變頻驅(qū)動器（VFD）有很多種類型，有時候也被稱作逆變器、交流驅(qū)動器、變頻驅(qū)動器或可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速驅(qū)動器。

盡管在專業(yè)術(shù)語上用詞有所不同，但這些設(shè)備在某種意義上都可以說是變頻器，可以通過調(diào)節(jié)三相交流感應(yīng)或同步電機的輸入頻率和電壓來控制電機的轉(zhuǎn)速與力矩。

現(xiàn)代的變頻器，改變?nèi)嘟涣麟姍C的轉(zhuǎn)速已經(jīng)非常簡單，但在有些方面變化并不總是那么容易實現(xiàn)。盡管三相感應(yīng)電機發(fā)明于1880年代末期，到現(xiàn)在將近100年的時間了，但是使交流電機運行在多個轉(zhuǎn)速上仍然十分困難。

磁極的數(shù)量以及交流電機的物理結(jié)構(gòu)使得可變轉(zhuǎn)速交流電機從經(jīng)濟上并不可行，所以作為替代，直流電機被用來實現(xiàn)變頻應(yīng)用。

在1980年代，變頻器技術(shù)開始變得不那么昂貴，可靠性也更高?，F(xiàn)在，變頻器與傳統(tǒng)直流電機控制相比也開始有競爭力了，但是當(dāng)選擇變頻器時，清楚地了解應(yīng)用、安裝方法及配置十分關(guān)鍵。

變頻器負載

變頻器的主要功能就是改變?nèi)嘟涣鞲袘?yīng)電機的轉(zhuǎn)速。變頻器還能提供過載保護、啟動和停止控制，以及進行加、減速的調(diào)節(jié)。

可編程的加速和由處理器控制的電流限制能夠降低啟動時的尖峰電流，這是控制工廠最大瞬時功率負載以及相應(yīng)的峰值負荷需求的重要參數(shù)，經(jīng)常被公用事業(yè)公司來確定費率或額外費用。

圖1：對于任何應(yīng)用需求，變頻器幾乎都能滿足。正確理解這些需求，對優(yōu)化運行有幫助。本文所有圖片來源：AutomationDirect

當(dāng)準(zhǔn)備變頻器的技術(shù)規(guī)格時，非常重要的一點就是要理解應(yīng)用環(huán)境，并據(jù)此擇適用的驅(qū)動（參見圖1）。

首先應(yīng)該考慮負載運行曲線。對于力矩不變的應(yīng)用：如傳送帶、攪拌器和壓縮機，以及變力矩的應(yīng)用：比如泵、風(fēng)機和鼓風(fēng)機，需要區(qū)別對待并小心處理過載比例。

比如，在嘗試以比其基本轉(zhuǎn)速更快的速度驅(qū)動風(fēng)機時，可能會對所需的電量產(chǎn)生顯著的影響，因為風(fēng)機的馬力隨著轉(zhuǎn)速而發(fā)生變化。將風(fēng)機運轉(zhuǎn)的更快，會消耗更多額外的能量，也許會導(dǎo)致變頻器過載。

而將轉(zhuǎn)速降低一半，則可以將能量需求降低75%或更多，根據(jù)相似定律，這同樣適用于泵和風(fēng)機。

在很多應(yīng)用場合，都可以利用其在低轉(zhuǎn)速時可以降低功率消耗的特點，從而節(jié)省能源。比如，使用變頻器改變風(fēng)機轉(zhuǎn)速，來匹配負載，而不是用擋板來降低全速運轉(zhuǎn)風(fēng)機的氣流。

為了避免驅(qū)動過載的可能性，變頻器的選型應(yīng)該基于最大電流及峰值力矩需求，因為如果單獨根據(jù)馬力來選擇，可能并不能滿足施加在電機上的最大力矩需求。盡管大多數(shù)變頻器能處理的馬力范圍都很寬，但是如果接近限值時，建議選型要大一點。

