变频器在工业生产中的选择及运用

何子春，李养俊， 张 强，涂 伟

（华电电力科学研究院，浙江 杭州 310030）

变频器在工业生产中的选择及运用

何子春，李养俊， 张 强，涂 伟

（华电电力科学研究院，浙江 杭州 310030）

变频器由于其独特的调功、调速优点和显著的节能效果使其广泛应用于工业生产中的不同场合。通过某多晶硅厂变频器的选型实例，以试验数据和现场运行结果为依据，在总结经验的基础上较为全面地分析了变频器的选型原则和方法，为变频器选型提供借鉴或参考。

变频器； 工业生产； 选择； 运用

0 引言

随着电力电子技术的飞速发展，交流调速传动技术，尤其是变频传动技术得到了迅猛发展。变频器由于在适应性强、选择模式多、功率调节平滑、节能效果好和对电网的冲击小等方面的显著优点，使其在工业生产中的应用越来越广泛。为了提高变频器在工业生产中应用效能，有必要对其选择和配置做深入的分析和研究。文中列举了某多晶硅厂釜液泵变频器的选择及运用实例，并针对此变频器调试过程中出现的型号选择、电源配置和电缆联接等问题，进行了较为系统的分析，也获得了一些宝贵经验。

1 设备及系统简介

某多晶硅厂设计有三台160kW的釜液泵，三台釜液泵采用母管制连通，正常情况下采用“一用两备”的运行模式，即当运行的泵故障停机或人为切泵时，可以随时启动其它两台泵中的任一台，达到维持系统稳定、保证连续生产之目的。釜液泵主要技术参数见表1。

表1 釜液泵主要技术参数Tab.1 Main technical parameters of fluid pump

2 试验过程及结果分析

2.1 原设计变频器技术参数

原设计选用某公司ACS510-800-04型变频器，此变频器主要技术参数见表2。

表2 变频器主要技术参数Tab.2 Main technical parameters of frequency converter

2.2 变频器设置及试验结果

按变频器用户指导书输入屏蔽泵电动机铭牌参数，并设置为V/F启动模式，启动时间暂按30s设置。启动前先关闭出口阀并采用就地控制启动方式。启动过程中逐渐开启出口阀，观察就地电流表指示和运行情况。试验数据见表3。

表3 变频器试验数据Tab.3 The test data of frequency converter

试验过程中，屏蔽泵达到额定转速后，虽然流量增幅很小，但屏蔽泵电流增幅很大，当流量只有额定流量（150m3/h）的1/5左右时，屏蔽泵的电流达到甚至超过额定电流（350A）；再增加负荷，变频器发出过载报警并延时停机。经多次试验，结果均大同小异，据此可做如下判断：

（1）变频器的设计选型错误：虽然变频器的输出功率与屏蔽泵额定功率（160kW）匹配，但在60Hz（额定转速）时变频器的输出功率无法满足屏蔽泵的额定工况要求。

（2）变频器的安装位置和动力电缆设计不合理：变频器距离屏蔽泵太远（320m）、动力电缆设计载流截面小，导致电缆压降很大（23V），加上杂散电流加大，使得屏蔽泵输入电压下降，导致负荷电流剧增。

