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摘 要：近年来，随着社会经济的快速发展和科学技术的不断进步，低压变频装置和变频技术也在不断的成熟和改进，在节能及优化生产控制方面发挥重要作用。对低压变频装置的工作原理、特点等内容进行分析，并结合某沥青生产装置的应用就低压变频装置的选用谈一点看法，以供参考。
关键词：低压变频装置 原理 特点 应用
中图分类号：TM921.51 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）012-132-02
所谓低压变频装置，实际上就是指电压等级不超过690伏的可调输出频率交流电机驱动设备。近年来，随着计算机信息技术以及电力、电子技术的快速发展，现代国内低压变频装置的类型呈现出多样化的特点，而且其应用范围更加的广泛。
1 低压变频装置工作原理分析
对于低压变频装置而言，其工作原理主要体现在它可以将工频交流电源有效的转换成频率可调的相关电源装置，然后以交流电动机同步转速为基础，通过改变频率即可实现对交流电动机转速的有效控制。低压变频装置即为根据该原理研发出而成电源变换设备。实践中可以看到，通用变频设备与专用变频设备之间的工作原理基本相同，只是专用变频器以专业设备特性为基础研发而成，实践应用中更具针对性。在普通的低压变频装置上，适当的增加一些更专业应用功能，或者增加特殊应用功能，即可改变变频装置的属性。比如，冶金、起重以及沥青工业生产应用过程中，电机可能短时处于超负荷运行状态，因此变频装置的额定容量必须足够大，而且过载能力也要非常的强。对于电流型变频装置、电压型变频装置而言，其工作原理存在着较大的差异性。其中，电流型变频装置整流、逆变单元电子设备均为可关断型晶闸管，最大的特点在于输出与输入均具有可逆性，并且可实现四象限运行；而电压型变频装置的主回路整流元件多为二极管，逆变元件所采用的多是绝缘栅晶体管。虽然该种变频器结构相对比较简单，而且技术也已经非常的成熟，但在低压变频器中的应用并不广泛，其主要原因在于存在着不能四象限运行的缺陷问题。
2 低压变频装置特点分析
低压变频装置的优点之一就是可以实现变频节能。为了满足工艺生产的波动及生产异常应急需要，各机械设备在配用动力驱动设计过程中，基本都留有富余，正常生产期间，电机难以在满负荷状态下运行，严重浪费了电能资源。通过变频技术，可有效提高非满负荷运行情况的用电效率，特别在泵类、风机类设备中效果明显。如某离心泵电机的额定功率是55kW，转速下降至额定转速的4/5时，耗电量大约在28kW，由此可节省电能48%左右；当转速下降至额定转速一半时，电量消耗大约为6.8kW，此时可节省电能87%左右。某沥青生产装置2007年至2009年分批对18台油泵、3台风机加装变频控制，装机容量约1 000KW。据“十一五”节能监测结果，该装置2010年产品加工单位电耗为4.47kwh/t，比2007年降低了0.62kwh，按2010年加工60万吨计算，每年可节电37.2万kwh。据经济估算，2-3年节约的电费可收回变频控制改造的投资。
变频装置具有良好的传动调速特点。就变频装置而言，其体积小、负载成本低以及维护方便，负载采用的是三相异步电动机，成本费用大幅度降低，同时也有效的简化了相关工艺。对于以前许多需要用直流电动机的场合，由于设备体积大、占用空间多，现在可以用交流电动机替代，节省了空间；以前直流调速系统和设备相对比较复杂，尤其是很多应用领域要求励磁电流、以及转矩电流互相调节，而且各闭环控制彼此之间相互影响，维护与操作非常的复杂和困难。变频调速传动系统性能已经超过直流调速系统，各行各业中可广泛应用和推广。
变频装置具备通信功能，可实现信息化管理。实际应用中，只需根据配套设备性质、设置好变频器相应参数，可通过应用数控系统对其进行有效控制，实现远程实时监视变频装置的运行状况、故障监察、数据维护等功能；同时，还可以通过工业总线、通信接口有效的连接在一起，通过总线与DCS系统等组建自动化控制系统，实现自动化、信息化、数字化管理。
