变频器的应用范围和选择原则

    由于变频器功能齐全，用于异步电动机交流调速有非常明显的优越性，因此应用领域不断地扩展。现将不同性能的变频器针对用户提出的各种要求进行优化和匹配，以帮助用户正确、高效地选好变频器。表5-1说明了不同变频器的应用范围及技术特征。

    表5-1    不同变频器的应用范围及技术特征

    下面针对不同的生产机械举例讲述如何对变频器进行选型，并正确地把握变频器的功能，以满足生产工艺要求。

    一、标准笼型异步电动机的单纯调速

    若对加减速和过渡过程无特殊要求，一般选用V/f控制方式。注意低速时对电动机温升提高的保护和随频率降低需适当提升输出转矩。

    二、软起动和软制动以及频繁起制动

    目标是减小起动电流，为此应加大变频器容量的挡次，正确选择加减速时间和GD²大小。为防止电动机起动转矩不足和加减速过程中“失速”，在通用变频器中增设全自动转矩提升环节，其控制系统的结构框图如图5-1所示。转矩计算公式如下：

    图5-1    全自动转矩提升环节框图

    三、电梯类负载

    在正反转时，虽然利用功率晶体管开关可自动进行无触点正反转，但由于电梯是位能型负载，在轿厢从下降转为上升时，电动机抱闸的控制必须有专用的软件控制程序以保证安全可靠运行。

    四、变频器运行中实现的电动机的电气制动

    电气制动有三种类型，叙述如下。

    1．能耗制动

    能耗制动控制系统如图5-2 (a)所示。

    图5-2(a)    能耗制动控制系统

    停车时电动机储存的动能供给制动电阻，以热能的形式消耗，同时产生制动转矩。其优点是电路简单；缺点是使用频率不可过高，一般负载通断率限制在15%左右，多应用于机床和起重机械。

    2．再生制动

    再生制动控制系统如图5-2(b)所示。

    图5-2(b)    再生制动控制系统

    本方法是把停车时电动机储存的动能通过电动机的发电运行方式再生为电能反馈到交流电源侧。一般用于制动频繁的生产机械，如运输机械、小型电梯等。

    3．直流制动

    直流制动控制系统如图5-2 (c)所示。

    图5-2(c)    直流制动控制系统

    由图可见，该制动方式是在断开交流侧电源后，利用不同相功率晶体管开或关，使直流电流流过异步电动机定子绕组，则电动机处于能耗制动状态，使电动机储存的动能转换为电能，并消耗于转子绕组内转化为热能。该方法通用于高速、大惯性负荷。其优点是硬件投资少。如果变频器的直流电压与电动机定子电压匹配，则几乎不用增加投资。

    五、高频变频器的应用

    高频调速是交流调速与直流调速相比的最大特色之一。由于直流电动机受电刷与换向器的限制不能高速转动，而变频调速不受此限制，最高频率可达3000Hz，电动机最高转速为180000r/min。由于普通型号异步电动机最高频率只能达到120Hz，故高频条件下，应采用高频电动机（含特殊空气轴承）。此外，V/f调节需要精密化设计，以保证调速时运行稳定。

    六、多台同步电动机的并联运行

    多台同步电动机并联运行时要注意多台变频器之间输出电压的稳定和冲击电流的限制。

    七、有功率因数补偿功能的变频器

    有功率因数补偿功能的变频器在轻负荷（25%额定转矩）、主频率为20Hz时仍可维持电流输入侧的功率因数为60%以上。