交流變頻原理及應用技術 課件 4-27 變頻器外圍設備及選擇

主講人：王瑜瑜《交流變頻調(diào)速技術》變頻器外圍設備及選擇知識與能力目標35一、了解電源變壓器及其選擇二、掌握斷路器和接觸器及其選擇三、了解濾波器和電抗器及其選擇四、掌握制動電阻及其選擇變頻器的外圍設備電源變壓器

電源側(cè)斷路器

電源側(cè)接觸器無線電噪聲濾波器

電源側(cè)交流電抗器

制動電阻

電動機側(cè)交流電抗器

電動機側(cè)交流電抗器工頻電網(wǎng)切換用接觸器變頻器的外圍設備一、電源變壓器T

電源變壓器用于將高壓電源變換到通用變頻器所需的電壓等級。由于變頻器的輸入電流含有一定量的高次諧波，使電源側(cè)的功率因數(shù)降低，若再考慮變頻器的運行效率，則變壓器的容量常按下式計算，單位為kVA：

其中，變頻器功率因數(shù)在有輸入交流電抗器ACL1時取0.8～0.85，無輸入電抗器ACL1時則取0.6～0.8。變頻器效率可取0.95，變頻器輸出功率應為所接電動機的總功率。變頻器的外圍設備二、斷路器和接觸器

①電源側(cè)斷路器QF

電源側(cè)斷路器用于變頻器、電機與電源回路的正常通斷，并且在出現(xiàn)過電流或短路事故時能自動切斷變頻器與電源的聯(lián)系，以防事故擴大。如果需要進行接地保護，也可以采用漏電保護式斷路器。需要注意，使用變頻器都應采用斷路器。

變頻器的外圍設備

如果沒有工頻電源切換電路，由于在變頻調(diào)速系統(tǒng)中電動機的啟動電流可控制在較小范圍內(nèi)，因此，電源側(cè)斷路器的額定電流可按變頻器的額定電流來選用。如果有工頻電源切換電路，當變頻器停止工作時，電源直接接電動機，所以電源側(cè)斷路器應按電動機的啟動電流進行選擇。最好選用無熔斷絲斷路器。②電源側(cè)接觸器KM1

電源側(cè)接觸器用于電源的開閉，電源一旦斷電，自動將變頻器與電源脫開，防止重新供電時變頻器自行工作，以保護設備的安全及人身安全。在變頻器內(nèi)部保護功能起作用時，通過接觸器使變頻器與電源脫開。

變頻器的外圍設備二、斷路器和接觸器

注意，不要用接觸器進行頻繁的啟動或停止（變頻器輸入回路的開閉壽命大約為10萬次），不能用電源側(cè)的接觸器停止變頻器。當然，變頻器即使無電源側(cè)電磁接觸器，也可使用。

用于變頻器和工頻電網(wǎng)之間的切換運行。KM2和KM3之間的互鎖可以防止變頻器的輸出端接到工頻電網(wǎng)上。

③電動機側(cè)接觸器KM2和工頻電網(wǎng)切換用接觸器KM3變頻器的外圍設備二、斷路器和接觸器

如果不需要變頻器——工頻電網(wǎng)的切換功能，可以不要KM3。注意:有些機種要求KM2只能在電動機和變頻器停機狀態(tài)下進行通斷。

對于具有內(nèi)置工頻電源切換功能的通用變頻器，要選擇變頻器生產(chǎn)廠商提供或推薦的接觸器型號；對于變頻器用戶自己設計的工頻電源切換電路，按照接觸器常規(guī)選擇原則選擇。

用于限制變頻器因高次諧波對外界的干擾，可酌情選用。在電力回路中使用的交流濾波器通常有調(diào)諧濾波器和二次型高次濾波器。調(diào)諧濾波器適用于單一高次諧波的吸收，高次濾波器適用于多個高次諧波的吸收，一般將兩者組合起來作為一個設備使用。

①無線電噪聲濾波器FIL

使用濾波器，要注意以下幾個問題：

（1）電源濾波器只允許特定頻率的電流通過，如50Hz或60Hz的電流，其他頻率電流受到很大的衰減。（2）在設計濾波器的輸入損耗時，要知道濾波器接入時電源的阻抗及負載阻抗（產(chǎn)品說明書上已注明）。如果電源的阻抗及負載阻抗與濾波器設計時的阻抗不一樣，可以在輸入端并接一個固定電阻。變頻器的外圍設備三、濾波器和電抗器

（3）濾波器的額定電壓必須滿足接入電路的額定電壓的要求。濾波器接入后，電路電壓損耗一般要求不大于線路額定電壓的2%。變頻器的外圍設備（4）濾波器接入電路后，電路的工作電流通過濾波器。濾波器允許通過的電流值為額定電流。濾波器中有電容元件，在外加電壓的情況下有漏電電流產(chǎn)生。漏電電流在各電壓下不能超過某一定值。

