變頻器實(shí)際應(yīng)用的應(yīng)用誤區(qū)

1、變頻器實(shí)際應(yīng)用的應(yīng)用誤區(qū)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 5

2、1.2%。可見,變頻調(diào)速器在這類負(fù)載中的應(yīng)用,節(jié)電效果最為明顯。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

3、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。內(nèi)蒙古某水泥公司 2 4×13m水泥磨二級(jí)粉磨系統(tǒng)中,有 1臺(tái)國(guó)產(chǎn) N -1500型 O -Sepa 高效選粉機(jī),配用電動(dòng)機(jī)型號(hào)為 Y2-315M -4型,電動(dòng)機(jī)功率為 132kW ,卻選用 FRN16 0-P9S -4E 型變頻器,這種變頻器適用于 4

4、極、功率為 160kW 電動(dòng)機(jī)。投入運(yùn)行后,最 大工作頻率 48Hz ,電流只有 180A ,不到電動(dòng)機(jī)額定電流的 70%,電動(dòng)機(jī)本身已有相當(dāng)?shù)?富裕量。而變頻器選用規(guī)格又比拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)大 1個(gè)等級(jí),造成不應(yīng)有的浪費(fèi),可靠性不會(huì) 因此而提高。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:S=UI=×380×(289 -257=21kVA

5、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)的允許最大 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,

6、 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。在采用變頻調(diào)速改造后,閥門全開,額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí),三相電網(wǎng)平均電流為 37A ,從而 認(rèn)為節(jié)電(70-37

7、÷70×100%=44.28%。這樣計(jì)算,看似合理,實(shí)質(zhì)上仍是以視在功率計(jì) 算節(jié)能效果。該廠在進(jìn)一步測(cè)試后發(fā)現(xiàn),此時(shí)功率因數(shù)為 0.94,有功功率為 22.9kW ,視在 功率為 24.4kVA ?？梢?有功功率增加,不但沒有節(jié)電,反而費(fèi)電。有功功率增加的原因是 考慮了變頻器的損耗, 而沒有考慮線損和變壓器銅耗的節(jié)約。 產(chǎn)生這種錯(cuò)誤的關(guān)鍵在于沒有 考慮功率因數(shù)提高對(duì)電流下降的影響, 默認(rèn)功率因數(shù)不變, 從而片面夸大了變頻器的節(jié)能效 果。因此,在計(jì)算節(jié)能效果時(shí),必須用有功功率,不能用視在功率。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

8、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

9、。 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

10、、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(jiǎn)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(zhǎng)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)

11、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)的允許最高運(yùn)行頻率(fmax與負(fù) 荷率

12、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)的允許最高工 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(jiǎn)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， 最好穿金屬管敷設(shè)。截?cái)嚯娎|的端頭應(yīng)

13、盡可能整齊，未屏蔽的線段盡可能短，電纜長(zhǎng)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(zhǎng)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 地線的最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

14、，控制電纜長(zhǎng)度不宜超過 50 m。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。 如某水泥廠二次風(fēng)溫表突然出現(xiàn)指示異常：指示值明顯偏低，且大幅度波動(dòng)。在此之前 一直運(yùn)行很好。檢查熱電偶、溫度變送器及二次儀表，均未發(fā)現(xiàn)問題，將相關(guān)儀表移到其他 測(cè)點(diǎn)，儀表運(yùn)行完全正常，而將其他測(cè)點(diǎn)的同類儀表?yè)Q到此處，也出現(xiàn)同樣現(xiàn)象。后發(fā)現(xiàn)在 篦冷機(jī) 3 號(hào)冷卻風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)上新安裝了 1 臺(tái)變頻調(diào)

15、速器，而且正是變頻器投用后二次風(fēng)溫 表才出現(xiàn)指示異常狀態(tài)。試將變頻器停運(yùn)，二次風(fēng)溫表指示立即恢復(fù)正常；再起動(dòng)變頻器， 二次風(fēng)溫表又出現(xiàn)指示異常， 連續(xù)反復(fù)試驗(yàn)幾次均是如此， 從而判斷出變頻器的干擾是造成 二次風(fēng)溫表顯示異常的直接原因。該風(fēng)機(jī)為離心式通風(fēng)機(jī)，原來采用閥門調(diào)節(jié)風(fēng)量，后改為 變頻調(diào)速調(diào)節(jié)風(fēng)量。由于現(xiàn)場(chǎng)粉塵較大，環(huán)境惡劣，故將變頻器安裝在 MCC(電動(dòng)機(jī)控制中 心控制室。為了施工方便，變頻器接在該風(fēng)機(jī)主接觸器的下側(cè)，變頻器輸出電纜使用該風(fēng) 機(jī)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力電纜。 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)

16、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?電動(dòng)機(jī)的容量選擇要考慮最大負(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 最大正常工作電流 1.1 倍為原則， 這樣可以最大限度地節(jié)約資金。 對(duì)于重載起動(dòng)、 高溫環(huán)境、 繞

17、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。 該風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力電纜為聚氯乙烯絕緣無鋼鎧護(hù)套電纜， 并與二次風(fēng)溫表信號(hào)電纜在同一 電纜溝的不同橋架層平行敷設(shè)。 可見， 正是因?yàn)樽冾l器輸出電纜沒有采用鎧裝電纜或穿鐵管 敷設(shè)， 導(dǎo)致了干擾現(xiàn)象的發(fā)生。 這個(gè)教訓(xùn)對(duì)原來沒有采用變頻器的改造項(xiàng)目要引起特別注意。 | 在變頻調(diào)速器的日常維護(hù)中也要

18、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