變頻器實際應用的應用誤區(qū)

1、變頻器實際應用的應用誤區(qū)誤區(qū) 1、使用變頻器都能節(jié)電一些文獻宣稱變頻調速器是節(jié)電控制產品,給人的感覺是只要使用變頻調速器都能節(jié) 電。實際上,變頻調速器之所以能夠節(jié)電,是因為其能對電動機進行調速。如果說變頻調速 器是節(jié)電控制產品的話, 那么所有的調速設備也都可以說是節(jié)電控制產品。 變頻調速器只不 過比其它調速設備效率和功率因數(shù)略高罷了。變頻調速器能否實現(xiàn)節(jié)電,是由其負載的調速特性決定的。對于離心風機、離心水泵這 類負載, 轉矩與轉速的平方成正比, 功率與轉速的立方成正比。 只要原來采用閥門控制流量, 且不是滿負荷工作,改為調速運行,均能實現(xiàn)節(jié)電。當轉速下降為原來的 80%時,功率只 有原來的 5

2、1.2%?？梢?變頻調速器在這類負載中的應用,節(jié)電效果最為明顯。對于羅茨 風機這類負載, 轉矩與轉速的大小無關, 即恒轉矩負載。 若原來采用放風閥放走多余風量的 方法調節(jié)風量,改為調速運行,也能實現(xiàn)節(jié)電。當轉速下降為原來的 80%時,功率為原來 的 80%。比在離心風機、離心水泵中的應用節(jié)電效果要小得多。對于恒功率負載,功率與 轉速的大小無關。 水泥廠恒功率負載, 如配料皮帶秤, 在設定流量一定的條件下, 當料層厚 時,皮帶速度減慢;當料層薄時,皮帶速度加快。變頻調速器在這類負載中的應用,不能節(jié) 電。與直流調速系統(tǒng)比較,直流電動機比交流電動機效率高、功率因數(shù)高,數(shù)字直流調速器 與變頻調速器效率

3、不相上下, 甚至數(shù)字直流調速器比變頻調速器效率略高。 所以, 宣稱使用 交流異步電動機和變頻調速器比使用直流電動機和直流調速器要節(jié)電, 理論和實踐證明, 這 是不正確的。誤區(qū) 2、變頻器的容量選擇以電動機額定功率為依據(jù)相對于電動機來說,變頻調速器的價格較貴,因此在保證安全可靠運行的前提下,合理 地降低變頻調速器的容量就顯得十分有意義。內蒙古某水泥公司 2 4×13m水泥磨二級粉磨系統(tǒng)中,有 1臺國產 N -1500型 O -Sepa 高效選粉機,配用電動機型號為 Y2-315M -4型,電動機功率為 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 電動機。投入運行后,最 大工作頻率 48Hz ,電流只有 180A ,不到電動機額定電流的 70%,電動機本身已有相當?shù)?富裕量。而變頻器選用規(guī)格又比拖動電動機大 1個等級,造成不應有的浪費,可靠性不會 因此而提高。誤區(qū) 3、用視在功率計算無功補償節(jié)能收益用視在功率計算無功補償節(jié)能效果。如文獻 1原系統(tǒng)風機工頻滿載工作時,電動機運行 電流為 289A ,采用變頻調速時, 50Hz 滿載運行時的功率因數(shù)約為 0.99,電流是 257A ,這 是由于變頻器內部濾波電容產生改善功率因數(shù)的作用。節(jié)能計算如下:S=UI=×380×(289 -257=21kVA

5、因此該文認為其節(jié)能效果約為單機容量的 11%左右。實際分析:S 即表示視在功率, 即電壓與電流的乘積, 電壓相同時, 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, 而不能反映電動機實際消耗的功率。 電動機實際消耗的功率只能用有功功率表示。 在該例中,雖用實際電流計算,但計算的是視在功率,而不是有功功率。我們知道,電動機實際消耗的功率是由風機及其負載決定的。 功率因數(shù)的提高并沒有改變風機的負載, 也沒有 提高風機的效率, 風機實際消耗的功率沒有減少。 功率因數(shù)提高后, 電動機運行狀態(tài)也沒有 改變, 電動機定子電流并沒有減少,

6、 電動機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部濾波電容產生無功功率供給了電動機消耗。隨著功率因數(shù)提高, 變頻器的實際輸入電流減少,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, 負荷電流減小, 給變頻器供電的變壓器、 開關、 接觸器、 導線等配電設備可以帶更多的負載。 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 滿載運行時,不僅沒有節(jié)能,而且還費電。因此,用視在功率計算節(jié)能效果是 不對的。在采用變頻調速改造后,閥門全開,額定轉速運行時,三相電網(wǎng)平均電流為 37A ,從而 認為節(jié)電(70-37

