变频传动外接电路选型计算★★.pdf

第 1 页 变频传动外接电路选型计算变频传动外接电路选型计算 第二部分 选型计算第二部分 选型计算 一 一 电机电流 电机电流 公式 I P U 3 cos 口诀 容量除以千伏数 商乘系数点七六 适用于任何 电机 三相二百二电机 千瓦三点五安培 常用三百八电机 一个千瓦两安培 低压六百六电机 千瓦一点二安培 高压三千伏电机 四个千瓦一安培 高压六千伏电机 八个千瓦一安培 二 二 变频器选型变频器选型 在异步电动机确定后 通常应根据异步电动机的额定电流来选择变频器 或 者根据异步电动机实际运行中的电流值 最大值 来选择变频器 当运行方式不同 时 变频器容量的计算方式和选择方法不同 变频器应满足的条件也不一样 选 择变频器容量时 变频器的额定电流是一个关键量 变频器的容量应按运行过程 中可能出现的最大工作电流来选择 2 1 连续运转时所需的变频器容量的计算 由于变频器传给电动机的是脉冲电流 其脉动值比工频供电时电流要大 因 此须将变频器的容量留有适当的余量 此时 变频器应同时满足以下三个条件 PCN KPM cos ICN KIM PCN Ksqrt 3 UMIM 式中 PM cos UM IM 分别为电动机输出功率 效率 取 0 85 率因数 取 0 75 电压 V 电流 A K 电流波形的修正系数 PWM 方式取 1 05 1 1 PCN 变频器的额定容量 KVA ICN 变频器的额定电流 A 这三个公式是统一的 选择变频器容量时 应同时满足三个算式的关系 尤 其变频器电流是一个较关键的量 因此根据公式 可以确定 变频器的容量应当为电机额定容量的 1 5 倍以上 实际上是大于 1 1 倍电机的输入功率 电流为电机额定电流的 1 1 倍以上 2 2 减速时变频器容量的选择 变频器的最大输出转矩是由变频器的最大输出电流决定的 一般情况下 对于短时的加减速而言 变频器允许达到额定输出电流的 130 150 视变频器容量 因此 在短时加减速时的输出转矩也可以增大 反 之 如只需要较小的加减速转矩时 也可降低选择变频器的容量 由于电流的脉 动原因 此时应将变频器的最大输出电流降低 10 后再进行选定 可见 短时加减速的 不是频繁的 也可以按照 2 1 的容量选择 2 3 繁加减速运转时变频器容量的选定 根据加速 恒速 减速等各种运行状态下的电流值 按下式确定 I1CN I1t1 I2t2 I5t5 t1 t2 t5 K0 式中 I1CN 变频器额定输出电流 A PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 第 2 页 I1 I2 I5 各运行状态平均电流 A t1 t2 t5 各运行状态下的时间 K0 安全系数 运行频繁时取 1 2 其它条件下为 1 1 2 4 一台变频器传动多台电动机 且多台电动机并联运行 即传动组 用一台变频器使多台电机并联运转时 对于一小部分电机开始起动后 再追 加投入其他电机起动的场合 此时变频器的电压 频率已经上升 追加投入的电 机将产生大的起动电流 因此 变频器容量与同时起动时相比需要大些 以变频器短时过载能力为 150 1min 为例计算变频器的容量 此时若电 机加速时间在 1min 内 则应满足以下两式 若电机加速在 1min 以上时 式中 nt 并联电机的台数 ns 同时起动的台数 PCN1 连续容量 KVA PCN1 KPMnT cos PM 电动机输出功率 电动机的效率 约取 0 85 cos 电动机的功率因数 常取 0 75 Ks 电机起动电流 电机额定电流 IM 电机额定电流 K 电流波形正系数 PWM 方式取 1 05 1 10 PCN 变频器容量 KVA ICN 变频器额定电流 A 三 三 制动电阻的选择制动电阻的选择 常有用户抱怨说 明明是按照变频器的说明书选购的制动电阻和制动单元 为什么会烧制动电阻 有的时候制动转矩不足 是不是说明书有误 变频器说明书中的制动电阻数据只是一个参考数据 