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1、第4章 变频器的选择教学目的与要求教学目的与要求：了解了解变频器的额定值和性能指标变频器的额定值和性能指标；理解理解变频器选择应考虑的技术内容变频器选择应考虑的技术内容；掌握掌握变频器容量的选择方法变频器容量的选择方法；掌掌握握变变频频器器外外围围设设备备的的作作用用和和选选择择方方法法。本章重点本章重点：1 1变频器容量的选择变频器容量的选择2 2变频器外围设备的作用和选择方法变频器外围设备的作用和选择方法4.1 变频器的额定值和性能指标变频器的额定值和性能指标 一、额定值一、额定值1.输入侧电压：380 V，220V频率：50 Hz，60Hz相数：3相，单相2.输出侧输出电压的最大值：Um
2、输出电流的最大值：Im输出功率：容量Sm(Sm=1.732Um*Im)即视在功率(单位为kVA);或所适用的电动机功率(kW)。配用电动机功率:PN(对于连续工作负载)；表41 380 V、160 kW以下单台电动机与变频器间容量匹配关系参考表（GBl26681990）被控交流电动机容量kVA变频器输出容量kVA被控交流电动机容量kVA变频器输出容量kVA 0.4；0.75 2 22；30 50l.5；2.2 4 37 60 3.7 6 45；55 100 5.5 9 75；90 150 7.5 15 110；132 200 11；15 25 160 230 18.5 35 2.输出侧超载能力
3、:如 l50，60 S。二、变频器的性能指标二、变频器的性能指标频率指标：频率范围：最低为1 Hz，最高为120650 Hz；频率精度或频率分辨率：(分为模拟/数字频率设定分辨率)如 在0.5 Hz时能输出的启动转矩：比较优良的变频器在0.5 Hz时能输出200高启动转矩。速度调节范围：控制精度最高可达。转矩控制精度：最高可达士3。低转速时的转速脉动：高质量的变频器在1 Hz时只有1.5 rmin的转速脉动。噪声及谐波干扰：用IGBT和IPM制成的变频器，由于开关频率高，噪声很小。发热量：越小越好。4.2 4.2 变频调速系统中的电机特性变频调速系统中的电机特性一、普通异步电机1.电流与采用工
4、频电源相比，由于变频器输出电压、电流中所含谐波的影响，电动机的效率、功率因素将降低，电流增加约10%。2.电机容量与变频器容量变频器容量一般按4极电动机的容量对应，当是多极电机时要按电流额定值来选择变频器。3.电机容量越大其脉动电流越大。4.电机低速运行时的转矩和温升 5.电机允许运行的最大频率 6.噪声与工频比增大二、变频器专用电机1.转矩特性 2.噪声 4.3 变频器的选择变频器的选择 根据负载情况选择系统性能根据负载情况选择系统性能选择工作环境选择工作环境选择变频器的特性选择变频器的特性 根根据据需需要要选选择择附附件件负载类型负载类型温度温度容量容量制动电阻及单元制动电阻及单元负载要求
5、的调速范围负载要求的调速范围相对湿度相对湿度最大瞬间电流最大瞬间电流线路电抗器线路电抗器负载转矩的变动范围负载转矩的变动范围抗震性抗震性输出频率输出频率EMCEMC滤波器滤波器负载机械特性的要求负载机械特性的要求抗干扰抗干扰输出电压输出电压通信附件通信附件负载要求的变频器的类型负载要求的变频器的类型加加减速时间减速时间电压频率比电压频率比 变频器类型的选择三种类型：三种类型：普通功能型vf制变频器具有转矩控制功能的高功能型vf控制变频器矢量控制或直接转矩控制高性能型变频器。变频器类型的选择，要根据负载的要求来进行变频器类型的选择，要根据负载的要求来进行 风机、泵类负载，其转矩TL正比于转速n的
6、平方，低速下负载转矩较小，通常可以选择普通功能型。恒转矩类负载，例如挤压机、搅拌机、传送带、厂内运输电车、起重机的平移机构、起重机的提升机构和提升机等，有两种情况：1)采用普通功能型变频器。为了实现恒转矩调速，常采用加大电动机和变频器容量的办法，以提高低速转矩，避免低频补偿的困难。2)采用具有转矩控制功能的高功能型变频器实现恒转矩负载的恒速运行。恒转矩负载下的传动电动机，如果采用通用标准电动机，则应考虑低速下的强迫通风冷却。最好选用专为变频调速设计的变频专用电动机 轧钢、造纸、塑料薄膜加工线这一类对动态性能要求较高，如要求高精度、快响应的生产机械，采用矢量控制高性能型通用变频器。4.3.2 变
