項目4任務(wù)四：變頻器外圍設(shè)備及選擇

1、任務(wù)四任務(wù)四 變頻器外圍設(shè)備及選擇變頻器外圍設(shè)備及選擇知識與能力目標(biāo)知識與能力目標(biāo)學(xué)習(xí)電源變壓器及其選擇學(xué)習(xí)電源變壓器及其選擇 1了解斷路器和接觸器了解斷路器和接觸器 2345了解濾波器和電抗器了解濾波器和電抗器 34學(xué)習(xí)制動電阻及其選擇學(xué)習(xí)制動電阻及其選擇 變頻器的外圍設(shè)備變頻器的外圍設(shè)備 電源變電源變壓器壓器 電源側(cè)斷電源側(cè)斷路器路器 電源側(cè)電源側(cè)接觸器接觸器 無線電噪聲無線電噪聲濾波器濾波器 電源側(cè)交電源側(cè)交流電抗器流電抗器 制動制動電阻電阻 電動機(jī)側(cè)電動機(jī)側(cè)交流電抗器交流電抗器 電動機(jī)側(cè)電動機(jī)側(cè)交流電抗器交流電抗器 工頻電網(wǎng)切換工頻電網(wǎng)切換用接觸器用接觸器 變頻器的外圍設(shè)備變頻器的外圍

2、設(shè)備 電源變壓器電源變壓器T電源變壓器電源變壓器用于將高壓電源變換到通用變頻器所需的電壓等級用于將高壓電源變換到通用變頻器所需的電壓等級。由于。由于變頻器的輸入電流含有一定量的高次諧波，變頻器的輸入電流含有一定量的高次諧波，使電源側(cè)的功率因數(shù)降使電源側(cè)的功率因數(shù)降低，低，若再考慮變頻器的運(yùn)行效率，則變壓器的容量常按下式計算，單若再考慮變頻器的運(yùn)行效率，則變壓器的容量常按下式計算，單位為位為kVA：其中，變頻器功率因數(shù)在其中，變頻器功率因數(shù)在有輸入交流電抗器有輸入交流電抗器ACL1時時取取0.80.85，無無輸入電抗器輸入電抗器ACL1時時則取則取0.60.8。變頻器效率可取變頻器效率可取0.9

3、5，變頻器輸出變頻器輸出功率功率應(yīng)為所接電動機(jī)的總功率。應(yīng)為所接電動機(jī)的總功率。變頻器的外圍設(shè)備變頻器的外圍設(shè)備 斷路器和接觸器斷路器和接觸器 電源側(cè)斷路器電源側(cè)斷路器QF 電源側(cè)斷路器電源側(cè)斷路器用于變頻器、電機(jī)與電源回路的正常通斷，用于變頻器、電機(jī)與電源回路的正常通斷，并并且且在出現(xiàn)在出現(xiàn)過電流或短路事故時能自動切斷變頻器與電源的聯(lián)系，以防事故擴(kuò)大。過電流或短路事故時能自動切斷變頻器與電源的聯(lián)系，以防事故擴(kuò)大。如如果需要進(jìn)行接地保護(hù)，果需要進(jìn)行接地保護(hù)，也可以也可以采用漏電保護(hù)式斷路器采用漏電保護(hù)式斷路器。需要。需要注意注意，使用變使用變頻器都應(yīng)采用斷路器。頻器都應(yīng)采用斷路器。 如果沒有工

4、頻電源切換電路，如果沒有工頻電源切換電路，由于在變頻調(diào)速系統(tǒng)中電動機(jī)的起動由于在變頻調(diào)速系統(tǒng)中電動機(jī)的起動電流可控制在較小范圍內(nèi)，因此，電流可控制在較小范圍內(nèi)，因此，電源側(cè)斷路器的額定電流可按變頻器的電源側(cè)斷路器的額定電流可按變頻器的額定電流來選用。額定電流來選用。 如果有工頻電源切換電路，如果有工頻電源切換電路，當(dāng)變頻器停止工作時，電源直接接電動當(dāng)變頻器停止工作時，電源直接接電動機(jī)，所以機(jī)，所以電源側(cè)斷路器應(yīng)按電動機(jī)的起動電流進(jìn)行選擇。電源側(cè)斷路器應(yīng)按電動機(jī)的起動電流進(jìn)行選擇。最好選用無熔斷最好選用無熔斷絲斷路器。絲斷路器。變頻器的外圍設(shè)備變頻器的外圍設(shè)備 斷路器和接觸器斷路器和接觸器 電源

