变频调速系统设计选型培训PPT.ppt

中原工学院电子信息学院 第六章第六章 变频调速变频调速 系统设计及选型系统设计及选型 主讲主讲: : 杨杨 涟涟 中原工学院电子信息学院 自动化系统集成课程组 中原工学院电子信息学院 本 章 内 容 电动机选择 变频器选择 变频器外围主电路和元器件选择 中原工学院电子信息学院 1 . 电动机的选择 主要内容：电动机类型，额定功率。 电动机类型的选择 原则：在满足生产机械对拖动系统要求 的前提下，所选电动机应尽可能结构简单、 运行可靠、维护方便、价格低廉。 中原工学院电子信息学院 若生产机械对拖动系统无过高要求，应优 先考虑选用交流电动机。 笼型异步电动机：结构简单，运行可靠 ，维护方便。如对起动性能无过高要求时，优 先采用笼型异步电机。 绕线转子异步电动机：对反复短时工作 制的机械，起动/制动频繁，要求电机有较大起 动、制动转矩时，选用绕线转子异步电动机。 中原工学院电子信息学院 工程设计中大都选择笼型异步电动机， 通过合理选择控制方式和设置变频器参数， 可以得到希望的启动、制动转距和调速性能 ，没有必要采用绕线转子异步电动机。 中原工学院电子信息学院 电动机容量选择 电动机容量、起动转矩必须大于负载所 需要的功率和起动转矩； 电源电压下降1015的情况下，转 矩仍能满足起动或运行的需要。 电动机温升必须在绝缘限制的范围内。 如电动机在低频时连续长时间运行，则 电动机的容量应提高一挡。 中原工学院电子信息学院 2. 变频器的选择和容量计算 选择内容： 类型 容量 1）变频器类型选择 中原工学院电子信息学院 变频器类型（控制方式）的选择 uf控制方式 普通功能型 恒功率控制型 具有转矩提升功能的高性能型 转差频率控制方式 矢量控制方式 不带反馈型 带反馈型 直接转矩控制方式 中原工学院电子信息学院 控制方式的选择原则 根据负载的类型、调速范围、静态调速精度 、动态响应性能、起动转矩的要求来选择。 uf控制方式 风机和泵类负载，强调节能；基频以下 调速时负载转矩小，对过载能力、调速精度要 求不高。选用普通功能型 uf 控制变频器。 中原工学院电子信息学院 具有恒转矩特性的机械，只对静态调速 性能要求较高、对动态性能要求不高时，采用 具有转矩提升功能的高性能 uf型变频器。 转转差频率控制方式 负载波动时，要求对电机速度变化响应快 ，静态调速性能好，应选用有转差频率控制功 能的变频器。 中原工学院电子信息学院 不带反馈的矢量控制接法 矢量控制方式 中原工学院电子信息学院 带速度反馈的矢量控制 编码器模板 中原工学院电子信息学院 注意：矢量控制的适用范围 用于一台变频器驱动一台电动机时。 当一台变频器驱动多台电动机时，只能选 择 uf控制方式 。 中原工学院电子信息学院 用于电动机实际容量与变频器要求配用 电机容量之间，最多只能相差一个档次。 磁极数一般以、极为宜。 特殊电动机不能使用矢量控制功能。 中原工学院电子信息学院 直接转矩控制方式 对于电力机车、交流伺服系统、起重机等 要求系统具有良好的静态、动态性能，选用 具有直接转矩控制功能的专用变频器。 恒功率控制方式 用于恒功率负载 在基频以下调速时，采用恒转矩控制； 在基频以上调速时，采用恒功率控制 中原工学院电子信息学院 中原工学院电子信息学院 中原工学院电子信息学院 2） 变频器容量的选择 容量选择的基本原则 以负载特性和电动机额定电流为依据，选 择通用变频器的额定容量。主要考虑因素： 电动机容量 电动机额定电流 电动机加速时间 中原工学院电子信息学院 2变频器容量选择的内容 变频器额定输出电压选择 变频器额定输出电压 = 电动机额定电压 变频器额定输出电流选择 变频器的过载能力通常只有150， 1min. 