基于不同電動機負載下變頻器容量的選擇

引言：
隨著電力電子學(xué)、微電子學(xué)、計算機技術(shù)和控制理論的迅速發(fā)展，交流傳動系統(tǒng)，在寬調(diào)速范圍高穩(wěn)速精度、快速響應(yīng)和四象限運行等性能方面也達到了與直流調(diào)速媲美的效果。尤其是讓變頻器為核心的變頻調(diào)速因其優(yōu)異的調(diào)速性能而被公認為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。目前，變頻器已邁進了高性能、多功能、小型化和廉價化階段。為便于變頻器的合理使用，本文將對變頻器容量選擇過程作簡略探討。
1、變頻器容量的選擇
變頻器容量的選擇是一個重要且復(fù)雜的問題，要考慮變頻器容量與電動機容量的匹配，容易偏小會影響電動機有效力矩的輸出，影響系統(tǒng)的正常運行，甚至損壞裝置，而容量偏大則電流的諧波分量會增大，也增加了設(shè)備投資。
1.1 變頻器容量選擇的步驟：
變頻器容量選擇可分三步：
（1）了解負載性質(zhì)和變化規(guī)律，計算出負載電流的大小或作出負載電流圖I=f(t)。
（2）預(yù)選變頻器容量及其他
（3）校驗預(yù)選變頻器。必要時進行過載能力和起動能力的校驗。若都通過，則預(yù)選的變頻器容量便選定了；否則從（2）開始重新進行，直到通過為止。
在滿足生產(chǎn)機械要求的前提下，變頻器容量越小越經(jīng)濟。
1.2 基于不用電動機負載電流下變頻器容量的選擇
一般地說，變頻器的容量有三種表示方法：①額定電流；②適配電動機的額定功率。③額定視在功率。不管是哪一種表示方法，歸根到底還是對變頻器額定電流的選擇，應(yīng)結(jié)合實際情況根據(jù)電動機有可能向變頻器吸收的電流來決定。通常變頻器的過載能力有兩種：①1.2倍的額定電流，可持續(xù)1分鐘；②1.5倍的額定電流，可持續(xù)1分鐘；而且變頻器的允許電流與過程時間呈反時限的關(guān)系。如1.2(1.5)倍的額定電流可持續(xù)1min；而1.8(2.0)倍的額定電流，可持續(xù)0.5min。這就意味著：①不論任何時候向電動機提供在1min（或0.5min）以上的電流都必須在某些范圍內(nèi)。②過載能力這個指標，對電動機來說，只有在起動（加速）過程中才有意義，在運行過程中，實際上等同于不允許過載。
下面討論如何根據(jù)電動機負載電流的情況來選擇變頻器的容量。
1.2.1 一臺變頻器只供一臺電動使用，即一拖一。
在計算出負載電流后，還應(yīng)考慮三個方面的因素：①用變頻器供電時，電動機電流的脈動相對工頻供電時要大些；②電動機的起動要求。即是由低頻低壓起動，還是額定電壓、額定頻率直接起動。③變頻器使用說明書中的相關(guān)數(shù)據(jù)是用該公司的標準電機測試出來的。要注意按常規(guī)設(shè)計生產(chǎn)的電機在性能上可能有一定差異，故計算變頻器的容量時要留適當余量。
（1）恒定負載連續(xù)運行時變頻器容量的計算。
由低頻低壓起動或由軟起動器起動，而變頻器只用來完成變頻調(diào)速時，要求變頻器的額定電流稍大于電動機的額定電流即可：IFN≥1.1IMN，其中，IFN—變頻器額定電流，IMN——電動機額定電流。
額定電壓、額定頻率直接起動時，對三相電動機而言，由電動機的額定數(shù)據(jù)可知，起動電流是額定電流的5—7倍。因而得用下式來計算變頻器的頻定電流。
IFN≥Imst/KFg