5、側(cè)接觸器電源側(cè)接觸器KM1 電源側(cè)接觸器電源側(cè)接觸器用于電源的開閉，用于電源的開閉，電源一旦斷電，自動將變頻器與電源電源一旦斷電，自動將變頻器與電源脫開，防止重新供電時變頻器自行工作，以保護(hù)設(shè)備的安全及人身安全。脫開，防止重新供電時變頻器自行工作，以保護(hù)設(shè)備的安全及人身安全。在變頻器內(nèi)部保護(hù)功能起作用時，通過接觸器使變頻器與電源脫開。在變頻器內(nèi)部保護(hù)功能起作用時，通過接觸器使變頻器與電源脫開。 注意注意，不要用接觸器進(jìn)行頻繁的起動或停止不要用接觸器進(jìn)行頻繁的起動或停止（變頻器輸入回路的開（變頻器輸入回路的開閉壽命大約為閉壽命大約為1010萬次），萬次），不能用電源側(cè)的接觸器停止變頻器。不能用電

6、源側(cè)的接觸器停止變頻器。當(dāng)然，變頻當(dāng)然，變頻器即使無電源側(cè)電磁接觸器，也可使用。器即使無電源側(cè)電磁接觸器，也可使用。變頻器的外圍設(shè)備變頻器的外圍設(shè)備 用于變頻器和工頻電網(wǎng)之間的切換運(yùn)行。用于變頻器和工頻電網(wǎng)之間的切換運(yùn)行。KM2和和KM3之間的互鎖可之間的互鎖可以防止變頻器的輸出端接到工頻電網(wǎng)上。以防止變頻器的輸出端接到工頻電網(wǎng)上。 如果如果不需要變頻器不需要變頻器工頻電網(wǎng)的切換功能工頻電網(wǎng)的切換功能，可以不要可以不要KM2。注意注意: :有些機(jī)種要求有些機(jī)種要求KM2KM2只能在電動機(jī)和變頻器停機(jī)狀態(tài)下進(jìn)行通斷。只能在電動機(jī)和變頻器停機(jī)狀態(tài)下進(jìn)行通斷。 對于具有內(nèi)置工頻電源切換功能的通用變頻

7、器，要選擇變頻器生產(chǎn)廠對于具有內(nèi)置工頻電源切換功能的通用變頻器，要選擇變頻器生產(chǎn)廠商提供或推薦的接觸器型號；商提供或推薦的接觸器型號；對于變頻器用戶自己設(shè)計的工頻電源切換電對于變頻器用戶自己設(shè)計的工頻電源切換電路，按照接觸器常規(guī)選擇原則選擇。路，按照接觸器常規(guī)選擇原則選擇。變頻器的外圍設(shè)備變頻器的外圍設(shè)備 斷路器和接觸器斷路器和接觸器 電動機(jī)側(cè)接觸器電動機(jī)側(cè)接觸器KM2和和工頻電網(wǎng)切換用接觸器工頻電網(wǎng)切換用接觸器KM3 用于限制變頻器因高次諧波對外界的干擾，用于限制變頻器因高次諧波對外界的干擾，可酌情選用?？勺们檫x用。 在電力回路中使用的交流濾波器在電力回路中使用的交流濾波器通常有調(diào)諧濾波器和

8、二次型高次濾波器。通常有調(diào)諧濾波器和二次型高次濾波器。調(diào)諧濾波器適用于單一高次諧波的吸收，調(diào)諧濾波器適用于單一高次諧波的吸收，高次濾波器適用于多個高次諧波高次濾波器適用于多個高次諧波的吸收，的吸收，一般將兩者組合起來作為一個設(shè)備使用。一般將兩者組合起來作為一個設(shè)備使用。變頻器的外圍設(shè)備變頻器的外圍設(shè)備 濾波器和電抗器濾波器和電抗器 無線電噪聲濾波器無線電噪聲濾波器FIL使用濾波器，要注意以下幾個問題：使用濾波器，要注意以下幾個問題： （1 1）電源濾波器只允許特定頻率的電流通過電源濾波器只允許特定頻率的電流通過，如，如50Hz或或60Hz的電流的電流，其他頻率電流受到很大的衰減。其他頻率電流受

