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变频器选型 电气1011班 张 忠变频器定义：转换电能并能改变频率的交流电能驱动器选型基本要素 1、功能 控制方法，输入输出控制端子功能，频率给定方式等 2、性能 电压级别，过流能力，响应速度，频率精度，线路长度要求等 3、动静态指标 安装方式，防护等级等变频器选型时要确定以下几点：1) 采用变频的目的；恒压控制或恒流控制等。2) 变频器的负载类型；如叶片泵或容积泵等，特别注意负载的性能曲线，性能曲线决定了应用时的方式方法。3) 变频器与负载的匹配问题；I.电压匹配；变频器的额定电压与负载的额定电压相符。II. 电流匹配；普通的离心泵，变频器的额定电流与电机的额定电流相符。对于特殊的负载如深水泵等则需要参考电机性能参数，以最大电流确定变频器电流和过载能力。III.转矩匹配；这种情况在恒转矩负载或有减速装置时有可能发生。4) 在使用变频器驱动高速电机时，由于高速电机的电抗小，高次谐波增加导致输出电流值增大。因此用于高速电机的变频器的选型，其容量要稍大于普通电机的选型。5) 变频器如果要长电缆运行时，此时要采取措施抑制长电缆对地耦合电容的影响，避免变频器出力不足，所以在这样情况下，变频器容量要放大一档或者在变频器的输出端安装输出电抗器6) 对于一些特殊的应用场合，如高温，高海拔，此时会引起变频器的降容，变频器容量要放大一挡。变频器选型的容量应作如下考虑：对连续运行时所需变频器容量Po(kVA)必须满足如下几点： (1) 变频器容量必须大于负载所要求的输出，即 (2) 变频器容量不能低于电机容量，即：（3）变频器电流I0应大于电机电流，即I0kIM (4)起动时变频器容量应满足下式： 以上各式中：Io为变频器电流；GD2为电机轴端换算；tA为加速时间，根据负载要求确定：k为电流波形补偿系数(PWM控制方式时取1.051.10)；TL为负载转矩；为电动机效率(通常取0.85)；COS为电机功率因数(通常取0.75)；PM为负载所要求的电机轴输出；IM为电机额定电流；UM为电机额定电压；nM为电机额定转速。对于容量明显偏小变频器的解决措施，可采取增加变频器容量，减小电机容量或负载等改造措施来适应变频器的输出功率。 另外，用户在提供实际工况原始参数时，要保证其准确性，未使用过变频器的用户可请有经验的单位或变频器设计制造厂家做方案设计，提出具有建设性或指导性的意见，以保证变频器设计选型正确。 3 变频器与电动机配套问题 变频器在实际应用中，要考虑与电动机相匹配的问题，如低速时的冷却问题，电动机的稳定性和频繁起动问题。对于调速范围比较宽，特别是具有恒转矩和恒功率调速两个运行范围的电动机，由于在低速时的电流和磁通基本保持不变的恒转矩特性，使它散热困难，因此不能采用自带风扇冷却。这种方式对高速和低速运行的工况不利，低速时冷却效果差，高速时电动机效率严重下降。 通常情况下，如果采用自带风机冷却或管道通风时，冷却风量的选择原则是每20kW的电动机损耗需要1m2s的风量。除了尽可能减少各种损耗外，还要对空气的流场和温度进行认真地分析，减少温度分布的不均匀系数，提高电动机线圈端部的传热性能，加强电动机机座本身的散热能力。由于电动机动态稳定性与系统的状态有关，它在电源容量大的工频电源系统中可以稳定运行，在采用变频器供电时，系统运行则可能发生不稳定性。在用户实际使用中，当一台电动机专用一个变频电源时，运行稳定。而多台电动机共用一个变频电源组合传动时，就变得不稳定了。通过对这些现象的分析，发现有以下两个原因：即电动机固有的低频不稳定性和电动机与变频器相互影响造成的不稳定性。在低频时的这种不稳定性表现为持续地振荡，也就是转子转速在同步转速附近的摆动，另一方面，也可能超出变频器的换向能力而使其保护动作，导致不能正常工作。电动机和变频器之间相互影响造成的不稳定性，主要是由于电动机机械系统的惯性或变频器直流环节中滤波电感及电容之间发生能量交换造成的。由于变频器电源可以在很低的频率下起动电动机，对于一些大容量的调速系统，不仅可以频繁起动，还可以频繁正反转，使交流电动机在四象限内运行。