（5）濾波器在使用期限內(nèi)，絕緣性能會有一定的下降。設計時應對絕緣電阻最大允許范圍加以限定。濾波器接入線路后會消耗電能發(fā)出熱量，所以，濾波器還要求滿足一定的溫度要求。

選擇合適的電抗器與變頻器配套使用，既可以抑制諧波電流，降低變頻器系統(tǒng)所產(chǎn)生的諧波總量，提高變頻器的功率因數(shù)，又可以抑制來自電網(wǎng)的浪涌電流對變頻器的沖擊，保護變頻器，降低電動機噪聲，保證變頻器和電動機的可靠運行。

②電源側(cè)交流電抗器ACL1和電動機側(cè)交流電抗器ACL2

電源側(cè)交流電抗器ACL1能限制電網(wǎng)電壓突變和操作過電壓所引起的沖擊電流，有效保護變頻器，改善變頻器的功率因數(shù)，抑制變頻器輸入電網(wǎng)的諧波電流。是否選用視電源變壓器與變頻器容量的匹配情況及電網(wǎng)電壓允許的畸變程度而定，一般情況以采用為好。變頻器的外圍設備三、濾波器和電抗器

（1）電源變頻器容量為500kVA以上，且變頻器安裝位置與大容量變壓器距離在10m以內(nèi)。（2）三相電源電壓不平衡率K大于3%，K按下式計算：應該安裝電源側(cè)交流電抗器的場合有以下幾種：

（3）在同一電源上有晶閘管變流器共同使用，或者進線電源端接有通過開關切換以調(diào)整功率因數(shù)的電容器裝置。變頻器的外圍設備

（4）需要改善變頻器輸入側(cè)的功率因數(shù)（用電抗器可提高到0.75～0.85）。補償長線路分布電容的影響，并抑制通用變頻器輸出的諧波分量，降低電動機的噪聲。③電動機側(cè)交流電抗器ACL2的主要目的和作用

通用變頻器廠商一般都對允許連接的電動機電纜的最大長度作了規(guī)定，使用時應參照產(chǎn)品說明書的規(guī)定接線。變頻器的外圍設備如果電纜長度超出變頻器廠商允許連接電纜的最大長度不多，工程上比較常用的方法是選用額定功率較大的變頻器，即通常說的降額使用，而不是安裝電抗器。在許多場合通常并不需要過負載倍數(shù)高，如150%過負載，這樣就可通過設定功能碼來降低過負載倍數(shù)，從而可適當延長連接的電纜長度。

制動電阻單元R。制動電阻單元用于吸收電動機再生制動的再生電能，可以縮短大慣量負載的自由停車時間；還可以在位能負載下放時，實現(xiàn)再生運行。異步電動機停止或減速時，如果軸轉(zhuǎn)速高于變頻器指令轉(zhuǎn)速，則異步電動機處于再生發(fā)電運行狀態(tài)。

反饋電能經(jīng)逆變器回饋到直流側(cè)，中間直流回路的濾波電容器的電壓會因吸收這部分回饋能量而提高。如果回饋能量較大，則有可能使變頻器的過電壓保護功能動作。

制動電阻可以耗散這部分能量，使電動機的制動能力提高。制動電阻的選擇，包括制動電阻的阻值及轉(zhuǎn)矩的計算，可按如下步驟進行。變頻器的外圍設備四、制動電阻

在附加制動電阻進行制動的情況下，電動機內(nèi)部的有功損耗部分折合成制動轉(zhuǎn)矩，大約為電動機額定轉(zhuǎn)矩的20%。如果系統(tǒng)所需制動轉(zhuǎn)矩TB＜0.2TM，即制動轉(zhuǎn)矩在額定轉(zhuǎn)矩的20%以下時，則不需要另外的制動電阻，僅電動機內(nèi)部的有功損耗的作用，就可使中間直流回路電壓限制在過電壓保護的動作水平以下?？紤]到這一點，可用下式計算制動電阻的值。①制動電阻阻值的計算式中UD──直流回路電壓，V；

TB

──制動轉(zhuǎn)矩，N·m；

TM

──電動機額定轉(zhuǎn)矩，N·m；

n1

──開始減速時的速度，r/min。

變頻器的外圍設備①制動電阻阻值的計算

由制動晶體管和制動電阻構成的放電回路中，其最大電流受制動晶體管的最大允許電流IC的限制。制動電阻的最小允許值為

式中UD──直流回路電壓，V。因此，選用的制動電阻應按下式來決定

Rmin＜RB＜RB0

變頻器的外圍設備

通用變頻器都具有內(nèi)部電子熱敏保護功能，不需要熱繼電器保護電機，但遇到下列情況時，應考慮使用熱繼電器：在10Hz