电机运行过程中，变频器额定输出电流必 须大于等于电动机可能出现的最大电流。 中原工学院电子信息学院 变频器容量选择 考虑过载能力和起动能力。 根据电动机选择变频器容量时，以电动机 额定运行电流为依据，电动机功率作为参考， 以不超出变频器功率单元输出电流为宜。 中原工学院电子信息学院 变频器容量的选择方法 （1） 按照运行特性选择 一台变频器驱动一台电动机时 用变频器供电时电动机运行电流 中原工学院电子信息学院 变频器供电时，电动机在额定状态下运 行时的电流比工频电网供电时要大，故选择 变频器的额定电流和功率时要比电动机大一 个等级 。 中原工学院电子信息学院 满足电动机容量要求： 变频器 容量 电动机额 定线电压 电动机额 定线电流 电流波形 补偿系数 对于连续恒定的负载，变频器容量选择必 须同时满足两项要求： 中原工学院电子信息学院 满足电动机电流要求： pwm 控制方式时： 电流波形补偿系数 k=1.051.1 变频器额 定电流 电动机额 定电流 电流波形 补偿系数 中原工学院电子信息学院 一台变频器驱动多台电动机时 多台电动机同时启动和停止时 中原工学院电子信息学院 变频器容量选择： 变频器额 定电流 电动机额 定电流 变频器额定输出功率所接电动机总功率 变频器输出电流所有电机额定电流的和 电流波形 补偿系数 中原工学院电子信息学院 多台电动机分别启动、制动时 中原工学院电子信息学院 变频器短时过载能力为150、1 min时, 电动机加速时间在 1min以内： 满足驱动容量要求 电动机并 联台数 电动机同时 启动台数 电动机启动 电流倍数 连续 容量 变频器容量选择必须考虑启动电流的影响： 中原工学院电子信息学院 满足电动机电流要求 变频器输 出电流 电动机并 联台数 电动机额 定电流 电动机启动 电流倍数 电机同时 启动台数 并联的电动机额 定电流总和 多台电动机启动引 起的电流增加值 中原工学院电子信息学院 电机加速时间在 1min以上时： 满足驱动时容量要求 满足电动机电流要求 中原工学院电子信息学院 连续 容量 大惯性负载启动时变频器的容量选择 也可以根据变频器厂家提供的变频器容 量匹配表选择变频器，安全性较大。 电动机额 定转速 电动机加 速时间 中原工学院电子信息学院 mm440 变频器容量选配表 中原工学院电子信息学院 mm440 变频器容量及订货号表 中原工学院电子信息学院 （2） 按变频器指定加速时间选择 对大惯性负载，变频器容量与加速时间有 关，对加速时间有特殊要求时，应增大变频器 容量。否则会启动变频器保护。 过流保护会停止逆变器输出; 防失速保护会减缓升速过程，使实际加 速时间加长。 中原工学院电子信息学院 防失速功能的作用，使实际加速时间加长. 中原工学院电子信息学院 设备对加速时间有特殊要求时，必须核 算变频器的容量是否满足要求。 电动机额 定转速 电动机加 速时间 中原工学院电子信息学院 电压型变频器减速时，通过能耗制动电 路来释放电机的再生能量。减速效果取决于 制动电流大小。 （3）按变频器指定减速时间选择 中原工学院电子信息学院 先计算需要的制动力矩 折算后负载 转动惯量 电动机转动 惯量 减速开 始速度 减速结束 速度 减速 时间 可根据减速时间来选择制动电阻，步骤 中原工学院电子信息学院 估算制动电阻的阻值 能耗制动时，电动机内部的部分铜耗被转换 为制动转矩，约占额定电磁转矩的20； 制动电阻的预选值： 直流回路电压 制动 转矩 电动机额定 转矩 减速开 始速度 中原工学院电子信息学院 直流回路电压取值： 对200v级变频器，uc380v 对400v级变频器，uc760v 如（tb-0.2tm )0，可以不加制动电阻。 