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9 汇川变频调速系统的主电路及电器选择
变频调速系统的主电路是指从交流电源到负载之间的电路，各种不同型号变频器的主电 路端子差别不大，通常用R、S、T表示交流电源的输入端，U、V、W表示变频器的输出端。在实际应用中，需要和许多外接的电器一起使用，构成一个比较完整的主电路，以通用变频器MD480系统构成图为例：(一拖一) file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.jpg 断路器： ①短路断路器：在下游设备过流时切断电源，防止发生事故； ②漏电保护断路器：变频器工作时可能会产生高频漏电流，为防止触电事故以及诱发电火灾，请根据现场情况选择安装适合的漏电保护断路器。 保险丝：防止因短路而发生事故，保护后级半导体器件 电磁接触器：控制变频器电源的接通和关断，应避免通过接触器对变频器进行频繁上下电操作(间隔时间不低于一小时)或进行直接启动操作。 输入电抗器： ①提高输入侧的功率因数； ②有效消除输入侧的高次谐波，防止因电压波形畸变造成其它设备损坏； ③消除电源相间不平衡而引起的输入电流不平衡。 EMC滤波器： ①减少变频器对外的传导及辐射干扰； ②降低从电源端流向变频器的传导干扰，提高变频器的抗干扰能力。 （输出EMC滤波器(非标)：抑制变频器产生的浪涌电压的高次谐波干扰，减小输出的共模干扰和电动机轴承电流） 直流电抗器：改善变频器输入功率因数,减小输入电流峰值、减小变频器发热;（MD480系列变频器30kW以上标配直流电抗器；18.5~22kW可选配直流电抗器） 外接制动单元&制动电阻：增大制动力矩，适合大惯量负载及频繁制动、快速减速的场合 （注：制动单元 始终接“﹢，﹣”但是制动电阻！：75kW及以下【制动电阻】连接“﹢”另外一端→0.7~15Kw接PB，15kW~75kW为接BR。） 输出交流电抗器:减小变频器输出谐波,抑制变频器产生的无线电干扰,减小输出侧的共模干扰和电动机轴承电流； 什么情况下需具备变频切工频的控制？ 1，在某些生产机械不允许停机的系统中，当变频器因发生故障而跳闸时，须将电动机迅速切换到工频运行； 2，一拖多应用场合（为了减少设备投资），但变频器只能带动一台电动机负载，其他电动机只能切换到工频运行，如常见的供水系统； 注：对于这种能够实现工频和变频切换的电路，熔断器FU或热继电器FR是不能省略的，且同时变频器的输出接触器和工频接触器之间必须有可靠的互锁，防止工频电源直接与变频器输出端相接而损坏变频器。 file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image004.jpg 二，断路器的选择 为什么要使用低压断路器？ 因为断路器具有过电流保护功能，为了避免不必要的误动作，选用时应充分考虑电路中是否有正常过电流。在变频器单独控制电路中，属于正常过电流的情况有： ①变频器刚接通瞬间，对电容器的充电电流可高达额定电流的(2-3)倍。 ②变频器的进线电流是脉冲电流，其峰值经常可能超过额定电流。 综上所述， 一般变频器允许的过载能力为额定电流的150%,运行1min。所以为了避免误动作，低压断路器的额定电流IQN应选 file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image006.jpg 在电动机要求实现工频和变频切换的控制电路中，断路器应按电动机在工频下的起动电流来进行选择，即 file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image008.jpg 接触器的选择方法：（根据连接的位置不同，其型号的选择也不尽相同） ①输入侧接触器的选择原则：主触点的额定电流≥变频器的额定电流即可； ②输出侧接触器的选择：（仅用于和工频电源切换等特殊情况下，一般不用） 由于输出电流中含有较强的谐波成分，其有效值略大于工频运行时的有效值，一般主触点的额定电流为电动机的额定电流的1,1倍即可； ③工频接触器的选择：应考虑到电动机在工频下的起动情况，其触点电流通常可按电动机的额定电流再加大一个挡次来选择。 