变频调速系统设计选型培训PPT.ppt

第六章变频调速系统设计及选型 主讲 杨涟 中原工学院电子信息学院自动化系统集成课程组 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 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 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 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 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10 15 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 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 变频器类型 控制方式 的选择 u f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 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 u f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u f控制变频器 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u f型变频器 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 不带反馈的矢量控制接法 矢量控制方式 带速度反馈的矢量控制 编码器模板 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u f控制方式 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 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 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 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 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 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 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 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 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 05 1 1 变频器额定电流 电动机额定电流 电流波形补偿系数 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 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 多台电动机分别启动 制动时 变频器短时过载能力为150 1min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 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 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 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 mm440变频器容量选配表 mm440变频器容量及订货号表 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 防失速功能的作用 使实际加速时间加长 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 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 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 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 直流回路电压取值 对200v级变频器 uc 380v 对400v级变频器 uc 760v 如 tb 0 2tm 0 可以不加制动电阻 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 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 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 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 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 对于重复减速 求出制动电阻使用率 d ts t0 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 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 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 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 变频器输入侧功率因数 无交流输入电抗器时取0 6 0 8 有交流输入电抗器时取0 8 0 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 2 简单的变频器输入主电路 断路器 接触器 快速熔断器 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 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 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 3 简单变频器输出主电路 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 根据变频器生产商推荐值选择进线电抗器 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 6 0 8 有输入电抗器时功率因素0 8 0 85 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 90 0 95 减小输入电流的高次谐波成分 限制逆变侧短路电流 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 常用直流电抗器的规格 dcl系列直流电抗器选型表 续表1 dcl系列直流电抗器选型表 续表2 变频器输出侧需要接电抗器的场合 输出侧交流电抗器2acl 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 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 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 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 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 有效削弱电磁辐射的方法 1 准确接地2 接滤波器 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 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 输出侧滤波器2fil输出侧滤波器由高频线圈和电容器组成 电容器只能接在电动机侧 且应串入电阻 以防止逆变管因电容器的充 放电而受到冲击 外接输出滤波器 有些型号的变频器内接有滤波器 内接输出滤波器 内接输入滤波器 选型 选用变频器厂家推荐的规格型号 第六章小结 电动机类型及容量选择方法 变频器类型及容量选择方法 按照运行特性选择 按照要求的启动时间选择 按照要求的停止时间选择 变频器外围主电路的设计 各元件功能 变频器外围设备的选择方法 全部课程结束 谢谢大家的支持 周二下午考试 考试形式 现场出题 上机实际操作一人一台机器独立完成 分批进行 每批上机时间20分钟要求 根据控制要