式中Imst—電動機在額定電壓，額定頻率時的起動電流。
KFg—變頻器的過載倍數(shù)
（2）周期性變化負載連續(xù)運行時變頻器容量的計算。
很多情況下電動機的負載具有周期性變化的特點。顯然，在此情況下，按最小負載選擇變頻器的容量，將出現(xiàn)過載，而按最大負載選擇，將是不經(jīng)濟的。由此推知，變頻器的容量可在最大負載與最小負載之間適當選擇，以便變頻器得到充分利用而又不到過載。
首先作出電動機負載電流圖n=Φt)及I=f(t),然后求出平均負載電流Iav再預(yù)選變頻器的容量，關(guān)于Iav的計算采用如下公式：
Iav=（I1t1+I2t2+…+Ijtj+…）÷（t1+t2+…+tj+…）
考慮到過渡過程中，電動機從變頻器吸收的電流要比穩(wěn)定運行時大，而上述Iav沒有反映過渡過程中的情況。因此，變頻器的容量按IFN≥（1.1—1.2）Iav修正后預(yù)選（式中，Ij為第j段運行狀態(tài)下的平均電流，tj為第j段運行狀態(tài)下對應(yīng)的時間，同時若過渡過程在整個工作過程中占較大比重，則系數(shù)(1.1—1.2)選偏大的值。
（3）非周期性變化負載連續(xù)運行時變頻器容量的計算。
這種情形一般難以作出負載電流圖，可按電動機在輸出最大轉(zhuǎn)矩時的電流計算變頻器的額定電流，可用該式IFN≥IM(max)/KFg（式中IM(max)）為電動機在輸出最大轉(zhuǎn)矩時的電流，確定。
1.2.2 一臺變頻器同時供多臺電動機使用，即一拖多
除了要考慮一拖一的幾種情形外，還可以根據(jù)以下三種情況區(qū)別對待。
（1）各臺電動機均由低頻低壓起動，在正常運行后不要求其中某臺因故障停機的電動機重新直接起動，這時變頻器容量按IFN≥IM(max)+ΣIMN，（式中ΣIMN，為其余各臺電動機的額定電流之和。IMst(max)為最大電動機的起動電流？
（2）一部分電動機直接起動，另一部分電動機由低頻低壓起動。
除了使電動機運行的總電流不超過變頻器的額定輸出電流之外，還要考慮所有直接起動電動機的起動電流，即IFN≥(ΣIMst’+ΣIMN’)/ KFg ，（式中，ΣMisty為所有直接起動電動機在額定電壓，額定頻率下的起動電流總和，ΣIMN為全部電動機額定電流的總和）。
上述是變頻器容量選擇的一般原則和步驟。生產(chǎn)實際中，還需要針對具體生產(chǎn)機制的特殊要求，靈活處理，很多情況下，也可根據(jù)經(jīng)驗或供應(yīng)商提供的建議，采用一些比較實用的方法。
2、變頻器起動加速為能力的校驗
在電動機起動（加速）的過程中電動機不僅要負擔穩(wěn)速運行的負載轉(zhuǎn)矩，還要負擔加速轉(zhuǎn)矩，如果生產(chǎn)機械對起動（加速）時間無特殊要求，可適當延長起動（加速為）時間來避讓峰值電流。若生產(chǎn)機械對起動（加速）時間有一定要求，就要慎重考慮。如前所述，變頻器的允許電流與過程時間呈反時限關(guān)系。如果電動機起動（加速）時，其電流小于變頻器的過載能力，則預(yù)選容量通過，如果電動機起動（加速）時，其電流已達到變頻器的過載能力，而要求的加速時間又與變頻器過載能力規(guī)定的時限發(fā)生沖突，這時，變頻器的容量應(yīng)在預(yù)選容量的基礎(chǔ)上增容。
3、結(jié)束語：
本文結(jié)合實際中可能遇到的幾種情況，總結(jié)了在不同電動機負載電流下變頻器容量的選擇方法，從而為變頻器容量的合理選擇提供了一些有益的參考。



  來源:零八我的愛