變頻器在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用范圍越來越廣。變頻器在工藝流程中的使用，不但提高了產(chǎn)品質(zhì)量，增加產(chǎn)量，保證了工藝要求，而且還能節(jié)約用電。氧化鋁生產(chǎn)流程長，工藝復(fù)雜，許多地方需要使用變頻調(diào)速來達(dá)到工藝要求。根據(jù)近些年的設(shè)計經(jīng)驗和對現(xiàn)場使用情況的了解，筆者就變頻器的選擇和使用中出現(xiàn)的一些問題談點看法。

　　1變頻器的選擇1 .1調(diào)速對象的基本情況1 .1.1負(fù)載力矩在工藝上提出要調(diào)速的負(fù)荷后，首先要了解這種負(fù)荷的力矩特性，力矩特性不同選擇變頻器的種類就不一樣。電動機的機械負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性根據(jù)下列關(guān)系式?jīng)Q定：式中：P―――電動機功率， kW 轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速n的關(guān)系根據(jù)負(fù)載種類大體可分為3種（見圖1）。

　　1 .1.2電機型式與參數(shù)電機型式不一樣選擇變頻器也不一樣，大體分為鼠籠型、繞線型兩種，應(yīng)用場合有高速與低速之分，聯(lián)軸器有齒輪傳動，還有防爆、制動等。另外，還要了解電機的相數(shù)、轉(zhuǎn)速、額定電壓和電流等。

　　1 .1.3調(diào)速參數(shù)首先要了解調(diào)速范圍，從頻率上分0～400Hz與50～2000Hz ，凡是在50Hz額定頻率以上調(diào)節(jié)的多半為恒功率負(fù)載。其次是了解調(diào)速精度，調(diào)節(jié)響應(yīng)的快慢。

　　要了解變頻器接入配電網(wǎng)變壓器容量以及電壓不平衡率接入變頻器的同一電源母線上是否接有功率因數(shù)補償電容及其他整流裝置接入變頻器的同一電源母線上是否接有其也怕干擾的電子設(shè)備。

　　1 .2變頻器的選擇1 .2.1變頻器分類變頻器可分為交直交變頻和交交變頻兩大類，其主要特性比較如表1.

　　比較內(nèi)容變頻器類型交交變頻器交直交變頻器換能方式一次換能，效率較高二次換能，效率略低換流方式電源電壓換流強迫換流或負(fù)載換流元件數(shù)量較多較少元件利用率較低較高調(diào)頻范圍較高輸出最高頻率為電源頻率的1頻率調(diào)節(jié)范圍寬電源功率因數(shù)較低如用可控整流橋調(diào)壓，則低頻低壓時功率因數(shù)較低，如用斬波器或是P WM方式調(diào)壓，則功率因數(shù)高適合場合低速大功率傳動各種傳動裝置，穩(wěn)頻穩(wěn)壓電源和不間斷電源注：①指一般的采用電源電壓換流的交交變頻器1 .2.2變頻器型式的選擇⑴通用型：這類變頻器主要用于恒轉(zhuǎn)矩、恒功率負(fù)載。如國產(chǎn)的JP6C　T9型，日本產(chǎn)的⑵節(jié)能型：這類變頻器主要用于風(fēng)機泵等平方減負(fù)載。如國產(chǎn)的JP6C J9型，日本產(chǎn)的FRENIC500P9S型。其起動轉(zhuǎn)矩只有50 以上，制動轉(zhuǎn)矩20 以上，專用于風(fēng)機、泵節(jié)能。

　　⑶專用型：這類變頻器主要用于電梯、軸承磨床等特殊負(fù)載。

　　1 .2.3變頻器控制方式選擇根據(jù)控制對象要求的調(diào)速范圍，調(diào)速精度，響應(yīng)速度來選擇變頻器的控制方式。變頻器的控制方式目前大致有4種。

　　⑴最基本的V/f常數(shù)控制方式。這種方式是開環(huán)控制，維持磁通為常數(shù)，用正弦波脈寬調(diào)制SP WM控制，可用于平方減轉(zhuǎn)矩負(fù)載，或恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，低速范圍要采取補償，調(diào)速范圍窄，調(diào)速精度不高，響應(yīng)慢。

　　⑵轉(zhuǎn)差頻率控制。轉(zhuǎn)差頻率控制是檢出電動機的轉(zhuǎn)速相對應(yīng)的頻率與轉(zhuǎn)差頻率的和來給定變頻器的輸出，能控制與轉(zhuǎn)差率有直接關(guān)系的轉(zhuǎn)矩、電流。

　　這種控制比V/f控制的調(diào)速范圍寬一些，精度高一些，響應(yīng)快一點，但易受干擾，穩(wěn)定性較低。

　　⑶矢量控制。這種控制比前兩種控制完善的多，調(diào)速范圍寬，低速范圍起動力矩高，精度高達(dá)0.01 ，響應(yīng)很快，高精度調(diào)速都采用矢量控制變頻⑷轉(zhuǎn)矩矢量控制。這種控制方式是目前國際上最先進(jìn)的控制方式，它不同于前3種，前3種是模擬直流電動機的參數(shù)，進(jìn)行保角變換而進(jìn)行調(diào)節(jié)控制的，轉(zhuǎn)矩矢量控制是直接取交流電動機參數(shù)進(jìn)行控制，控制簡單，精確度要求處理速度非常快，處理器DSP及很多硬件都是高速器件，價格較貴，目前國外一些公司有此產(chǎn)品，但未能推廣。

　　1 .2.4變頻器參數(shù)選擇根據(jù)電動機的電壓、電流、功率選擇變頻器的參數(shù)。

　　⑴電流。電動機的額定電流是指正弦50Hz電源的電流，而變頻器標(biāo)定的額定電流輸出是指鋸齒正弦包絡(luò)線的電流，而且這個電流是按4極電動機計算的，因此在電流選擇時必須考慮I變=1.1I電，對于多極電動機必須檢驗變頻器的電流是否足夠。

