变频器的选择与安装课件

1、第五章 变频器的选择与安装教学内容 5-1负载的机械特性及传动机构 5-2变频器的选择教学目的 1了解变频器所驱动负载的类型和机械特性； 2掌握传动方案选择的依据和方法； 3掌握不同类型负载选择变频器的方法重 点 变频器控制系统的驱动方案选择难 点 频繁加减速运行场合变频器的容量计算复习提问 电动机拖动系统的负载有哪几类？各类负载有何特点？第1页，共29页。第一节 负载的机械特性及传动机构一、机械传动系统机械传动系统的组成由电动机、传动机构和负载组成。电动机：系统的动力源，由它拖动系统运行。最简单的传动系统：电动机、连轴器和负载，电动机输出转矩TM，它与负载的阻转矩TL大小相等，方向相反，即T

2、MTL 当电动机以转速n运行时，输出功率为 式中：n 电动机转速，单位r /min； TM 电动机输出的电磁转矩，单位N.m；P 电动机轴输出功率，也是负载侧消耗的总功率，单位kW。电动机的机械特性 ，必须与负载的机械特性相匹配，整个传动系统才能正常工作。第2页，共29页。二、机械传动系统的负载类型及特点1恒转矩负载 特点：负载的转矩TL不随转速n的变化而变化，是一恒定值。但负载功率随转速成比例变化。 典型系统：位能性负载，如电梯、卷扬机、起重机、抽油机等。摩擦类负载，如传送带、搅拌机、挤压成型机、造纸机等。例如起重机吊起重物时，重物受到地球引力为FL，卷绕轮的半径为r， 则负载转矩为TL =

3、 r FL。不管电动机的转速如何，因为FL不变，TL不变，所以这类负载具有恒转矩特性。 2恒功率负载 特点：当负载的转速发生变化时，其转矩也随着变化，而负载的功率始终为一恒定值。 典型系统：车床以相同的切削线速度和吃刀深度加工工件时，若工件的直径大，则主轴的转速低；若工件的直径小，则主轴的转速高，保持切削功率为一恒定值。又如卷绕机，开始卷绕时卷绕直径小，转矩小，则卷绕速度高；当卷绕直径逐渐增大时，转矩增大，则卷绕速度降低，保持卷绕功率为一恒定值。第3页，共29页。 恒功率负载的机械特性如图5-4中直线所示，其转速与转矩之间的关系如图5-4中直线所示。3平方转矩负载 特点：负载转矩与转速的平方成

4、正比，即TL = k n2。而负载功率与转速的三次方成正比，即P= k1n3。这类负载用变频器调速具有很好的节能效果。 典型系统：风机、泵类等流体机械。 平方转矩负载的机械特性如图5-5所示，曲线是转矩特性，曲线是功率特性。第4页，共29页。三、齿轮传动机构 齿轮传动是传统的机械传动装置。 1齿轮传动的作用： 通过改变输入轴齿轮Z1和输出轴齿轮Z2的齿数比，可以改变输入轴和输出轴的转速比和转矩比。在变频器调速系统中，当调速范围和转矩不符合负载要求时，可采用一级齿轮传动，使转速和转矩改变。采用升速传动，可使电动机的转矩减小；采用减速传动，可使电动机转矩增大。 2齿轮传动机构中各量之间的关系: 传

5、动比：输入轴转速n1与输出轴转速n2之比（见图5-6），用表示，即：由传动比的定义式可知，1，为升速传动；1为降速传动；1，为直接传动。第5页，共29页。四、传动方案选择实例例5-1 已知一变频器调速系统，其负载的阻转矩为88Nm，调速范围为0335r/min，由4极电动机驱动，负载最大功率消耗。请选择驱动方案。 采用一级降速齿轮传动后，所需电动机和变频器的容量都减小了。第6页，共29页。第二节 变频器的选择变频器选择的依据：功能、容量、质量、品牌、价格、型号。一、风机、泵类负载变频器的选择风机、泵类负载使用变频器目的：节能，可达30 40。1风机、泵类负载的特性2风机、泵类负载选择变频器的要