3 变频装置选择
安装变频装置范围确定。除了工艺控制需要外，节能是选择变频控制的重要依据。大多数的生产装置特别是化工生产装置在开工阶段或停工阶段与正常生产情况下的电机负荷变化是比较大的，在开停工阶段可能是满负荷运行，但在正常时可能为50%甚至更低，如在沥青生产装置中沥青泵正常生产状态下负荷为开工阶段负荷的40%左右，加热炉风机在生产状态下负荷为额定负荷的40%左右，从安全保障考虑，针对沥青装置的主要机泵需保证随时切换的特点，包括备用设备全部安装变频控制在经济上是合适的，类似生产负荷变化较大的设备可取得明显的效果；至于辅助设备，如产品装车泵等，根据该类设备短期维修不影响生产的特点，为降低投资成本，可选择主、备用泵共用一台变频器控制方式。采取“一拖二”模式时，会增加两台设备同时启动等误操作的风险，可在主、备用设备控制回路增加锁功能提高运行的安全性；同时在日常管理上采取备用设备停电，在切换时再送电的方式加以管理，保证设备安全。如运行负荷高于85%额定负荷安装变频需要回收投资的周期需5年或更长，但可达到节能减排的效益，因此，全面推广变频技术具有良好的社会效益和经济效益。
对于变频装置而言，其性能衡量指标主要包括控制模式、起动转矩、控制信号类型、转矩控制精度、速度控制方法、多段速度设定、频率跳跃功能以及载波频率和通信接口等，目前国内外关于变频装置的操作与应用维护基本相近，主要差别只是在于不同品牌变频装置的功能、质量、通信接口、控制信号 以及特定定义等方面的差异。实际应用中，只需根据所需的功能要求，满足功能和指标即可，并将其作为衡量变频装置的一项重要标准和参考。
低压变频装置的选择，变频装置型式、容量是两个重要的指标，选型的原则在于功能特性要求确保安全可靠，能够满足工艺要求；性价比一定要高，而且低压变频装置类型选择时应根据负载特性具体实施。对于泵类、风机等低速下负载转矩相对较小的情况，可选择专用功能型低压变频装置；对于恒转矩类负载、静态转速精度要求较高的一些机械而言，应当用那些转矩控制功能高的低压变频装置，该变频装置低速转矩硬度非常的大，而且不怕负载冲击。对于精度要求高、动态性能强以及速度响应快的一些生产机械设备来说，应当选择矢量控制、直接转矩控制型低压变频装置。就容量而言，多数低压变频装置基本上都将额定电流与可配用电动机功率、容量等参数标示出来了，尤其是后两项通常是变频装置生产厂家安装国家、或者公司生产标准给出的数据，实践中不能以此作为变频装置准确带负载能力，只有额定电流可以准确反映低压变频装置负载能力。基于此，以电动机额定电流保持在低压变频装置的额定电流范围内为基准，选择容量合适的低压变频装置，而电动机额定功率仅为参考数据。 选择变频装置要与自动控制系统相匹配。在确定整个系统组建模式、I/O 接口、控制信号以及通信接口的基础上，对各项性能指标、规范要求等进行全面的归纳，严格按照归纳结果对技术进行咨询，确保与生产控制系统匹配。
选型时还对低压变频装置的性能、应用寿命以及价格和服务质量进行综合对比，以确定低压变频装置的型号、品牌以及规格和供应商。为了便于备品备件准备及日常维修，同类规格的变频装置宜选择同一供应商。
4 变频装置使用注意事项
低压变频装置由于输出谐波，可能会导致电动机功率因数、效率等变坏，此时利用低压变频装置给电动机供电，较之于用工频电网进行供电，电动机电流会明显的有所增加，而且一般都会在10%以上，升温20%左右。因此，在选择低压变频装置时，一定要留有富余容量，以免温度升高太大，对电动机寿命产生不利影响。
理论上变频范围可大范围调频，由于大多数设备配套电机均为普通电机，要避免超频运行；在低速运行时注意电机的散热，避免电机损坏。
温度影响。低压变频装置的应用环境温度通常在-10至+40℃范围之内，而且周围环境温度若超过40℃，则每升高1℃，变频装置就应当严格降额5%，否则会影响其应用寿命；当所处环境温度上升10℃时，低压变频装置的寿命就会随之减半，因此变频装置所处环境温度、散热问题一定要事先解决好。
