交流变频调速技术5综述

1、交流变频调速技术交流变频调速技术第第四章四章 变频器的选择变频器的选择4 4- -1 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1.1.输入侧的额定值：输入侧的额定值：电压、频率、相数：电压、频率、相数：AC 380V 50HZ AC 380V 50HZ 三相三相 230V 50HZ/60HZ 230V 50HZ/60HZ 三相三相 ( (用于国内企业用于国内企业) )、（用于国外企业）、（用于国外企业） AC 200AC 200230V 50HZ 230V 50HZ 单相单相 （用于家用电器）（用于家用电器）2.2.输出侧的额定值：输出侧的额定值：输出电压最大值输出电压最大值U U

2、m m ; ;输出电流最大值输出电流最大值I Im m 输出功率容量输出功率容量S Sm m( (视在功率）视在功率） S Sm m= =3U3Um I Im m 3 3.变频器的性能指标：变频器的性能指标：（1 1）频率指标（频率指标（ 最低最低0.11HZ0.11HZ最高最高120650HZ120650HZ）频率精度和）频率精度和 分辨率（数字分辨和模拟分辨率）分辨率（数字分辨和模拟分辨率）（2 2）低频时）低频时（0.5HZ)0.5HZ)高启动转矩高启动转矩: :180180200%200%。（3 3）速度调节范围：控制精度可达）速度调节范围：控制精度可达0.005%0.005%。（4

3、4）转矩控制精度：可达）转矩控制精度：可达3%3%。 (5) (5) 低转速时的转速脉动高质量的变频器低转速时的转速脉动高质量的变频器1HZ1HZ时只有时只有1.5r.pm1.5r.pm (6) (6) 噪声和谐波干扰：用噪声和谐波干扰：用IGBTIGBT和和IPMIPM为元件的变频器，听不见为元件的变频器，听不见 噪声，但始终存在高次谐波。噪声，但始终存在高次谐波。（7 7）发热量：越小越好。）发热量：越小越好。4-2 4-2 变频器的选择变频器的选择 作为电气工程师首要的基本设计技能是为各种各样的生产机作为电气工程师首要的基本设计技能是为各种各样的生产机械选择合适的电气拖动，选择调速的变频

4、器主要是两个方面：械选择合适的电气拖动，选择调速的变频器主要是两个方面：变频器类型变频器类型；变频器容量变频器容量一一. .变频器类型要适应负载特性变频器类型要适应负载特性负载类型负载类型性能要求性能要求变频器类型变频器类型备注备注风机、泵类风机、泵类转矩TL正比于n的平方，因压头影响要限制低频下限普通通用型普通通用型低频时流量特性不好恒功率负载恒功率负载转矩TL反比于n，在高频段用恒功率特性，低频段恒转矩特性普通通用型或高普通通用型或高性能矢量控制性能矢量控制一般轧机、机床主轴卷曲机械类恒转矩型负载恒转矩型负载不论低速（低频）高速（高频）转矩恒定，硬机械特性通用型加转速反通用型加转速反馈闭环

5、并容量略馈闭环并容量略大些矢量控制变大些矢量控制变频器或直接矩阵频器或直接矩阵型变频器双闭环型变频器双闭环挤压机、搅拌机、升降机、输送机等，精轧必须轧钢，造纸等动态性能要求高的，还有特殊电动机的负载专机专用变频二二.变频器容量要根据运行情况匹配电机容量变频器容量要根据运行情况匹配电机容量依据原则：依据原则：变频器标称为视在功率变频器标称为视在功率 S=1.73(US=1.73(UN NI IN N);U);UN N、I IN N是拖是拖动电动机的额定电压、额定电流。变频器的容量要与电动机的功动电动机的额定电压、额定电流。变频器的容量要与电动机的功率优化匹配，不能仅由电动机的功率，额定电压、电流