中原工学院电子信息学院 能耗制动电路中： 放电回路最大允许电流 ic = 功率管允许 通过的电流 制动电阻的最小值为： 直流回 路电压 功率管允许 通过的电流 中原工学院电子信息学院 制动电阻 rb 的阻值： 计算制动电阻的平均消耗功率 制动电阻 最小值 制动电阻 预选值 电机内部铜耗转 换成制动转矩 中原工学院电子信息学院 第四步，计算制动电阻的额定功率 制动电阻额定功率与电机减速模式有关: 非重复减速 重复减速 中原工学院电子信息学院 连续工作制的电阻器，用于间歇工作制时 ，电阻的允许功率将增加。 电阻功率增加率特性图 中原工学院电子信息学院 电动机在不同减速模式时，制动电阻额定 功率计算步骤： 求功率增加率 m ； 对于非重复减速 模式，根据减速时间 ts,从右图中查出功率 增加率(系数) m ； 中原工学院电子信息学院 对于重复减速，求出制动电阻使用率: d = tst0 功率增加率 根据制动电阻使用率 d 值，据图查出功率增 加率 m 每次降速 所需时间 每个降速周 期所需时间 中原工学院电子信息学院 根据求得的阻值 rbo 和额定功率 po , 可选用相应的变频器选配件，或在市场上选 择符合要求的标准电阻器。 求出制动电阻的额定功率 po 制动电阻 平均功率 功率增加率 中原工学院电子信息学院 电源变压器 电源侧 电抗器 变频器的外接主电路 断路器 接触器 电源侧 滤波器 输出侧 滤波器 输出侧 电抗器 3. 变频器外围主电路的设计及设备选择 中原工学院电子信息学院 l）电源变压器 t 作用：将高压电源变换成通用的变频器 所需的电压等级( 200v 或 400v)。 电源变压器选择： 中原工学院电子信息学院 变频器输入侧功率因数： 无交流输入电抗器时取0.60.8 有交流输入电抗器时取0.80.85 变频器效率取 0.95 变频器输出功率= 所接电动机的总功率 也可从变频器厂家推荐的容量参考值中选 中原工学院电子信息学院 2）简单的变频器输入主电路 断路器 接触器 快速熔断器 中原工学院电子信息学院 电源侧断路器额定电流： 断路器额 定电流 变频器额定 输出电流 没有工频电源切换电路时 电源侧断路器 qf 及选择 接通变频器进线电源，并进行短路保护 （隔离和保护作用） 中原工学院电子信息学院 有工频电源切换电路时 工频电网供电时，电机可 能直接启动，断路器选择应 考虑电机起动电流 断路器额定电流： 过电流脱扣器额定电流： k 为安全系数，取1.5 1.7 电机额定电流 中原工学院电子信息学院 电源侧接触器qa1及选择 电源侧接触器额定电流： 接触器额 定电流 变频器额定 输出电流 用于接通/切断变频器电源； 中原工学院电子信息学院 3）简单变频器输出主电路 中原工学院电子信息学院 变频器输出主电路 一台变频器控制一台电动机 时，变频器输出直接接电动机。 变频器输出与电机间不要接 接触器； 变频器输出与电机间不要热 继电器，电机的过载保护由变频 器完成。 中原工学院电子信息学院 电机需要变频工频电源切换时 变频供电和工频供 电必须互锁。 变频器供电时，qa1 、qa2分别接通变频器电 源和负载； 工频电源供电时， qa3接通工频电源，由热 继电器进行过载保护； 中原工学院电子信息学院 输出主电路接触器选择 工频切换接触器qa3 ： 输出接触器qa2选择： 电动机额 定电流 中原工学院电子信息学院 通过输出接触器控制 各台电动机的启动停止； 电动机的过载保护需 通过热继电器实现。 