7、频器容量的选择1驱动单台电动机时变频器容量的选择驱动单台电动机时变频器容量的选择基本步骤：基本步骤：1.先计算负载的需用功率，电动机的功率一定要大于负载的需用功率，由此确定电动机的功率；2.由电动机的功率确定变频器的功率。(1)连续恒载运转的场合所需的变频器容量(kVA)需同时满足下列的三个计算式：如果电动机实际运行中的最大电流小于电动机的额定电流：恒转矩负载-变频器的容量不应小于电动机的功率的80；恒功率负载-选变频器的容量不应小于电动机的功率的65。估算法估算法：当电机负载率较小时慎用当电机负载率较小时慎用将变频器过载电流提高10(2)(2)考考虑虑加减速加减速时时的校核的校核(3)频繁加
8、减速运行时的校核 (4)电流变化不规则的场合的校核电流变化不规则的场合的校核 使电动机在输出最大转矩时的电流限制在变频器的额定输出电流之内(5)电动机直接启动时所需变频器功率容量的电动机直接启动时所需变频器功率容量的选定和校核选定和校核直接启动时选取变频器的额定输出电流为(6)大过载容量大过载容量某些负载往往需要过载容量大的变频器。例如，对于150，60s的变频器妻求200的过载容量(7)大惯性负载启动时变频器容量的计算大惯性负载启动时变频器容量的计算(8)轻载电机轻载电机可适当减少变频器容量。可适当减少变频器容量。(9)启动转矩和低速区转矩启动转矩和低速区转矩 a.电动机使用通用变频器启动时
9、，其启动转矩同用工频电源启动时相比，多数变小。仅根据负载的启动转矩特性情况确定的变频器容量，有时不能使电动机顺利启动。b.在低速运转区的转矩通常比额定转矩小。因此，用选定的变频器和电动机不能满足负载所要求的启动转矩和低速转矩时，变频器的容量和电动机的功率还需要再加大，为最初选定容量的倍以上。2驱动并联运行的电机时变频驱动并联运行的电机时变频器功率容量的选择器功率容量的选择 (1)根据各电动机的电流总值来选择变频器根据各电动机的电流总值来选择变频器 在电动机总功率相等的情况下，由多台小功率电动机并联，要比由台数少但功率较大的电动机并联效率低。两者电流总值并不相等，因此可根据各电动机的电流总值来选
10、择变频器，而不是根据功率总值来选择。(2)多台电动机多台电动机并联，依次直接启动并联，依次直接启动 后启动的电机，其启动条件不利。“软启动、软停止时，要按启动最慢的那台电动机进行确定”-带载启动(3)(N1+N2)台台同样的同样的电机并联，其中一部分电机并联，其中一部分电机电机(N2台台)同时直接启动同时直接启动 NN(4)并联追加投入启动并联追加投入启动(不同功率电机）不同功率电机）部分电机开始启动后再追加启动其他电机(4)并联并联运行且不同时启动时变频器功率容量运行且不同时启动时变频器功率容量4.3 工频电网与变频器的切换工频电网与变频器的切换 1.变频器驱动 =工频驱动 用途：软启动 变
11、频器以电压频率按比例控制的方法起动电动机，可避免产生过电流，并能提供等于额定转矩的起动转矩，特别适合于需重载或满载起动的设备。如果变频器仅仅承担软起动的任务，不作调速运行的话，则在变频器带动电动机达到额定转速后，就要将电动机切换到工频电网直接供电运行，变频器可以再去起动其他电动机。例如：母管制多泵恒压供水系统（减负荷和节能）。2.工频驱动 =变频器驱动多泵恒压供水系统水压过高需要停泵时，为了避免“水锤效应”，不允许突然切断水泵电源，而是要求逐渐降低转速缓慢停车，这时就要将电动机由工频电网供电切换到变频器拖动，实现减速停车。3.变额器的输出切换方法分类 目前，工程设计中常用的变频器输出切换方式分
