第4章 變頻器周邊設(shè)備

1、第4章 變頻器及周圍設(shè)備變頻器及周圍設(shè)備的選擇的選擇4.1 生產(chǎn)機械的負載特性生產(chǎn)機械的負載特性 一、機械負載與轉(zhuǎn)矩關(guān)系一、機械負載與轉(zhuǎn)矩關(guān)系 1. 運動方程運動方程 2.負載的分類：負載的分類：正確地把握變頻驅(qū)動的機械負載對象正確地把握變頻驅(qū)動的機械負載對象的轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩特性，是選擇電動機及變頻器容量、轉(zhuǎn)矩特性，是選擇電動機及變頻器容量、決定其控制方式的基礎(chǔ)。機械負載包羅萬象，但歸納決定其控制方式的基礎(chǔ)。機械負載包羅萬象，但歸納其轉(zhuǎn)速其轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩的特性，主要有以下三大類：恒轉(zhuǎn)矩負轉(zhuǎn)矩的特性，主要有以下三大類：恒轉(zhuǎn)矩負載，平方降轉(zhuǎn)矩負載，恒功率負載。載，平方降轉(zhuǎn)矩負載，恒功率負載。 二、二、機

2、械負載與電動機的機械負載與電動機的特性特性 1. 恒轉(zhuǎn)矩負載恒轉(zhuǎn)矩負載 對于傳送帶、攪拌機、擠壓成形機等摩擦負載，吊車對于傳送帶、攪拌機、擠壓成形機等摩擦負載，吊車或升降機等重力負載，無論其速度變化與否，負載所或升降機等重力負載，無論其速度變化與否，負載所需要的轉(zhuǎn)矩大體上是一個定值，稱此類負載為恒轉(zhuǎn)矩需要的轉(zhuǎn)矩大體上是一個定值，稱此類負載為恒轉(zhuǎn)矩負載。負載。例如，吊車所吊起的重物，無論升降速度大小，其重量例如，吊車所吊起的重物，無論升降速度大小，其重量在地球引力的作用下而產(chǎn)生的重力是永遠不變的，即在地球引力的作用下而產(chǎn)生的重力是永遠不變的，即為恒轉(zhuǎn)矩負載。電動機的功率可以表達為為恒轉(zhuǎn)矩負載。電

3、動機的功率可以表達為P=Tn/9550其中其中T為轉(zhuǎn)矩，為轉(zhuǎn)矩，n為轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩之積為功率，那為轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩之積為功率，那么恒轉(zhuǎn)矩特性負載消耗的能量與轉(zhuǎn)速成正比。么恒轉(zhuǎn)矩特性負載消耗的能量與轉(zhuǎn)速成正比。 2. 平方降轉(zhuǎn)矩負載平方降轉(zhuǎn)矩負載 風(fēng)扇、風(fēng)機、泵等流體機械風(fēng)扇、風(fēng)機、泵等流體機械(風(fēng)機水力機械風(fēng)機水力機械)，在低速，在低速時由于流體的流速低，所以負載只需很小的轉(zhuǎn)矩，而時由于流體的流速低，所以負載只需很小的轉(zhuǎn)矩，而隨著電動機轉(zhuǎn)速的增加流速加快，所需轉(zhuǎn)矩越來越大，隨著電動機轉(zhuǎn)速的增加流速加快，所需轉(zhuǎn)矩越來越大，轉(zhuǎn)矩大小以轉(zhuǎn)速的平方成比例增減，這樣的負載特性轉(zhuǎn)矩大小以轉(zhuǎn)速的平方成比例

4、增減，這樣的負載特性稱之為平方降轉(zhuǎn)矩負載。在這種場合，因為負載所消稱之為平方降轉(zhuǎn)矩負載。在這種場合，因為負載所消耗的能量正比于轉(zhuǎn)速的三次方，所以通過變頻器控制耗的能量正比于轉(zhuǎn)速的三次方，所以通過變頻器控制流體機械的轉(zhuǎn)速可以得到顯著的節(jié)能效果。流體機械的轉(zhuǎn)速可以得到顯著的節(jié)能效果。 3. 恒功率負載恒功率負載機床的主軸驅(qū)動，造紙機、塑料膠片生產(chǎn)機械的中央機床的主軸驅(qū)動，造紙機、塑料膠片生產(chǎn)機械的中央傳動部分，卷揚機等輸出功率為恒值，與轉(zhuǎn)速無關(guān)，傳動部分，卷揚機等輸出功率為恒值，與轉(zhuǎn)速無關(guān)，這樣的負載特性稱之為恒功率負載。這樣的負載特性稱之為恒功率負載。例如，卷紙機要求以一定的速度和相同的張力卷取

5、紙例如，卷紙機要求以一定的速度和相同的張力卷取紙張。在卷取初期由于紙卷的直徑較小，所以為保持恒張。在卷取初期由于紙卷的直徑較小，所以為保持恒速紙卷必須以較高速度旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩較?。坏S著紙卷速紙卷必須以較高速度旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩較??；但隨著紙卷直徑的逐漸變大，紙卷的轉(zhuǎn)速也應(yīng)隨之變低，轉(zhuǎn)矩則直徑的逐漸變大，紙卷的轉(zhuǎn)速也應(yīng)隨之變低，轉(zhuǎn)矩則必須相應(yīng)增大。必須相應(yīng)增大。 4. 電動機的轉(zhuǎn)矩特性電動機的轉(zhuǎn)矩特性 普通異步電動機在普通異步電動機在Vf控制方式變頻器驅(qū)動下，控制方式變頻器驅(qū)動下，由于變頻器的輸出電壓不能高于電網(wǎng)電源電壓，電動由于變頻器的輸出電壓不能高于電網(wǎng)電源電壓，電動機在機在50Hz以上運轉(zhuǎn)時，以上運