9、到很大的衰減。 （2 2）在設(shè)計濾波器的輸入損耗時，要知道濾波器接入時電源的阻抗及負(fù)在設(shè)計濾波器的輸入損耗時，要知道濾波器接入時電源的阻抗及負(fù)載阻抗載阻抗（產(chǎn)品說明書上已注明）。如果電源的阻抗及負(fù)載阻抗與濾波器設(shè)計（產(chǎn)品說明書上已注明）。如果電源的阻抗及負(fù)載阻抗與濾波器設(shè)計時的阻抗不一樣，可以在輸入端并接一個固定電阻。時的阻抗不一樣，可以在輸入端并接一個固定電阻。 （3 3）濾波器的額定電壓必須滿足接入電路的額定電壓的要求。濾波器的額定電壓必須滿足接入電路的額定電壓的要求。濾波器濾波器接入后，電路和電壓損耗一般要求不大于線路額定電壓的接入后，電路和電壓損耗一般要求不大于線路額定電壓的2%2%。

10、 （4 4）濾波器接入電路后，電路的工作電流通過濾波器。濾波器接入電路后，電路的工作電流通過濾波器。 濾波器允許通過的電流值為額定電流。濾波器允許通過的電流值為額定電流。 濾波器中有電容元件，在外加電壓的情況下有漏電電流產(chǎn)生。漏電電濾波器中有電容元件，在外加電壓的情況下有漏電電流產(chǎn)生。漏電電流在各電壓下不能超過某一定值。流在各電壓下不能超過某一定值。（5 5）濾波器在使用期限內(nèi)，絕緣性能會有一定的下降。濾波器在使用期限內(nèi)，絕緣性能會有一定的下降。 設(shè)計時應(yīng)對絕緣電阻最大允許范圍加以限定。設(shè)計時應(yīng)對絕緣電阻最大允許范圍加以限定。 濾波器接入線路后會消耗電能發(fā)出熱量，所以，濾波器還要求滿足一定濾波

11、器接入線路后會消耗電能發(fā)出熱量，所以，濾波器還要求滿足一定的溫度要求。的溫度要求。變頻器的外圍設(shè)備變頻器的外圍設(shè)備 選擇合適的電抗器與變頻器配套使用，選擇合適的電抗器與變頻器配套使用，既可以既可以抑制諧波電流，降低抑制諧波電流，降低變頻器系統(tǒng)所產(chǎn)生的諧波總量，變頻器系統(tǒng)所產(chǎn)生的諧波總量，提高變頻器的功率因數(shù)，提高變頻器的功率因數(shù)，又可以抑制又可以抑制來自電網(wǎng)的浪涌電流對變頻器的沖擊，來自電網(wǎng)的浪涌電流對變頻器的沖擊，保護(hù)變頻器，降低電動機(jī)噪保護(hù)變頻器，降低電動機(jī)噪聲，保證變頻器和電動機(jī)的可靠運(yùn)行。聲，保證變頻器和電動機(jī)的可靠運(yùn)行。變頻器的外圍設(shè)備變頻器的外圍設(shè)備 濾波器和電抗器濾波器和電抗器

12、電源側(cè)交流電抗器電源側(cè)交流電抗器ACL1和電動機(jī)側(cè)交流電抗器和電動機(jī)側(cè)交流電抗器ACL2 電源側(cè)交流電抗器電源側(cè)交流電抗器ACL1能能限制電網(wǎng)電壓突變和操作過電壓所引起限制電網(wǎng)電壓突變和操作過電壓所引起的沖擊電流，的沖擊電流，有效保護(hù)變頻器，改善變頻器的功率因數(shù)，抑制變頻器有效保護(hù)變頻器，改善變頻器的功率因數(shù)，抑制變頻器輸入電網(wǎng)的諧波電流。輸入電網(wǎng)的諧波電流。是否選用視電源變壓器與變頻器容量的匹配情是否選用視電源變壓器與變頻器容量的匹配情況及電網(wǎng)電壓允許的畸變程度而定，況及電網(wǎng)電壓允許的畸變程度而定，一般情況以采用為好。一般情況以采用為好。 （1 1）電源變頻器容量為）電源變頻器容量為500k