一個超大型的電機，其效率比采用一個合適大小的電機要低一些，但是變頻器能夠幫助降低這種低效，降低由于選擇尺寸過大的驅(qū)動和電機所造成的初始成本的增加。

被動拖曳型負載

另外可能導(dǎo)致問題發(fā)生的應(yīng)用是被動拖曳型負載（overhauling loads）——高慣性負載降低轉(zhuǎn)速的速度要比惰走的速度要快，或者正常運行時作為后備的驅(qū)動所產(chǎn)生的負載。

當(dāng)存在被動拖曳型負載時，電機就變成了發(fā)電機，必須耗散掉所產(chǎn)生的能量。有多種選擇可以處理這種負載。在某些情況下，過大的驅(qū)動能夠幫助完成這種任務(wù)，但是只有在邊際情況下才能起作用。

比較常用的方式是使用具有大電阻的動態(tài)剎車裝置，將額外的能源轉(zhuǎn)換成熱量。

盡管某些變頻器利用其內(nèi)置的電阻器可以產(chǎn)生高達20%的剎車力矩，但是增加外部剎車阻尼可以大大的提升變頻器的剎車力矩。更大的變頻器普遍需要外部剎車裝置來處理被動拖曳的情況。

在被動拖曳型工況下，一個常見的問題是在加速過程中的過電壓驅(qū)動故障。但是，選型適當(dāng)?shù)膭x車阻尼可以消除這些過電壓故障，因為由電機所產(chǎn)生的額外能量可以簡單的通過阻尼以熱量的形式耗散。

更高端的、費用更高的解決方案包括再生驅(qū)動器，能夠?qū)㈩~外的能量送到驅(qū)動器的線路側(cè)，以及公共母線驅(qū)動。

在公共母線系統(tǒng)，每個變頻器都有其自己的直流母線，連接至公共母線，這樣其它驅(qū)動就可以利用維修驅(qū)動所產(chǎn)生的額外能力。當(dāng)拖曳驅(qū)動所產(chǎn)生的能量非常大時，這兩種類型的驅(qū)動系統(tǒng)都具有很高的經(jīng)濟性。

噪聲問題

作為變頻器應(yīng)用和安裝的一部分，必須確定合適的配件來處理噪聲事宜。電氣噪聲可能來自外部，施加在驅(qū)動的線路側(cè)或負載側(cè)，也可能由驅(qū)動自身產(chǎn)生。

工廠現(xiàn)有的噪聲或驅(qū)動線路側(cè)的噪聲，一般不會影響現(xiàn)代的變頻器。然而，驅(qū)動自身所產(chǎn)生的諧波噪聲施加在線路側(cè)，可能會影響工廠內(nèi)的其它設(shè)備。

對大多數(shù)應(yīng)用來講，在變頻器的上游電路安裝濾波器是一個劃算的投資。最低限度，應(yīng)該考慮在控制盒內(nèi)為濾波器、電抗器或驅(qū)動（隔離）變壓器預(yù)留空間，以防在安裝后發(fā)現(xiàn)需要這些設(shè)備（參見圖2）。

圖2：該圖展示的是安裝在控制盒內(nèi)的交流驅(qū)動和接線。變頻器外殼大一些，有助于散熱，也有助于安裝其它相關(guān)部件。

變頻器及其控制的電機能夠產(chǎn)生EMI，這會影響附近的敏感設(shè)備，尤其是模擬量接線和回路。使用適當(dāng)?shù)慕拥丶夹g(shù)，可以很好的消除EMI。

當(dāng)設(shè)備的不同部分通過多個路徑連接到接地網(wǎng)所產(chǎn)生的接地回路，可以通過使用公共電源回路和單點接地來消除。有時為了降低驅(qū)動所產(chǎn)生的EMI/EMF，需要使用電源濾波器、線路濾波器、線路/負載電抗器、甚至是隔離變壓器。

變頻器也能在電機電纜上產(chǎn)生擾動，最明顯的是諧波和反射波，但是一般情況下并不被看作電氣噪聲。諧波由可控硅的高頻切換造成的，可控硅用于調(diào)制從變頻器輸出到電機的脈沖寬度。