6、轉(zhuǎn)時，Vf比值減小并造成輸出轉(zhuǎn)矩比值減小并造成輸出轉(zhuǎn)矩變小。變小。 當(dāng)變頻器的輸出頻率低于當(dāng)變頻器的輸出頻率低于50Hz(或或60Hz)時，可以時，可以按原來的恒轉(zhuǎn)矩特性考慮，但由于轉(zhuǎn)速的降低將導(dǎo)致按原來的恒轉(zhuǎn)矩特性考慮，但由于轉(zhuǎn)速的降低將導(dǎo)致電機冷卻能力的下降，所以可允許的連續(xù)運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩也電機冷卻能力的下降，所以可允許的連續(xù)運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩也將下降。但轉(zhuǎn)速較低時，電動機冷卻能力下降，而且將下降。但轉(zhuǎn)速較低時，電動機冷卻能力下降，而且電動機定子線圈的阻抗壓降的相對影響增大，使得連電動機定子線圈的阻抗壓降的相對影響增大，使得連續(xù)運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩大幅度下降。此時，運轉(zhuǎn)頻率越低變頻器續(xù)運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩大幅度下降。此時，運轉(zhuǎn)頻

7、率越低變頻器輸出電壓越低，電動機內(nèi)部壓降的影響越大，轉(zhuǎn)矩急輸出電壓越低，電動機內(nèi)部壓降的影響越大，轉(zhuǎn)矩急劇減小。劇減小。 三、變頻器驅(qū)動不同負載時需要注意的問題三、變頻器驅(qū)動不同負載時需要注意的問題 1. 驅(qū)動恒轉(zhuǎn)矩負載驅(qū)動恒轉(zhuǎn)矩負載 采用變頻器驅(qū)動普通異步電動機的場合，由于高次諧采用變頻器驅(qū)動普通異步電動機的場合，由于高次諧波的原因，電機的波的原因，電機的溫升溫升要有些要有些增大增大，此外低速時風(fēng)扇，此外低速時風(fēng)扇的的冷卻冷卻效果效果變差變差，在選擇電機時，根據(jù)頻率的不同，在選擇電機時，根據(jù)頻率的不同，轉(zhuǎn)矩要作相應(yīng)的折扣，因此電動機容量要適當(dāng)增大。轉(zhuǎn)矩要作相應(yīng)的折扣，因此電動機容量要適當(dāng)增大

8、。 由于是恒轉(zhuǎn)矩負載，即使轉(zhuǎn)速變化，電動機的電流也由于是恒轉(zhuǎn)矩負載，即使轉(zhuǎn)速變化，電動機的電流也基本不變，若電機構(gòu)造為全封閉外扇型，則低速運轉(zhuǎn)基本不變，若電機構(gòu)造為全封閉外扇型，則低速運轉(zhuǎn)時電機的冷卻能力下降，會發(fā)生過熱現(xiàn)象，為此要注時電機的冷卻能力下降，會發(fā)生過熱現(xiàn)象，為此要注意：意：(1)考慮為恒轉(zhuǎn)矩負載選用變頻器專用電機；考慮為恒轉(zhuǎn)矩負載選用變頻器專用電機；(2)加裝專用冷卻風(fēng)扇；加裝專用冷卻風(fēng)扇；(3)增大一檔電機容量，降低負載率。增大一檔電機容量，降低負載率。 2. 驅(qū)動平方降轉(zhuǎn)矩負載驅(qū)動平方降轉(zhuǎn)矩負載 平方降轉(zhuǎn)矩負載隨著轉(zhuǎn)速的降低，轉(zhuǎn)矩以平方的比例平方降轉(zhuǎn)矩負載隨著轉(zhuǎn)速的降低，轉(zhuǎn)矩

9、以平方的比例下降，所以低頻時的負載電流很小，即使選用普通異下降，所以低頻時的負載電流很小，即使選用普通異步電動機也不會發(fā)生過熱現(xiàn)象，因此一般的風(fēng)機水力步電動機也不會發(fā)生過熱現(xiàn)象，因此一般的風(fēng)機水力機械很適合由機械很適合由Vf控制的變頻器進行驅(qū)動?？刂频淖冾l器進行驅(qū)動。 一般的一般的Vf控制變頻器都預(yù)先設(shè)置了平方降轉(zhuǎn)矩負載控制變頻器都預(yù)先設(shè)置了平方降轉(zhuǎn)矩負載用的用的Vf特性。特性。 由于機械種類不同飛輪轉(zhuǎn)矩有很大不同，如負載的由于機械種類不同飛輪轉(zhuǎn)矩有很大不同，如負載的GD2很大，必須設(shè)定很長的加速時間。很大，必須設(shè)定很長的加速時間。 當(dāng)電動機以超過基頻轉(zhuǎn)速以上的速度運轉(zhuǎn)時，負載所當(dāng)電動機以超過

10、基頻轉(zhuǎn)速以上的速度運轉(zhuǎn)時，負載所需功率隨轉(zhuǎn)速的提高而急劇增加，極易超出電機和變需功率隨轉(zhuǎn)速的提高而急劇增加，極易超出電機和變頻器的容量，所以應(yīng)避免這類負載超過工頻運行。頻器的容量，所以應(yīng)避免這類負載超過工頻運行。 3. 驅(qū)動恒功率負載驅(qū)動恒功率負載 在在基頻轉(zhuǎn)速以上基頻轉(zhuǎn)速以上，采用普通異步電動機和通用，采用普通異步電動機和通用 變頻器，變頻器，能滿足象機床主軸那樣能滿足象機床主軸那樣高速時轉(zhuǎn)矩變小高速時轉(zhuǎn)矩變小的特性。的特性。 在基頻轉(zhuǎn)速以下的范圍內(nèi)，由于變頻器采用在基頻轉(zhuǎn)速以下的范圍內(nèi)，由于變頻器采用Vf恒值恒值控制，電機的輸出功率與轉(zhuǎn)速成正比，電機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)控制，電機的輸出功率與轉(zhuǎn)速成正比

