变频器及其控制技术 教学课件 ppt 作者 肖朋生 电子教案 第4章变频器安装及外围设施的选用

§4.1 变频器的选用 §4.2 异步电动机的选择方法 §4.3 变频器的外围设备及其选择 §4.4 变频器干扰及抑制 §4.5 变频调速控制系统的安装 §4.6 变频器的维护与检查 §4.7 变频器的保护与维修,第4章 变频器安装及外围设施的选用,§4.1 变频器的选用 4.1.1 变频器的标准规格 变频器的选择包括型号选择与容量选择两方面。附录3附录5列出了富士、三菱几个系列通用变频器的标准规格和技术规范，供大家选用变频器时参考。变频器的生产单位很多，究竟选用什么品牌的变频器应根据用户具体要求、性能、价格、售后服务等因素决定。 4.1.2 变频器参数的选择 1、根据电动机电流选择变频器容量 采用变频器驱动异步电动机调速，在异步电动机确定后，通常应根据异步电动机的额定电流来选择变频器，或者根据异步电动机实际运行中的电流值（最大值）来选择变频器。,选择变频器容量的基本原则：最大负载电流不能超过变频器的额定电流。一般情况下，按照变频器使用说明书中所规定的配用电动机容量进行选择。 选择时应注意：变频器过载能力允许电流瞬时过载为150额定电流(每分钟)或120额定电流(每分钟)，这对于设定电动机的起动和制动过程才有意义，而和电动机短时过载200以上、时间长达几分钟是无法比拟的。凡是在工作过程中可能使电动机短时过载的场合，变频器的容量都应加大一档。 （1）连续运行的场合 由于变频器供给电动机的电流是脉动电流，其脉动值比工频供电时的电流要大。因此须将变频器的容量留有适当的余量。通常应令变频器的额定输出电流（1.051.1）倍电动机的额定电流（铭牌值）或电动机实际运行中的最大电流。,（2）加减速时变频器容量的选定 变频器的最大输出转矩是由变频器的最大输出电流决定。一般情况下，对于短时间的加、减速而言，变频器允许达到额定输出电流130%-150%（视变频器容量有别），在短时加、减速时的输出转矩也可以增大。反之如只需要较小的加、减速转矩时，也可降低选择变频器的容量。由于电流的脉动原因，此时应将变频器的最大输出电流降低10%后再进行选定。 （3） 频繁加、减速运转时变频器容量的选定 对于频繁加、减速运转时，加速、恒速、减速等各种运行状态下变频器的电流值Ie可按下式进行选定：,Ie=(I1t1+I2t2+)/( t1+t2+)K0 式中 I1、I2 各运行状态下的平均电流（A）； t1、t2 各运行状态下的时间（s）； K0安全系数（频繁运行时K0取1.2，一般K0取1.1）。 （4） 电流变化不规则的场合 在运行中，如电机电流不规则变化，此时不易获得运行特性曲线，这时可使电机在输出最大转矩时的电流限制在变频器的额定输出电流内进行选定。 （5） 电机直接起动时所需变频器容量的选定 通常，三相异步电动机直接用工频起动时起动电流为其额定电流的57倍，直接起动时可按下式选取变频器：,IeIK/Kg 式中 IK在额定电压、额定频率下电机起动时的堵转电流（A）； Kg变频器的允许过载倍数，Kg=1.31.5。 （6） 多台电机共用一台变频器供电 上述15条仍适用，但应考虑以下几点： 1) 在电机总功率相等的情况下，由多台小功率电机组成的一方，较由台数少但电机功率较大的一方电机效率低，因此两者电流总值并不等，因此可根据各电机的电流总值来选择变频器。 2）在整定软启动，软停止时，一定要按启动最慢的那台电机进行整定。,3）如有一部分电机直接起动时，可按下式进行计算： IeN2IK+（N1-N2）IN/Kg 式中 N1电机总台数； N2直接起动的电机台数； IK电机直接起动时的堵转电流（A）； IN电机额定电流； Kg变频器容许过载倍数（1.31.5）； Ie变频器额定输出电流。 （7） 容量选择注意事项 1）并联追加投入起动 用1台变频器使多台电机并联运转时，如果所有电机同时起动加速，可按如前所述选择容量。