由于這些諧波能降低電機的效率，因此，為了減少驅(qū)動輸出側(cè)的諧波，負載電抗器也是必要的。

在某個時間點上，在從驅(qū)動到電機的電纜上，反射波可以使電機上的電壓加倍。產(chǎn)生的電壓可能會對電機的絕緣造成損傷。因此，推薦在驅(qū)動的輸出電纜上安裝電抗器，尤其是當(dāng)電纜長度超過125英尺時。

為電機規(guī)定適當(dāng)?shù)慕^緣等級也能幫助避免反射波問題。舉個例子，如果運行在高線電壓，比如480Vac，那逆變器應(yīng)當(dāng)配置1000V或更高的絕緣等級。

配置問題

沒有任何理由，在電機的銘牌上填寫不正確的數(shù)據(jù)，但是這確實經(jīng)常發(fā)生?？紤]到變頻器也為電機提供過載保護，因此如果填寫的銘牌數(shù)據(jù)不正確，可能會造成各種各樣的故障，甚至?xí)?dǎo)致電機損壞。

如果發(fā)生由于錯誤的銘牌或其它事項導(dǎo)致的問題，一般可以通過檢查驅(qū)動器顯示屏上的故障代碼來確定。老式的驅(qū)動器顯示的代碼并不能清楚地顯示故障的原因，因此必須查詢手冊，以便將代碼翻譯成可用的信息。

較新的變頻器一般會將故障信息以英文文本（或者其它語言，如果這種語言存在并確實如此組態(tài)的話）方式呈現(xiàn)，而不是數(shù)字字母代碼，這樣就大大簡化了故障診斷的過程（參見圖3）。

圖3：現(xiàn)代變頻器顯示故障名稱而不是代碼，這樣就可以加速和簡化故障診斷。

有數(shù)十種變頻器組態(tài)參數(shù)需要理解。盡管在默認值狀態(tài)下，很多參數(shù)也可以很好的工作，但是認真閱讀手冊并調(diào)整參數(shù)以便優(yōu)化驅(qū)動器的運行，是一個不錯的選擇。

一般情況下，由于供應(yīng)商對他們產(chǎn)品的細微差別非常熟悉，因此在參數(shù)優(yōu)化方面，供應(yīng)商會提供協(xié)助。

至少應(yīng)該做到，將新的變頻器按照電機的銘牌數(shù)據(jù)（滿負荷電流、額定電壓和轉(zhuǎn)速）、期望的控制模式（鍵盤控制、2線制、3線制、或者網(wǎng)絡(luò)通訊）、期望的轉(zhuǎn)速參考（0到10V、 4-20mA、 鍵盤、網(wǎng)絡(luò)通訊等等）來進行編程。

在矢量驅(qū)動的自動調(diào)節(jié)算法中，常用的配置參數(shù)設(shè)置已經(jīng)被激活，這些參數(shù)設(shè)置可以改善控制，提高效率。了解這些配置參數(shù)和設(shè)置，必要的話對默認參數(shù)進行調(diào)整，能夠確保正常運行、最大效率和優(yōu)化控制。

最終檢查

做一個簡單的檢查有助于確保變頻器的有效運行。對于任何應(yīng)用來講，確定正確的輸入電壓，正確理解負載的特性十分關(guān)鍵。

通過了解負載，可以很容易消除大多數(shù)過電流工況。對大多數(shù)應(yīng)用來講，通過實施下列檢測步驟，可以實現(xiàn)高效的運行：

■ 確保輸入電壓正確；
■ 了解負載特性；
■ 消除過電流工況；
■ 如果可能的話，延長加速、減速時間；
■ 避免變頻器噪聲影響-以及電廠其余部分。

避免過快的加速或減速，可以較少過負荷或過電壓故障，從而可以節(jié)約能源。檢查驅(qū)動器顯示，處理經(jīng)常發(fā)生的故障。遵循有效的噪聲消除技術(shù)。