中心議題：

• 變頻器保護外圍設備的選擇方法和計算依據

在交流電動機調速方式中，變頻器調速既能實現無級調速，又能節能
，在工業生產中應用十分廣泛。然而變頻器常處在一個較“複雜”的(de)環(huan)境(jing)中(zhong)，本(ben)身(shen)輸(shu)入(ru)側(ce)是(shi)一(yi)個(ge)非(fei)線(xian)性(xing)的(de)整(zheng)流(liu)電(dian)路(lu)，外(wai)接(jie)電(dian)源(yuan)電(dian)網(wang)含(han)有(you)諧(xie)波(bo)
，還(hai)有(you)其(qi)他(ta)設(she)備(bei)的(de)高(gao)次(ci)諧(xie)波(bo)等(deng)等(deng)。因(yin)此(ci)，盡(jin)管(guan)選(xuan)擇(ze)性(xing)能(neng)優(you)良(liang)的(de)變(bian)頻(pin)器(qi)，但(dan)組(zu)建(jian)的(de)係(xi)統(tong)中(zhong)變(bian)頻(pin)器(qi)運(yun)行(xing)效(xiao)果(guo)不(bu)令(ling)人(ren)滿(man)意(yi)。大(da)量(liang)工(gong)程(cheng)實(shi)踐(jian)證(zheng)明(ming)，為(wei)了(le)防(fang)止(zhi)電(dian)網(wang)和(he)其(qi)他(ta)幹(gan)擾(rao)源(yuan)對(dui)變(bian)頻(pin)器(qi)的(de)幹(gan)擾(rao)
，同(tong)時(shi)減(jian)少(shao)變(bian)頻(pin)器(qi)將(jiang)對(dui)其(qi)他(ta)設(she)備(bei)和(he)電(dian)網(wang)的(de)影(ying)響(xiang)，常(chang)在(zai)變(bian)頻(pin)器(qi)的(de)輸(shu)入(ru)、輸出端配置相應的濾波器

、電抗器
、斷路器等外圍設備。所以變頻器保護外圍設備的合理選擇，是保證變頻器正常運行的先決條件。但由於電源容量、輸入電壓、變頻器與電動機的電纜長短
、變bian頻pin器qi輸shu出chu頻pin率lv的de大da小xiao等deng不bu同tong，選xuan擇ze保bao護hu設she備bei不bu能neng一yi概gai而er論lun
，勢shi必bi給gei工gong程cheng設she計ji人ren員yuan帶dai來lai一yi定ding的de困kun難nan。為wei此ci，下xia麵mian給gei出chu相xiang關guan的de選xuan擇ze方fang法fa和he計ji算suan依yi據ju。

變bian頻pin器qi外wai圍wei保bao護hu設she備bei的de組zu成cheng為wei了le提ti高gao變bian頻pin器qi的de工gong作zuo性xing能neng
，實shi現xian變bian頻pin器qi和he電dian動dong機ji的de保bao護hu
，減jian少shao變bian頻pin器qi和he周zhou圍wei其qi他ta電dian氣qi設she備bei的de相xiang互hu影ying響xiang
，在zai變bian頻pin器qi的de輸shu入ru、輸出端配備的外圍保護設備如圖1 所示。

由於電源容量、輸入電壓、變頻器與電動機的電纜長短
、變頻器輸出頻率的大小等不同，選擇保護設備並不一定按圖1的方式，有些外圍設備可以不要。要與不要根據實際情況而定，下麵將給出選擇的依據。

1.隔離開關

隔離開關的作用是在電源切除後
，將線路與電源明顯地隔開，以確保檢修人員的安全。其選擇應根據其額定電壓、額定電流和裝置環境來考慮。

2.斷路器

斷路器的的作用有二：一是用於回路的正常通斷；二是當出現過流或短路故障時能自動切斷電源，避免因後級設備故障造成故障範圍擴大。其選擇原則同一般斷路器。

3.輸入電抗器

shurudiankangqiyouchengdianyuanxietiaodiankangqi，tanenggouxianzhidianwangdianyatubianhecaozuoguodianyayinqidedianliuchongji，youxiaodibaohubianpinqihegaishanqigonglvyinshu，youxiaodiyizhixiebodianliu。shurudiankangqichuanlianzaidianyuanjinxianyubianpinqishuruce，yongyuyizhishurudianliudegaocixiebo，jianshaodianyuanlangyongduibianpinqidechongji，gaishansanxiangdianyuandebupinghengxing，tigaoshurudianyuandegonglvyinshu（可提高到0.85）。shurudiankangqijinengzuzhilaizidianwangdeganrao，younengjianshaozhengliudanyuanchanshengdexiebodianliuduidianwangdewuran。dangdianyuanronglianghendashi，gengyaofangzhigezhongguodianyayinqidedianliuchongji，yinweitamenduibianpinqineizhengliuerjiguanhelvbodianrongqidoushiyouweixiede。