湿度对低压变频装置的影响。当工作环境的湿度低于90%时，空气相对湿度不超过90%，湿度太高或者变化太大，低压变频装置易发生结露现象，影响绝缘性能，甚至造成短路。
海拔高度对低压变频装置的影响。低压变频装置处于海拔位置较高时，比如高度超过1km，则其输出功率会有所下降。在高海拔地区应用的场所，选选型时应根据厂家的意见对功率进行修正。
粉尘对粉尘装置的影响。粉尘特别是含有金属导电性粉尘进入变频装置内部，则可能会导致变频装置内部线路短路，将变频装置烧毁。要保证使用场所不含导电性粉尘。
变频装置会产生谐波电流，对配电系统、电子设备、控制信号等造成不良影响，存在容易引起发热、误动作、影响设备寿命等风险，在使用变频控制的同时要采取必要的消除谐波措施，如在变频装置电源端安装电抗器、安装谐波滤波器等。
5 结束语
低压变频装置的应用，不仅可以确保变频装置能够有满足生产率的提高、改善自动化水平和产品质量与生活环境之要求，而且还可以为现代企业的发展，尤其是节能降耗、节约成本提供技术支撑。近年来，随着我国社会经济的快速发展和工业化建设进程的不断加快，加之全球环境不断恶劣、资源短缺，能源、环境以及经济之间的关系逐渐成为社会各界广泛讨论的焦点。变频装置与生俱来的节电能力、适用范围广等特点等，可以实现节能降耗、保护环境之目的，因此其应用前景越来越广。
参考文献：
[1] 姚文熙，吕征宇，胡海兵，等.多相同步电动机中压变频调速装置系统集成[J].电工技术学报，2008（2）.
[2] 胡占民，陈听雨，郑斌.TMdrive-70交流变频装置在韶钢高速轧机上的应用[J].冶金自动化，2006（6）.
[3] 姚林碧.灯泡贯流泵机组变频装置特点与节能分析[J].南水北调与水利科技，2010（3）.
[4] 胡兴志，王纪坤.变频装置对煤矿安全监控系统电磁干扰的机理分析[J].华北科技学院学报，2013（1）.
[5] 梁涛，宋利杰，孙鹤旭，等.变频装置高速智能PROFIBUS通信接口模块的开发[J].电气传动，2008（2）.
[6] 王颖，刘云杰，蒋金明，等.变频装置在生活垃圾焚烧发电厂中的应用[J].环境卫生工程，2013（1）.
[7] 吕金明，贾守武，王长亮.变频装置在倾斜井巷提升控制系统中的应用[J].品牌与标准化，2012（16）.
关键词：低压变频装置 原理 特点 应用
中图分类号：TM921.51 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）012-132-02
所谓低压变频装置，实际上就是指电压等级不超过690伏的可调输出频率交流电机驱动设备。近年来，随着计算机信息技术以及电力、电子技术的快速发展，现代国内低压变频装置的类型呈现出多样化的特点，而且其应用范围更加的广泛。
1 低压变频装置工作原理分析
对于低压变频装置而言，其工作原理主要体现在它可以将工频交流电源有效的转换成频率可调的相关电源装置，然后以交流电动机同步转速为基础，通过改变频率即可实现对交流电动机转速的有效控制。低压变频装置即为根据该原理研发出而成电源变换设备。实践中可以看到，通用变频设备与专用变频设备之间的工作原理基本相同，只是专用变频器以专业设备特性为基础研发而成，实践应用中更具针对性。在普通的低压变频装置上，适当的增加一些更专业应用功能，或者增加特殊应用功能，即可改变变频装置的属性。比如，冶金、起重以及沥青工业生产应用过程中，电机可能短时处于超负荷运行状态，因此变频装置的额定容量必须足够大，而且过载能力也要非常的强。对于电流型变频装置、电压型变频装置而言，其工作原理存在着较大的差异性。其中，电流型变频装置整流、逆变单元电子设备均为可关断型晶闸管，最大的特点在于输出与输入均具有可逆性，并且可实现四象限运行；而电压型变频装置的主回路整流元件多为二极管，逆变元件所采用的多是绝缘栅晶体管。虽然该种变频器结构相对比较简单，而且技术也已经非常的成熟，但在低压变频器中的应用并不广泛，其主要原因在于存在着不能四象限运行的缺陷问题。
2 低压变频装置特点分析