6、来确定变率优化匹配，不能仅由电动机的功率，额定电压、电流来确定变频器容量，还要考虑电动机的启动、加减速、电动机的数目及负频器容量，还要考虑电动机的启动、加减速、电动机的数目及负载情况。载情况。1.1.一台电动机时变频器容量的选择一台电动机时变频器容量的选择（1 1）连续恒转矩场合，连续恒转矩场合，满足下列计算式：满足下列计算式：式中：式中：P PM M 为负载所要求的电动机的轴输出功率为负载所要求的电动机的轴输出功率; ; 为电动机的效率；为电动机的效率；COSCOS为电动机的为电动机的功率因数（通常约功率因数（通常约0.750.75）；）；U UM M 为电动机的电压；为电动机的电压；I I

7、M M 为电动机工频电源时电流；为电动机工频电源时电流；k k 为电为电流波形修正系数（流波形修正系数（PWMPWM方式时取方式时取1.051.051.101.10）；）；P PCN CN 为变频器的额定容量；为变频器的额定容量；I ICN CN 为变频为变频器的额定电流。器的额定电流。一般估算一般估算如电动机实际电流小于额定，变频器容量不小于如电动机实际电流小于额定，变频器容量不小于80%80%（恒转矩）（恒转矩）65%65%（恒功率）（恒功率）4-2 4-2 变频器的选择变频器的选择COSkPPMNCMMNCIUkP3MNCkIImax)1 .105.1 (IINn4-2 4-2 变频器的

8、选择变频器的选择（2 2）考虑加减速时的校核考虑加减速时的校核变频器变频器带载运行时，突然增速或减速，表征看是带载运行时，突然增速或减速，表征看是f f 的增减，实际考验的是的增减，实际考验的是转矩和电流能力，变频器在设计时，不同的频率下对应不同的最小到最大转矩转矩和电流能力，变频器在设计时，不同的频率下对应不同的最小到最大转矩升，和电流的长，一般在产品参数表上都标有升，和电流的长，一般在产品参数表上都标有过载能力过载能力和和过载容量过载容量和和过电流承过电流承受量受量。短时间允许达到额定电流的。短时间允许达到额定电流的130%130%150%150%（转矩是由电流大小决定的）对（转矩是由电流

9、大小决定的）对付突然增减速，需较大输出转矩时，由于电流时脉动的，要在增加一级（付突然增减速，需较大输出转矩时，由于电流时脉动的，要在增加一级（10%10%）功率容量的变频器，反之，对于只需较小的加减速输出转矩时，可将变频器最功率容量的变频器，反之，对于只需较小的加减速输出转矩时，可将变频器最大电流降低大电流降低10%10%后，再选定。后，再选定。如果电动机频繁的负载调节电流波动，那么按公式：如果电动机频繁的负载调节电流波动，那么按公式：变频器额定输出电流变频器额定输出电流校核变频器输出电流，实际是乘个系数校核变频器输出电流，实际是乘个系数k k0 0( (频繁时取频繁时取1.21.2，其他为，

10、其他为1.11.1）各各段高低负载电流值的平均值。段高低负载电流值的平均值。（3 3）频繁加减速运行时的校核频繁加减速运行时的校核.)/(.)(32122110ttttItIkINCn nt tt tI I0 00 0t t1 1t t2.2.t t6 6I I1 1I I2 2I I3 3I I4 4I I5 5(4) (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应使电动机在输出最大转矩时电流限制在变频器额定电流之内。应使电动机在输出最大转矩时电流限制在变频器额定电流之内。 4-2 变频器的选择变频器的选择(5) (5) 电动机直接启动时所需变频器功率容量的选定和校核电动机直

11、接启动时所需变频器功率容量的选定和校核一般电动机直接启动，其瞬间堵转电流是额定电流的一般电动机直接启动，其瞬间堵转电流是额定电流的5 57 7倍倍！，变频器！，变频器虽然有软启动功能，但堵转电流的冲击，选择电流时额定输出电流虽然有软启动功能，但堵转电流的冲击，选择电流时额定输出电流 I IINVINV I IK K/ /K Kg g I IK K 为堵转电流；为堵转电流；K Kg g 为变频器允许过载倍数（一般为变频器允许过载倍数（一般1.31.31.51.5） (6) (6) 大过载容量大过载容量某些负载需要变频器过载能力大，超过标定的某些负载需要变频器过载能力大，超过标定的125% 125