　　⑵電壓。有單相V ，三相380V等的變頻器，也有高壓6kV/10kV變頻器，這要根據(jù)電動機的電壓而定。

　　⑶現(xiàn)在變頻器表示的容量，是指適配電動機容量，但要根據(jù)負(fù)載的性質(zhì)而定，最好采用大一級的容量。

　　1 .2.5選擇變頻器用的逆變元件變頻器最關(guān)鍵的逆變元件與變頻器的性能密切相關(guān)。現(xiàn)在市面上國外生產(chǎn)的變頻器逆變元件有以下幾種：⑴逆變元件為電力晶體管的GTR.這種逆變元件是電流驅(qū)動、發(fā)熱量大、體積大、噪音大、調(diào)制頻率低，但價格較便宜，是淘汰產(chǎn)品，但在市面上流行。

　　⑵絕緣柵極雙極晶體管IGBT.這種逆變元件為電壓驅(qū)動、發(fā)熱小、體積小、調(diào)制頻率高，噪音低，是較為理想的產(chǎn)品，也是目前較為先進(jìn)的商品。

　　⑶逆變元件智能功率模塊IPM.這種逆變元件在TGBT的芯片上把驅(qū)動電路和保護(hù)電路集成在一個芯片上的智能化功率模塊（IPM），可靠性高、體積很小、噪音低、是世界最先進(jìn)產(chǎn)品，但目前功率只做到55kW.

　　2存在問題無論哪種型式的變頻器所提供的變頻電源，都有大量的高次諧波，使電機處于非正弦波和非工頻下運行，而以往的電機又是按正弦波、工頻電源設(shè)計的，因此在變頻器電機系統(tǒng)中運行的電機便出現(xiàn)了許多問題。

　　⑴損耗增加、效率降低。定子電流中迭加的高次諧波使定子銅損增加，而轉(zhuǎn)子導(dǎo)條尺寸較大，轉(zhuǎn)子中的高頻電流所引起的集膚效應(yīng)可使轉(zhuǎn)子電阻的損耗增加許多倍，增加了轉(zhuǎn)子銅損。與此相應(yīng)，電機的效率也有所降低，輸出功率有所減少。據(jù)1臺kW ，4極電機溫升實驗表明，在溫升相同時，逆變的供電輸出功率為一般電機的87 .

　　⑵轉(zhuǎn)矩脈沖、振動、噪聲增加。電機齒槽引起的空間高次諧波和變頻器波形畸變產(chǎn)生的時間高次諧波相互迭加，使電機氣隙中的磁通含有各種高次諧波，這些諧波將使電機的輸出轉(zhuǎn)矩脈動的影響更為明顯，致使電機轉(zhuǎn)速不均而有步進(jìn)感。當(dāng)電機的某些部分由于高次諧波轉(zhuǎn)矩的激發(fā)而發(fā)生局部共振時，將導(dǎo)致電機振動、噪聲增加。

　　⑶電機溫升高。一般電機的冷卻都是通過與轉(zhuǎn)子同軸的風(fēng)扇實現(xiàn)的。而變頻調(diào)速的電機在低速運轉(zhuǎn)時，冷卻效果降低，致使電機溫升明顯偏高，甚至?xí)^F級絕緣的允許溫升。

　　⑷電機過電壓。逆變器換流時可產(chǎn)生沖擊尖峰電壓，這將引起電機繞組的過電壓。

　　3結(jié)語為了獲得良好的變頻調(diào)速系統(tǒng)，設(shè)計時在正確選擇變頻器的同時，還必須考慮變頻器諧波對電機產(chǎn)生的不良影響，并采取相應(yīng)的對策，否則傳動系統(tǒng)便不能可靠地運行，甚至影響生產(chǎn)。

　　由于進(jìn)口備件訂貨周期長，價格高， 1993年山西鋁廠與張家港通用石化機械廠進(jìn)行了聯(lián)合開發(fā)。產(chǎn)品設(shè)計按照J(rèn)B147276和GB785，采用內(nèi)裝大彈簧非平衡型結(jié)構(gòu)，并對原進(jìn)口產(chǎn)品根據(jù)現(xiàn)場使用要求進(jìn)行改進(jìn)。

　　具體作法如下：⑴動環(huán)和靜環(huán)均選用1Cr18Ni9Ti不銹鋼，耐腐蝕性能優(yōu)于原進(jìn)口件用W3C普通碳素鋼。

　　⑵密封面噴涂層選用鎢鈷硬質(zhì)合金， HRC可達(dá)89 ，耐磨性優(yōu)于碳化鎢。

　　⑶采用Mo2Ti大彈簧結(jié)構(gòu)，增加了彈性元件的補償量。避免了碟型彈簧彈性小、調(diào)整量小、裝配要求高的缺點。

　　⑷動環(huán)與彈簧間的輔助密封件采用O型密封圈，拆裝方便，可進(jìn)行動環(huán)密封面的多次修復(fù)，而不影響密封性能。

　　⑸采取輔助措施，增加了冷卻水沖洗端面。避免了由于氫氧化鋁顆粒的堆積，造成積垢，使彈簧失去應(yīng)有的彈性，阻礙了彈簧和密封圈的運行，從而導(dǎo)致補償環(huán)的追隨性和浮動性下降的弊病。而且冷卻和潤滑了密封面。

　　⑹安裝了專用工具，節(jié)省了人力。

　　經(jīng)過現(xiàn)場裝機試用，改造后的機械密封使用壽命為6個月，與進(jìn)口原件相當(dāng)。