,但是对于一小部分电机开始起动后再追加投入其他电机起动的场合，此时变频器的电压、频率已经上升，追加投入的电机将产生大的起动电流。因此，变频器容量与同时起动时相比需要大些，额定输出电流可按下式算出： 式中 Ie变频器额定输出电流（A）； N1先起动的电机台数； N2追加投入起动的电机台数； Im先起动的电机额定电流（A）； Ims追加投入电机的起动开始电流（A）。,2）大过载容量 根据负载的种类往往需要过载容量大的变频器。但通用变频器过载容量通常多为125%、60s或150%、60s，需要超过此值的过载容量时必须增大变频器的容量。 3）轻载电机 电机的实际负载比电机的额定输出功率小时，多认为可选择与实际负载相称的变频器容量。但是对于通用变频器，即使实际负载小，使用比按电机额定功率选择的变频器容量小的变频器并不理想。 4）变频器的容量与适配电动机的最大容量不一定相同，应详细查阅变频器使用说明书。这是因为日本变频器是多以适配电动机的最大容量来标注变频器的容量，而其它变频器则不一定，有的标注变频器实际消耗的平均功率，有的标注视在功率（kVA）。变频器适配电动机的最大容量应以说明书为准。,2、输入电压与输出电压 变频器的输出电压按电动机的额定电压选定。在我国低压电动机多数为380V。可选用400V系列变频器。应当注意变频器的工作电压是按U/f曲线变化的。变频器规格表中给出的输出电压是变频器的可能最大输出电压，即基频下的输出电压。 变频器的输入电压有200V系列（线电压220V）和400V系列（线电压380V），又分单相输入和三相输入。在我国小功率的变频器可以选三相380V输入，也可以选单相220V输入；大功率的变频器一般选三相380V输入；有些进口设备有三相220V输入的变频器，在应用时特别注意。 应该注意：变频器的输出电压不会超过输入电压，如果选用200V系列的变频器请注意变频器与电动机的匹配。,3、输出频率 变频器的最高输出频率根据机种不同而有很大不同，有50/60Hz、120Hz、240Hz或更高。50/60Hz的变频器，以在额定速度以下范围进行调速运转为目的，大容量通用变频器几乎都属于此类。最高输出频率超过工频的变频器多为小容量。在50/60Hz以上区域，由于输出电压不变，为恒功率特性，要注意在高速区转矩的减小。但是车床等机床根据工件的直径和材料改变速度，在恒功率的范围内使用，在轻载时采用高速可以提高生产率，只是要注意不要超过电机和负载的容许最高速度。 考虑以上各点，根据变频器的使用目的所确定的最高输出频率来选择变频器。,变频器内部产生的热量大，考虑到散热的经济性，除小容量变频器外几乎都是开启式结构，采用风扇进行强制冷却。变频器使用场所在室外或周围环境恶劣时，最好装在独立盘上，采用具有冷却用热交换装置的全封闭式。 对于小容量变频器，在粉尘、油雾多的环境或者棉绒多的纺织厂也可采用全封闭式结构。 一般通用变频器的最高输出频率为400500Hz，实际的最高输出频率应根据实际情况设置。在我国一般设置为50Hz。,4.1.3 变频器类型的选择 根据控制功能将通用变频器分为三种类型。普通功能型U/f控制变频器，具有转矩控制功能的高功能型U/f控制变频器和矢量控制高性能型变频器。变频器类型的选择，要根据负载的要求来进行。 1、风机和泵类负载 这类负载在过载能力方面要求较低，负载转矩TLn2 ，低速下TL较小，负载较轻，故选型时通常以价廉为主要原则，选择普通功能型通用变频器。,2、恒转矩负载 多数负载具有恒转矩特性，但在转速精度及动态性能等方面要求一般不高，例如挤压机、搅拌机、传送带、厂内运输电车、吊车的平移机构、吊车的提升机构和提升机等。选型时可选Vf控制方式的变频器，但是最好采用具有恒转矩控制功能的变频器，如果用普通变频器实现恒转矩调速，必须加大电动机和变频器的容量，以提高低速转矩。 3、被控对象具有较低的动、静态指标要求 这类负载一般要求低速时有较硬的机械特性，才能满足生产工艺对控制系统的动、静态指标要求，如果控制系统采用开环控制，可选用具有无转速反馈矢量控制功能的变频器。