12、类如下：冷切换：在变频器停车停电时进行切换，等切换完成后再开机运行。热切换：在变频器运行中进行带电切换。其中，热切换又可分为：（1）硬切换：电动机在切换时要瞬时停电，因而可能会产生电流冲击。a.由变频器向电网切换：当电动机脱离变频器后，电动机定子绕组中的电流及磁场立即消失。由于电动机转子绕组是自成回路的，由电磁原理，转子电流将受转子绕组的自感电动势阻止，而产生一个逐渐衰减的过程，其初始值因转子转速及当时所带的负载而异，衰减过程时间一般为13 s。转子的动能使转子继续旋转，在转子电流衰减为零之前，旋转的转子磁场在定子绕组中感生出感应电动势，将能量转移到定子中。定子磁场能量以反电动势的形式出现，其
13、大小与转子电流有关，频率和相位与转子的转速、位置有关，这部分能量将随着转子电流的衰减而消失。若合闸时电源电压与定子感应电动势的相位差刚好为l80度，则将会产生比起动电流还要大的冲击电流。矛盾集中在切换时机的选择上，而电动机转速降低和磁场衰减又与具体的工况有关，较难把握这是硬切换方式不可避免的一个问题。b.由电网向变频器切换：在变频器运行中将电动机由电网向变频器切换将是对变频器作一次破坏性的试验，过大的冲击电流将使变频器跳闸或损坏。如果电动机拖动的负载不允许突然停车的话，或者必须由定速运行转为调速运行时，可以这样操作：先将电动机由电网切出，自由停车运行并延时l-2s，避开反电动势的影响，在封锁变
14、频器输出的情况下将电动机接到变频器上，跟踪电动机转速并以跟踪频率起动运行，冲击将会较小。（2）软切换：也称为同步切换，真正不停电的平稳切换。同步切换(软切换)-同步切换是指在不停电的情况下，利用锁相环技术，使变频器输出电压的频率、幅值和相位均保持与电网电压一致，然后可进行变频器与电网之间的相互平稳切换。4.4 瞬时停电再启动瞬时停电再启动 可以根据电源恢复时电动机自由旋转的实际速度计算出对应的输出频率，以此频率为起始频率使电动机重新起动并加速到停电前的运行状态，保证设备不停机。4.5 变频器的外围设备及其选择变频器的外围设备及其选择正确选择变频器周边设备主要是为了达到以下几个目的：保证变频器驱
15、动系统能够正常工作；提供对变频器和电动机的保护；减少对其他设备的影响。常规配件的选择1电源变压器2避雷器3电源侧断路器 电源侧断路器的额定电流可按变频器的额定电流来选用。如果有工频电源切换电路，当变频器停止工作时，电源直接接电动机，所以电源侧断路器应按电动机的启动电流进行选择。4电源侧交流接触器注意以下事项：不要用交流接触器进行频繁地启动或停止。不能用电源侧的交流接触器停止变频器选择方法 接触器选用方法与低压断路器相同，但接触器一般不会同时控制多台变频器 5电动机侧电磁接触器和工频电网切换用接触器变频器和工频电网之间的切换运行应互锁 对于具有内置工频电源切换功能的通用变频器，要选择变频器生产厂
16、家提供接触器型号。对于变频器用户自己设计的工频电源切换电路，按照接触器常规选择原则选则。输出侧电磁接触器使用时应注意：在变频器运转中请勿将输出侧电磁接触器开启（触点由断到接通）。变频器运转中开启电磁接触器，将有很大的冲击电流流过，有时会因过电流而停机。6热继电器通用变频器都具有内部电子热敏保护功能，不需要热继电器保护电动机。但在10HZ以下或60 Hz以上连续运行时和一台变频器驱动多台电动机时，应考虑使用热继电器。452专用配件的选择1电抗器(1)交流电抗器的名称、安装位置和作用 名称 安装位置 作用 输入交流电抗器 电网电源和变频器输入端之间 1实现变频器和电源的匹配，限制因电网电压突变和操
17、作过电压所引起的冲击电流，保护变频器 2改善功率因数 3减少高次(5、7、11、13次)谐波的不良影响 名称 安装位置 作用 输出交流电抗器 变频器输出端和电动机之间1降低电动机噪声，通常电动机的噪声为7080 dE，接人电抗器可以将噪声降低5 dB左右，降低输出高次谐波的不良影响2限制与电动机相连的电缆的容性充电电流，即补偿连接长导线的充电电流，使电动机在引线较长时也能正常工作3限制电动机绕组上的电压上升率在540 Vus以内 2滤波器 滤波器作用-阻止干扰信号沿电源线传输并进行阻抗变换，使干扰信号不能通过地线传播而被反射回干扰源。在变频器输出端串联安装滤波器，能解决电动机过热和噪声问题。3制动电阻