低压变频装置的优点之一就是可以实现变频节能。为了满足工艺生产的波动及生产异常应急需要，各机械设备在配用动力驱动设计过程中，基本都留有富余，正常生产期间，电机难以在满负荷状态下运行，严重浪费了电能资源。通过变频技术，可有效提高非满负荷运行情况的用电效率，特别在泵类、风机类设备中效果明显。如某离心泵电机的额定功率是55kW，转速下降至额定转速的4/5时，耗电量大约在28kW，由此可节省电能48%左右；当转速下降至额定转速一半时，电量消耗大约为6.8kW，此时可节省电能87%左右。某沥青生产装置2007年至2009年分批对18台油泵、3台风机加装变频控制，装机容量约1 000KW。据“十一五”节能监测结果，该装置2010年产品加工单位电耗为4.47kwh/t，比2007年降低了0.62kwh，按2010年加工60万吨计算，每年可节电37.2万kwh。据经济估算，2-3年节约的电费可收回变频控制改造的投资。
变频装置具有良好的传动调速特点。就变频装置而言，其体积小、负载成本低以及维护方便，负载采用的是三相异步电动机，成本费用大幅度降低，同时也有效的简化了相关工艺。对于以前许多需要用直流电动机的场合，由于设备体积大、占用空间多，现在可以用交流电动机替代，节省了空间；以前直流调速系统和设备相对比较复杂，尤其是很多应用领域要求励磁电流、以及转矩电流互相调节，而且各闭环控制彼此之间相互影响，维护与操作非常的复杂和困难。变频调速传动系统性能已经超过直流调速系统，各行各业中可广泛应用和推广。
变频装置具备通信功能，可实现信息化管理。实际应用中，只需根据配套设备性质、设置好变频器相应参数，可通过应用数控系统对其进行有效控制，实现远程实时监视变频装置的运行状况、故障监察、数据维护等功能；同时，还可以通过工业总线、通信接口有效的连接在一起，通过总线与DCS系统等组建自动化控制系统，实现自动化、信息化、数字化管理。
3 变频装置选择
安装变频装置范围确定。除了工艺控制需要外，节能是选择变频控制的重要依据。大多数的生产装置特别是化工生产装置在开工阶段或停工阶段与正常生产情况下的电机负荷变化是比较大的，在开停工阶段可能是满负荷运行，但在正常时可能为50%甚至更低，如在沥青生产装置中沥青泵正常生产状态下负荷为开工阶段负荷的40%左右，加热炉风机在生产状态下负荷为额定负荷的40%左右，从安全保障考虑，针对沥青装置的主要机泵需保证随时切换的特点，包括备用设备全部安装变频控制在经济上是合适的，类似生产负荷变化较大的设备可取得明显的效果；至于辅助设备，如产品装车泵等，根据该类设备短期维修不影响生产的特点，为降低投资成本，可选择主、备用泵共用一台变频器控制方式。采取“一拖二”模式时，会增加两台设备同时启动等误操作的风险，可在主、备用设备控制回路增加锁功能提高运行的安全性；同时在日常管理上采取备用设备停电，在切换时再送电的方式加以管理，保证设备安全。如运行负荷高于85%额定负荷安装变频需要回收投资的周期需5年或更长，但可达到节能减排的效益，因此，全面推广变频技术具有良好的社会效益和经济效益。
对于变频装置而言，其性能衡量指标主要包括控制模式、起动转矩、控制信号类型、转矩控制精度、速度控制方法、多段速度设定、频率跳跃功能以及载波频率和通信接口等，目前国内外关于变频装置的操作与应用维护基本相近，主要差别只是在于不同品牌变频装置的功能、质量、通信接口、控制信号 以及特定定义等方面的差异。实际应用中，只需根据所需的功能要求，满足功能和指标即可，并将其作为衡量变频装置的一项重要标准和参考。
