变频器利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。现多采用交—直—交方式:工频交流经整流器变为直流,再逆变为频率、电压可调的交流供电给电动机。变频器电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制四部分组成:整流部分为三相桥式不可控整流器,逆变部分为IGBT三相桥式逆变器且输出PWM波形,中间直流环节用于滤波、直流储能与无功缓冲。
一、变频器选型。选型时须确定:1)采用变频的目的(恒压或恒流控制等);2)负载类型(如叶片泵或容积泵),特别注意负载性能曲线,其决定应用方式;3)变频器与负载的匹配——电压匹配(额定电压相符)、电流匹配(普通离心泵按额定电流相符,深水泵等特殊负载按电机性能参数以最大电流确定变频器电流与过载能力)、转矩匹配(恒转矩负载或带减速装置时可能遇到);4)驱动高速电机时因高速电机电抗小、高次谐波增加致输出电流增大,故变频器容量应稍大于普通电机选型;5)长电缆运行时须抑制长电缆对地耦合电容影响以避免出力不足,可放大一档容量或在输出端安装输出电抗器;6)高温、高海拔等特殊场合会引起降容,容量应放大一档。
二、控制原理图设计。
1)确认安装环境:工作温度(产品一般要求0~55℃,但为保证安全可靠,宜控制在40℃以下;控制箱内变频器一般应安装在箱体上部,发热元件不应紧靠变频器底部);环境温度(温差大使变频器内部易结露、绝缘性能下降甚至短路,必要时加干燥剂与加热器,水处理间尤需注意);腐蚀性气体(腐蚀引线、印板并加速塑料老化、降低绝缘);振动与冲击(引起电气接触不良,应提高柜体机械强度、远离振动源、用抗震橡皮垫固定);电磁波干扰(整流与变频产生高频干扰电磁波,柜内仪表应选金属外壳、元件可靠接地,连线选用屏蔽控制电缆且屏蔽层接地)。
2)变频器与电机的距离及布线:距离应尽量短以减小电缆对地电容与干扰发射源;控制电缆选屏蔽电缆,动力电缆选屏蔽电缆或全程穿管屏蔽;电机电缆独立于其他电缆走线,最小间距500 mm,避免长距离平行;与电源电缆交叉时应尽量按90°交叉;模拟量信号线与主回路分开走线(柜内亦同),模拟信号线宜用屏蔽双绞线。
3)控制原理图:主回路中电抗器用于防止变频器高次谐波经电源输入回路返回电网影响其他受电设备,按容量决定是否加装;滤波器装在输出端减少高次谐波,变频器到电机距离较远时应安装。断路器在主回路中起过载、缺相保护,可按变频器容量选择;可用变频器本身过载保护代替热继电器。控制回路应具备工频/变频手动切换,以便变频故障时切工频运行;因输出端不能加电压,工频与变频须互锁。
4)变频器接地:正确接地是提高系统稳定性、抑制噪声的重要手段。接地端子接地电阻越小越好,接地导线截面不小于4 mm²、长度不超过5 m。变频器接地应与动力设备接地点分开、不能共地;信号线屏蔽层一端接变频器接地端、另一端浮空;变频器与控制柜之间电气相通。