（1）要安裝輸入電抗器的場合

並非任何場合都需要安裝輸入電抗器，下麵三種情況則需安裝輸入電抗器。

1 ） 變頻器所用之處的電源容量與變頻器容量之比為10∶1 以上；電源容量為600 kVA 及以上，且變頻器安裝位置離大容量電源在10 m 以內。圖2 為需要安裝輸入電抗器的電源容量。

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2）三相電源電壓不平衡率大於3%。電源電壓不平衡係數K 按下式計算：

式中，Umax 為最大一相電壓；Umin 為最小一相電壓；Up 為三相平均電壓。

3）當dang有you其qi他ta晶jing閘zha管guan整zheng流liu裝zhuang置zhi與yu變bian頻pin器qi共gong同tong用yong同tong一yi進jin線xian電dian源yuan，或huo進jin線xian電dian源yuan端duan接jie有you通tong過guo開kai關guan切qie換huan以yi調tiao整zheng功gong率lv因yin數shu的de電dian容rong器qi裝zhuang置zhi。為wei減jian少shao浪lang湧yong對dui變bian頻pin器qi的de衝chong擊ji，須xu安an裝zhuang輸shu入ru電dian抗kang器qi。

（2）輸入電抗器參數選擇

1）輸入電抗器壓降的選擇 輸入電抗器的容量一般按預期在電抗器每相繞組上的壓降來決定
，而選擇壓降或用網側相電壓的2%～4%，或按表1 的數據選取。

輸入電抗器壓降不宜取得過大，壓降過大會影響電動機轉矩。一般情況下選取進線電壓的4%（8.8 V）已足夠，在較大容量的變頻器中如75 kW 以上可選用10 V 壓降。

2）輸入電抗器的額定電流IL的選取 單相變頻器配置的輸入電抗器的額定電流IL ＝變頻器的額定電流IN，三相變頻器配置的輸入電抗器的額定電流I L ＝變頻器的額定電流IN × 0.82。

3）輸入電抗器的電感量L的計算 知道了壓降和額定電流，則輸入電抗器的電感量L 的計算公式下：

4.輸出電抗器

輸出電抗器有助於改善變頻器的過電流和過電壓。變頻器和電動機之間采用長電纜或向多電動機（10～50 台）供電時，由於變頻器工作頻率高，連接電纜的等效電路成為一個大電容，而引起下列問題：①電纜對地電容給變頻器額外增加了峰值電流。②由(you)於(yu)高(gao)頻(pin)瞬(shun)變(bian)電(dian)壓(ya)，給(gei)電(dian)動(dong)機(ji)絕(jue)緣(yuan)額(e)外(wai)增(zeng)加(jia)了(le)瞬(shun)態(tai)電(dian)壓(ya)峰(feng)值(zhi)。為(wei)了(le)補(bu)償(chang)長(chang)線(xian)分(fen)布(bu)電(dian)容(rong)的(de)影(ying)響(xiang)

，並(bing)能(neng)抑(yi)製(zhi)變(bian)頻(pin)器(qi)輸(shu)出(chu)的(de)諧(xie)波(bo)
，減(jian)小(xiao)變(bian)頻(pin)器(qi)噪(zao)聲(sheng)

，避(bi)免(mian)電(dian)動(dong)機(ji)絕(jue)緣(yuan)過(guo)早(zao)老(lao)化(hua)和(he)電(dian)動(dong)機(ji)損(sun)壞(huai)，可(ke)以(yi)選(xuan)用(yong)輸(shu)出(chu)電(dian)抗(kang)器(qi)來(lai)減(jian)小(xiao)在(zai)電(dian)動(dong)機(ji)端(duan)子(zi)的(de)du/dt 值zhi。當dang變bian頻pin器qi和he電dian動dong機ji之zhi間jian用yong長chang電dian纜lan時shi