6、点（1）种类：风机、泵类负载是最普通的负载，普通Uf控制变频器即可满足要求。也可选用专用变频器。（2）变频器的容量选择：等于电动机的容量即可。但空气压缩机、深水泵、泥沙泵、快速变化的音乐喷泉等负载，由于电动机工作时冲击电流很大，所以选择时应留有一定的裕量。 （3）工频变频切换注意：变频器的输出为电子开关电路，过载能力差，在切换时要考虑变频器的承受能力。第7页，共29页。由工频运行切换到变频运行时，先将电动机断电，让电动机自由降速运行。同时检测电动机的残留电压，以推算出电动机的运行频率，使接入变频器的输出频率与电动机的运行频率一致，以减小冲击电流。当变频运行切换到工频运行时，采用同步切换的方法，

7、即变频器将频率升高到工频，确认频率及相位与工频一致时再进行切换。（4）设置瞬停再起功能。（5）设置合适的运行曲线： 选择平方律补偿曲线或将变频器设置为节能运行状态。 （6）采用连轴器传动。 二、机械传动系统变频器的选择选择原则：节能、满足传动要求。1机床用变频器的选择（1）数控车床： 一般可选用普通Uf控制变频器，为了提高控制精度选用矢量控制变频器效果更好。考虑到车床的急加速或偏心切削等问题，可适当加大变频器的容量；为了提高低速切削时的主轴转矩，可采用一级降速齿轮传动。（2）立式车床：由于主轴有很大惯性，选用变频器时要特别注意到制动装置和制动电阻的容量。立式车床选择通用Uf控制变频器即可满足要

8、求。第8页，共29页。2大惯性负载变频器选择3不均匀负载变频器选择 轧钢机除了工作时负载不均匀之外，对速度精度要求很高，因此采用高性能矢量控制变频器。4流水线用变频器选择特点：多台电动机按同一速度（或按一定速度比）运行，且每台电动机均为恒转矩负载。选择要求：一般选用Uf控制变频器，但频率分辨率要高，比例运行的速度精度要高，必要时可加速度反馈。三、变频器容量计算变频器容量确定的依据：电动机容量和电动机的工作状态确定变频器容量步骤：电动机的额定电压根据容量和工作状态核算变频器的输出电流。1连续运行场合连续运行指负载不频繁加减速而连续运行的场合。ION (1.05 1.1) I N或 ION (1.

9、05 1.1) I maX 式中：ION 变频器输出额定电流，单位为A； I N 电动机额定电流，单位为A；I max 电动机实测最大工作电流，单位为A；第9页，共29页。2频繁加减速运行的场合变频器加减速时电流大于工作电流，若变频器工作时频繁加减速，则选择变频器时容量应适当加大，可按下式计算： 式中：ION 变频器输出额定电流，单位为A；I1、I2 、I3 各运行状态下平均电流，单位为A；t1、t2 、t3 各运行状态下运行时间，单位为s；k0 安全系数（加减速频繁时取1.2，一般取1.1）。3电流变化不规则的场合 主要指不均匀负载或冲击负载，IONI maxION：变频器的额定电流；I m

10、ax：电动机工作时的最大转矩电流。4电动机直接起动变频器的选择ION I KKg式中：I K 电动机在额定工频电压下的堵转电流，单位为A；Kg 变频器的允许过载倍数，Kg 1.3 1.5。 第10页，共29页。5多台电动机共用一台变频器供电多台电动机共用一台变频器进行驱动，除了以上1 4点需要考虑之外，还要考虑这多台电动机是否同时软起动（即同时从0HZ开始起动），是否有个别电动机需要直接起动等等。综合以上因素，变频器的容量可按下式进行计算： 式中：a1 电动机总台数；a2 直接起动的电动机台数； I K、 Kg与4中的意义相同。第11页，共29页。第三节 变频器的谐波干扰教学内容 5-3 变频

11、器的谐波干扰 5-4 变频器常用电磁选件教学目的1了解谐波的概念，变频器产生的谐波对电源、负载及其它设备的影响；2掌握各种电磁选件的作用及安装方法；重点：产生谐波的原因及抑制谐波的措施难点：电磁选件的选用和安装方法复习提问1一级齿轮减速机构在低速运行的变频器调速系统中有何作用？2对流水线用变频器如何进行选择？第12页，共29页。一谐波的概念 谐波：与电路工作电源频率不同的正弦波。 变频器工作时会产生大量的谐波。输入端产生的谐波对电网造成电磁干扰，会降低电网的供电质量；输出端产生的谐波可使电动机发热，谐波的辐射会产生无线电干扰。 1谐波产生的原因 2谐波的特点二、变频器运行时产生的谐波干扰 输入

