在交流电动机调速方式中,变频器调速既能实现无级调速,又能节能,在工业生产中应用十分广泛。然而变频器常处在一个较“复杂”的环境中,本身输入侧是一个非线性的整流电路,外接电源电网含有谐波,还有其他设备的高次谐波等等。因此,尽管选择性能优良的变频器,但组建的系统中变频器运行效果不令人满意。大量工程实践证明,为了防止电网和其他干扰源对变频器的干扰,同时减少变频器将对其他设备和电网的影响,常在变频器的输入、输出端配置相应的滤波器、电抗器、断路器等外围设备。所以变频器保护外围设备的合理选择,是保证变频器正常运行的先决条件。但由于电源容量、输入电压、变频器与电动机的电缆长短、变频器输出频率的大小等不同,选择保护设备不能一概而论,势必给工程设计人员带来一定的困难。为此,下面给出相关的选择方法和计算依据。
变频器外围保护设备的组成为了提高变频器的工作性能,实现变频器和电动机的保护,减少变频器和周围其他电气设备的相互影响,在变频器的输入、输出端配备的外围保护设备如图1 所示。
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由于电源容量、输入电压、变频器与电动机的电缆长短、变频器输出频率的大小等不同,选择保护设备并不一定按图1的方式,有些外围设备可以不要。要与不要根据实际情况而定,下面将给出选择的依据。
1.隔离开关
隔离开关的作用是在电源切除后,将线路与电源明显地隔开,以确保检修人员的安全。其选择应根据其额定电压、额定电流和装置环境来考虑。
2.断路器
断路器的的作用有二:一是用于回路的正常通断;二是当出现过流或短路故障时能自动切断电源,避免因后级设备故障造成故障范围扩大。其选择原则同一般断路器。
3.输入电抗器
输入电抗器又称电源协调电抗器,它能够限制电网电压突变和操作过电压引起的电流冲击,有效地保护变频器和改善其功率因数,有效地抑制谐波电流。输入电抗器串连在电源进线与变频器输入侧,用于抑制输入电流的高次谐波,减少电源浪涌对变频器的冲击,改善三相电源的不平衡性,提高输入电源的功率因数(可提高到0.85)。输入电抗器既能阻止来自电网的干扰,又能减少整流单元产生的谐波电流对电网的污染。当电源容量很大时,更要防止各种过电压引起的电流冲击,因为它们对变频器内整流二极管和滤波电容器都是有威胁的。
(1)要安装输入电抗器的场合
并非任何场合都需要安装输入电抗器,下面三种情况则需安装输入电抗器。
1 ) 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;电源容量为600 kVA 及以上,且变频器安装位置离大容量电源在10 m 以内。图2 为需要安装输入电抗器的电源容量。
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2)三相电源电压不平衡率大于3%。电源电压不平衡系数K 按下式计算:
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式中,Umax 为最大一相电压;Umin 为最小一相电压;Up 为三相平均电压。
3)当有其他晶闸管整流装置与变频器共同用同一进线电源,或进线电源端接有通过开关切换以调整功率因数的电容器装置。为减少浪涌对变频器的冲击,须安装输入电抗器。