12、% ，只能选大一档容只能选大一档容量变频器。量变频器。 (7) (7) 大惯性负载起动时变频器容量的计算大惯性负载起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公式：大惯性负载启动时变频器容量的计算公式：式中：式中：GDGD换算到电动机轴上总的飞轮惯量；换算到电动机轴上总的飞轮惯量；T TL L负载转矩；负载转矩；电动机效率；电动机效率；COSCOS功率功率因数；因数；t tA A电动机加速时间电动机加速时间（据负载要求定）（据负载要求定）k kV V电压波形系数（电压波形系数（PWMPWM方式时取方式时取1.051.051.101.10）P PCNCN变频器额定容量（变频器额定容量（

13、KVA)KVA)n nW W电动机额定转速（电动机额定转速（r/min)r/min); ;M M 电机转矩过载倍数电机转矩过载倍数；SISI 变频器短时过载倍数变频器短时过载倍数；K KS S 转矩系数转矩系数 对于类似离心分离机离心式铸造机大惯量远远大于电动机对于类似离心分离机离心式铸造机大惯量远远大于电动机，按上列公式估算。，按上列公式估算。)375(95502AMLMNCtnGDTCOSknPSIMMSNCIKI4-2 变频器的选择变频器的选择（8 8）轻载电动机轻载电动机“大马拉小车大马拉小车”情况，变频器可按实际负载选参数，但是通用变频器不能情况，变频器可按实际负载选参数，但是通用变

14、频器不能小于电动机额定参数。小于电动机额定参数。（1 1）多台同启多台同启 ， 可根据各电动机的电流总和值来选变频器可根据各电动机的电流总和值来选变频器（2）多台依次启动多台依次启动，最后一台启动最为不利，确定软起停时，一定要按，最后一台启动最为不利，确定软起停时，一定要按启动最慢的那台敬轩确定。启动最慢的那台敬轩确定。（3）（N N1 1+N+N2 2) )台电动机并联，其中台电动机并联，其中N N2 2台直接启动台直接启动可按下式计算：可按下式计算： I IK K 堵转电流堵转电流K KS S过载倍数过载倍数I IINVINV变频器额定输出电流变频器额定输出电流（9 9）启动转矩和低速区转

15、矩启动转矩和低速区转矩如果通用变频器在低速和启动时，转矩不能满足负载电机，应把初选变频如果通用变频器在低速和启动时，转矩不能满足负载电机，应把初选变频器容量值乘器容量值乘1.41.4. .2.2.并联运行时变频器功率容量的选择并联运行时变频器功率容量的选择gNKINVKINNINI/)(212 （4 4）并联追加投入启动并联追加投入启动 如果已启动一部分追加才启按公式选：如果已启动一部分追加才启按公式选： Im Im 先启动的先启动的N N1 1台电机额定电流台电机额定电流I IiSiS后追加电机的启动电流后追加电机的启动电流2111NiinsmNKINVIIKI4-2 变频器的选择变频器的选

16、择（5 5）并联多台不同时启动并联多台不同时启动当变频器短时过载能力为当变频器短时过载能力为150%150%、1min1min时，若电动机加速度总时间在时，若电动机加速度总时间在1min1min内内 NT T 并联台数并联台数)1(132)1(32STSMSSTMNCKNNCOSkPKNNCOSkPP) 1(132STSMTNCKNNINI)1(1)1(STSMSSTMNCKNNCOSkPKNNCOSkPPNS 同启台数同启台数KS 启动电流启动电流 / 额定额定电流的比值电流的比值IM 电动机额定电流电动机额定电流PM 电动机轴输出功率电动机轴输出功率 若电动机加速度总时间在若电动机加速度总

17、时间在1min1min以上以上 ) 1(1STSMTNCKNNINIk 电流波形修正系数电流波形修正系数（PWMPWM方式时取方式时取1.051.051.101.10）3.3.离心泵类负载变频器功率容量的选择离心泵类负载变频器功率容量的选择无论电动机加速时间在无论电动机加速时间在1min1min以内或以上，都应以内或以上，都应同时满足容量和电流计算式。同时满足容量和电流计算式。 泵类负载变频器选择时公式为：泵类负载变频器选择时公式为： )(211HQKPKPCN式中式中K K1 1考虑调速后效率变考虑调速后效率变化系数（一般取化系数（一般取1.1-1.21.1-1.2） K K2 2 换算系数