12、侧：整流使电流的脉动性很大，产生大量谐波，降低电源的供电质量，干扰同一电源的用电设备； 输出侧：是一系列的矩形波，这些矩形波含有丰富的高次谐波成份。这些高次谐波会产生电磁辐射干扰无线电设施；若加到电动机的绕组上，会使电动机的绝缘下降，铜损和铁损增加，温度上升；同时谐波电流会改变电磁转矩，产生振动力矩，使电动机发生周期性转速变动，影响输出频率，并发出噪声。 谐波干扰途径。第13页，共29页。第四节 变频器常用电磁选件 一、交流输入电抗器1作用：可以抑制变频器输入电流的高次谐波，明显改善变频器的功率因数。选用情况：有下列情况之一时就应考虑选配交流输入电抗器。（1）变频器所用电源变压器的容量超过50

13、0 kVA，并与变频器的容量之比为10：1以上时；（2）同一电源上接有晶闸管交流负载或带有开关控制的功率因数补偿装置时；（3）三相电源的电压不平衡度 3时；（4）需要改善输入侧的功率因数，接入交流输入电抗器后功率因数可增加到0.8 0.85 。 结构交流输入电抗器的结构为一铁心电感线圈。4参数 表5-2是电抗器的配置参数表。各生产厂家都有与自己的变频器相匹配的电抗器产品供选用。 第14页，共29页。二、交流输出电抗器 1作用：滤除变频器输出端产生的有害谐波， 选用情况：当变频器与电动机之间的配线较长（超过20米）时，选用交流输出电抗器可抑制由导线分布电容引起的过流，并可抑制变频器的无线电干扰。

14、 结构：交流输出电抗器的外形结构与图5-19相同。 参数：表5-3为交流输出电抗器选配参数表。三、电磁滤波器 .分类：分为输入电磁滤波器和输出电磁滤波器。 安装及作用： .外形 四、直流电抗器 .作用：主要是改善变频器的输入功率因数，防止电源对变频器的影响，保护变频器及抑制高次谐波。 2使用场合：在下列情况下应考虑配置直流电抗器。 （1）当给变频器供电的同一电源上有开关、无功补偿电容器屏或带有晶闸管调压负载时，因电容器屏开关切换引起的无功瞬变致使电网电压突变或晶闸管调压引起的电网波形缺口，有可能对变频器的输入整流电路造成影响。第15页，共29页。（2）当变频器供电三相电源的不平衡度 3时；（3

15、）当要求变频器输入端的功率因数提高到0.93时； （4）当变频器接入到大容量供电变压器上时，变频器输入电源回路流过的电流有可能对整流电路造成损害。一般情况下，当变频器供电电源的容量大于550 kW以上时，变频器需要配置直流电抗器。3. 外形：直流电抗器的外形如图5-21所示，其外型尺寸如图5-22，它也是一铁心电感线圈。4参数：表5-4是直流电抗器与变频器的配置参数表，使用时要根据变频器的容量大小选择直流电抗器的规格、型号。 五、制动选件1制动电阻(1) 使用场合： (2) 制动电阻的参数选择 (3) 制动电阻的安装 第16页，共29页。2制动单元选件(1) 作用：当变频器产生再生电流使直流侧

16、电压升高时用来控制电能向制动电阻释放。(2) 安装：对于小功率变频器，一般是内置在变频器中；对于大功率变频器，由于制动单元在工作时会发热，所以通常安装在变频器之外，并作为选件供应。在无内置制动单元的变频器中，制动单元和制动电阻配套选用，将制动电阻接在制动单元上，再将制动单元按要求连接到变频器上。由于制动单元和制动电阻都是发热单元，安装时要互相有一定的距离，以便于散热。制动单元和制动电阻的连接见第三章图3-5所示。第17页，共29页。第五节 变频器的安装教学内容 5-5 变频器的安装 5-6 变频器的维护保养与故障处理教学目的 1掌握变频器安装过程中的各种要求； 2掌握变频器安装时线径的计算方法

17、； 3了解变频器一般维护和常见故障的处理方法；重 点 变频器的安装要求难 点 变频器常见故障处理方法复习提问 1抑制变频器谐波干扰的方法有哪几种？ 2在什么情况下应接入直流电抗器？第18页，共29页。一、主电路控制开关及导线线径选择1电源控制开关及导线线径选择电源控制开关及导线线径的选择与同容量的普通电动机选择方法相同，按变频器的容量选择即可。因输入侧功率因数较低，应本着宜大不宜小的原则选择线径。2变频器输出线径选择变频器工作时频率下降，输出电压也下降。 3控制电路导线线径选择小信号控制电路通过的电流很小，一般不进行线径计算。考虑到导线的强度和连接要求，一般选用0.75(mm)2及以下的屏蔽线

