裝接觸器。如日本安川變頻器說明書就規(guī)定“切勿在輸出回路連接電磁開關(guān)、電磁接觸器”。
廠家的規(guī)定是為了防止在變頻調(diào)速器有輸出時(shí)接觸器動(dòng)作。變頻器在運(yùn)行中連接負(fù)載，會(huì)由于漏電流而使過電流保護(hù)回路動(dòng)作。那么，只要在變頻調(diào)速器輸出與接觸器動(dòng)作之間，加以必要的控制聯(lián)鎖，保證只有在變頻調(diào)速器無輸出時(shí)，接觸器才能動(dòng)作，變頻調(diào)速器輸出側(cè)就可以加裝接觸器。這種方案對(duì)于只有1臺(tái)變頻調(diào)速器，2臺(tái)電動(dòng)機(jī)(1臺(tái)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，1臺(tái)電動(dòng)機(jī)備用)的場(chǎng)合，具有重要的意義。當(dāng)運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，可以很方便地將變頻器切換到備用電動(dòng)機(jī)，經(jīng)過延時(shí)使變頻器運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)備用電動(dòng)機(jī)自動(dòng)投入變頻運(yùn)行。并且還可以很方便地實(shí)現(xiàn)2臺(tái)電動(dòng)機(jī)的互為備用。
誤區(qū)5、通用電動(dòng)機(jī)只能在其額定轉(zhuǎn)速以下采用變頻調(diào)速器降速運(yùn)行
經(jīng)典理論認(rèn)為，通用電動(dòng)機(jī)頻率上限為55Hz。這是因?yàn)楫?dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速需要調(diào)到額定轉(zhuǎn)速以上運(yùn)行時(shí)，定子頻率將增加到高于額定頻率(50Hz)。這時(shí)，若仍按恒轉(zhuǎn)矩原則控制，則定子電壓將升高超過額定電壓。那么，當(dāng)調(diào)速范圍高于額定轉(zhuǎn)速時(shí),須保持定子電壓為額定電壓不變。這時(shí)，隨著轉(zhuǎn)速/頻率的上升，磁通將減少，因此在同一定子電流下的轉(zhuǎn)矩將減小，機(jī)械特性變軟，電動(dòng)機(jī)的過載能力大幅度減少。
由此可見，通用電動(dòng)機(jī)頻率上限為55Hz是有前提條件的：
1、定子電壓不能超過額定電壓;
2、電動(dòng)機(jī)在額定功率運(yùn)行;
3、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。
上述情況下，理論和試驗(yàn)證明，若頻率超過55Hz，將使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩變小，機(jī)械特性變軟，過載能力下降，鐵耗急增，發(fā)熱嚴(yán)重。
筆者認(rèn)為，電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行狀況表明，通用電動(dòng)機(jī)可以通過變頻調(diào)速器進(jìn)行提速運(yùn)行。能否變頻提速?能提多少?主要是由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的負(fù)載來決定的。首先，要弄清負(fù)荷率是多少?其次，要搞清楚負(fù)載特性，根據(jù)負(fù)載的具體情況，進(jìn)行推算。簡單分析如下：
1、事實(shí)上，對(duì)于380V通用電動(dòng)機(jī)，定子電壓超過額定電壓10%長期運(yùn)行是可以的，對(duì)電動(dòng)機(jī)絕緣及壽命沒有影響。定子電壓提高，轉(zhuǎn)矩顯著增大，定子電流減少，繞組溫度下降。
2、電動(dòng)機(jī)負(fù)荷率通常為50%～60% 一般情況下，工業(yè)用電動(dòng)機(jī)通常在50%～60%額定功率下工作。經(jīng)推算，電動(dòng)機(jī)輸出功率為70%額定功率，定子電壓提高7%時(shí)，定子電流下降26.4%，此時(shí)，即使是恒轉(zhuǎn)矩控制，采用變頻調(diào)速器提高電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速20%，定子電流也不但不會(huì)上升，反而會(huì)下降。盡管提高頻率后，電動(dòng)機(jī)鐵耗急增，但由其產(chǎn)生的熱量與定子電流下降而減少的熱量相比甚微。因此，電動(dòng)機(jī)繞組溫度也將明顯下降。
3、負(fù)載特性各種各樣
