如何選擇與負載最匹配的變頻器?


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變頻器的正確選擇對於控制系統的正常執行是非常關鍵的。選擇變頻器時必須要充分了解變頻器所驅動的負載特性。人們在實踐中常將生產機械分為三種型別: 恆轉矩負載、恆功率負載和風機 、水泵負載。


1.恆轉矩負載

負載轉矩TL與轉速n無關,任何轉速下TL總保持恆定或基本恆定。例如傳送帶、攪拌機,擠壓機等摩擦類負載以及吊車、提升機等位能負載都屬於恆轉矩負載。變頻器拖動恆轉矩性質的負載時,低速下的轉矩要足夠大,並且有足夠的過載能力。如果需要在低速下穩速執行,應該考慮標準非同步電動機的散熱能力,避免電動機的溫升過高。

2.恆功率負載

機床主軸和軋機、造紙機、塑料薄膜生產線中的卷取機、開卷機等要求的轉矩,大體與轉速成反比,這就是所謂的恆功率負載。負載的恆功率性質應該是就一定的速度變化範圍而言的。當速度很低時,受機械強度的限制,TL不可能無限增大,在低速下轉變為恆轉矩性質。如果電動機的恆轉矩和恆功率調速的範圍與負載的恆轉矩和恆功率範圍相一致時,即所謂“ 匹配” 的情況下, 電動機的容量和變頻器的容量均最小。

3.風機、泵類負載

在各種風機、水泵、油泵中,隨葉輪的轉動,空氣或液體在一定的速度範圍內所產生的阻力大致與速度n的2次方成正比。隨著轉速的減小,轉矩按轉速的2次方減小。這種負載所需的功率與速度的3次方成正比。當所需風量、流量減小時,利用變頻器通過調速的方式來調節風量、流量,可以大幅度地節約電能。由於高速時所需功率隨轉速增長過快,與速度的三次方成正比 ,所以通常不應使風機、泵類負載超工頻執行。

變頻選型原則

1. 選擇變頻器時應以實際電機電流值作為變頻器選擇的依據,電機的額定功率只能作為參考。另外應充分考慮變頻器的輸出含有高次諧波,會造成電動機的功率因數和效率都會變壞。因此,用變頻器給電動機供電與用工頻電網供電相比較,電動機的電流增加10%而溫升增加約20%。所以在選擇電動機和變頻器時,應考慮到這種情況,適當留有裕量,以防止溫升過高,影響電動機的使用壽命。

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2. 變頻器若要長電纜執行時,此時應該採取措施抑制長電纜對地耦合電容的影響,避免變頻器出力不夠,所以變頻器應放大一檔選擇或在變頻器的輸出端安裝輸出電抗器。

3. 對於一些特殊的應用場合,如高環境溫度、高開關頻率(尤其是在樓宇自控等對噪音限制較高的應用場所使用時需注意)、高海拔高度等,此時會引起變頻器的降容,變頻器需放大一檔選擇。

4. 當變頻器用於控制並聯的幾臺電機時,一定要考慮變頻器到電動機的電纜的長度總和在變頻器的容許範圍內。如果超過規定值,要放大一檔或兩檔來選擇變頻器。另外在此種情況下,變頻器的控制方式只能為V/F控制方式,並且變頻器無法保護電動機的過流、過載保護,此時需在每臺電動機上加熔斷器來實現保護。

5. 對於一些特殊的應用場合,如高環境溫度、高開關頻率、高海拔高度等,此時會引起變頻器的降容,變頻器需放大一檔選擇。

6. 使用變頻器控制高速電機時,由於高速電動機的電抗小,高次諧波亦增加輸出電流值。因此,選擇用於高速電動機的變頻器時,應比普通電動機的變頻器稍大一些。

7. 變頻器用於變極電動機時,應充分注意選擇變頻器的容量,使其最大額定電流在變頻器的額定輸出電流以下。另外,在執行中進行極數轉換時,應先停止電動機工作,否則會造成電動機空轉,惡劣時會造成變頻器損壞。

8. 驅動防爆電動機時,變頻器沒有防爆構造,應將變頻器設定在危險場所之外。

9. 使用變頻器驅動齒輪減速電動機時,使用範圍受到齒輪轉動部分潤滑方式的制約。潤滑油潤滑時,在低速範圍內沒有限制;在超過額定轉速以上的高速範圍內,有可能發生潤滑油用光的危險。因此,不要超過最高轉速容許值。

10. 變頻器驅動繞線轉子非同步電動機時,大多是利用已有的電動機。繞線電動機與普通的鼠籠電動機相比,繞線電動機繞組的阻抗小。因此,容易發生由於紋波電流而引起的過電流跳閘現象,所以應選擇比通常容量稍大的變頻器。一般繞線電動機多用於飛輪力矩GD2較大的場合,在設定加減速時間時應多注意。

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11. 變頻器驅動同步電動機時,與工頻電源相比,降低輸出容量10%~20%,變頻器的連續輸出電流要大於同步電動機額定電流與同步牽入電流的標值的乘積。

12. 對於壓縮機、振動機等轉矩波動大的負載和油壓泵等有峰值負載情況下,如果按照電動機的額定電流或功率值選擇變頻器的話,有可能發生因峰值電流使過電流保護動作現象。因此,應瞭解工頻執行情況,選擇比其最大電流更大的額定輸出電流的變頻器。變頻器驅動潛水泵電動機時,因為潛水泵電動機的額定電流比通常電動機的額定電流大,所以選擇變頻器時,其額定電流要大於潛水泵電動機的額定電流。

13. 當變頻器控制羅茨風機時,由於其起動電流很大,所以選擇變頻器時一定要注意變頻器的容量是否足夠大。

14. 選擇變頻器時,一定要注意其防護等級是否與現場的情況相匹配。否則現場的灰塵、水汽會影響變頻器的長久執行。

15. 單相電動機不適用變頻器驅動。

16. 電機負載非常輕時,即使電機負載電流在變頻器額定電流之內,亦不能使用比電機容量小很多的變頻器。這是因為電機的電抗隨電機的容量而不同,即使電機負載相同,電機容量越大其脈動電流值也越大,因而有可能超過變頻器的電流容許值。

17. 如果變頻器的供電電源是自備電源,最好加上進線電抗器。

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