7、÷70×100%=44.28%。這樣計算,看似合理,實質上仍是以視在功率計 算節(jié)能效果。該廠在進一步測試后發(fā)現(xiàn),此時功率因數(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。 產生這種錯誤的關鍵在于沒有 考慮功率因數(shù)提高對電流下降的影響, 默認功率因數(shù)不變, 從而片面夸大了變頻器的節(jié)能效 果。因此,在計算節(jié)能效果時,必須用有功功率,不能用視在功率。誤區(qū) 4、變頻器輸出側不能加裝接觸器幾乎所有變頻調速器使用說明書都指出,變頻調速器輸

8、出側不能加裝接觸器。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、電磁接觸器 ” 。廠家的規(guī)定是為了防止在變頻調速器有輸出時接觸器動作。變頻器在運行中連接負載, 會由于漏電流而使過電流保護回路動作。那么,只要在變頻調速器輸出與接觸器動作之間, 加以必要的控制聯(lián)鎖, 保證只有在變頻調速器無輸出時, 接觸器才能動作, 變頻調速器輸出 側就可以加裝接觸器。這種方案對于只有 1臺變頻調速器, 2臺電動機 (1臺電動機運行, 1臺電動機備用 的場合,具有重要的意義。當運行的電動機出現(xiàn)故障時,可以很方便地將變 頻器切換到備用電動機, 經(jīng)過延時使變頻器運行, 實現(xiàn)備用電動機自動投入變頻運行

9、。 并且 還可以很方便地實現(xiàn) 2臺電動機的互為備用。誤區(qū) 5、通用電動機只能在其額定轉速以下采用變頻調速器降速運行經(jīng)典理論認為,通用電動機頻率上限為 55Hz 。這是因為當電動機轉速需要調到額定轉速 以上運行時, 定子頻率將增加到高于額定頻率 (50Hz。 這時, 若仍按恒轉矩原則控制, 則定 子電壓將升高超過額定電壓。那么,當調速范圍高于額定轉速時 , 須保持定子電壓為額定電 壓不變。這時,隨著轉速 /頻率的上升,磁通將減少,因此在同一定子電流下的轉矩將減小, 機械特性變軟,電動機的過載能力大幅度減少。由此可見,通用電動機頻率上限為 55Hz 是有前提條件的:1、定子電壓不能超過額定電壓;2

10、、電動機在額定功率運行;3、恒轉矩負載。上述情況下, 理論和試驗證明, 若頻率超過 55Hz , 將使電動機轉矩變小, 機械特性變軟, 過載能力下降,鐵耗急增,發(fā)熱嚴重。筆者認為,電動機實際運行狀況表明,通用電動機可以通過變頻調速器進行提速運行。 能否變頻提速 ? 能提多少 ? 主要是由電動機拖動的負載來決定的。首先,要弄清負荷率是多 少 ? 其次,要搞清楚負載特性,根據(jù)負載的具體情況,進行推算。簡單分析如下:1、事實上,對于 380V 通用電動機,定子電壓超過額定電壓 10%長期運行是可以的,對 電動機絕緣及壽命沒有影響。定子電壓提高,轉矩顯著增大,定子電流減少,繞組溫度下 降。2、電動機負

11、荷率通常為 50%60%一般情況下,工業(yè)用電動機通常在 50%60%額定功率下工作。經(jīng)推算, 電動機輸出功率為 70%額定功率, 定子電壓提高 7%時, 定子電流下降 26.4%, 此 時,即使是恒轉矩控制,采用變頻調速器提高電動機轉速 20%,定子電流也不但不會上升, 反而會下降。 盡管提高頻率后, 電動機鐵耗急增, 但由其產生的熱量與定子電流下降而減少 的熱量相比甚微。因此,電動機繞組溫度也將明顯下降。3、負載特性各種各樣電動機拖動系統(tǒng)是為負載服務的,不同的負載,機械特性不同。電動機在提速后必須滿足負載機械特性的要求。 經(jīng)推算恒轉矩負載不同負荷率(k時的允許最高運行頻率(fmax與負 荷率

12、成反比，即 fmax=fe/k，其中 fe 為額定工頻。對恒功率負載，通用電動機的允許最高工 作頻率主要受電動機轉子和轉軸的機械強度限制，筆者認為一般限制在 100Hz 以內為 宜。 誤區(qū) 6、忽視變頻器的自身特點 變頻調速器的調試工作一般由經(jīng)銷廠家來完成，不會出現(xiàn)什么問題。變頻調速器的安裝 工作較簡單，一般由用戶來完成。一些用戶不認真閱讀變頻調速器的使用說明書，不嚴格按 照技術要求進行施工，忽視變頻器自身特點,將其等同于一般電氣器件,憑想當然和經(jīng)驗辦 事，為故障和事故埋下了隱患。 根據(jù)變頻調速器的使用說明書的要求，接到電動機的電纜應采用屏蔽電纜或鎧裝電纜， 最好穿金屬管敷設。截斷電纜的端頭應

