摘要 以ACS150 系列變頻器為例，簡述了變頻器的工作原理和基本特點，并對變頻器在應用和選型過程中應注意的事項以及如何根據負載的性質來選用變頻器進行了較詳細的說明。
關鍵字：變頻調速；負載；應用

0 引言

隨著電力電子技術的不斷發展，新的控制理論的不斷提出與完善，使變頻技術得到了飛速的發展。近年來，伴隨著變頻器功能的不斷提升和擴大，其應用范圍也在不斷擴展，其現在已經從最初的只能用于風機、水泵的調速過渡到應用于各類要求高精度、快響應的高性能調速指標的工業現場。ACS150系列變頻器由ABB 公司設計制造，它可以通過可選件的優化組合最大范圍地滿足機械行業的要求，主要應用于風機、泵類、門控、物料輸送、傳送帶等的控制。

1 變頻調速原理

n=60 f(1-s)/p（1）

式中：n為異步電動機的轉速；
f為電網頻率；
s 為電動機轉差率；
p 為電動機極對數。

由式（1）可知，轉速n與頻率f 成正比，只要改變頻率f即可改變電動機的轉速，當頻率f 在0~50 Hz的范圍內變化時，電動機轉速調節范圍非常寬。變頻調速就是通過改變電動機電源頻率實現速度調節的。

變頻器主要采用交—直—交方式，即先把工頻交流電源通過整流裝置轉換成直流電源，然后再把直流電源轉換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。變頻器的電路一般由整流、中間直流環節、逆變和控制4個部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流，逆變部分為IGBT三相橋式逆變，且輸出為PWM 波形，中間直流環節的作用為濾波、直流儲能和緩沖無功功率。

變頻器在應用中改變的不僅僅是頻率，它還得同時改變交流電的電壓，如果僅改變頻率，電機可能被燒壞。因為異步電動機的轉矩是電機的磁通與轉子內流過電流之間相互作用而產生的，在額定頻率下，如果電壓一定而只降低頻率，那么磁通就過大，磁回路飽和，嚴重時將燒毀電機。因此，頻率與電壓要成比例地改變，即改變頻率的同時控制變頻器輸出電壓，使電動機的磁通保持一定，避免弱磁和磁飽和現象的產生。但是在低頻時仍成比例地降低電壓，由于交流阻抗變小而直流電阻不變，將造成在低速下磁鍵波形發生畸變，導致轉矩減小。

2 ACS150的主要特特點

1）FlashDrop 使傳動設置及調試更加快速、容易，可用于批量制造，新型、快速、安全、無憂的方法，專利技術無須加電。
2）固定式控制盤具有舒適、耐用接口的特性，清晰的LCD顯示器、背景燈以及按鈕的集成控制面板。
3）固定式電位器直觀的速度設定，集成的電位器，設定值顯示在控制面板上。
4）集成EMC濾波器無需外部濾波器，第二環境濾波器標配，符合IEC-61800-3。
5）內置制動斬波器降低成本，節省空間并簡化接線，具有100豫制動性能。
6）靈活的安裝方式優化的布局以及有效的機柜空間利用率。
7）有涂層的電路板壽命更長且減少維護，防塵和防潮標配。

3 變頻器的選型

變頻器的正確選用對于機械設備電控系統的正常運行是至關重要的。選擇變頻器，首先要按照機械設備的類型、負載轉矩特性、調速范圍、靜態速度精度、起動轉矩和使用環境的要求，決定選用何種控制方式和防護結構的變頻器最合適。所謂合適是指在滿足機械設備的實際工藝生產要求和使用場合的前提下，實現變頻器應用的最佳性價比。

3.1 平方轉矩負載

風機類、泵類負載是平方轉矩負載。一般情況下，具有U/f=const（U是指輸出電壓，f 是指輸出電壓的頻率）控制模式的變頻器基本都能滿足這類負載的要求，下面根據這類變頻器的主要特點介紹選型時需要注意的問題。

3.1.1 避免過載

風機和水泵一般不容易過載，選擇變頻器的容量時保證其稍大于或等于電動機的容量即可；同時選擇的變頻器的過載能力要求也較低，一般達到120豫，1min 即可。但在變頻器功能參數選擇和預置時應注意，由于負載的阻轉矩與轉速的平
方成正比，當工作頻率高于電動機的額定頻率時，負載的阻轉矩會超過額定轉矩，使電動機過載。所以，要嚴格控制最高工作頻率不能超過電機額定頻率。

3.1.2 啟/ 停時變頻器加速時間與減速時間的匹配

由于風機和泵的負載轉動慣量比較大，其啟動和停止時與變頻器的加速時間和減速時間匹配是一個非常重要的問題。在變頻器選型和應用時，應根據負荷參數計算變頻器的加速時間和減速時間來選擇最短時間，以便在變頻器啟動時不發生過流跳閘和變頻器減速時不發生過電壓跳閘的情況。但有時在生產工藝中，對風機和泵的啟動時間要求很嚴格，如果上述計算的時間不能滿足需求時，應該對變頻器進行重新設計選型。

3.1.3 避免共振

由于變頻器是通過改變電動機的電源頻率來改變電機轉速實現節能的，有可能在某一電機轉速下與負荷軸系的共振點、共振頻率重合，造成負荷軸系不能容忍的振動，有時會造成設備停運或設備損壞，所以在變頻器功能參數選擇和預置時，應根據負荷軸系的共振頻率，通過設定跳躍頻率點和寬度，避免系統發生共振現象。

3.1.4 憋壓與水錘效應

泵類負載在實際運行過程中，容易發生憋壓和水錘效應，變頻器在功能設定時要針對這個問題進行單獨設定。

1）憋壓泵類負載在低速運行時，由于關閉出口閥門使壓力升高，從而造成泵汽蝕。在變頻器功能設定時，通過設定變頻器的最低頻率來限定泵流量的臨界點最低轉速，可避免此類現象的發生。

2）水錘效應泵類負載在突然斷電時，管道中的液體由于重力而倒流。若逆止閥不嚴或沒有逆止閥，將導致電機反轉，造成電機發電而使變頻器發生故障或燒壞。在變頻器系統設計時，應使變頻器按減速曲線停止，在電機完全停止后再斷開主電路，或者設定“斷電減速停止”功能，可避免該現象的發生。

3.2 恒轉矩負載

帶式輸送機是恒轉矩負載的典型例子。恒轉矩負載的基本特點為，在負荷一定的情況下，負載阻轉矩取決于皮帶與滾筒間的摩擦阻力和滾筒的半徑。

這類負載轉矩和轉速的快慢無關，所以在調節轉速過程中，負載的阻轉矩保持不變。

恒轉矩負載在選擇變頻調速系統時，除了按常規要求外，應對變頻器的控制方式進行選擇。

綜上所述，異步電動機變頻控制選用不同的控制方法，就可以得到不同性能特點的調速特性。

3.3 根據安裝環境選取變頻器的防護結構

變頻器的防護結構要與其安裝環境相適應，為此要考慮環境溫度、濕度、粉塵、酸堿度、腐蝕性氣體等因素，這與變頻器能否長期、安全、可靠運行關系重大。大多數變頻器廠商可提供以下幾種常用的防護結構供用戶選用：