11、，電機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與負載所需轉(zhuǎn)矩相反。電動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為矩與負載所需轉(zhuǎn)矩相反。電動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為(磁磁通通)(轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電流)，所以，在驅(qū)動恒功率負載時，為了，所以，在驅(qū)動恒功率負載時，為了確保確保低速高轉(zhuǎn)矩低速高轉(zhuǎn)矩，需要加大磁通量和電機轉(zhuǎn)，需要加大磁通量和電機轉(zhuǎn) 子電流子電流(當(dāng)然也要加大電機的定子電流當(dāng)然也要加大電機的定子電流)，這就必須大大，這就必須大大增加增加電機和變頻器的容量電機和變頻器的容量。 4.2 異步電動機的選擇異步電動機的選擇 電動機的選擇，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)機械的情況恰當(dāng)?shù)剡x擇其電動機的選擇，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)機械的情況恰當(dāng)?shù)剡x擇其容量容量，還應(yīng)根據(jù)用途和使用環(huán)境選擇適當(dāng)?shù)?，還應(yīng)根據(jù)用

12、途和使用環(huán)境選擇適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式、結(jié)構(gòu)形式、通風(fēng)方式和防護等級通風(fēng)方式和防護等級等。等。 通用的標(biāo)準電動機，用于變頻調(diào)速時，由于變頻器的通用的標(biāo)準電動機，用于變頻調(diào)速時，由于變頻器的性能和電動機自身運行工況的改變等原因，確定電動性能和電動機自身運行工況的改變等原因，確定電動機的容量時還必須考慮一些恒速運行時從未考慮過的機的容量時還必須考慮一些恒速運行時從未考慮過的一些新問題。一些新問題。 為生產(chǎn)機械選擇合適的電動機，包括確定電動機的額為生產(chǎn)機械選擇合適的電動機，包括確定電動機的額定電壓、額定轉(zhuǎn)速、結(jié)構(gòu)型式和額定容量等定電壓、額定轉(zhuǎn)速、結(jié)構(gòu)型式和額定容量等 一一. 異步電動機類型與容量的選擇異步電

13、動機類型與容量的選擇 1. 類型的選擇類型的選擇 電動機形式的選擇除了根據(jù)使用狀況和被傳動機械的電動機形式的選擇除了根據(jù)使用狀況和被傳動機械的要求合理選擇結(jié)構(gòu)形式、安裝方式以及與傳動機械的要求合理選擇結(jié)構(gòu)形式、安裝方式以及與傳動機械的連接方式（直接連接、齒輪箱、帶輪、鏈條傳動）外，連接方式（直接連接、齒輪箱、帶輪、鏈條傳動）外，還應(yīng)根據(jù)溫升情況和使用環(huán)境選擇合適的通風(fēng)方式和還應(yīng)根據(jù)溫升情況和使用環(huán)境選擇合適的通風(fēng)方式和防護等級等。防護等級等。 防護方式：開啟式、防護式、封閉式和防爆式幾種。防護方式：開啟式、防護式、封閉式和防爆式幾種。電機的防護等級見國家標(biāo)準。電機的防護等級見國家標(biāo)準。 電機外

14、殼防護分級電機外殼防護分級GB4942.1-1985 2. 電動機容量的選擇電動機容量的選擇 電動機的容量必須與生產(chǎn)機械的負載大小相匹配，同電動機的容量必須與生產(chǎn)機械的負載大小相匹配，同時要考慮生產(chǎn)機械的工作性質(zhì)與其持續(xù)、間斷的規(guī)律時要考慮生產(chǎn)機械的工作性質(zhì)與其持續(xù)、間斷的規(guī)律相適應(yīng)。相適應(yīng)。 選小了，不能保證生產(chǎn)機械的正常工作，對電動機來選小了，不能保證生產(chǎn)機械的正常工作，對電動機來說，將使它的各部分過載、過熱，溫度上升超過允許說，將使它的各部分過載、過熱，溫度上升超過允許的限度而過早損壞。的限度而過早損壞。 選大了，則增加設(shè)備的投資費用，電動機容量不能充選大了，則增加設(shè)備的投資費用，電動機

15、容量不能充分利用，而且使效率和功率因數(shù)降低。分利用，而且使效率和功率因數(shù)降低。 2. 電動機容量的選擇電動機容量的選擇 容量選擇步驟容量選擇步驟： 第一步：計算負載功率第一步：計算負載功率 P L ； 第二步：根據(jù)第一步結(jié)果，預(yù)選電動機額定功率；第二步：根據(jù)第一步結(jié)果，預(yù)選電動機額定功率； 第三步：校核預(yù)選電動機。一般先校核發(fā)熱溫升，再第三步：校核預(yù)選電動機。一般先校核發(fā)熱溫升，再校核過載能力，必要時校核起動能力。校核過載能力，必要時校核起動能力。 校核過載能力是指：電動機最大轉(zhuǎn)矩校核過載能力是指：電動機最大轉(zhuǎn)矩 T m 是否比負載是否比負載可能出現(xiàn)的最大轉(zhuǎn)矩大，而且需考慮到電網(wǎng)可能出現(xiàn)可能出