18、（取换算系数（取0.2780.278）P P1 1 节流运行时电动机实测功率；节流运行时电动机实测功率；H H 泵出口压与干线压力差；泵出口压与干线压力差；Q Q 泵流量泵流量 4-2 变频器的选择变频器的选择泵类选择还可用另一个公式：泵类选择还可用另一个公式：)(211QHKPKPCN)/1 (11HHPKPCNQ Q泵打回流的量泵打回流的量对于往复泵，由于它多余的能量消耗在打回流上，可用另一个公式：对于往复泵，由于它多余的能量消耗在打回流上，可用另一个公式：或者或者)/1 (11QQPKPCNH H 泵出口压力泵出口压力按以上公式计算的离心泵和往复泵变频器容量值在两者之间时要取大的，按以上

19、公式计算的离心泵和往复泵变频器容量值在两者之间时要取大的，以保变频器安全运行。以保变频器安全运行。4-3 4-3 电网与变频器的切换电网与变频器的切换 电网是工频运转，用工频电网供电的电动机在运转时切换到变频器供电电网是工频运转，用工频电网供电的电动机在运转时切换到变频器供电控制时，一定要先切断电网供电，然后等电动机全部停止时再切到变频器控制时，一定要先切断电网供电，然后等电动机全部停止时再切到变频器侧启动；对于不能停止的工况，在切断电网后，要给定一定频率使电机转侧启动；对于不能停止的工况，在切断电网后，要给定一定频率使电机转速基本同步时再切到变频器侧；而从变频器侧切到工频侧一般，由变频器速基

20、本同步时再切到变频器侧；而从变频器侧切到工频侧一般，由变频器发出切换信号，即变频器输出到工频时才迅速切换到电网。发出切换信号，即变频器输出到工频时才迅速切换到电网。4-4 4-4 瞬时停电再启动瞬时停电再启动 瞬时掉电变频器停止工作，若即刻上电，要等电机完全停止再重启动，且瞬时掉电变频器停止工作，若即刻上电，要等电机完全停止再重启动，且按斜坡设定启动，否则按原设定频率，可能会过电流跳闸。对于生产流水线按斜坡设定启动，否则按原设定频率，可能会过电流跳闸。对于生产流水线等机械，如怕影响生产，非要迅速回复原速，那就要选大转矩变频器。等机械，如怕影响生产，非要迅速回复原速，那就要选大转矩变频器。4-5

21、. .变频器外围设备及选择变频器外围设备及选择避雷器电源变压器断路器互感器电磁接触器电磁接触器电磁接触器交流电抗器噪声滤波器电源滤波器变频器变频器交流异步电动机交流异步电动机1.1.电源变压器电源变压器高压电网转化为低压（一般高压电网转化为低压（一般200400V)200400V)变压器容量变压器容量 = =变频器输出功率变频器输出功率(KW)(KW)变频器输入功率因数变频器输入功率因数变频器效率变频器效率2.2.避雷器避雷器吸收电网侵入的感应雷击浪涌电压，保护设备吸收电网侵入的感应雷击浪涌电压，保护设备3.3.电源侧断路器电源侧断路器 通断电源，过载和过流时自动跳闸，脱通断电源，过载和过流时

22、自动跳闸，脱扣容量按略大于电动机启动电流选用。扣容量按略大于电动机启动电流选用。4.4.电源侧交流接触器电源侧交流接触器 控制变频器通断电源，不可频繁开关虽有灭弧控制变频器通断电源，不可频繁开关虽有灭弧罩，但触点寿命有限，不能用此来停止变频器容罩，但触点寿命有限，不能用此来停止变频器容量按变频器额定电流选用。量按变频器额定电流选用。5.5.变频输出和工频电网切换交流接触器变频输出和工频电网切换交流接触器制动电阻 控制电动机启停电源，及切换工频电网控制控制电动机启停电源，及切换工频电网控制（必须按变频器切换要求）容量按电动机启停电（必须按变频器切换要求）容量按电动机启停电流选用。流选用。一一.