,4、被控对象具有较高的动、静态指标要求 对于调速精度和动态性能指标都有较高要求，以及要求高精度同步运行等场合，可采用带速度反馈的矢量控制方式的变频器。当使用标准的通用异步电动机进行变频调速时，由于变颁器的性能和电动机自身运行工况的改变等原因，在确定电动机的参数时，除按照常规方法选择电动机的型号及参数外，还必须考虑电动机在各个频率段恒速运行时从未考虑过的一些新问题。 对于一般用途大多采用通用变频器，不需要选择变频器的类型，只需根据负载类型进行设置就行。Altivar31变频器的设置参数为drCUft。共有4个选项：L为恒定转矩，用于并联电机或特殊电机；P为可变转矩，用于泵类负载或风机；n为恒定转矩应用的无传感器磁通矢量控制；nLd为节能应用，用于无需高动态性能的可变转矩负载。,§4.2 异步电动机的选择方法 当使用标准的通用异步电动机进行变频调速时，由于变颁器的性能和电动机自身运行工况的改变等原因，在确定电动机的参数时，除按照常规方法选择电动机的型号及参数外，还必须考虑电动机在各个频率段恒速运行时从未考虑过的一些新问题。 4.2.1 电动机容量的选择 选择电动机容量的基本原则是：能带动负载，在生产工艺所要求的各个转速点长期运行不过热。在旧设备改造时，要尽可能地留用原设备的电动机。,选择电动机容量时应考虑如下几点：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1015的情况下，转矩仍能满足起动或运行中的需要；从电动机温升角度考虑，为了不降低电动机的寿命，温升必须在绝缘所限制的范围以内；如果电动机每次在最低频率时连续工作的时间不长，则可留用原选电动机；反之则电动机的容量应提高一档。 4.2.2 电动机磁极对数的选择 电动机的磁极对数一般由生产工艺决定，不易随意选择。如果通用变频器具有矢量控制功能，若有条件，最好选择2p4的电机，因为多数矢量控制通用变频器是以2p4的电机作为模型进行设计的。,4.2.3 电动机工作频率范围的选择 电动机工作频率的范围应包含负载对调速范围的要求，由于某些通用变频器低速运行特性不理想，所以最低频率越高越好。 4.2.4 使用变频器传动时电动机出现的新问题 笼型异步电动机由通用变频器传动时，由于高次谐波的影响和电动机运行速度范围的扩大，将出现一些新的问题，与工频电源传动时的差别比较大。因此，在旧设备改造留用原选电动机时要特别注意如下问题：,1、低速时的散热能力问题 通用的标准笼型异步电动机的散热能力，是按额定转速且冷却风扇与电动机同轴条件下考虑冷却风量的。当使用变频器之后，在电机运行速度低的情况下冷却风量将自动变小，散热能力随之变差。由于电动机的温升与冷却风量之间成反比，所以在额定速度以下连续运行时，可采用设置恒速冷却风扇的办法，改善低速运行条件下电动机的散热能力。 2、额定频率运行时有温升提高问题 由于变额器的三相输出电压波形是SPWM波，因此不可避免地在异步电动机的定子电流中含有高次谐波，高次谐波增加了电动机的损耗，使电动机的效率和功率因数都变差。高次谐波损耗基本与负载大小无关，,所以电动机温升将会比变频调速改造前有所提高。通用变频器高次谐波分量越少，电动机的温升也就越小。这也是检验通用变频器性能是否优良的重要标志之一。 3、电动机运行时出现噪声增大问题 这是SPWM变频器的载波频率与电机铁心的固有振荡频率发生谐振引起的电机铁心振动而发出的噪声。 当电动机的噪声过大时，可以改变变频器的载波频率。载波频率的调节范围一般为216kHz，变频器的出厂设置一般为4kHz。,§4.3 变频器的外围设备及其选择 变频器的运行离不开某些外围设备。这些外围设备通常都是选购件。选用外围设备常是为了下述目的： （1）提高变频器的某种性能；（2）变频器和电动机的保护；（3）减小变频器对其他设备的影响等。外围设备通常都是选购