16、現(xiàn)的最大轉(zhuǎn)矩大，而且需考慮到電網(wǎng)可能出現(xiàn)電壓向下波動，按向下波動電壓向下波動，按向下波動 10 計算。計算。 校核起動能力主要指電動機是否能可靠起動。校核起動能力主要指電動機是否能可靠起動。 校核發(fā)校核發(fā)熱經(jīng)常是最重要的。熱經(jīng)常是最重要的。 二二. 負載功率的計算負載功率的計算 1. 重力負載重力負載 起重機、提升機等負載作垂直移動的設(shè)起重機、提升機等負載作垂直移動的設(shè)備所需的功率：備所需的功率： 式中式中 P電動機功率（電動機功率（kW）；）； W額定載荷重力、吊鉤重力和鋼繩重力之和額定載荷重力、吊鉤重力和鋼繩重力之和（N）；）； 提升速度（提升速度（ms）；）； 機械效率。機械效率。)(1

17、03kWWvP 2. 摩擦負載摩擦負載 起重機的平移機構(gòu)、軌道上移動的水平起重機的平移機構(gòu)、軌道上移動的水平臺車等搬送機械，功率計算中需要考慮摩擦系數(shù)臺車等搬送機械，功率計算中需要考慮摩擦系數(shù)： 式中式中 P電動機功率（電動機功率（kW）；）； W負載重力（負載重力（N）；）； 負載移動速度（負載移動速度（ms）；）； 摩擦系數(shù)；摩擦系數(shù)； 機械效率。機械效率。 )(103kWWvP 3. 離心泵負載離心泵負載 所需的驅(qū)動功率，即電動機功率為所需的驅(qū)動功率，即電動機功率為 式中式中 P電動機功率（電動機功率（kW）；）； 流體密度（流體密度（kgm3）；）； Q泵的流量（泵的流量（m3s）；）

18、； H水頭（水頭（m）；）； H主管損失水頭（主管損失水頭（m）；）； 泵的效率，一般取泵的效率，一般取0.60.84； c傳動效率，如果與電動機直接連接則傳動效率，如果與電動機直接連接則c=1； k裕量系數(shù)，常取裕量系數(shù)，常取 1.051.7，功率越小，該數(shù)應(yīng)取得越大。，功率越小，該數(shù)應(yīng)取得越大。)(10)(3kWHHQkPC 4離心式風(fēng)機離心式風(fēng)機 功率計算式為功率計算式為 式中式中 P電動機功率（電動機功率（kW）；）；Q送風(fēng)量（送風(fēng)量（m3s）；）； H空氣壓力（空氣壓力（Pa）；）； 風(fēng)機效率風(fēng)機效率 0.40.75； c傳動效率，直接傳動時了傳動效率，直接傳動時了c=1； k裕量系

19、數(shù)，容量為裕量系數(shù)，容量為 5kW以上以上k取取 1.151.10; 5kW以下取以下取1.251.2。310 ckQHP 5 5離心式壓縮機離心式壓縮機 功率計算式為功率計算式為 式中式中 PP電動機功率（電動機功率（kWkW）；）； QQ壓縮機生產(chǎn)率壓縮機生產(chǎn)率 （m3m3s s）；）； AdAd壓縮壓縮1m31m3空氣至絕對壓力空氣至絕對壓力 plpl的等溫功（的等溫功（NmNm）；）； ArAr壓縮壓縮1m31m3空氣至絕對壓力空氣至絕對壓力plpl的絕熱功（的絕熱功（NmNm）；）； 壓縮機總效率，約壓縮機總效率，約0.620.620.80.8。3102)( rdAAQP 三三.選用

20、異步電動機時的注意事項選用異步電動機時的注意事項 1諧波的影響諧波的影響 采用通用采用通用PWM變頻器對籠型異步電動機供電時，變頻器對籠型異步電動機供電時，定子電流中不可避免地含有高次諧波，電動機的功率定子電流中不可避免地含有高次諧波，電動機的功率因數(shù)和效率都會變差。因數(shù)和效率都會變差。 2散熱能力的影響散熱能力的影響 通用的標(biāo)準箱型異步電動機的散熱能力，是按額通用的標(biāo)準箱型異步電動機的散熱能力，是按額定轉(zhuǎn)速下且冷卻風(fēng)扇是裝在電動機軸上的（即自扇式）定轉(zhuǎn)速下且冷卻風(fēng)扇是裝在電動機軸上的（即自扇式）冷卻風(fēng)量考慮的。當(dāng)調(diào)速運行時，速度降低的情況下冷卻風(fēng)量考慮的。當(dāng)調(diào)速運行時，速度降低的情況下冷卻風(fēng)

21、量將變小，散熱能力變差。冷卻風(fēng)量將變小，散熱能力變差。 4.3 變頻器的選擇變頻器的選擇 通用變頻器的選擇包括通用變頻器的選擇包括類型選擇和容量類型選擇和容量選擇兩個選擇兩個方面。應(yīng)按照方面。應(yīng)按照機械設(shè)備的類型、負載轉(zhuǎn)矩特性、調(diào)機械設(shè)備的類型、負載轉(zhuǎn)矩特性、調(diào)速范圍、靜態(tài)速度精度、啟動轉(zhuǎn)矩和使用環(huán)境速范圍、靜態(tài)速度精度、啟動轉(zhuǎn)矩和使用環(huán)境的要的要求，決定選用何種控制方式和防護結(jié)構(gòu)的變頻器最求，決定選用何種控制方式和防護結(jié)構(gòu)的變頻器最合適。合適。 一、變頻器控制方式的選擇一、變頻器控制方式的選擇 下表綜述了各種變頻器控制方式的性能特點。下表綜述了各種變頻器控制方式的性能特點。變頻器控制方式的性