因为在提供制动电阻数 据时 要受到两个因素的制约 1 负载的惯性大小和工况是千差万别的 实际上不存在一个可用于各种情 况的制动电阻值及其容量 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 第 3 页 2 变频器生产厂为了减少制动电阻的档次 常常对若干种不同容量的电动 机提供相同阻值和容量的制动电阻 例如 艾默生 TD3000 系列变频器说明书 中 对于配用电动机容量为 22 kW 30 kW 和 37kW 的变频器 所提供的制动电 阻规格 都是 3 kW 20 因此 所提供的规格不可能对所有变频器都是最 佳的 3 1 怎样决定制动电阻的大小 要决定制动电阻的大小 首先要决定需要多大的制动转矩 决定制动转矩 的主要依据是拖动系统的惯性大小 实践证明 在大多数情况下 制动转矩的大小和电动机的额定转矩相等 TB TMN 就已经足够了 对于惯性较大 又要求较快制动的负载 所需制动转矩也不会超过 2TMN 因此 制动转矩的取值范围是 TB 1 2 T MN 1 式中 TB 拖动系统需要的制动转矩 N m TMN 电动机的额定转矩 N m 有关资料表明 当通过制动电阻的放电电流等于电动机额定电流时 制动 转矩约为电动机额定转矩的 2 倍 IB IMN TB 2TMN 式中 IB 通过制动电阻的放电电流 IMN 电动机的额定电流 对应于式 1 所示的制动转矩范围 放电电流 IB的取值范围是 IB 0 5 1 0 IMN 2 又因为 1 kW 电动机的额定电流约等于 2 A 故放电电流 IB的取值范围又可 以估算为 IB 1 2 PMN 3 式中 PMN 电动机额定功率的千瓦数 根据欧姆定律 RB UDH I B 4 式中 RB 制动电阻值 UDH 直流电压的上限值 将式 2 和式 3 代入式 4 有 RB UDH 0 5 1 0 IMN UDH 1 2 PMN 5 3 2 制动电阻的容量和负载工况的关系 3 2 1 制动电阻的运行功率 当制动电阻接入电路时所消耗的电功率 称为运行功率 计算方法如下 PB0 U DH2 RB 6 式中 PB0 制动电阻的运行功率 制动电阻中通入电流后是要发热的 所产生的热量和 PB0成正比 因此 运行功率也是发热功率 3 2 2 制动电阻的实选容量 实际工作中 制动电阻接入电路的时间并不长 在此时间内 制动电阻的温 升达不到其额定温升 因此 没有必要按照运行功率来选择其容量 而应该根 据其具体工况来进行适当的修正 PB B P B0 7 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 第 4 页 式中 PB 制动电阻的实选容量 B 修正系数 3 2 3 修正系数 1 不反复减速 有些负载 并不经常减速 或者说 每两次减过程之间 相隔的时间较长 针对这种情况 修正系数 B的大小 应该根据每次减速的时间来决定 如下表 所示 是不同减速时间修正系数的参考值 例如 当每次减速的时间为 4 s 时 因为在 4 s 时间内 制动电阻的温升 还达不到稳定温升 故取 B 0 20 如果每次减速的时间为 20 s 则因为在 20 s 时间内 制动电阻的发热已经比较严重 故取 B 0 50 2 反复加 减速 在加 减速比较频繁的情况下 制动电阻处于断续运行的状态 制动电阻的 最终温升与减速占空比有关 kB tB tC 8 式中 kB 减速占空比 tB 减速时间 s tC 加 减速的周期 与此同时 制动电阻的发热还和每次制动时的减速时间有关 因此 修正 系数 B的大小难以简单地进行描述 大体上说 则 当减速占空比 kB 0 2 时 取 B 0 2 当减速占空比 kB 0 8 时 取 B 1 四 四 断路器的选择断路器的选择 现在的空开都具备有过流保护功能 选择时 应充分考虑电路中是否有正常 的过电流 以防止过电流的误动作 4 1 变频器单独控制的主电路中 属于正常情况的过电流有 1 变频器刚接通电源瞬间 