，輸shu出chu電dian抗kang器qi可ke以yi減jian小xiao負fu荷he電dian流liu的de峰feng值zhi。但dan是shi輸shu出chu電dian抗kang器qi不bu能neng減jian小xiao電dian動dong機ji端duan子zi上shang瞬shun變bian電dian壓ya的de峰feng值zhi。

（1）是否要配置輸出電抗器

在變頻器的輸出側是否要配置電抗器，可根據工程實際情況而定。表2 是輸出濾波電抗器與允許導線長度。

由(you)於(yu)變(bian)頻(pin)器(qi)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)中(zhong)高(gao)次(ci)諧(xie)波(bo)較(jiao)多(duo)，變(bian)頻(pin)器(qi)與(yu)電(dian)動(dong)機(ji)之(zhi)間(jian)的(de)傳(chuan)輸(shu)線(xian)不(bu)宜(yi)太(tai)長(chang)。導(dao)線(xian)過(guo)長(chang)
，其(qi)分(fen)布(bu)電(dian)容(rong)也(ye)大(da)，則(ze)在(zai)高(gao)次(ci)諧(xie)波(bo)電(dian)壓(ya)作(zuo)用(yong)下(xia)，高(gao)次(ci)諧(xie)波(bo)電(dian)流(liu)過(guo)大(da)。當(dang)輸(shu)出(chu)電(dian)纜(lan)過(guo)長(chang)時(shi)就(jiu)應(ying)設(she)置(zhi)輸(shu)出(chu)電(dian)抗(kang)器(qi)。在(zai)允(yun)許(xu)的(de)範(fan)圍(wei)內(nei)
，可(ke)不(bu)要(yao)輸(shu)出(chu)電(dian)抗(kang)器(qi)。

（2）如何選擇輸出電抗器

其計算和設計的原則同輸入電抗器，其電抗器的電感量是以基波電流流經電抗器時的電壓降不大於額定電壓為宜。
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5.接觸器

接jie觸chu器qi的de作zuo用yong是shi用yong於yu變bian頻pin器qi的de投tou入ru與yu切qie除chu，在zai變bian頻pin器qi發fa生sheng故gu障zhang或huo失shi壓ya時shi
，切qie斷duan電dian源yuan，防fang止zhi電dian網wang失shi壓ya後hou複fu電dian而er變bian頻pin器qi不bu經jing正zheng常chang程cheng序xu自zi動dong起qi動dong對dui設she備bei及ji人ren身shen造zao成cheng危wei害hai。但dan用yong於yu供gong電dian控kong製zhi時shi，不bu要yao用yong接jie觸chu器qi來lai控kong製zhi變bian頻pin器qi上shang
、下電，其選擇原則同一般接觸器。

6.輸入側電源濾波器EMI

（1）輸shu入ru側ce電dian源yuan濾lv波bo器qi是shi否fou選xuan用yong輸shu入ru側ce電dian源yuan濾lv波bo器qi的de作zuo用yong是shi降jiang低di輸shu入ru側ce高gao頻pin諧xie波bo電dian流liu
，減jian少shao諧xie波bo對dui變bian頻pin器qi的de影ying響xiang。在zai變bian頻pin器qi工gong作zuo環huan境jing中zhong
，如ru果guo高gao次ci諧xie波bo幹gan擾rao源yuan較jiao多duo，或huo諧xie波bo強qiang度du較jiao大da，電dian磁ci噪zao聲sheng太tai強qiang烈lie，最zui好hao選xuan用yong輸shu入ru側ce電dian源yuan濾lv波bo器qi。

（2）輸入側電源濾波器參數圖3 為常用輸入側電源濾波器的電路圖，輸入側接電源，輸出側接變頻器。

一般選取其參數為：C1 ＝ 0.47 μ F，C2 ＝ 0.47 μ F，C3＝ 1 000 pF，L1 ＝ 3 mH，L2 ＝ 100 μ H。

7.變頻器輸出側濾波器EMI

（1）shifouxuanyongbianpinqishuchucelvboqibianpinqishuchucelvboqidezuoyongshijiangdibianpinqishuchuxiebozaochengdediandongjiyunxingzaosheng，jianshaozaoshengduiqitadianqideyingxiang。zaibianpinqigongzuohuanjingzhong，ruguocunzaichuanganqi
、測量儀表等其他精密儀器、儀表，電動機運行噪聲會使它們運行異常，最好選用變頻器輸出側濾波器。

