变频调速设计

1、电动机的选择问题

由于变频的载波频率较高，电动机绕组要承受较高的冲击电压。另外电动机效率下降，转速下降后产生的冷却效果降低，这些都是应该注意的。所以变频调速后，包括变频器和电动机损坏情况较多。由通用变频器构成的交流调速传动系统普遍采用标准异步电动机，采用PWM变频器对异步电动机供电时，定子电流中不可避免的含有高次谐波，电动机空载运行时的功率因数和效率将会更低，负载运行时的铁损也会有所增加。

额定负载下电动机的电流增加约8%，温升增高20%左右，这对于长时间工作在满载或接近满载状态下的电动机而言是不可忽视的问题，故应适当加大电动机容量，以防温升过高，影响电动机的使用寿命。通用的标准鼠笼异步电动机的散热能力是按额定转速下且进行自扇风冷考虑的，当恒转矩负载下电动机调速运行时，其发热不变但低速下的散热能力变差了，可采用另加恒速冷却风扇的办法或采用较高绝缘等级的电动机。

2、负荷匹配的问题

机泵负荷节能是选用型号、容量与实际负荷相匹配，其中包括机泵与所配电动机的匹配，要避免“大马拉小车”，一般设计裕量应控制在10%以内。

我国的工业系统设计，往往存在向上靠档，层层加码，宁大勿小的现象，可以说，从工艺上提出流量时加系数，选机泵时再加系数，电动机选择还加系数，以致部分工业系统的机泵实际运行效率极低。

如果在设计机泵负荷时加变频调速，以达到节能的目的，实际是增加了，名义上是增加了新的能源损耗和增加了投资。现在不少对变频调速的节能效益分析往往忽略了变频器的效率等，这种简单的理论计算，其效果是失真的。在工业生产中，由于生产负荷变化，生产季节变化等，机泵负荷也不是恒定不变的，有时变化范围还是很大的，有些发电厂由于调峰需要，昼夜负荷变化也较大，而且机泵负荷在使用一年后，输出流量将比额定流量有所下降。对流量变化较大的机泵负荷采用变频调速效果是显而易见的，而且负荷变化范围越大，节能效果越好。

3、变频器的外部配置及应注意的问题

（1） 选择变频器的引入和引出电缆。

根据变频器的功率选择导线截面合适的三芯或四芯屏蔽动力电缆。尤其是从变频器到电机之间的动力电缆一定要选用屏蔽结构的电缆，且要尽可能短, 这样可降低电磁辐射和容性漏电流。当电缆长度超过变频器所允许的输出电缆长度时, 电缆的杂散电容将影响变频器的正常工作，为此要配置输出电抗器。对于控制电缆，尤其是I/0信号电缆也要用屏蔽结构的。对于变频器的可选件与变频器之间的连接电缆其长度不得超过10m。

（2） 在输入侧装交流电抗器或EMC滤波器。

（3） 选择合适的外部熔断器，以便保护因内部短路对整流元件的损坏。

变频器的型号确定后，若变频器内部整流回路前没有保护硅元件的快速熔断器，变频器与电源之间应配置符合要求的熔断器和隔离开关，不能用空气断路器代替熔断器和隔离开关。

根据变频器安装场所的其它设备对电网品质的要求, 若变频器工作时已影响这些设备正常运行, 可在变频器输入侧装交流电抗器或EMC滤波器, 来抑制由功率元件通断引起的谐波畸变和传导辐射。

若与变频器连接的电网的变压器中性点不接地，则不能选用EMC滤波器。当变频器用500V以上电压驱动电机时, 需在输出侧配置dv/dt滤波器, 以抑制逆变输出电压尖峰和电压的变化, 有利于保护电机, 同时也降低了容性漏电流和电机电缆的高频辐射, 以及电机的高频损耗和轴承电流。使用dv/dt滤波器时要注意滤波器上的电压降将引起电机转矩的稍微降低;变频器与滤波器之间电缆长度不得超过3m。

4、高次谐波

变频器产生的高次谐波，会引起电网电压波形的畸变，而且是电网有效容量越小，变频器容量越大，这种影响越严重。

这种对电网的污染，会使电力电容、电抗器、变压器容易发热，并产生电磁谐振，电动机、发电机产生附加损耗，继电器产生误动作等。各国对电压畸变和谐波控制都有相应的规定，我国GB12668-90中规定，电压畸变率小于10%，任何奇次谐波均不超过5%，任何偶次谐波均不超过2%。使用变频器后，在电网局部会超过国标，所以一定要采取相应的措施。

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