低压变频装置的选择，变频装置型式、容量是两个重要的指标，选型的原则在于功能特性要求确保安全可靠，能够满足工艺要求；性价比一定要高，而且低压变频装置类型选择时应根据负载特性具体实施。对于泵类、风机等低速下负载转矩相对较小的情况，可选择专用功能型低压变频装置；对于恒转矩类负载、静态转速精度要求较高的一些机械而言，应当用那些转矩控制功能高的低压变频装置，该变频装置低速转矩硬度非常的大，而且不怕负载冲击。对于精度要求高、动态性能强以及速度响应快的一些生产机械设备来说，应当选择矢量控制、直接转矩控制型低压变频装置。就容量而言，多数低压变频装置基本上都将额定电流与可配用电动机功率、容量等参数标示出来了，尤其是后两项通常是变频装置生产厂家安装国家、或者公司生产标准给出的数据，实践中不能以此作为变频装置准确带负载能力，只有额定电流可以准确反映低压变频装置负载能力。基于此，以电动机额定电流保持在低压变频装置的额定电流范围内为基准，选择容量合适的低压变频装置，而电动机额定功率仅为参考数据。 选择变频装置要与自动控制系统相匹配。在确定整个系统组建模式、I/O 接口、控制信号以及通信接口的基础上，对各项性能指标、规范要求等进行全面的归纳，严格按照归纳结果对技术进行咨询，确保与生产控制系统匹配。
选型时还对低压变频装置的性能、应用寿命以及价格和服务质量进行综合对比，以确定低压变频装置的型号、品牌以及规格和供应商。为了便于备品备件准备及日常维修，同类规格的变频装置宜选择同一供应商。
4 变频装置使用注意事项
低压变频装置由于输出谐波，可能会导致电动机功率因数、效率等变坏，此时利用低压变频装置给电动机供电，较之于用工频电网进行供电，电动机电流会明显的有所增加，而且一般都会在10%以上，升温20%左右。因此，在选择低压变频装置时，一定要留有富余容量，以免温度升高太大，对电动机寿命产生不利影响。
理论上变频范围可大范围调频，由于大多数设备配套电机均为普通电机，要避免超频运行；在低速运行时注意电机的散热，避免电机损坏。
温度影响。低压变频装置的应用环境温度通常在-10至+40℃范围之内，而且周围环境温度若超过40℃，则每升高1℃，变频装置就应当严格降额5%，否则会影响其应用寿命；当所处环境温度上升10℃时，低压变频装置的寿命就会随之减半，因此变频装置所处环境温度、散热问题一定要事先解决好。
湿度对低压变频装置的影响。当工作环境的湿度低于90%时，空气相对湿度不超过90%，湿度太高或者变化太大，低压变频装置易发生结露现象，影响绝缘性能，甚至造成短路。
海拔高度对低压变频装置的影响。低压变频装置处于海拔位置较高时，比如高度超过1km，则其输出功率会有所下降。在高海拔地区应用的场所，选选型时应根据厂家的意见对功率进行修正。
粉尘对粉尘装置的影响。粉尘特别是含有金属导电性粉尘进入变频装置内部，则可能会导致变频装置内部线路短路，将变频装置烧毁。要保证使用场所不含导电性粉尘。
变频装置会产生谐波电流，对配电系统、电子设备、控制信号等造成不良影响，存在容易引起发热、误动作、影响设备寿命等风险，在使用变频控制的同时要采取必要的消除谐波措施，如在变频装置电源端安装电抗器、安装谐波滤波器等。
5 结束语
低压变频装置的应用，不仅可以确保变频装置能够有满足生产率的提高、改善自动化水平和产品质量与生活环境之要求，而且还可以为现代企业的发展，尤其是节能降耗、节约成本提供技术支撑。近年来，随着我国社会经济的快速发展和工业化建设进程的不断加快，加之全球环境不断恶劣、资源短缺，能源、环境以及经济之间的关系逐渐成为社会各界广泛讨论的焦点。变频装置与生俱来的节电能力、适用范围广等特点等，可以实现节能降耗、保护环境之目的，因此其应用前景越来越广。
参考文献：
[1] 姚文熙，吕征宇，胡海兵，等.多相同步电动机中压变频调速装置系统集成[J].电工技术学报，2008（2）.
[2] 胡占民，陈听雨，郑斌.TMdrive-70交流变频装置在韶钢高速轧机上的应用[J].冶金自动化，2006（6）.
[3] 姚林碧.灯泡贯流泵机组变频装置特点与节能分析[J].南水北调与水利科技，2010（3）.
[4] 胡兴志，王纪坤.变频装置对煤矿安全监控系统电磁干扰的机理分析[J].华北科技学院学报，2013（1）.
[5] 梁涛，宋利杰，孙鹤旭，等.变频装置高速智能PROFIBUS通信接口模块的开发[J].电气传动，2008（2）.
[6] 王颖，刘云杰，蒋金明，等.变频装置在生活垃圾焚烧发电厂中的应用[J].环境卫生工程，2013（1）.
[7] 吕金明，贾守武，王长亮.变频装置在倾斜井巷提升控制系统中的应用[J].品牌与标准化，2012（16）.