22、能特點變頻器控制方式的性能特點控制方式控制方式U/FU/F控制控制矢量控制矢量控制直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)矩控制比較項目比較項目開環(huán)開環(huán)閉環(huán)閉環(huán)無速度傳感器無速度傳感器帶速度傳感器帶速度傳感器速度控制速度控制范圍范圍11：404011：60601 1：1001001 1：100010001 1：100100啟動轉(zhuǎn)矩啟動轉(zhuǎn)矩3H3HZ Z時時1501503H3HZ Z時時1501501H1HZ Z時時1501500H0HZ Z時時1501500H0HZ Z時時150150靜態(tài)速度靜態(tài)速度精度精度（2 23 3）（0.20.30.20.3）0.20.20.020.02（0.10.10.50.5）反饋裝置

23、反饋裝置無無速度傳感器速度傳感器無無速度傳感器速度傳感器無無零速度運零速度運行行不可不可不可不可不可不可可可可可控制響應(yīng)控制響應(yīng)速度速度慢慢慢慢較快較快快快快快變頻器控制方式的性能特點變頻器控制方式的性能特點特特點點優(yōu)點優(yōu)點結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)節(jié)容易、可用節(jié)容易、可用于通用籠型異于通用籠型異步電動機步電動機結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)速精度高、可速精度高、可用于通用籠型用于通用籠型異步電動機異步電動機不需要速度傳不需要速度傳感器、力矩的感器、力矩的響應(yīng)好、速度響應(yīng)好、速度控制范圍廣、控制范圍廣、結(jié)構(gòu)較簡單結(jié)構(gòu)較簡單力矩的控制性力矩的控制性能良好、力矩能良好、力矩的響應(yīng)好、調(diào)的響應(yīng)好、調(diào)速精度高

24、、速速精度高、速度控制范圍廣度控制范圍廣不需要速度傳不需要速度傳感器、力感器、力矩的響應(yīng)好、矩的響應(yīng)好、速度控制范圍速度控制范圍廣、結(jié)構(gòu)較簡廣、結(jié)構(gòu)較簡單單缺點缺點低速力矩難保低速力矩難保證，不能進行證，不能進行力矩控制，調(diào)力矩控制，調(diào)速范圍小速范圍小低速力矩難保低速力矩難保證，不能力矩證，不能力矩控制，調(diào)速范控制，調(diào)速范圍小，要增加圍小，要增加速度傳感器速度傳感器需設(shè)定電動機需設(shè)定電動機的參數(shù)，需要的參數(shù)，需要有自動測試功有自動測試功能能需設(shè)定電動機需設(shè)定電動機的參數(shù)，需要的參數(shù)，需要有自動測試功有自動測試功能，需有高精能，需有高精度速度傳感器度速度傳感器需設(shè)定電動機需設(shè)定電動機的參數(shù)，需要

25、的參數(shù)，需要有自動測試功有自動測試功能能主要應(yīng)用場合主要應(yīng)用場合一般的風(fēng)機、一般的風(fēng)機、泵類節(jié)能調(diào)速泵類節(jié)能調(diào)速或一臺變頻器或一臺變頻器帶多臺電動機帶多臺電動機場合場合用于保持壓力、用于保持壓力、溫度、流量、溫度、流量、pHpH定值等過程定值等過程控制場合控制場合一般工業(yè)設(shè)備、一般工業(yè)設(shè)備、大多數(shù)調(diào)速場大多數(shù)調(diào)速場合合要求精確控制要求精確控制力矩和速度的力矩和速度的高動態(tài)性能應(yīng)高動態(tài)性能應(yīng)用場合用場合要求精確控制要求精確控制力矩和速度的力矩和速度的高動態(tài)性能應(yīng)高動態(tài)性能應(yīng)用場合，如起用場合，如起重機、電梯、重機、電梯、軋機等軋機等二、變頻器防護結(jié)構(gòu)的選擇二、變頻器防護結(jié)構(gòu)的選擇 變頻器的防護結(jié)

26、構(gòu)要與其安裝環(huán)境相適應(yīng)，這就要變頻器的防護結(jié)構(gòu)要與其安裝環(huán)境相適應(yīng)，這就要考慮環(huán)境溫度、濕度、粉塵、酸堿度、腐蝕性氣體等因考慮環(huán)境溫度、濕度、粉塵、酸堿度、腐蝕性氣體等因素，這與變頻器能否長期、安全、可靠運行關(guān)系重大。素，這與變頻器能否長期、安全、可靠運行關(guān)系重大。開放型開放型封閉式封閉式密封式密封式密閉式密閉式 思考題：思考題： （1）變頻器的選用原則是什么？）變頻器的選用原則是什么？ （2）采用矢量控制后，在）采用矢量控制后，在0HZ時也能產(chǎn)生時也能產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩嗎？轉(zhuǎn)矩嗎？ （3）哪些情況下不能使用矢量控制方式？）哪些情況下不能使用矢量控制方式？三、變頻器容量的選擇三、變頻器容量的選擇 變頻器

27、的輸出指標(biāo)有：變頻器的輸出指標(biāo)有： 額定輸出電流：額定輸出電流：逆變器中半導(dǎo)體開關(guān)器件所能承受的電流耐逆變器中半導(dǎo)體開關(guān)器件所能承受的電流耐量，以連續(xù)運行總電流不超過變頻器額定電流。量，以連續(xù)運行總電流不超過變頻器額定電流。 可用電動機的功率：可用電動機的功率：以電動機的額定功率（以電動機的額定功率（kW）表示。為原）表示。為原有電動機選配變頻器時，不可僅看有電動機選配變頻器時，不可僅看kW值是否一致。選用時主值是否一致。選用時主要應(yīng)考察額定電流。要應(yīng)考察額定電流。 額定容量：額定容量：是指額定輸出電流與電壓下的三相視在功率。是指額定輸出電流與電壓下的三相視在功率。 變頻器的輸出電壓變頻器的輸