13、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）。當變頻調速器與電動機間的接線距離較長時，來自電纜 的高諧波漏電流會對變頻調速器和周邊設備產生不利影響。 從變頻器控制的電動機返回的接 地線，應直接連到變頻器相應的接地端子上。變頻器的接地線切勿與焊機及動力設備共用， 且盡可能短。由于變頻器產生漏電流，與接地點太遠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作， 控制電纜應使用絞合屏蔽線或雙股屏蔽線。 同時要注意切勿將屏蔽網(wǎng)線接觸到其它信號線及 設備外殼，用絕緣膠帶纏包起來。為了避免其受到噪聲的影響

14、，控制電纜長度不宜超過 50 m?？刂齐娎|和電動機電纜必須分開敷設，使用單獨的走線槽，并盡可能遠離。當二者必須 交叉時，應采取垂直交叉。千萬不能將它們放在同一個管道或電纜槽中。而一些用戶在進行 電纜敷設時，沒有嚴格按照上述要求進行施工，導致在單獨調試時設備運轉正常，正常生產 時卻干擾嚴重，以致不能運行。 如某水泥廠二次風溫表突然出現(xiàn)指示異常：指示值明顯偏低，且大幅度波動。在此之前 一直運行很好。檢查熱電偶、溫度變送器及二次儀表，均未發(fā)現(xiàn)問題，將相關儀表移到其他 測點，儀表運行完全正常，而將其他測點的同類儀表換到此處，也出現(xiàn)同樣現(xiàn)象。后發(fā)現(xiàn)在 篦冷機 3 號冷卻風機電動機上新安裝了 1 臺變頻調

15、速器，而且正是變頻器投用后二次風溫 表才出現(xiàn)指示異常狀態(tài)。試將變頻器停運，二次風溫表指示立即恢復正常；再起動變頻器， 二次風溫表又出現(xiàn)指示異常， 連續(xù)反復試驗幾次均是如此， 從而判斷出變頻器的干擾是造成 二次風溫表顯示異常的直接原因。該風機為離心式通風機，原來采用閥門調節(jié)風量，后改為 變頻調速調節(jié)風量。由于現(xiàn)場粉塵較大，環(huán)境惡劣，故將變頻器安裝在 MCC(電動機控制中 心控制室。為了施工方便，變頻器接在該風機主接觸器的下側，變頻器輸出電纜使用該風 機電動機的動力電纜。 變頻調速器的功率指的是它適用的 4 極交流異步電動機的功率。 由于同容量電動機，其極數(shù)不同，電動機額定電流不同。隨著電動機極數(shù)

16、的增多，電動 機額定電流增大。變頻調速器的容量選擇不能以電動機額定功率為依據(jù)。同時，對于原來未 采用變頻器的改造項目， 變頻調速器的容量選擇也不能以電動機額定電流為依據(jù)。 這是因為， 電動機的容量選擇要考慮最大負荷、富裕系數(shù)、電動機規(guī)格等因素，往往富裕量較大，工業(yè) 用電動機常常在 50%60%額定負荷下運行。若以電動機額定電流為依據(jù)來選擇變頻調速 器的容量，留有富裕量太大，造成經(jīng)濟上的浪費，而可靠性并沒有因此得到提高。 對于鼠籠式電動機，變頻調速器的容量選擇應以變頻器的額定電流大于或等于電動機的 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。 對于重載起動、 高溫環(huán)境、 繞

17、線式電動機、同步電動機等條件下，變頻調速器的容量應適當加大。 對于一開始就采用變頻器的設計中，變頻器容量的選擇以電動機額定電流為依據(jù)無可厚 非。這是因為此時變頻器容量不能以實際運行情況來選擇。當然，為了減少投資，在有些場 合， 也可先不確定變頻器的容量， 等設備實際運轉一段時間后， 再根據(jù)實際電流進行選擇。 該風機電動機的動力電纜為聚氯乙烯絕緣無鋼鎧護套電纜， 并與二次風溫表信號電纜在同一 電纜溝的不同橋架層平行敷設。 可見， 正是因為變頻器輸出電纜沒有采用鎧裝電纜或穿鐵管 敷設， 導致了干擾現(xiàn)象的發(fā)生。 這個教訓對原來沒有采用變頻器的改造項目要引起特別注意。 | 在變頻調速器的日常維護中也要

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 開變頻器進行維修。這樣做是很危險的，有可能發(fā)生人身觸電事故。這是因為即使變頻器不 處于運行狀態(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 端子和電動機端子上仍然可能帶有電壓。斷開開關后，必須等待幾分鐘后，使變頻器放電完 畢，才能開始工作。還有的電工習慣于一發(fā)現(xiàn)變頻調速系統(tǒng)跳停，就立即用搖表對變頻器拖 動的電動機進行絕緣測試，從而判斷電動機是否燒毀。這也是很危險的，易使變頻器被燒。 因此，在電動機與變頻器之間的電纜未斷開前，絕對不能對電動機進行絕緣測試，也不能對 已連接到變頻器的電纜進行絕緣測試。 對變頻器的輸出參數(shù)進行測量時也要特別注意。由于