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變頻器應用的7大誤區

發布時間: 2019-09-28  點擊次數: 212次

變頻器應用的7大誤區
隨著用戶需求的進步和多樣化,變頻器產品的功能在不斷完善和增加,集成度和係統化程度也越來越高,並且已經出現某些領域專用節能變頻器產品。放眼我國變頻器市場,近幾年保持著12%~15%的增長率。業內人士預計,現在中國市場上變頻器安裝容量(功率)的增長率實際上在20%左右,潛在市場空間大約為1200億元~1800億元。但是變頻器的應用卻很容易讓人們產生誤區。
誤區1、使用變頻器都能節電
一些文獻宣稱變頻調速器是節電控製產品,給人的感覺是隻要使用變頻調速器都能節電,實際上,變頻調速器之所以能夠節電,是因為其能對電動機進行調速。如果說變頻調速器是節電控製產品的話,那麽所有的調速設備也都可以說是節電控製產品。變頻調速器隻不過比其它調速設備效率和功率因數略高罷了。
變頻調速器能否實現節電,是由其負載的調速特性決定的。對於離心風機、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。隻要原來采用閥門控製流量,且不是滿負荷工作,改為調速運行,均能實現節電。當轉速下降為原來的80%時,功率隻有原來的51.2%。可見,變頻調速器在這類負載中的應用,節電效果為明顯。對於羅茨風機這類負載,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餘風量的方法調節風量,改為調速運行,也能實現節電。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電效果要小得多。對於恒功率負載,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,不能節電。
與直流調速係統比較,直流電動機比交流電動機效率高、功率因數高,數字直流調速器與變頻調速器效率不相上下,甚至數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電,理論和實踐證明,這是不正確的。
誤區2、變頻器的容量選擇以電動機額定功率為依據
相對於電動機來說,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。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。由於同容量電動機,其極數不同,電動機額定電流不同。隨著電動機極數的增多,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。同時,對於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。這是因為,電動機的容量選擇要考慮大負荷、富裕係數、電動機規格等因素,往往富裕量較大,工業用電動機常常在50%~60%額定負荷下運行。若以電動機額定電流為依據來選擇變頻調速器的容量,留有富裕量太大,造成經濟上的浪費,而可靠性並沒有因此得到提高。
對於鼠籠式電動機,變頻調速器的容量選擇應以變頻器的額定電流大於或等於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約資金。對於重載起動、高溫環境、繞線式電動機、同步電動機等條件下,變頻調速器的容量應適當加大。
對於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後,再根據實際電流進行選擇。
誤區3、用視在功率計算無功補償節能收益
用視在功率計算無功補償節能效果。如文獻[1]原係統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約為0.99,電流是257A,這是由於變頻器內部濾波電容產生改善功率因數的作用。節能計算如下:ΔS=UI=×380×(289-257)=21kVA,因此認為其節能效果約為dan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,視在功率節約百分比與電流節約百分比是一回事。在有電抗的電路中,視在功率隻是反映了配電係統的允許大輸出能力,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隻能用有功功率表示。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。草莓视频ioses苹果版官方入口知道,電動機實際消耗的功率是由風機及其負載決定的。功率因數的提高並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。功率因數提高後,電動機運行狀態也沒有改變,電動機定子電流並沒有減少,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。隨著功率因數提高,變頻器的實際輸入電流減少,從而減少了電網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,不僅沒有節能,而且還費電。因此,用視在功率計算節能效果是不對的。例如:某水泥廠離心風機拖動電動機型號為Y280S-4,額定功率為75kW,額定電壓380V,額定電流140A。在進行變頻調速改造前,閥門全開,通過測試發現,電動機電流70A,隻有50%負荷,功率因數為0.49,有功功率為22.6kW,視在功率為46?07kVA。在采用變頻調速改造後,閥門全開,額定轉速運行時,三相電網平均電流為37A,從而認為節電(70-37)÷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能效果。該廠在進一步測試後發現,此時功率因數為0.94,有功功率為22.9kW,視在功率為24.4kVA。可見,有功功率增加,不但沒有節電,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約。產生這種錯誤的關鍵在於沒有考慮功率因數提高對電流下降的影響,默認功率因數不變,從而片麵誇大了變頻器的節能效果。因此,在計算節能效果時,必須用有功功率,不能用視在功率。
誤區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,變頻調速器輸出側不能加裝接觸器。如日本安川變頻器說明書就規定“切勿在輸出回路連接電磁開關、電磁接觸器”。廠家的規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,會由於漏電流而使過電流保護回路動作。那麽,隻要在變頻調速器輸出與接觸器動作之間,加以必要的控製聯鎖,保證隻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。這種方案對於隻有1台變頻調速器,2台電動機(1台電動機運行,1台電動機備用)的場合,具有重要的意義。當運行的電動機出現故障時,可以很方便地將變頻器切換到備用電動機,經過延時使變頻器運行,實現備用電動機自動投入變頻運行。並且還可以很方便地實現2台電動機的互為備用。