一台变频器控制多台电动机时 中原工学院电子信息学院 热继电器 fr的选择 一台变频器控制一台电机时，电动机过 载保护由变频器完成； 具有工频/变频电源供电的电路中，电机 工频运行时用热继电器进行过载保护； 一台变频器驱动多台电动机时，用热继 电器对各自的电动机进行过载保护； 中原工学院电子信息学院 热继电器 fr 的选择 50hz时热继电器的设定值： 60hz时热继电器的设定值： 热元件额 定电流 电动机额 定电流 中原工学院电子信息学院 4）变频调速系统中的电抗器 输入电抗器 1acl 作用 ： 增加电源阻抗，限制电网电压突变、操 作过电压引起的冲击电流，保护变频器； 改善变频器输入侧的功率因素； 抑制变频器输入电网的谐波电流。 中原工学院电子信息学院 输入电抗器接法: 串接在电源和变频器功率输入端之间。如 果使用了滤波器fil ，进线电抗器应串接在滤 波器之前。 输入电抗器 中原工学院电子信息学院 安装输入电抗器的场合： 电源容量在500kva以上，并且为变频器 的容量的10倍以上时； 多台变频器接在同一电源系统上时； 变频器和具有大容量晶闸管的设备接在 同一电源系统上时； 变频器和焊接设备等畸变波发生源接在 同一电源系统上时； 三相电源电压不平恒率3 时； 中原工学院电子信息学院 输入电抗器容量的选择 变频器额定 输出电压 变频器额 定电流 变频器最 大频率 三相电源电压不平恒率: 中原工学院电子信息学院 根据变频器生产商推荐值选择进线电抗器 中原工学院电子信息学院 变频调速系统中配备了输入侧电抗器后， 输入侧功率因素可提高 无输入电抗器时功率因素0.60.8 有输入电抗器时功率因素0.80.85 中原工学院电子信息学院 直流电抗器dcl 接在变频器整流环节与逆变环节之间。 作用： 补偿电源侧功率因素 ，补偿后功率因素可以达 到0.900.95。 减小输入电流的高次 谐波成分，限制逆变侧短 路电流。 中原工学院电子信息学院 直流电抗器体积较小，许多变频器配备有 内置直流电抗器。 直流电抗器可根据变频器生产商提供的选 型表选择 中原工学院电子信息学院 常用直流电抗器的规格 中原工学院电子信息学院 380v系列 dcl系列直流电抗器选型表（续表1） 中原工学院电子信息学院 dcl系列直流电抗器选型表（续表2） 中原工学院电子信息学院 变频器输出侧需要接电抗器的场合 输出侧交流电抗器 2acl 中原工学院电子信息学院 输出电抗器 的作用 抑制变频器输出谐波电流，延长电机电 缆的长度。 有效降低电动机噪声，将噪声由70 80db 降至 5db 左右。 中原工学院电子信息学院 小容量变频器配用轻载大容量电机时 大容量电机较之小容量电机等效电感小，电 流峰值大，有可能损坏变频器。接输出电抗器 ，可削减输出电流峰值，保护变频器。 中原工学院电子信息学院 交流输出侧电抗器的接线 交流输出电抗器接于变频器的输出端，最靠 近变频器处，以抑制变频器输出谐波电流。 中原工学院电子信息学院 根据厂商提供的选配表选择交流输出电抗器 交流输出侧电抗器的选择 中原工学院电子信息学院 5） 滤波器 频率很高的谐波电流分量具有向空中辐射 电磁波的能力，对其他设备形成干扰。 中原工学院电子信息学院 有效削弱电磁辐射的方法： 1）准确接地 2） 接滤波器 中原工学院电子信息学院 滤波器的作用 抑制具有辐射能力的高频谐波电流，串联 在变频器的输入、输出回路中。 中原工学院电子信息学院 输入侧滤波器 1fil 输入侧滤波器由高频线圈和电容器组成。 安装在输入电源（电抗器之后）与变频器之间 。 外接输入 滤波器 中原工学院电子信息学