一、變頻器降容的概念：
在變頻器/逆變器的應(yīng)用中，我們往往要根據(jù)實(shí)際的工況，考慮設(shè)備的降容問題，而在技術(shù)手冊(cè)中，也會(huì)提供變頻器在不同使用環(huán)境下的降容系數(shù)或曲線，便于使用者根據(jù)降容的曲線和負(fù)荷條件進(jìn)行可靠的選型。究竟什么因素會(huì)需要變頻器降容使用，以及降容使用中的一些技術(shù)問題，是我們今天要探討的內(nèi)容。
首先我們明確一個(gè)概念：變頻器的額定輸出電流是指在規(guī)定的工作條件下，能夠連續(xù)供給而不會(huì)超過規(guī)定限值的總輸出電流有效值。而所謂的“規(guī)定工作條件”涉及“環(huán)境溫度”、“海拔高度”等外界因素，還有一些變頻器自身的電氣參數(shù)。當(dāng)變頻器的實(shí)際的運(yùn)行條件突破“規(guī)定工作條件”時(shí)，變頻器的輸出能力會(huì)變?nèi)?，此時(shí)若變頻器仍保持額定輸出電流，其溫度會(huì)更快上升，熱平衡點(diǎn)也會(huì)超過額定值，到達(dá)溫度保護(hù)門檻后觸發(fā)變頻器過熱保護(hù)停機(jī)。因此在無法避免突破“規(guī)定工作條件”時(shí)，又要保證變頻器能正常運(yùn)行，就要降低變頻器的額定輸出電流，此現(xiàn)象稱之為變頻器的降容，引起變頻器降容的相關(guān)因素稱為降容條件。二、導(dǎo)致降容的因素：
導(dǎo)致降容的主要因素有環(huán)境溫度、海拔高度、開關(guān)頻率和輸出頻率4項(xiàng)。其產(chǎn)生的最終影響都是使變頻器的發(fā)熱加劇。變頻器中的功率元件（如IGBT，整流二極、或晶閘管，制動(dòng)斬波器，或者集成的IPM）大都有測(cè)溫元件采集其溫度值，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的形式輸入到變頻器的控制器中，該量通過模數(shù)轉(zhuǎn)換后由控制器監(jiān)控，當(dāng)實(shí)際溫度超過熱報(bào)警的門檻值，即觸發(fā)熱保護(hù)動(dòng)作。另須注意的是，負(fù)載的標(biāo)準(zhǔn)雖然不是直接導(dǎo)致降容的主要因素，但選型時(shí)也會(huì)影響到變頻器的容量選擇。
這是一個(gè)最直接的因素。環(huán)境溫度越高，變頻器的起點(diǎn)溫度就越高，即使變頻器運(yùn)行在小于額定輸出電流的狀態(tài)，也更容易達(dá)到或超過熱報(bào)警的門檻值。通常變頻器對(duì)環(huán)境溫度上限的要求為≤40℃，這里的環(huán)境溫度不是指氣溫或室內(nèi)的溫度，而是指最靠近變頻器的周邊空間溫度。比如，當(dāng)變頻器安裝在機(jī)柜內(nèi)時(shí)，指機(jī)柜內(nèi)的溫度（經(jīng)過測(cè)試發(fā)現(xiàn)在變頻器四周10mm范圍內(nèi)多點(diǎn)測(cè)得的溫度平均值能代表環(huán)境溫度）。在+40℃~+50℃的溫度范圍內(nèi)，每增加1℃額定輸出電流必須降容1%。通過將額定值表中給定的電流值乘以降容系數(shù)（K），即可算出輸出電流。隨著海拔升高到1000m以上，空氣會(huì)變得越來越稀薄，導(dǎo)熱系數(shù)降低，變頻器散熱越來越困難，根據(jù)散熱公式電流的平方與導(dǎo)熱系數(shù)成正比（），從而會(huì)引起輸出降容。通常變頻器廠家會(huì)提供海拔1000m-4000m范圍內(nèi)的降容特征曲線，在更高的海拔高度，由于大氣壓和溫度變得更為極端，很難評(píng)估變頻器的使用條件是否能滿足。一些資料和文章中提到過海拔的上升，環(huán)境溫度會(huì)下降，允許電氣設(shè)備有更大的溫升空間，對(duì)于導(dǎo)熱系數(shù)的降低有一定補(bǔ)償作用，參考GB/T20626.1認(rèn)為補(bǔ)償值為海拔每升高100m，環(huán)境空氣溫度降低0.5℃。但補(bǔ)償作用還需要結(jié)合變頻器的“環(huán)境溫度”因素來考慮。
在海拔高度在1000m到4000m范圍內(nèi)，海拔每增加100m，變頻器輸出電流必須降容1%。當(dāng)海拔高于2000m時(shí)，空氣絕緣能力亦受到影響，電氣間隙需要修正。
變頻器中的IGBT器件的發(fā)熱受開關(guān)頻率影響。開關(guān)頻率越高，變頻器的輸出電壓的諧波幅值越小，輸出電流越接近正弦波，轉(zhuǎn)矩越平滑，電機(jī)噪聲越小。但高開關(guān)頻率使IGBT開通和關(guān)斷更為頻繁，產(chǎn)生的開關(guān)損耗和發(fā)熱更嚴(yán)重。為兼顧諧波和發(fā)熱兩個(gè)主要因素，通常變頻器的額定開關(guān)頻率在2kHz-4kHz范圍內(nèi)。但在一些特殊應(yīng)用，如控制高速電機(jī)，為減小諧波的危害需要將載波比①保持在10以上，因此要根據(jù)電機(jī)的額定運(yùn)行頻率提高開關(guān)頻率，由此產(chǎn)生更高的開關(guān)損耗發(fā)熱，需要變頻器的輸出降容。以電氣院TAC1-0900A-I2C3產(chǎn)品為例，開關(guān)頻率降容曲線參見下圖：
在環(huán)境溫度+40℃，隨著開關(guān)頻率的增加，變頻器容量按曲線降容。當(dāng)變頻器長(zhǎng)時(shí)間以高輸出電流工作在低輸出頻率時(shí)（例如在張力控制應(yīng)用中），需要考慮降容，其原因是由IGBT功率器件的熱疲勞造成，并不像溫度、海拔等關(guān)鍵因素直觀，容易被人忽視。變頻器中逆變電路的IGBT只在半個(gè)輸出基波周期中有電流流過，另半個(gè)周期無電流。低輸出頻率時(shí)電流流過很長(zhǎng)一段時(shí)間，有電流時(shí)器件結(jié)溫升高，無電流時(shí)溫度迅速下降，周而復(fù)始，結(jié)溫處于大幅波動(dòng)狀態(tài)。即使輸出電流的均方根值保持不變，維持的時(shí)間很長(zhǎng)，也會(huì)導(dǎo)致非常高的芯片溫度Tchip和極高的溫度波動(dòng)ΔTchip。電流幅值越大或周期越長(zhǎng)，ΔTchip越大。ΔTchip過大會(huì)降低器件使用壽命，因此變頻器輸出電流需要隨輸出頻率減?。ㄒ话闱闆r以＜10Hz輸出頻率考慮）而降低，參見下圖考慮降容。