28、出電壓: 通常等于電動機的工頻額定電壓。通常等于電動機的工頻額定電壓。 瞬時過載能力瞬時過載能力: 電流瞬時過載能力常設(shè)計成電流瞬時過載能力常設(shè)計成150額定電流、額定電流、lmin或或120額定電流、額定電流、lmin。與標(biāo)準異步電動機相比較，變。與標(biāo)準異步電動機相比較，變頻器的過載能力較小，允許過載時間亦很短。頻器的過載能力較小，允許過載時間亦很短。 1 連續(xù)恒載運轉(zhuǎn)時所需的變頻器容量（連續(xù)恒載運轉(zhuǎn)時所需的變頻器容量（kVA）的計算）的計算式：式： k電流波形修正系數(shù)，電流波形修正系數(shù)，PWM方式時取方式時取1.051.1 cosMCNkPP 3103 MMCNIUkPMCNkII 2 一

29、臺變頻器傳動多臺電動機并聯(lián)運行，變頻器容量一臺變頻器傳動多臺電動機并聯(lián)運行，變頻器容量的計算：的計算： 當(dāng)變頻器短時過載能力為當(dāng)變頻器短時過載能力為150、lmin時，電動機加時，電動機加速時間在速時間在lmin以內(nèi)：以內(nèi)： nT并聯(lián)電動機的臺數(shù)并聯(lián)電動機的臺數(shù) ns同時起動的電動機臺數(shù)同時起動的電動機臺數(shù) Ks電動機起動電流與電動機額定電流的比值電動機起動電流與電動機額定電流的比值122(1)1(1)3cos3sMCNTssCNsTnkPPnn KPKn21(1)3sCNTMsTnIn IKn 當(dāng)電動機加速時間在當(dāng)電動機加速時間在lmin以上時：以上時：1(1)1(1)cossMCNTssC

30、NsTnkPPnn KPKn1(1)sCNTMsTnIn IKn 3 大慣性負載起動時變頻器容量的計算大慣性負載起動時變頻器容量的計算)375(cos95502AMLMCNtnGDTknP 不同的產(chǎn)品有不同的訂貨號，通過定貨號可以了解變不同的產(chǎn)品有不同的訂貨號，通過定貨號可以了解變頻器的基本信息：頻器的基本信息： 選型示例：選型示例： 恒壓供水系統(tǒng)，電機30kW，380V，57A恒壓供水系統(tǒng)，負載類型為變轉(zhuǎn)矩負載，可選用恒壓供水系統(tǒng)，負載類型為變轉(zhuǎn)矩負載，可選用MM430，30kW，380V480V，額定輸出電流，額定輸出電流62A；MM430具有具有PID控制器、多泵切換、節(jié)能模式等功能可控

31、制器、多泵切換、節(jié)能模式等功能可方便地實現(xiàn)恒壓供水等系統(tǒng)的應(yīng)用；方便地實現(xiàn)恒壓供水等系統(tǒng)的應(yīng)用；無內(nèi)置濾波器：無內(nèi)置濾波器：6SE64302UD330DA0帶帶A級內(nèi)置濾波器：級內(nèi)置濾波器：6SE64302AD330DA0 皮帶傳送系統(tǒng)，電機7.5kW，380V，14.3A皮帶傳送系統(tǒng)為恒轉(zhuǎn)矩負載，根據(jù)功率大小可選用皮帶傳送系統(tǒng)為恒轉(zhuǎn)矩負載，根據(jù)功率大小可選用MM420 及及MM440；MM420/MM440，7.5kW，380V480V，額定輸出電流，額定輸出電流18.4A/19A；MM420無內(nèi)置濾波器：無內(nèi)置濾波器：6SE64202UD275CA1MM440無內(nèi)置濾波器：無內(nèi)置濾波器：6

32、SE64402UD275CA1 提升機，電機提升機，電機37kW，380V，68A，2.5倍過載提升機在下降時，由于電機運行在發(fā)電狀態(tài)下，將有能量提升機在下降時，由于電機運行在發(fā)電狀態(tài)下，將有能量回饋至變頻器，須加裝制動電阻，故應(yīng)選用回饋至變頻器，須加裝制動電阻，故應(yīng)選用MM440；（若；（若所選變頻器功率大于所選變頻器功率大于90kW，還需另外增加制動單元），還需另外增加制動單元）首先計算變頻器電流，首先計算變頻器電流， 因因MM440最大過載能力為最大過載能力為2倍，故倍，故變頻器額定電流應(yīng)大于：變頻器額定電流應(yīng)大于：68X2.5/2=85A，37kW MM440額定輸出電流為額定輸出電流

33、為75A，故故應(yīng)放大一檔，即選用應(yīng)放大一檔，即選用45kW MM440，380V480V，90A，這樣就可以滿足電機過載要求；制動電阻需根據(jù)制動功率這樣就可以滿足電機過載要求；制動電阻需根據(jù)制動功率及制動周期選擇；及制動周期選擇； MM440無內(nèi)置濾波器：無內(nèi)置濾波器：6SE64402UD345FA1MM440帶內(nèi)置濾波器：帶內(nèi)置濾波器：6SE64402AD345FA14.4 變頻器外圍設(shè)備及其選擇變頻器外圍設(shè)備及其選擇 變頻器的運行離不開某些外圍設(shè)備。選用外圍設(shè)變頻器的運行離不開某些外圍設(shè)備。選用外圍設(shè)備的目的是：備的目的是：提高變頻器的某種性能。提高變頻器的某種性能。變頻器和電動機的保護。