为了达到节能的效果，风机可以每天起动几十次，泵类可以起动几百次，对于可逆轧机的主传动和辅助传动电动机，则起动和正反转的次数会更多。因此使电动机经常处于循环交变应力的作用下，对电动机的机械部分和绝缘会带来疲劳和加速老化等问题。目前国内外电动机生产厂商均有与变频器配套的各种变频电动机，用户可采用配套的电动机，从而使调速系统性能更加完善，上述问题均是变频器在实际应用中值得认真的考虑。变频器的选用,应按照被控对象的类型、调速范围、静态速度精度、启动转矩等来考虑,使之在满足工艺和生产要求的同时,既好用,又经济。1.变频器及被控制的电机 (1)电机的极数。一般电机极数以不多于4极为宜,否则变频器容量就要适当加大。 (2)转矩特性、临界转矩、加速转矩。在同等电机功率情况下,相对于高过载转矩模式,变频器规格可以降格选龋。 (3)电磁兼容性。为减少主电源|稳压器干扰,在中间电路或变频器输入电路中增加电抗器,或安装前置隔离变压器。一般当电机与变频器距离超过50m时,应在它们中间串入电抗器、滤波器或采用屏蔽防护电缆。2.变频器箱体结构的选用 变频器的箱体结构要与条件相适应,必须考虑温度、湿度、粉尘、酸碱度、腐蚀性气体等因素。有下列几种常见结构: (1)敞开型IP00型。本身无机箱,可装在电控箱内或电气室内的屏、盘、架上,尤其适于多台变频器集中使用时选用,但环境条件要求较高。 (2)封闭型IP20型。适于一般用途,可有少量粉尘或少许温度、湿度的场合。 (3)密封型IP45型。适于工业现场条件较差的环境。 (4)密闭型IP65型。适于环境条件差,有水、灰尘及一定腐蚀性气体的场合。3.变频器功率的选用 变频器负载率与效率的关系曲线见图1。由图1可见:当=50%时,=94%;当=100%时,=96%。虽然增一倍,变化仅2%,但对中大功率(几百千瓦至几千千瓦)电动机而言亦是可观的。系统效率等于变频器效率与电动机效率的乘积。从效率角度出发,在选用变频器功率时,要注意以下几点。 (1)变频器功率与电动机功率相当时为最合适,以利于变频器在高效率状态下运转。 (2)在变频器的功率分级与电动机功率分级不相同时,则变频器的功率要尽可能接近电动机的功率,并且应略大于电动机的功率。 (3)当电动机属频繁启动、制动工作或处于重载启动且较频繁时,可选取大一级的变频器,以利于变频器长期、安全地运行。 (4)经测试,电动机实际功率确实有富余,可以考虑选用功率小于电动机功率的变频器,但要注意瞬时峰值电流是否会造成过电流保护动作。 (5)当变频器与电动机功率不相同时,则必须相应调整节能程序的设置,以利于达到较高的节能效果。4.变频器容量的确定 合理的容量选择本身就是一种节能降耗措施。根据现有资料和经验,比较简便的方法有三种。 (1)电机实际功率确定法。首先测定电机的实际功率,以此来选用变频器的容量。 (2)公式法。设安全系数取1.05,则变频器的容量pb为: pb=1.05pm/hmcos,kW 式中pm电机负载,kW hm电机功率,kW 计算出pb后,按变频器产品目录选具体规格。 当一台变频器用于多台电机时,至少要考虑一台电动机启动电流的影响,以避免变频器过流跳闸。 电机额定电流法。变频器容量选定过程,实际上是一个变频器与电机的最佳匹配过程,最常见、也较安全的是使变频器的容量大于或等于电机的额定功率,但实际匹配中要考虑电机的实际功率与额定功率相差多少,通常都是设备所选能力偏大,而实际需要的能力小,因此按电机的实际功率选择变频器是合理的,避免选用的变频器过大,使投资增大。对于轻负载类,变频器电流一般应按1.1In(In为电动机额定电流)来选择,或按厂家在产品中标明的与变频器的输出功率额定值相配套的最大电机功率来选择。5.主电源(1)电源电压及波动。应特别注意与变频器低电压保护整定值相适应(出厂时一般设定为0.80.9Un),因为在实际使用中,电网电压偏低的可能性较大。(2)主电源频率波动和谐波干扰。这方面的干扰会增加变频器系统的热损耗,导致噪声增加,输出降低。(3)变频器和电机在工作时,自身的功率消耗。在进行系统主电源供电设计时,两者的功率消耗因素都应考虑进去。二、变频器应用中的抗干扰措施 变频器在应用中的干扰主要表现为:高次谐波、噪声与振动、负载匹配、发热等问题。