13、VA以上，且變頻器安裝位置與大容量變壓以上，且變頻器安裝位置與大容量變壓器距離在器距離在10m以內(nèi)。以內(nèi)。 （2 2）三相電源電壓不平衡率）三相電源電壓不平衡率K大于大于3%3%，K按下式計算：按下式計算：變頻器的外圍設(shè)備變頻器的外圍設(shè)備 應(yīng)該安裝電源側(cè)交流電抗器的場合應(yīng)該安裝電源側(cè)交流電抗器的場合有以下幾種：有以下幾種： （3 3）在同一電源上有晶閘管變流器共同使用，或者進(jìn)線電源端接有通）在同一電源上有晶閘管變流器共同使用，或者進(jìn)線電源端接有通過開關(guān)切換以調(diào)整功率因數(shù)的電容器裝置。過開關(guān)切換以調(diào)整功率因數(shù)的電容器裝置。 （4 4）需要改善變頻器輸入側(cè)的功率因數(shù)（）需要改善變頻器輸入側(cè)的功率因

14、數(shù)（用電抗器可提高到用電抗器可提高到0.750.85）。）。變頻器的外圍設(shè)備變頻器的外圍設(shè)備 一般變頻器生產(chǎn)廠商有標(biāo)準(zhǔn)的電源側(cè)交流電抗器供用戶選用。表一般變頻器生產(chǎn)廠商有標(biāo)準(zhǔn)的電源側(cè)交流電抗器供用戶選用。表4-8為為ACL系列電抗器選型表。系列電抗器選型表。 (a) (b) (c)圖4-16 ACL系列電抗器外形及安裝孔圖表表4-8 ACL系列電抗器選型表系列電抗器選型表適用電適用電動機(jī)動機(jī)（kW）變頻器變頻器容量容量（kW）電抗器型號電抗器型號圖號圖號尺寸（尺寸（mm）質(zhì)量質(zhì)量（kg）ABCDEGH端子孔徑端子孔徑0.750.75ACL-0.75（b）1204065909061095M41.

15、11.51.5ACL-1.5（b）12540751009061095M41.92.22.2ACL-2.2（b）12540751009061095M42.23.73.7ACL-3.7（b）12540751009061095M42.45.55.5ACL-5.5（b）12540901159061095M53.17.57.5ACL-7.5（b）12540751159061095M53.71111ACL-11（b）180608511090711137M63.41515ACL-15（b）180608511090711137M64.518.518.5ACL-18.55.72222ACL-225.9表表4-8

16、 ACL系列電抗器選型表系列電抗器選型表適用電適用電動機(jī)動機(jī)（kW）變頻器變頻器容量容量（kW）電抗器型號電抗器型號圖號圖號尺寸（尺寸（mm）質(zhì)量質(zhì)量（kg）ABCDEGH端子孔徑端子孔徑3030ACL-30（b）19060901201707101908.4113737ACL-374545ACL-45（c）190609012020071019010.5125555ACL-557575ACL-75（c）190609012619771019011129090ACL-90（c）2501001051362029.5182451324110110ACL-110132132ACL-132（c）250100

17、1151462109.5182501332160160ACL-160（c）38012011015024012203001340200200ACL-200220220ACL-220280280ACL-280（c）38013011015026012203001352 是補(bǔ)償長線路分布電容的影響，并抑制通用變頻器輸出的諧波分量，降是補(bǔ)償長線路分布電容的影響，并抑制通用變頻器輸出的諧波分量，降低電動機(jī)的噪聲。低電動機(jī)的噪聲。變頻器的外圍設(shè)備變頻器的外圍設(shè)備 電動機(jī)側(cè)交流電抗器電動機(jī)側(cè)交流電抗器ACL2的的主要目的和作用主要目的和作用 通用變頻器廠商一般都對允許連接的電動機(jī)電纜的最大長度作了規(guī)通用變頻器