34、變頻器和電動機的保護。減小變頻器對其他設(shè)備的影響等。減小變頻器對其他設(shè)備的影響等。 變頻器的外圍設(shè)備如下圖所示變頻器的外圍設(shè)備如下圖所示:圖圖4-50 4-50 變頻器周邊設(shè)備變頻器周邊設(shè)備1-1-變壓器；變壓器；2-2-線路用斷路器；線路用斷路器；3-3-電磁接觸器；電磁接觸器；4-4-無線電噪聲濾波囂；無線電噪聲濾波囂；5-5-輸入電抗器；輸入電抗器；6-6-輸出電抗器；輸出電抗器；7-7-電網(wǎng)電源切換電路電網(wǎng)電源切換電路 1. 電源變壓器電源變壓器 功能：功能：將電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)換為變頻器所需的電壓將電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)換為變頻器所需的電壓 一般說來，變壓器的容量可以選為變頻器容量的一般說來，變壓器的容

35、量可以選為變頻器容量的1.51.5倍左右。在進行變壓器容量的具體計算時可以參考下倍左右。在進行變壓器容量的具體計算時可以參考下式：式： 變頻器輸出功率變頻器輸出功率( (被驅(qū)動電機的總?cè)萘勘或?qū)動電機的總?cè)萘? )，kWkW； 變頻器的輸入功率因數(shù)變頻器的輸入功率因數(shù)( (無輸入電抗器時為無輸入電抗器時為0.6-0.850.6-0.85，有輸入電抗器時為有輸入電抗器時為0.8-0. 85)0.8-0. 85)； 變頻器效率變頻器效率( (約為約為0 .950 .95，PWMPWM控制變頻器的場合控制變頻器的場合) )。變頻器效率變頻器輸入功率因數(shù)變頻器的輸出功率kVA變壓器的容量 2. 線路用斷

36、路器和接觸器線路用斷路器和接觸器 （1）斷路器）斷路器 作用作用：空氣斷路器的作用有以下兩個方面：空氣斷路器的作用有以下兩個方面： （1 1）隔離作用，變頻器長期不用或維修時，切斷電源；）隔離作用，變頻器長期不用或維修時，切斷電源； （2 2）過流保護作用，當(dāng)出現(xiàn)過載和短路等故障時將變頻）過流保護作用，當(dāng)出現(xiàn)過載和短路等故障時將變頻器電源切斷，以防止事故進一步擴大。器電源切斷，以防止事故進一步擴大。 在正常情況下，因為變頻器本身在不斷地對輸出電流進行檢測，在正常情況下，因為變頻器本身在不斷地對輸出電流進行檢測，并在出現(xiàn)因過載或短路等原因造成的大電流時啟動其保護功能，并在出現(xiàn)因過載或短路等原因造

37、成的大電流時啟動其保護功能，停止變頻器的輸出，切斷電源和負載的聯(lián)系，所以并不需要專門停止變頻器的輸出，切斷電源和負載的聯(lián)系，所以并不需要專門設(shè)置線路用斷路器。設(shè)置線路用斷路器。 當(dāng)變頻器內(nèi)部發(fā)生故障時，變頻器本身有時將不能自行切斷輸出當(dāng)變頻器內(nèi)部發(fā)生故障時，變頻器本身有時將不能自行切斷輸出電流，而必須由接在線路上的線路斷路器來切斷變頻器與電源的電流，而必須由接在線路上的線路斷路器來切斷變頻器與電源的聯(lián)系，以達到防止事故進一步擴大的目的。聯(lián)系，以達到防止事故進一步擴大的目的。 選擇：選擇：線路斷路器需要考慮三個方面的因素：額定電流、動線路斷路器需要考慮三個方面的因素：額定電流、動作特性、額定斷路

38、電流。作特性、額定斷路電流。 斷路器的額定電流大于變頻器的額定電流是選擇斷路器的基斷路器的額定電流大于變頻器的額定電流是選擇斷路器的基本條件。在進行具體的容量選擇時，可以參考下式進行計算。本條件。在進行具體的容量選擇時，可以參考下式進行計算。 式中式中 P變頻器的額定輸出功率；變頻器的額定輸出功率； 線路斷路器的額定電流，線路斷路器的額定電流，A； V 額定電壓，額定電壓，V； 變頻器的輸入功率因數(shù)變頻器的輸入功率因數(shù)(無輸入電抗器時約為無輸入電抗器時約為0.6-0.85，有輸入電抗器時約為有輸入電抗器時約為0.8-0.85)； 變頻器效率變頻器效率(約為約為0.95)。 一般按一般按（1.3

39、1.4）IN（電動機額定電流）（電動機額定電流）fmVPI3103fmI （2）電磁接觸器電磁接觸器 電磁接觸器是一種用來自動接通或斷開大電流電路的電電磁接觸器是一種用來自動接通或斷開大電流電路的電器。它可以頻繁地接通或分斷交、直流電路，并可以實器。它可以頻繁地接通或分斷交、直流電路，并可以實現(xiàn)遠距離控制?，F(xiàn)遠距離控制。 (1)輸入接觸器（輸入接觸器（1KM) 功能：功能：可以通過按鈕方便地控制變頻器的通電與斷電；可以通過按鈕方便地控制變頻器的通電與斷電；當(dāng)變頻器發(fā)生故障時，可自動切斷電源。當(dāng)變頻器發(fā)生故障時，可自動切斷電源。 選擇：選擇：由于電磁接觸器自身無保護功能，不存在誤動作由于電磁接觸

40、器自身無保護功能，不存在誤動作的問題。故選擇的原則是，主觸點的額定電流只需不小的問題。故選擇的原則是，主觸點的額定電流只需不小于變頻器的額定電流即可，即：于變頻器的額定電流即可，即：NKNII (2)輸出接觸器輸出接觸器(2KM) 功能：功能：當(dāng)變頻器用于工頻當(dāng)變頻器用于工頻-變頻切換時，變頻器輸出端接輸出側(cè)變頻切換時，變頻器輸出端接輸出側(cè)交流接觸器實現(xiàn)切換。交流接觸器實現(xiàn)切換。 選擇：選擇： 由于變頻器的輸出電流中含有較強的諧波成分，其有效由于變頻器的輸出電流中含有較強的諧波成分，其有效值略大于工頻時的有效值，故主觸點的額定電流的選擇值略大于工頻時的有效值，故主觸點的額定電流的選擇應(yīng)滿足：應(yīng)