誤區5、變頻調速器在離心風機中的應用,可完全取代風機的調節閥門
采用變頻調速器對離心風機進行調速來控製風量,與調節閥門控製風量相比,具有明顯的節電效果。但在有些場合,變頻調速器不能完全取代風機的閥門,在設計中要引起特別注意。為了說明這個問題,下载草莓视频和丝瓜视频安装先從其節電原理談起。離心風機的風量與轉速的一次方成正比,風壓與轉速的平方成正比,軸功率與轉速的立方成正比。
誤區6、通用電動機隻能在其額定轉速以下采用變頻調速器降速運行
經典理論認為,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於額定頻率(50Hz)。這時,若仍按恒轉矩原則控製,則定子電壓將升高超過額定電壓。那麽,當調速範圍高於額定轉速時,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、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,發熱嚴重。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,根據負載的具體情況,進行推算。簡單分析如下:
1、事實上,對於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、電動機負荷率通常為50%~60%
一般情況下,工業用電動機通常在50%~60%額定功率下工作。經推算,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,即使是恒轉矩控製,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。盡管提高頻率後,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
電動機拖動係統是為負載服務的,不同的負載,機械特性不同。電動機在提速後必須滿足負載機械特性的要求。經推算恒轉矩負載不同負荷率(k)時的允許zui高運行頻率(fmax)與負荷率成反比,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zui高工作頻率主要受電動機轉子和轉軸的機械強度限製,筆者認為一般限製在100Hz以內為宜。
誤區7、忽視變頻器的自身特點
變頻調速器的調試工作一般由經銷廠家來完成,不會出現什麽問題。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,將其等同於一般電氣器件,憑想當然和經驗辦事,為故障和事故埋下了隱患。
根據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,需要穿金屬管敷設。截斷電纜的端頭應盡可能整齊,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。從變頻器控製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。由於變頻器產生漏電流,與接地點太遠則接地端子的電位不穩定。變頻器的接地線的小截麵積必須大於或等於供電電源電纜的截麵積。為了防止幹擾而引起的誤動作,控製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,控製電纜長度不宜超過50m。控製電纜和電動機電纜必須分開敷設,使用單獨的走線槽,並盡可能遠離。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,正常生產時卻幹擾嚴重,以致不能運行。
如某水泥廠二次風溫表突然出現指示異常: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,均未發現問題,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,也出現同樣現象。後發現在篦冷機3號冷卻風機電動機上新安裝了1台變頻調速器,而且正是變頻器投用後二次風溫表才出現指示異常狀態。試將變頻器停運,二次風溫表指示立即恢複正常;再起動變頻器,二次風溫表又出現指示異常,連續反複試驗幾次均是如此,從而判斷出變頻器的幹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,原來采用閥門調節風量,後改為變頻調速調節風量。由於現場粉塵較大,環境惡劣,故將變頻器安裝在MCC(電動機控製中心)控製室。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。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,並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,導致了幹擾現象的發生。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特別小心。有的電工一發現變頻器故障跳停,就立即打開變頻器進行維修。這樣做是很危險的,有可能發生人身觸電事故。這是因為即使變頻器不處於運行狀態,甚至電源已經切斷,由於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。斷開開關後,必須等待幾分鍾後,使變頻器放電完畢,才能開始工作。還有的電工習慣於一發現變頻調速係統跳停,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,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進行測量時也要特別注意。由於變頻器的輸出為PWM波形,含有高次諧波,而電動機轉矩主要依賴於基波電壓有效值,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,其測量結果接近數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係。若需進一步提高測量精度,可以采用阻容濾波器。數字萬用表容易受幹擾,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的總有效值,因此常用的儀表是動圈式電流表(在電動機負載時,基波電流有效值和總電流有效值差別不大)。當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,必須選擇適當容量的電流互感器。
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