18、廠商一般都對允許連接的電動機(jī)電纜的最大長度作了規(guī)定，使用時應(yīng)參照產(chǎn)品說明書的規(guī)定接線。定，使用時應(yīng)參照產(chǎn)品說明書的規(guī)定接線。 如果電纜長度超出變頻器廠商允許連接電纜的最大長度不多，工程上如果電纜長度超出變頻器廠商允許連接電纜的最大長度不多，工程上比較常用的方法是選用額定功率較大的變頻器，比較常用的方法是選用額定功率較大的變頻器，即通常說的降額使用即通常說的降額使用，而而不是安裝電抗器。不是安裝電抗器。 在許多場合通常并不需要過負(fù)載倍數(shù)高，如在許多場合通常并不需要過負(fù)載倍數(shù)高，如150%過負(fù)載，這樣就可過負(fù)載，這樣就可通過設(shè)定功能碼來降低過負(fù)載倍數(shù)，從而可適當(dāng)延長連接的電纜長度。通過設(shè)定功能碼來

19、降低過負(fù)載倍數(shù)，從而可適當(dāng)延長連接的電纜長度。變頻器的外圍設(shè)備變頻器的外圍設(shè)備 下表為德國西門子（下表為德國西門子（SIEMENS）公司）公司變頻器變頻器有有無無電動機(jī)側(cè)交流電抗電動機(jī)側(cè)交流電抗器時導(dǎo)線的允許長度。器時導(dǎo)線的允許長度。變頻器功率變頻器功率（kW）額定電壓（額定電壓（V）非屏蔽導(dǎo)線允許長度（非屏蔽導(dǎo)線允許長度（m）屏蔽導(dǎo)線允許長度（屏蔽導(dǎo)線允許長度（m）無交流電抗器無交流電抗器有交流電抗器有交流電抗器無交流電抗器無交流電抗器有交流電抗器有交流電抗器420060050150351005.520060070200501357.52006001002256715011200600110

20、24075160152006001252608517518.5200600135280901902220060015030010020030220380690150300100200250630380480200400135270變頻器的外圍設(shè)備變頻器的外圍設(shè)備 制動電阻制動電阻 制動電阻單元制動電阻單元R。制動電阻單元用于吸收電動機(jī)再生制動的再生電能，制動電阻單元用于吸收電動機(jī)再生制動的再生電能，可以縮短大慣量負(fù)載的自由停車時間；還可以在位能負(fù)載下放時，實現(xiàn)再可以縮短大慣量負(fù)載的自由停車時間；還可以在位能負(fù)載下放時，實現(xiàn)再生運(yùn)行。生運(yùn)行。 異步電動機(jī)異步電動機(jī)停止或減速停止或減速時，如果軸轉(zhuǎn)

21、速高于變頻器指令轉(zhuǎn)速，則時，如果軸轉(zhuǎn)速高于變頻器指令轉(zhuǎn)速，則異步電動異步電動機(jī)機(jī)處于處于再生發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)再生發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)。 反饋電能經(jīng)逆變器回饋到直流側(cè)，中間直流回路的濾波電容器的電壓會因反饋電能經(jīng)逆變器回饋到直流側(cè)，中間直流回路的濾波電容器的電壓會因吸收這部分回饋能量而提高。吸收這部分回饋能量而提高。如果回饋能量較大，則有可能使變頻器的過電壓如果回饋能量較大，則有可能使變頻器的過電壓保護(hù)功能動作。保護(hù)功能動作。 制動電阻可以耗散這部分能量，使電動機(jī)的制動能力提高。制動電阻可以耗散這部分能量，使電動機(jī)的制動能力提高。制動電阻的選制動電阻的選擇，包括制動電阻的阻值及容量的計算，可按如下步驟進(jìn)行。