23、.常规配件的选择常规配件的选择直流电抗器热继电器R S TU V W4-5.变频器外围设备及选择变频器外围设备及选择6.6.热继电热继电器器 变频器过流之外附加对电动机过载保护，可在过热（过载）时跳开主接触器，变频器过流之外附加对电动机过载保护，可在过热（过载）时跳开主接触器，其容量按其容量按1.11.251.11.25倍电机额定电流选。倍电机额定电流选。二二. .变频器专用配件选择变频器专用配件选择7.7.电流互感器电流互感器 变频器前接电流表用，按适合负载的电流表量程选。变频器前接电流表用，按适合负载的电流表量程选。 1. 1.电抗器电抗器 在变频器的输入端和输出端都应装有电抗器（实际是大

24、电流的电感器）起作用在变频器的输入端和输出端都应装有电抗器（实际是大电流的电感器）起作用是在输入端限制电网电压突变和操作过电压引起的浪涌电压、电流；可改善功率是在输入端限制电网电压突变和操作过电压引起的浪涌电压、电流；可改善功率因数，减少高次谐波的影响。在输出端抑制电动机的噪声，降低高次谐波输出的因数，减少高次谐波的影响。在输出端抑制电动机的噪声，降低高次谐波输出的不良影响；限制与电机相连的长电缆电容效应；限制电动机绕组上的电压上升率不良影响；限制与电机相连的长电缆电容效应；限制电动机绕组上的电压上升率540V/S540V/S以内。还有一种直流电抗器，装在变频器整流后逆变前，限制逆变器的短以内

25、。还有一种直流电抗器，装在变频器整流后逆变前，限制逆变器的短路电流，提高功率因数。电抗器容量选择按公式：路电流，提高功率因数。电抗器容量选择按公式： f f 最大频率；最大频率；U U 额定电压；额定电压；I I 额定电流额定电流fIUL2%)5%2( 2. 2.滤波器滤波器 在变频器的输入端和输出端都应装有滤波器，所起作用是在输入端滤掉高次谐在变频器的输入端和输出端都应装有滤波器，所起作用是在输入端滤掉高次谐波只让波只让50HZ50HZ、60HZ60HZ通过。在输出端抑制电动机的噪声，降低高次谐波输出的不良通过。在输出端抑制电动机的噪声，降低高次谐波输出的不良影响；同时也能消弱变频器本身对附

26、近设备的电磁辐射干扰。影响；同时也能消弱变频器本身对附近设备的电磁辐射干扰。4-5.4-5.变频器外围设备及选择（专用配件）变频器外围设备及选择（专用配件）6.6.制动电阻制动电阻 制动电阻是变频器停止输出时（输出为制动电阻是变频器停止输出时（输出为0 0）电动机内所储存的动能释放）电动机内所储存的动能释放放电所用，由于电流方向由流入变为流出，产生与流入电流生成的转矩放电所用，由于电流方向由流入变为流出，产生与流入电流生成的转矩相反的制动转矩，使电动机加快停下来，同时当储存的能量经相反的制动转矩，使电动机加快停下来，同时当储存的能量经PWMPWM逆变器逆变器回馈到直流侧，引起直流侧滤波电容电压升高，高过设定值后就经制动回馈到直流侧，引起直流侧滤波电容电压升高，高过设定值后就经制动电阻消耗回馈的能量。电阻消耗回馈的能量。 有关资料表明：当放电电流等于电动机额定电流的一有关资料表明：当放电电流等于电动机额定电流的一半时，就可得到与电动机的额定转矩相等的制动转矩，因半时，就可得到与电动机的额定转矩相等的制动转矩，因此，制动电阻粗略算法为此，制动电阻粗略算法为( (U UD D 直流回路电压直流回路电压，I Ie e 电机额定电流电机额定电流）在我国，直流回路的电压可计算为