对电容器充电电流可达额定电流的 2 3 倍 2 变频器进线电流是脉冲电流 其峰值常可能超过额定电流 3 变频器允许过载 150 1min 断路器电流 IQ 1 3 1 4 IN 4 2 切换控制的主电路中 因为有电机可能在工频下运行 故按电机的工频启动电流来选择 IQ 2 5IMN 五 五 接触器接触器 5 1 输入接触器 KM1 接触器本身并无保护功能 不存在误动作 因此 主触点额定电流大于变频 器额定电流即可 IKN IN PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 第 5 页 5 2 输出接触器 变频器的输出电流含有较强的谐波成分 有效值略大于工频运行的有效值 故主触点的额定电流应适当大于电机额定电流 IKN 1 1IMN 5 2 工频接触器 工频接触器应考虑电机在工频启动情况 其触点容量通常按额定再加大一 档 六 六 进线电抗器的选择进线电抗器的选择 变频调速系统的功率因数较低 约为 0 7 0 75 之间 而且含有大量高次谐波 比较有效的方法是 在输入电路串入电抗器 可将功率因数提高到 0 85 以上 额定电流 从发热方面设计电抗器的长期工作电流 同时应该考虑足够的高 次谐波分量 即输入电抗器实际流过的电流是变频器的输入电流 阻抗电压 是指 50HZ 时 对应实际额定电流时电抗器线圈两端的实际电压 降 通常选择阻抗电压降在进线电压 2 4 左右 电感量的选择 电抗器的额定电感量也是一个重要的参数 若电感量选择不 合适 会直接影响额定电流下的阻抗电压降的变化 从而引起故障 选择了额定 交流电流与阻抗电压降也就确定了电感量 通常进线电压为 4 4V 电流为变频器额定电流 通常可参考下表选配 进线电抗器选配表 适配功率 KW 额定电流 A 压降 V 电感量 mH 2 2 5 4 4 2 8 4 10 4 4 1 4 5 5 15 4 4 0 934 7 5 20 4 4 0 7 11 30 4 4 0 467 18 5 40 4 4 0 35 22 50 4 4 0 28 30 60 4 4 0 234 37 80 4 4 0 175 55 110 4 4 0 128 75 150 4 4 0 0934 90 200 4 4 0 07 120 250 4 4 0 056 132 300 4 4 0 0467 160 350 4 4 0 04 七 七 出线电抗器选择出线电抗器选择 变频器的输出侧一般不接电抗器 但是十分必要时 可以接输出电抗器 对输出电抗器的要求是 在最高频率下工作时 电抗器上的电压降不得超过 额定电压的 2 5 理论计算公式如下 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 第 6 页 MN MN O If U L max 2 5 2 3 10 O L 输出电抗器电感量 mH MN U 电机额定电压 V MN I 电机额定电流 A max f 最高工作频率 Hz 额定电流 从发热方面设计电抗器的长期工作电流 同时应该考虑足够的高 次谐波分量 即输出电抗器实际流过的电流是变频器电机负载的输出电流 阻抗电压 阻抗电压降是指 X Hz 时 对应实际额定电流时电抗器线圈两端 的实际电压降 通常选择阻抗电压降在电机额定电压 1 2 左右 通常出线电压为 2 2V 电流为电机额定电流 通常可参考下表选配 出线电抗器选配表 适配功率 KW 额定电流 A 压降 V 电感量 mH 2 2 5 4 4 1 4 4 10 4 4 0 7 5 5 15 4 4 0 467 7 5 20 4 4 0 352 11 30 4 4 0 234 18 5 40 4 4 0 175 22 50 4 4 0 14 30 60 4 4 0 117 37 80 4 4 0 088 55 110 4 4 0 064 75 150 4 4 0 0467 90 200 4 4 0 035 120 250 4 4 0 028 132 300