变频器外接主电路及电器选择要点

在组建变频调速系统时，先要根据负载选择变频器，再给变频器选择相关的外围设备。

变频调速系统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，变频器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，如图6-1所示。

图6-1 变频器主电路的外围设备和接线

在实际应用中，图6-1中的电路并不一定全部都要连接，有的电器是选购件。

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；还有一些系统为了减少设备投资，由一台变频器连接多台电动机，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，常见的供水系统就是这样的。对于这种能够实现工频和变频切换的电路中，熔断器FU和热继电器FR是不会省略的，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。

1.主电路外接设备的接线

（1）单独控制的主电路

变频器在实际应用中，还需要和许多外接的配件一起使用，图6-2是单独控制的外接主电路。图中，QF是空气断路器，KM是接触器的主触头，UF是变频器。

图6-2 变频器的外接接电路

a）实际接线 b）电路符号

图6-2中主要电器及功能如下。

1）断路器的主要功能。

①隔离作用。当变频器需要检修，或因某种原因而长时间不用时，将QF切断，使变频器与电源隔离。

②保护作用。当变频器的输入侧发生短路等故障时，进行保护。

2）接触器的主要功能。

①可通过按钮方便地控制变频器的通电与断电。

②变频器发生故障时，可自动切断电源。

由于变频器有比较完善的过电流和过载保护功能，且断路器也具有过电流保护功能，因此变频器进线侧可不必接熔断器。

又由于变频器内部具有电子热保护功能，因此在只接一台电动机的情况下，可不必接热继电器。

（2）和工频切换的主电路

1）和工频切换的必要性：

①在供水系统中，为了减少设备的投资费用，常常采用由一台变频器来控制两台或三台水泵的方案。其工作过程是：首先由变频器控制1＃泵，实现恒压供水，当工作频率已经达到49Hz或50Hz，而供水量尚不足时，将1＃泵切换成工频运行，再由变频器去起动2＃泵，以此类推。

②某些生产机械是不允许停机的。当变频器因发生故障而跳闸时，须将电动机迅速切换至工频运行，使生产机械不停机。

2）电路（见图6-3）特点：

①QF、KM1的作用同单独控制的主电路。

②由于电动机具有在工频下运行的可能性，因此熔断器FU和热继电器KR是不能省略的。

③在进行控制时，变频器的输出接触器KM2和工频接触器KM3之间必须有可靠的互锁，防止工频电源直接与变频器的输出端相接而损坏变频器。

2.主电路外接电器的选择

（1）断路器QF的选用

由于低压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。

图6-3 切换控制的主电路

1）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。

一般变频器允许的过载能力为额定电流的150％，运行1min。因此为了避免误动作，低压断路器的额定电流I_QN应选

I_QN≥（1.3～1.4）I_N（I_N为变频器的额定电流）

2）在电动机要求实现工频和变频的切换控制电路中，断路器应按电动机在工频下的起动电流来进行选择：

I_ON≥2.5I_MN（I_MN为电动机的额定电流）(www.xing528.com)

（2）接触器

接触器的功能是在变频器出现故障时切断主电源，并防止掉电及故障后的再起动。接触器根据连接的位置不同，其型号的选择也不尽相同，下面以图6-3所示工频／变频切换控制主电路为例，介绍接触器的选择方法。

1）输入侧接触器的选择。输入侧接触器的选择原则是，主触头的额定电流I_KN只需大于或等于变频器的额定电流I_N即可，即I_KN≥I_N。

2）输出侧接触器的选择。输出侧接触器仅用于和工频电源切换等特殊情况下，一般不用。因为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，故主触头的额定电流I_KN满足

I_KN≥1.1I_MN（I_MN为电动机的额定电流）

（3）输入交流电抗器

输入交流电抗器可抑制变频器输入电流的高次谐波，明显改善功率因数。输入交流电抗器为选购件，在以下情况上应考虑接入交流电抗器：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；同一电源上接有晶闸管负载或在电源端带有开关控制调整功率因数的电容器；三相电源的电压不平衡度较大（≥3％）；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；变频器的功率大于30kW。

接入的交流电抗器应满足以下要求：电抗器自身分布电容小；自身的谐振点要避开抑制频率范围；保证工频压降在2％以下，功耗要小。

在选用交流电抗器时，为了减小电抗器对电能的损耗，要求电抗器的电感量与变频器的容量相适应。表6-1列出了一些常用交流电抗器的规格。

表6-1 一些常用交流电抗器的规格

（4）制动电阻及制动单元

制动电阻及制动单元的功能是当电动机因频率下降或货物下降（如起重机械）而处于再生制动状态时，避免在直流电路中产生过高的泵生电压。

1）制动电阻R_B的选择。

①制动电阻R_B的大小：

式中，U_DH为直流电路电压的允许上限值（V），在我国，U_DH≈600V。

②电阻的功率P_B：

式中，γ为修正系数。

在不反复制动的场合：设t_B为每次制动所需时间；t_C为每个制动周期所需时间。

若每次制动时间小于10s，可取γ＝7；若每次制动时间超过100s，可取γ＝1；若每次制动时间在两者之间，则γ大体上可按比例算出。

在反复制动的场合 如t_B／t_C≤0.01，取γ＝5；如t_B／t_C≥0.05，取γ＝1；如0.01＜t_B／t_C＜0.15，则γ大体上可按比例算出。

③常用制动电阻的阻值与容量的参考值见表6-2。

表6-2 常用制动电阻的阻值与容量的参考值（电源电压：380V）

（续）

由于制动电阻的容量不易准确掌握，如果容量偏小，则极易烧坏。因此，制动电阻箱内应附加热继电器FR。

2）制动单元VB：一般情况下，只需根据变频器的容量进行配置即可。

（5）无线电噪声滤波器

变频器的输入和输出电流中都含有很多高次谐波成分。这些高次谐波电流除了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。

滤波器就是用来削弱这些较高频率的谐波电流，以防止变频器对其他设备的干扰。滤波器主要由滤波电抗器和电容器组成。

（6）输出交流电抗器

输出交流电抗器用于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。输出交流电抗器是选购件，当变频器干扰严重或电动机振动时，可考虑接入。输出交流电抗器的选择与输入交流电抗器相同。

（7）改善功率因数的直流电抗器

直流电抗器接在变频系统的直流环节和逆变环节之间，能使逆变环节运行更稳定，改变功率因数，可将功率因数提高到0.9以上。由于其体积较小，因此许多变频器已将直流电抗器直接装在变频器内。

直流电抗器除了提高功率因数外，还可削弱在电源刚接通瞬间的冲击电流。如果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。常用直流电抗器的规格见表6-3。

表6-3 常用直流电抗器的规格