41、滿足：MNKNII1 . 1 (3)工頻接觸器工頻接觸器(3KM) 功能：功能： (1)用于工頻用于工頻-變頻切換，以工頻運行時起節(jié)能作用；變頻切換，以工頻運行時起節(jié)能作用； (2)變頻器發(fā)生故障時的備用手段。變頻器發(fā)生故障時的備用手段。 選擇：選擇： 工頻接觸器的選擇應(yīng)考慮到電動機在工頻下的啟動情況，工頻接觸器的選擇應(yīng)考慮到電動機在工頻下的啟動情況，其觸點電流通?？砂措妱訖C額定電流再加大一檔選擇。其觸點電流通?？砂措妱訖C額定電流再加大一檔選擇。 3.電抗器、濾波器電抗器、濾波器 變頻器輸出電壓和電流不是標(biāo)準的正弦波，包含較強的變頻器輸出電壓和電流不是標(biāo)準的正弦波，包含較強的高次諧波，將對同一

42、電網(wǎng)上的其他用電設(shè)備產(chǎn)生很強的高次諧波，將對同一電網(wǎng)上的其他用電設(shè)備產(chǎn)生很強的干擾，甚至造成其不能使用。同時其他設(shè)備啟動或工作干擾，甚至造成其不能使用。同時其他設(shè)備啟動或工作時會對電網(wǎng)造成沖擊，或電網(wǎng)自身出現(xiàn)的電壓波動、浪時會對電網(wǎng)造成沖擊，或電網(wǎng)自身出現(xiàn)的電壓波動、浪涌也會對變頻器產(chǎn)生干擾，影響其正常工作，甚至造成涌也會對變頻器產(chǎn)生干擾，影響其正常工作，甚至造成其損壞。其損壞。 為了減小變頻器對其他設(shè)備和電網(wǎng)的干擾，同時防止電為了減小變頻器對其他設(shè)備和電網(wǎng)的干擾，同時防止電網(wǎng)和其他設(shè)備對變頻器的干擾，在變頻器的輸入、輸出網(wǎng)和其他設(shè)備對變頻器的干擾，在變頻器的輸入、輸出端配置電抗器和濾波器等抗

43、干擾設(shè)備。端配置電抗器和濾波器等抗干擾設(shè)備。 (1).交流電抗器交流電抗器 交流電抗器實際上是一個帶鐵心的三相電感器。交流電抗器實際上是一個帶鐵心的三相電感器。 功能：功能： (a) 輸入電抗器輸入電抗器抑制諧波電流，提高變頻器的電能利用效率（可將功率抑制諧波電流，提高變頻器的電能利用效率（可將功率因數(shù)提高至因數(shù)提高至0.85以上）；以上）；由于電抗器對突變電流有一定的阻礙作用，故在接通變由于電抗器對突變電流有一定的阻礙作用，故在接通變頻器瞬間，可降低浪涌電流大小，減小對變頻器的沖擊；頻器瞬間，可降低浪涌電流大小，減小對變頻器的沖擊；可減小三相電源不平衡的影響?？蓽p小三相電源不平衡的影響。 選

44、擇：選擇： 在選擇電抗器的容量時，一般可以根據(jù)下式進行計算。在選擇電抗器的容量時，一般可以根據(jù)下式進行計算。 式中：式中：V交流輸入額定相電壓，交流輸入額定相電壓，V I電抗器額定電流，電抗器額定電流，A； f最大頻率，最大頻率，Hz。fIVL 252%)%( 輸入交流電抗器不是變頻器必用的外部設(shè)備，可根據(jù)實際情況考輸入交流電抗器不是變頻器必用的外部設(shè)備，可根據(jù)實際情況考慮使用。慮使用。 變頻器和電源不匹配，會使變頻器變頻器和電源不匹配，會使變頻器輸入電流的峰值顯著增加輸入電流的峰值顯著增加并對并對變頻器內(nèi)部電路產(chǎn)生不良影響，下面情況應(yīng)設(shè)置輸入電抗器。變頻器內(nèi)部電路產(chǎn)生不良影響，下面情況應(yīng)設(shè)置

45、輸入電抗器。 (1)電源容量電源容量500kVA以上，并且為變頻器的容量的以上，并且為變頻器的容量的10倍以上時。倍以上時。 (2)和采用了晶閘管換流的設(shè)備接在同一變壓器上時。和采用了晶閘管換流的設(shè)備接在同一變壓器上時。 (3)和弧焊設(shè)備等畸變波發(fā)生源接在同一電源系統(tǒng)上時。和弧焊設(shè)備等畸變波發(fā)生源接在同一電源系統(tǒng)上時。 (4)存在大的電壓畸變時存在大的電壓畸變時(例如，當(dāng)電路中接有改善功率因數(shù)用的例如，當(dāng)電路中接有改善功率因數(shù)用的電容器時，將變頻器接入電源時電容的充電電流將引起電壓畸變，電容器時，將變頻器接入電源時電容的充電電流將引起電壓畸變，而這種電壓畸變將有可能使運行狀態(tài)中的變頻器出現(xiàn)過電流現(xiàn)象而這種電壓畸變將有可能使運行狀態(tài)中的變頻器出現(xiàn)過電流現(xiàn)象并燒壞主電路二極管并燒壞主電路二極管)。 (5)電源電壓不平衡時。電源電壓不平衡時。 (b) 輸出電抗器輸出電抗器 當(dāng)變頻器和電動機之間的接線較長時，隨著變頻器輸出當(dāng)變頻器和電動機之間的接