这些干扰是不可避免的,因为变频器的输入部分为整流电路,输出部分为逆变电路,它们都是由起开关作用的非线性元件组成的,而在开断电路的过程中,都要产生高次谐波,从而使其输入电源和输出的电压波形和电流波形产生畸变。下面针对谐波问题进行分析并提出相应措施。 容量较小的变频器,高次谐波的影响较校但容量较大或数量较多时,就必须处理由高次谐波电流引起的高次谐波干扰,否则将影响到设备和检测元件,严重时可能使这些设备误动作。根据英国的ACE报告,各种对象对高次谐波的敏感程度如下:电动机在10%20%以下无影响;仪器|仪表电压畸变10%,电流畸变10%,误差在1%以下;电子开关超过10%会产生误动作;计算机超过5%会出错。鉴于以上情况,在工业现场中,必须采取措施降低干扰,把干扰抑制在允许的范围内。1.切断干扰传播途径 (1)干扰的传播常通过共用的接地线传播。将动力线的接地与控制线的接地分开是切断这一途径的根本方法,即将动力装置的接地端子接到地线上,将控制装置的接地端子接到该装置盘的金属外壳上。 (2)信号线靠近有干扰源的导线时,干扰会被诱导到信号线上,使信号受到干扰,布线分离对消除这种干扰行之有效。实际工程中需把高压电缆、动力电缆、控制电缆常常与仪表电缆、计算机电缆分开布线,分走不同的桥架。变频器的控制线也最好与其主回路线路以垂直的方式布线。2.抑制高次谐波 (1)在变频器前侧安装线路电抗器,可抑制电源侧过电压,并降低变频器产生的电流畸变,避免使主电源受到严重干扰。 该方案价格便宜,但限制谐波的效率有限,且电抗太大时会产生无法接受的电压降损失。 (2)在变频器前加装LC无源滤波器,滤掉高次谐波,通常滤掉5次和7次谐波,但该方法完全取决于电源和负载,灵活性。 (3)设置专用滤波器用来检测变频器和相位,并产生一个与谐波电流的幅值相同且相位正好相反的电流,通到变频器中,从而可以有效地吸收谐波电流。 (4)当设备的附近环境受到电磁干扰时,应装设抗射频干扰滤波器,可减少主电源的传导发射,且要采取措施屏蔽电机电缆。 (5)当电机电缆长度大于50m或80m(非屏蔽)时,为了防止电机启动时的瞬时过电压,减少电机对地的泄漏电流和噪声,保护电动机,在变频器与电机之间安装电抗器。 (6)增加变频器供电电源内阻抗。通常电源设备的内阻抗可以起到缓冲变频器直流滤波电容的无功功率的作用,内阻抗越大,谐波含量越小,这种内阻抗就是变压器的短路阻抗。因此选择变频器供电电源时,最好选择短路阻抗大的变压器。 (7)采用变压器多相运行。通用变频器为六脉波整流器,因此产生的谐波较大。如果采用变压器多相运行,使相位角互差30,如Y-、-组合的变压器构成12脉波的效果,可减小低次谐波电流,很好的抑制谐波。SAJ S350高性能矢量变频器 1、低频力矩大、输出平稳 2、高性能矢量控制 3、转矩动态响应快、稳速精度高 4、减速停车速度快 5、抗干扰能力强三晶S350系列是新一代高性能矢量变频器，有如下特点：采用最新高速电机控制专用芯片DSP，确保矢量控制快速响应硬件电路模块化设计，确保电路稳定高效运行外观设计结合欧洲汽车设计理念，线条流畅，外形美观结构采用独立风道设计，风扇可自由拆卸，散热性好无PG矢量控制、有PG矢量控制、转矩控制、V/F控制均可选择强大的输入输出多功能可编程端子，调速脉冲输入，两路模拟量输出独特的“挖土机”自适应控制特性，对运行期间电机转矩上限自动限制，有效抑制过流频繁跳闸宽电压输入，输出电压自动稳压（AVR），瞬间掉电不停机，适应能力更强内置先进的PID算法，响应快、适应性强、调试简单；16段速控制，简易PLC实现定时、定速、定向等多功能逻辑控制，多种灵活的控制方式以满足各种不同复杂工况要求内置国际标准的MODBUS RTU ASCII通讯协议，用户可通过PC/PLC控制上位机等实现变频器485通讯组网集中控制。变频器选型注意事项1、按负载电流 变频器容量的选择要考虑变频器容量与电动机容量的匹配，容量偏小会影响电动机有效力矩的输出，影响系统的正常运行，甚至损坏装置，而容量偏大则电流的谐波分量会增大，也增加了设备投资。 变频器容量的选择应以负载在运行出现的最大电流做为依据 2、按负载类型 如恒转矩负载需选择通用型变频器，若负载为