变频器选用中应注意的问题

朱邦产

（福建省三钢劳动服务公司，福建三明 365000）

0 引言

变频器是利用电子元器件，将工频电源转换为另一频率的电能控制装置。它可以将50 Hz交流电源经过整流转换成直流电源，再把直流电源转换成频率、电压均能控制的交流电源输送给电机。

变频器驱动电机有许多优点，如：提高驱动电机的功率因数，减少电能消耗；平滑启动、制动电机，延长电机使用寿命等，所以应用越来越广泛。但是，在变频器的选用中，还应该注意一些细节问题，才能让变频器更好、更高效服务于生产。

1 变频器容量的选择

一般情况下，需要按照电机的功率来选配变频器的功率。但选择变频器不但要考虑功率，还要考虑额定输出电流。变频器的额定输出电流不能小于电机的最大运行电流。容量相同，磁极对数不同的电机的额定电流是不相同的。磁极对数越多，额定电流越大。而许多变频器在说明书中配用的电机容量常常以4极或6极电机为依据。所以在变频容量选择时，应该比对变频器和电机的额定参数，同时也要考虑负荷的轻重情况核实评估后再选型。

例如：1台带式输送机，电机功率为15 kW，选配15 kW的变频器，在40 Hz能正常运行。后来，因为需要提高生产频率，将变频器频率提高到50 Hz，此时变频器因“过电流”故障而停止工作。在排除其他原因后，最终查出故障原因是变频器的额定电流小于电机额定电流。因为选用的电机为8极电机，额定电流为34.1 A，比一般常用的15 kW的4极或6极电机额定电流要大（4极电机为30.3 A，6极电机为31.5 A），而变频器的额定电流为32.0 A，小于电机额定电流。最后，只能将变频器容量提高一档，选用18.5 kW的变频器。

在以下5种情况下，应考虑加大变频器的容量。

（1）电机有可能出现较短时的过负荷。

（2）对电机的加速或减速时间有一定要求，如果加速时间要求很短，则应考虑选择大一档的变频器。

（3）高速电机的电抗较小，高次谐波增加引起输出电流增加，因此高速运转电机的变频器容量应大于普通型电机。

（4）如果是接入电缆较长，要采取有效措施抑制长电缆对地耦合电容的影响，避免变频器出力不足。这种情况下，变频器容量应选择高一档，或者在变频器的输出端配置电抗器。

（5）在温度高、海拔高场所，变频器的容量会降低，变频器容量应选择高一挡。

2 制动电阻的选择

电机在发生再生状态时产生的电流，经过逆变电路中的反并联二极管全波整流后，流到直流电路。如果直流电压达到设定的阀值UD时，变频器过电压跳闸。防止直流过电压的方法主要是接入制动电阻，吸收直流电路中的多余电能（图1）：当直流电压超过阀值UD时，BV导通，RB吸收电能；反之，BV截止，RB停止吸收电能。

图1 变频器工作原理

制动电阻的大小由制动转矩决定。多数情况下，制动转矩的大小和电机的额定转矩相等，即TB=TMN。惯性较大并且要求较快制动的负载，制动转矩等于二倍电机的额定转矩（TB=2TMN）也足够了。因此制动转矩TB的取值范围为（1～2）TMN。

当制动电阻的电流IB等于电机额定电流IMN时，制动转矩约为电机额定转矩的2倍。设功率因数为0.75，则IB的取值范围为（1～2）PMN。其中，PMN为电机额定功率。根据欧姆定律，可得出制动电阻RB。所以，选择制动电阻时，应根据负载、工作情况来进行调整：负载的惯性大，制动电阻值适当减小；制动时间长或频繁制动，应适当加大制动电阻的容量。

例如：1台辊道电机3.7 kW，配3.7 kW的变频器，以及与变频器配套的390 W，150 Ω制动电阻，实际使用中制动电阻经常烧坏。经观察发现，辊道工作时频繁地加速、减速，对制动电阻要求很高。后将制动电阻换成520 W，100 Ω后，再没发生过烧坏现象。

3 变频器的功率因数及进线电抗器的选择

变频器是电力电子技术的具体应用，会产生有高次谐波电流的感性负载，因而其功率因数与感性负载产生的位移、谐波带来的畸变因数有关。变频器功率因数大约是0.65～0.70。

功率因数表是依据位移因数的原理制作的，所以能测量位移因数，但不能反映畸变因数。

提高变频器进线侧的功率因数，有必要滤除电流中的谐波成分，因此应该加装进线电抗器。进线电抗器又称电源协调电抗器，能有效地抑制谐波电流和改善功率因数，还可以有效抑制电压突变或操作过电压产生的电流冲击，有利于保护变频器。

进线电抗器容量的选择，应按电抗器每相绕组上的电压降确定。压降不允许过大，压降过大会影响电机转矩。正常选择进线电压的4%（约8.8 V），较大容量的变频器，如75 kW之上，可以选择10 V电压降。

确定电抗器的额定电压降ΔUL，计算出电抗器的额定工作电流In，可计算出电抗器的感抗XL=ΔUL/In，可求得电抗器的电感L=XL/（2πf）。

4 U/f曲线的选择

曾经对一传送带进行改造，使用的变频器被闲置，后来把此变频器用到了容量相同的鼓风机上，结果出现了问题：在鼓风机起动时，频率刚上升到（5～10）Hz，变频器就报“过电流”故障而停止工作了。经各方面检查，发现问题出在U/f曲线的选择上。此变频器原本是用在传送带上，传送带属于恒转矩负载，在低频运行时需要较大转矩，所以变频器设置了一定的转矩提升量，而风机是二次方律负载，低频运行时根本不需要电压补偿，所以在低频运行时出现了补偿过分的状态，导致了变频器的“过电流”。后将转矩提升功能取消并调整U/f曲线后，故障排除。

当变频器在U/f控制方式下工作时，电压与频率是成正比变化的，同时可以增大或减小U与f的比值，来实现输出转矩的提升或降低。通用变频器通常会提供以下3种U/f曲线选择（图2）。图中，曲线1主要用于传输带等恒转矩负载，曲线2用于一次方率负载，曲线3用于风机、水泵等二次方率负载。

当二次方率负载在低频率运行时，所需要的输出转矩不大，应该选择U/f曲线3。如果选择了曲线1，可能因定子电压过高导致电机磁路饱和，励磁电流产生较大尖峰，变频器因过流而跳闸。但恒转矩负载因在低频运行时需要的转矩较大，应该选择曲线1，选择曲线3可能在低频率运行时出现输出转矩不够的现象。

图2 变频器U/f曲线