三，传感器 传感器的定义是：能感受规定的被测量并按照定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。（物理量通过检查期间转化为数字量） 传感器的分类方法有以下四种： ①按传感器的物理量分类按传感器的物理量可分为位移、力、速度、温度、流量和气体成分等传感器。 ②按传感器工作原理分类按传感器工作原理可分为电阻、电容、电感、电压、霍尔、光电、光栅和热电偶等传感器。 ③按传感器输出信号的性质分类按传感器输出信号的性质可分为：输出为开关量("1"和“0")的开关型传感器；输出为模拟量的模拟型传感器；输出为脉冲或代码的数字型传感器。 ④按其用途分类：压力，液位，电流，速度，位置等（通过不同元器件进行检测转化） 传感器选用的一般原则：测量对象及环境影响，灵敏度与精度，响应速度与稳定性，有效的量程及线性度特性； 四，输入交流电抗器 作用：抑制变频器输入电流的高次谐波，明显改善功率因数。 需使用情况： ①心变频器所用之处的电源容量与变频器容量之比为10:1以上； ②同一电源上接有品闸管变流器负载或在电源端带有开关控制调整功率因数的电容器； ③三相电源的电压不平衡度较大(≥3%); ④变频器的输入电流中含有许多高次谐波成分（这些高次谐波电流都是无功电流，使变频调速系统的功率因数降低到0.75以下；） ⑤变频器的功率大于30kW。 接入的交流电抗器应满足以下要求： ①电抗器自身分布电容小； ②自身的谐振点要避开抑制频率范围； ③保证工频压降在2%以下，即功耗要小。 五，电源滤波器 作用：削弱较高频率的谐波电流，以防止变频器对其他设备的干扰。 （高次谐波的危害：增加输入侧的无功功率、降低功率因数（主要是频率较低的谐波电流）外，频率较高的谐波电流还将以各种方式把自己的能量传播出去，形成对其他设备的干扰，严重的甚至还可能使某些设备无法正常工作。） 组成：滤波器主要由滤波电抗器和电容器组成。图8-18a所示为输入侧滤波器；图8-186所示为输出侧滤波器。应注意的是：变频器输出侧的滤波器中，其电容器只能接在电动机侧，且应串入电阻，以防止逆变器因电容器的充、放电而受冲击。 file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image010.jpg 什么情况下需使用滤波器？ 1，对防止无线电干扰要求较高及要求符合CE、UL、CSA标准的使用场合， 2，变频器周围有抗干扰能力不足的设备等情况下，均应使用该滤波器。 （注：安装时注意接线尽量缩短，滤波器应尽量靠近变频器。） 六，直流电抗器（其体积较小，已直接装在变频器内） 作用：提高功率因数外，还可削弱在电源刚接通瞬间的冲击电流;
(同时配用交流电抗器和直流电抗器，则可将变频调速系统的功率因数提高至0.95以上) 与交流电抗器相比，直流电抗器质量、体积、价格都比较低，制造工艺也相对简单，而抑制谐波的效果也较为满意，这是很多变频器乐于采用的原因。因此，从成本角度出发，选用直流电抗器是不错的选择。直流电抗器的外形如图8-19所示，直流电抗器的连接如图8-20所示。 file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image012.jpg 七，输出交流电抗器 作用：抑制变频器的辐射干扰和感应干扰，还可以抑制电动机的振动。当变频器的干扰严重时或电动机振动时，可考虑接入，输出端通过电缆与电动机连接。 （注：电抗器的工作频率为变频器的PWM载波频率，因此交流输出电抗器可采用相当于1%电压降（即1%阻抗）或更低的电感量，就可达到抑制du/dt(电压随时间的变化量)的要求。电感量确切数值还取决于电动机的参数和电缆类型和长度、变频器的开关频率、电动机的运行频率和系统的杂散参数，因此有必要向制造商提出。工程上也可以用简单估算的方法来确定输出电抗器的电感量L=5.25/ I (式中L的单位为mH), I为变频器额定电流(A)。）
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