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變頻器應(yīng)用誤區(qū)剖析經(jīng)驗方法?
瀏覽:0 發(fā)布日期:2018-07-17
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  成都變頻器應(yīng)用誤區(qū)剖析:

  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,實際上,變頻調(diào)速器之所以能夠節(jié)電,是因為其能對電動機進(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)速器能否實現(xiàn)節(jié)電,是由其負(fù)載的調(diào)速特性決定的。對于離心風(fēng)機、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)速運行,均能實現(xiàn)節(jié)電。當(dāng)轉(zhuǎn)速下降為原來的80%時,功率只有原來的51.2%??梢姡冾l調(diào)速器在這類負(fù)載中的應(yīng)用,節(jié)電效果為明顯。對于羅茨風(fēng)機這類負(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)速運行,也能實現(xiàn)節(jié)電。當(dāng)轉(zhuǎn)速下降為原來的80%時,功率為原來的80%。比在離心風(fēng)機、離心水泵中的應(yīng)用節(jié)電效果要小得多。對于恒功率負(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,皮帶速度減慢;當(dāng)料層薄時,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,直流電動機比交流電動機效率高、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機和變頻調(diào)速器比使用直流電動機和直流調(diào)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(diào)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(diào)速器的容量就顯得十分有意義。

  變頻調(diào)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)的增多,電動機額定電流增大。變頻調(diào)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(diào)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大負(fù)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(fù)荷下運行。若以電動機額定電流為依據(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(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機的大正常工作電流1.1倍為原則,這樣可以大限度地節(jié)約資金。對于重載起動、高溫環(huán)境、繞線式電動機、同步電動機等條件下,變頻調(diào)速器的容量應(yīng)適當(dāng)加大。

  對于一開始就采用變頻器的設(shè)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(dāng)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(shè)備實際運轉(zhuǎn)一段時間后,再根據(jù)實際電流進(jìn)行選擇。

  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(xiàn)[1]原系統(tǒng)風(fēng)機工頻滿載工作時,電動機運行電流為289A,采用變頻調(diào)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(nèi)部濾波電容產(chǎn)生改善功率因數(shù)的作用。節(jié)能計算如下:ΔS=UI=×380×(289-257)=21kVA

  因此該文認(rèn)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(fēng)機及其負(fù)載決定的。功率因數(shù)的提高并沒有改變風(fēng)機的負(fù)載,也沒有提高風(fēng)機的效率,風(fēng)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,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(nèi)部濾波電容產(chǎn)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(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。

  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)速器有輸出時接觸器動作。變頻器在運行中連接負(fù)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(diào)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(diào)速器無輸出時,接觸器才能動作,變頻調(diào)速器輸出側(cè)就可以加裝接觸器。這種方案對于只有1臺變頻調(diào)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(dāng)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。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(zhuǎn)速以下采用變頻調(diào)速器降速運行

  經(jīng)典理論認(rèn)為,通用電動機頻率上限為55Hz。這是因為當(dāng)電動機轉(zhuǎn)速需要調(diào)到額定轉(zhuǎn)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(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,須保持定子電壓為額定電壓不變。這時,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、電動機在額定功率運行;

  3、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)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(zhuǎn)矩變小,機械特性變軟,過載能力下降,鐵耗急增,發(fā)熱嚴(yán)重。

  筆者認(rèn)為,電動機實際運行狀況表明,通用電動機可以通過變頻調(diào)速器進(jìn)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(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(zhuǎn)矩顯著增大,定子電流減少,繞組溫度下降。

  2、電動機負(fù)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(zhuǎn)矩控制,采用變頻調(diào)速器提高電動機轉(zhuǎn)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(chǎn)生的熱量與定子電流下降而減少的熱量相比甚微。因此,電動機繞組溫度也將明顯下降。

  3、負(fù)載特性各種各樣

  電動機拖動系統(tǒng)是為負(fù)載服務(wù)的,不同的負(fù)載,機械特性不同。電動機在提速后必須滿足負(fù)載機械特性的要求。經(jīng)推算恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載不同負(fù)荷率(k)時的允許高運行頻率(fmax)與負(fù)荷率成反比,即fmax=fe/k,其中fe為額定工頻。對恒功率負(fù)載,通用電動機的允許高工作頻率主要受電動機轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)軸的機械強度限制,筆者認(rèn)為一般限制在100Hz以內(nèi)為宜?! ≌`區(qū)6、忽視變頻器的自身特點

  變頻調(diào)速器的調(diào)試工作一般由經(jīng)銷廠家來完成,不會出現(xiàn)什么問題。變頻調(diào)速器的安裝工作較簡單,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,將其等同于一般電氣器件,憑想當(dāng)然和經(jīng)驗辦事,為故障和事故埋下了隱患?! 「鶕?jù)變頻調(diào)速器的使用說明書的要求,接到電動機的電纜應(yīng)采用屏蔽電纜或鎧裝電纜,好穿金屬管敷設(shè)。截斷電纜的端頭應(yīng)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(dāng)變頻調(diào)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(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機返回的接地線,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及動力設(shè)備共用,且盡可能短。由于變頻器產(chǎn)生漏電流,與接地點太遠(yuǎn)則接地端子的電位不穩(wěn)定。變頻器的接地線的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(yīng)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(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,控制電纜長度不宜超過50m??刂齐娎|和電動機電纜必須分開敷設(shè),使用單獨的走線槽,并盡可能遠(yuǎn)離。當(dāng)二者必須交叉時,應(yīng)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(jìn)行電纜敷設(shè)時,沒有嚴(yán)格按照上述要求進(jìn)行施工,導(dǎo)致在單獨調(diào)試時設(shè)備運轉(zhuǎn)正常,正常生產(chǎn)時卻干擾嚴(yán)重,以致不能運行。

  在變頻調(diào)速器的日常維護中也要特別小心。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(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,就立即用搖表對變頻器拖動的電動機進(jìn)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(jìn)行絕緣測試,也不能對已連接到變頻器的電纜進(jìn)行絕緣測試。

  對變頻器的輸出參數(shù)進(jìn)行測量時也要特別注意。由于變頻器的輸出為PWM波形,含有高次諧波,而電動機轉(zhuǎn)矩主要依賴于基波電壓有效值,故測量輸出電壓時,主要是測量基波電壓值,使用整流式電壓表,其測量結(jié)果接近數(shù)字頻譜分析儀測量值,而且與變頻器的輸出頻率有極好的線性關(guān)系。若需進(jìn)一步提高測量精度,可以采用阻容濾波器。數(shù)字萬用表容易受干擾,測量有較大的誤差。輸出電流需要測量包括基波和其他高次諧波在內(nèi)的總有效值,因此常用的儀表是動圈式電流表(在電動機負(fù)載時,基波電流有效值和總電流有效值差別不大)。當(dāng)考慮到測量方便而采用電流互感器時,在低頻情況下電流互感器可能飽和,所以,必須選擇適當(dāng)容量的電流互感器。

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