为满足工艺要求，必须更改变频器的设计和选型，安装位置、电源供给方式也必须做相应的调整。

3 变频器的选型原则

实践经验表明，变频器选型必须从额定输出功率和输出电流两方面加以考虑，参考变频器相关技术文献[1]和[2]要求，归纳总结变频器的选型原则如下：

3.1 变频器功率匹配原则

（1）对于运行在工频及以下频率的电动机，变频器功率与电动机功率基本相当时，运行最为经济，也利于变频器高效率运行。

（2）当变频器的功率分级与电动机功率分级不相同时，变频器的功率应尽可能接近电动机的功率，但应略大于电动机的功率。

（3）对存在频繁启动和制动工况的转动机械，须选取大一级的变频器，如160kW釜液泵宜选择200kW的变频器，以适应复杂工况和高可靠性的工艺需求。

（4）若电动机实际功率确实有裕量，可以考虑选用功率小于电动机功率的变频器，但要保证启动电流不致变频器过载保护动作。

3.2 变频器容量匹配方法

3.2.1 公式计算法

变频器电流选择可按经验公式：

式中 Icn—变频器最大输出电流，A；

k—可靠系数，通常取1.05-1.1；

In—电机额定电流，A。

变频器功率选择可按经验公式：

式中 η—电动机效率，通常取0.9；

Scn—变频器容量，kVA；

Pn—电动机功率，kW；

cosϕ—功率因数，通常取0.8。根据公式（1）和公式（2），可计算所选釜液泵变频器额定电流和额定功率，即Icn=368A，Scn=200kW，能够满足釜液泵额定电流350A和额定功率160kW的技术指标，从而说明此变频器的选型是科学合理的。

3.2.2 电机额定电流法

变频器容量选择力求变频器的输出电流与电机的负载电流最佳匹配，一般较安全实用的办法是：变频器的输出电流稍大于或等于电机的额定电流（取1.05-1.1In）。对超过工频（50Hz）运行的机械设备，首先要满足变频器输出电流大于或等于电动机额定电流的选择条件，其次再考虑功率匹配问题。

4 变频器变更方案及试验结果分析

4.1 变频器变更方案

考虑到釜液泵介质密度大（1.4左右），运行工况复杂，对整个生产工艺的产量、质量、连续性和可靠性影响巨大，按照3.1、3.2小节所述的选型原则，经过咨询比对，最后选定MICRO MASTER440 6SE6440-2UD42-0GA0 型 变 频 器 （In：370A，Pn：200kW），且将变频器移至釜液泵近旁（电缆长度50m左右，距离400V配电室320m），动力电缆改用三根ZR-YJV-3×120+2×70电缆。新改型变频器主要技术参数见表4。

表4 新改型变频器主要技术参数Tab.4 Main technical parameters of new inverter

变频器采用V/F启动方式，恒转矩控制方式进行试验，试验数据见表5。

表5 负载试验数据Tab.5 Load test data

4.2 试验结果分析

（1）在釜液泵的额定流量工况下变频器输出电压与泵的铭牌额定电压（380V）基本一致，但输出电流小于变频器额定输出电流（370A），与铭牌参数比较还留有5.7%的电流裕度。

（2）变频器工频电源输入电缆截面增大，使得电缆压降大幅减小（5V），而且变频器输出电缆长度的缩短，杂散电流变小，使得釜液泵输入电源电缆压降也大幅减小，釜液泵也未发生过载现象。

综上可以判断，此型变频器与釜液泵负载电流及功率匹配良好，参数设置恰当，实际运行参数与釜液泵的铭牌数值较为符合，完全能够满足釜液泵额定工况运行的要求，而且还留有适当的过载裕量，所以变频器的选型和系统联接均是科学合理的。

5 结语

变频器的科学合理选型决定了其在工程设计和生产实践中的安全性、可靠性、经济性。文中针对变频器在工业生产中的应用提出了几种匹配选型方法，供相关从业者参考。至于其它特殊用途的变频器还应根据特定工况要求，权衡利弊，科学选配，以发挥其最大安全经济效能。

[1]姚锡禄.变频器控制技术与应用[M].福州：福建科学技术出版社，2005：56-83．

[2]李方圆.变频器行业应用实践[M].北京：中国电力出版社，2006：107-131．

Selection and Application of Frequency Converter in Industrial Production

HE Zichun， LI Yangjun， ZHANG Qiang， TU Wei（Huadian Electric Power Research Institute,Hangzhou 310030,China）

Frequency converter is widely used in industrial production because of its unique characteristics of power regulation,speed regulation and remarkable energy saving effect.This paper takes the selection of frequency converterin a polycrystalline silicon plantas an example.Based on analyzing the test data and field operation results and summingup experience,itcomprehensively analyzed the selection principle and method which can be used as reference for the selection of frequency converter.

frequency converter； industrialproduction； selection； apply

TN773

B

2095-3429（2017）05-0069-03

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2017.05.017

2017-07-31

何子春（1971-），男，甘肃庆阳人，工学学士，高级工程师，长期从事高低压电气试验和发电厂启动调试技术工作，目前主要从事技术监督管理工作；

李养俊（1985-），男，甘肃庆阳人，工学硕士，工程师，主要从事电气试验和技术监督管理工作。