（2）變頻器輸出側濾波器參數圖4 為常用變頻器輸出側濾波器的電路圖。變頻器輸出側濾波器的輸入側接變頻器
，輸出側接電動機。

一般選取其參數為：C ＝ 1 000 pF
，L ＝ 2 mH，R ＝0.5 M Ω。

8.直流電抗器

直流電抗器的主要作用是減少輸入電流的高次諧波成分
，提高輸入電源的功率因數
，並能限製短路電流。

（1）要安裝直流電抗器的場合

1）danggeibianpinqigongdiandetongyidianyuanjiedianshangyoukaiguanshiwugongbuchangdianrongpinghuodaiyoujingzhaguanxiangkongfuzaishi，yindianrongqipingkaiguanqiehuanyinqidewugongshunbianzhishiwangyatubian、相控負載造成的諧波和電網波形缺口，有可能對變頻器的輸入整流電路造成損害。

2）當變頻器供電三相電源的不平衡度超過3% 時。

3）當要求提高變頻器輸入端功率因數到0.93 以上。

4）當變頻器接入大容量變壓器時，變頻器的輸入電源回路流過的電流有可能對整流電路造成損害。

（2）如(ru)何(he)選(xuan)擇(ze)直(zhi)流(liu)電(dian)抗(kang)器(qi)其(qi)計(ji)算(suan)和(he)設(she)計(ji)的(de)原(yuan)則(ze)同(tong)一(yi)般(ban)電(dian)抗(kang)器(qi)，其(qi)電(dian)抗(kang)器(qi)的(de)電(dian)感(gan)量(liang)是(shi)以(yi)基(ji)波(bo)電(dian)流(liu)流(liu)經(jing)電(dian)抗(kang)器(qi)時(shi)的(de)電(dian)壓(ya)降(jiang)不(bu)大(da)於(yu)額(e)定(ding)電(dian)壓(ya)的(de)為(wei)宜(yi)。
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9.製動電阻

製動電阻是將再生電能消耗在功率電阻上來實現製動。

（1）製動電阻參數的選擇

1） 估算出製動轉矩

式中

，M_Z為製動轉矩
；GD為電動機轉動慣量；GD′為電動機負載折算到電動機側的轉動慣量；v_Q 為製動前速度；v_H 為製動後速度
；M_FZ 為負載阻轉矩；t_j 為減速時間。一般情況在進行電動機製動時，電動機內部存在一定的損耗
，約為額定轉矩的18%～22% 左右，如計算出的結果小於此範圍則就無需接製動裝置。

2）計算製動電阻的阻值

式中，R_Z 為製動電阻值
；U_Z 為製動單元動作電壓值；M_e 為電動機額定轉矩。

製(zhi)動(dong)電(dian)阻(zu)與(yu)使(shi)用(yong)電(dian)動(dong)機(ji)的(de)飛(fei)輪(lun)矩(ju)有(you)密(mi)切(qie)關(guan)係(xi)，而(er)電(dian)動(dong)機(ji)的(de)飛(fei)輪(lun)矩(ju)在(zai)運(yun)行(xing)時(shi)是(shi)變(bian)化(hua)的(de)，因(yin)此(ci)準(zhun)確(que)計(ji)算(suan)製(zhi)動(dong)電(dian)阻(zu)比(bi)較(jiao)困(kun)難(nan)
，而(er)且(qie)沒(mei)有(you)必(bi)要(yao)，通(tong)常(chang)情(qing)況(kuang)是(shi)采(cai)用(yong)經(jing)驗(yan)公(gong)式(shi)取(qu)一(yi)個(ge)近(jin)似(si)值(zhi)：

式中，I_e 為變頻器額定電流
；U_D 為變頻器直流母線電壓。

3）製動單元的選擇

在進行製動單元的選擇時，製動單元工作的最大電流是選擇的唯一依據，其計算公式如下：

式中，I_PM 為製動電流瞬時值；U_D 為變頻器直流母線電壓。

4）製動電阻功率

式中
，α為常數，電動機容量小時取小
，反之取大。