電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)是為負(fù)載服務(wù)的，不同的負(fù)載，機(jī)械特性不同。電動(dòng)機(jī)在提速后必須滿足負(fù)載機(jī)械特性的要求。經(jīng)推算恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載不同負(fù)荷率(k)時(shí)的允許高運(yùn)行頻率(fmax)與負(fù)荷率成反比，即fmax=fe/k，其中fe為額定工頻。對(duì)恒功率負(fù)載，通用電動(dòng)機(jī)的允許高工作頻率主要受電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)軸的機(jī)械強(qiáng)度限制，筆者認(rèn)為一般限制在100Hz以內(nèi)為宜。 誤區(qū)6、忽視變頻器的自身特點(diǎn)
變頻調(diào)速器的調(diào)試工作一般由經(jīng)銷廠家來完成，不會(huì)出現(xiàn)什么問題。變頻調(diào)速器的安裝工作較簡單，一般由用戶來完成。一些用戶不認(rèn)真閱讀變頻調(diào)速器的使用說明書，不嚴(yán)格按照技術(shù)要求進(jìn)行施工，忽視變頻器自身特點(diǎn),將其等同于一般電氣器件,憑想當(dāng)然和經(jīng)驗(yàn)辦事，為故障和事故埋下了隱患。 根據(jù)變頻調(diào)速器的使用說明書的要求，接到電動(dòng)機(jī)的電纜應(yīng)采用屏蔽電纜或鎧裝電纜，好穿金屬管敷設(shè)。截?cái)嚯娎|的端頭應(yīng)盡可能整齊，未屏蔽的線段盡可能短，電纜長度不宜超過一定的距離(一般為50m)。當(dāng)變頻調(diào)速器與電動(dòng)機(jī)間的接線距離較長時(shí)，來自電纜的高諧波漏電流會(huì)對(duì)變頻調(diào)速器和周邊設(shè)備產(chǎn)生不利影響。從變頻器控制的電動(dòng)機(jī)返回的接地線，應(yīng)直接連到變頻器相應(yīng)的接地端子上。變頻器的接地線切勿與焊機(jī)及動(dòng)力設(shè)備共用，且盡可能短。由于變頻器產(chǎn)生漏電流，與接地點(diǎn)太遠(yuǎn)則接地端子的電位不穩(wěn)定。變頻器的接地線的小截面積必須大于或等于供電電源電纜的截面積。為了防止干擾而引起的誤動(dòng)作，控制電纜應(yīng)使用絞合屏蔽線或雙股屏蔽線。同時(shí)要注意切勿將屏蔽網(wǎng)線接觸到其它信號(hào)線及設(shè)備外殼，用絕緣膠帶纏包起來。為了避免其受到噪聲的影響，控制電纜長度不宜超過50m。控制電纜和電動(dòng)機(jī)電纜必須分開敷設(shè)，使用單獨(dú)的走線槽，并盡可能遠(yuǎn)離。當(dāng)二者必須交叉時(shí)，應(yīng)采取垂直交叉。千萬不能將它們放在同一個(gè)管道或電纜槽中。而一些用戶在進(jìn)行電纜敷設(shè)時(shí)，沒有嚴(yán)格按照上述要求進(jìn)行施工，導(dǎo)致在單獨(dú)調(diào)試時(shí)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常，正常生產(chǎn)時(shí)卻干擾嚴(yán)重，以致不能運(yùn)行。
在變頻調(diào)速器的日常維護(hù)中也要特別小心。有的電工一發(fā)現(xiàn)變頻器故障跳停，就立即打開變頻器進(jìn)行維修。這樣做是很危險(xiǎn)的，有可能發(fā)生人身觸電事故。這是因?yàn)榧词棺冾l器不處于運(yùn)行狀態(tài)，甚至電源已經(jīng)切斷，由于其中的電容器的存在，變頻器的電源輸入線、直流端子和電動(dòng)機(jī)端子上仍然可能帶有電壓。斷開開關(guān)后，必須等待幾分鐘后，使變頻器放電完畢，才能開始工作。還有的電工習(xí)慣于一發(fā)現(xiàn)變頻調(diào)速系統(tǒng)跳停，就立即用搖表對(duì)變頻器拖動(dòng)的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行絕緣測(cè)試，從而判斷電動(dòng)機(jī)是否燒毀。這也是很危險(xiǎn)的，易使變頻器被燒。因此，在電動(dòng)機(jī)與變頻器之間的電纜未斷開前，絕對(duì)不能對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行絕緣測(cè)試，也不能對(duì)已連接到變頻器的電纜進(jìn)行絕緣測(cè)試。
對(duì)變頻器的輸出參數(shù)進(jìn)行測(cè)量時(shí)也要特別注意。由于變頻器的輸出為PWM波形，含有高次諧波，而電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩主要依賴于基波電壓有效值，故測(cè)量輸出電壓時(shí)，主要是測(cè)量基波電壓值，使用整流式電壓表，其測(cè)量結(jié)果接近數(shù)字頻譜分析儀測(cè)量值，而且與變頻器的輸出頻率有極好的線性關(guān)系。若需進(jìn)一步提高測(cè)量精度，可以采用阻容濾波器。數(shù)字萬用表容易受干擾，測(cè)量有較大的誤差。輸出電流需要測(cè)量包括基波和其他高次諧波在內(nèi)的總有效值，因此常用的儀表是動(dòng)圈式電流表(在電動(dòng)機(jī)負(fù)載時(shí)，基波電流有效值和總電流有效值差別不大)。當(dāng)考慮到測(cè)量方便而采用電流互感器時(shí)，在低頻情況下電流互感器可能飽和，所以，必須選擇適當(dāng)容量的電流互感器。