22、擇，包括制動電阻的阻值及容量的計算，可按如下步驟進(jìn)行。制動轉(zhuǎn)矩制動轉(zhuǎn)矩TB（Nm）可由下式計算可由下式計算變頻器的外圍設(shè)備變頻器的外圍設(shè)備 制動轉(zhuǎn)矩的計算制動轉(zhuǎn)矩的計算 式中式中 電動機(jī)的飛輪矩，電動機(jī)的飛輪矩，Nm2； 負(fù)載折算到電動機(jī)軸上的飛輪矩，負(fù)載折算到電動機(jī)軸上的飛輪矩，Nm2； TL負(fù)載轉(zhuǎn)矩，負(fù)載轉(zhuǎn)矩，Nm； n1開始減速時的速度，開始減速時的速度，r/min； n2減速完成時的速度，減速完成時的速度，r/min； ts減速時間，減速時間，s。在附加制動電阻進(jìn)行制動的情況下在附加制動電阻進(jìn)行制動的情況下，電動機(jī)內(nèi)部的有功損耗部分折合成制電動機(jī)內(nèi)部的有功損耗部分折合成制動轉(zhuǎn)矩，大約為

23、電動機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的動轉(zhuǎn)矩，大約為電動機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的20%20%?？紤]到這一點(diǎn)，可用下式計算制考慮到這一點(diǎn)，可用下式計算制動電阻的值。動電阻的值。變頻器的外圍設(shè)備變頻器的外圍設(shè)備 制動電阻阻值的計算制動電阻阻值的計算式中式中 UD 直流回路電壓，直流回路電壓，V； TB 制動轉(zhuǎn)矩，制動轉(zhuǎn)矩，Nm； TM 電動機(jī)額定轉(zhuǎn)矩，電動機(jī)額定轉(zhuǎn)矩，Nm； n1 開始減速時的速度，開始減速時的速度，r/min。 如果系統(tǒng)所需如果系統(tǒng)所需制動轉(zhuǎn)矩制動轉(zhuǎn)矩TB0.2TM，即制動轉(zhuǎn)矩在額定轉(zhuǎn)矩的即制動轉(zhuǎn)矩在額定轉(zhuǎn)矩的20%以下以下時，時，則不需要另外的制動電阻則不需要另外的制動電阻，僅電動機(jī)內(nèi)部的有功損耗的作用，就可使

24、中間，僅電動機(jī)內(nèi)部的有功損耗的作用，就可使中間直流回路電壓限制在過電壓保護(hù)的動作水平以下。直流回路電壓限制在過電壓保護(hù)的動作水平以下。變頻器的外圍設(shè)備變頻器的外圍設(shè)備 制動電阻阻值的計算制動電阻阻值的計算由制動晶體管和制動電阻構(gòu)成的放電回路中，其由制動晶體管和制動電阻構(gòu)成的放電回路中，其最大電流受制動晶體管的最大最大電流受制動晶體管的最大允許電流允許電流IC的限制的限制。制動電阻的最小允許值為。制動電阻的最小允許值為式中式中 UD直流回路電壓，直流回路電壓，V。因此，選用的制動電阻應(yīng)按下式來決定因此，選用的制動電阻應(yīng)按下式來決定 RminRBRB0 變頻器的外圍設(shè)備變頻器的外圍設(shè)備 以西門子以

25、西門子MM440變頻器為例，不同容量變頻器的制動電阻的選型條件見下表。變頻器為例，不同容量變頻器的制動電阻的選型條件見下表。制動電阻制動電阻MLFB6SE6400變頻器的變頻器的外形尺寸外形尺寸變頻器的變頻器的額定電壓額定電壓（V）變頻器的變頻器的最大功率最大功率（kW）連續(xù)功率連續(xù)功率（W）5%運(yùn)行運(yùn)行/ /停停止周期時間止周期時間( (12s) )的峰值的峰值功率（功率（W）電阻阻值電阻阻值( (110%)（）直流電壓直流電壓額定值額定值（V）4BC05-0AAOA2300.755010001804504BC11-2BAOB2302.21202400684504BC12-5CAOC2303

26、.02504500394504BC13-0CAOC2305.53006000274504BC18-0DAOD2301580016000104504BC21-2EAOE230221200240006.84504BC22-5FAOF230452500500003.34504BD11-0AAOA4001.51002000390900變頻器的外圍設(shè)備變頻器的外圍設(shè)備 4BD12-0BAOB4004.020040001609004BD16-5CAOC40011.065013000569004BD21-2DAOD40022.0120024000279004BD22-2EAOE40037.0220044000159004BD24-0FAOF40075.04000800008.29004BE14-5CAOC5755.5450900012011004BE16-5CAOC575116501300082