18、或绞合在一起的聚乙烯线。接触器、按钮开关等强电控制电路导线线径可取1mm2的独股或多股聚乙烯铜导线。第19页，共29页。二、变频器的安装环境1周围温度、湿度周围温度：变频器的工作环境温度范围一般为10 o 40 o，当环境温度大于变频器规定的温度时，变频器要降额使用或采取相应的通风冷却措施。湿度：变频器工作环境的相对湿度为5 90（无结露现象 ）。2周围环境变频器应安装在不受阳光直射、无灰尘、无腐蚀性气体、无可燃气体；无油污、蒸汽滴水等环境中。安装场所的周围振动加速度应小于0.6g （g=9.8m/s2）。3海拔高度变频器应用的海拔高度应低于1000 m。海拔高度大于1000 m的场合，变频器

19、要降额使用。表5-9是富士变频器海拔高度与输出降额关系。第20页，共29页。三、安装方向和空间 裸露安装：用螺栓垂直安装在坚固的物体上。正面是变频器文字键盘，请勿上下颠倒或平放安装。周围要留有一定空间，上下10cm以上 24所示。控制柜中安装：变频器的上方柜顶要安装排风扇；控制柜中安装多台：要横向安装，且排风扇安装位置要正确，如图5-25和图5-26 。第21页，共29页。四、变频器在多粉尘现场的安装在多粉尘（特别是多金属粉尘、絮状物）的场所使用变频器时，正确、合理的防尘措施是保证变频器正常工作的必要条件。1安装设计要求在控制柜中安装变频器，最好安装在控制柜的中部或下部。要求垂 第22页，共2

20、9页。直安装，其正上方和正下方要避免安装可能阻挡进风、出风的大部件；变频器四周距控制柜顶部、底部、隔板或其它部件的距离不应小于300 mm，如图5-27中的H1、H2间距所示。第23页，共29页。2控制柜通风、防尘、维护要求 （1）总体要求：控制柜应密封，使用专门设计的进风和出风口进行通风散热。控制柜顶部应设有出风口、防风网和防护盖；底部应设有底板、进线孔、进风口和防尘网。 （2）风道要设计合理，使排风通畅，不易产生积尘。 （3）控制柜内的轴流风机的风口需设防尘网，并在运行时向外抽风。 （4）对控制柜要定期维护，及时清理内部和外部的粉尘、絮毛等杂物。对于粉尘严重的场所，维护周期在1个月左右。

21、五、安装布线 合理选择安装位置及布线是变频器安装的重要环节。电磁选件的安装位置、各连接导线是否屏蔽、接地点是否正确等，都直接影响到变频器对外干扰的大小及自身工作情况。 1布线原则 变频器与外围设备之间布线时应采取以下措施： （1）当外围设备与变频器共用一供电系统时，要在输入端安装噪声滤波器，或将其他设备用隔离变压器或电源滤波器进行噪声隔离。 （2）当外围设备与变频器装入同一控制柜中且布线又很接近变频器 第24页，共29页。时，可采取以下方法抑制变频器干扰： 将易受变频器干扰的外围设备及信号线远离变频器安装；信号线使用屏蔽电缆线，屏蔽层接地。亦可将信号电缆线套入金属管中；信号线穿越主电源线时确保

22、正交。 在变频器的输入输出侧安装无线电噪声滤波器或线性噪声滤波器（铁氧体共模扼流圈）。滤波器的安装位置要尽可能靠近电源线的入口处，并且滤波器的电源输入线在控制柜内要尽量短。变频器到电动机的电缆要采用4芯电缆并将电缆套入金属管，其中一根的两端分别接到电动机外壳和变频器的接地侧。 （3）避免信号线与动力线平行布线或捆扎成束布线；易受影响的外围设备应尽量远离变频器安装；易受影响的信号线尽量远离变频器的输入输出电缆。 （4）当操作台与控制柜不在一处或具有远方控制信号线，要对导线进行屏蔽，并特别注意各连接环节，以避免干扰信号串入。 2变频器安装区域划分及注意事项 （1）区域划分 依据各外围设备的电磁特性

23、，分别安装在不同的区域，以抑制变频器工作时的电磁干扰，如图5-28所示。图中各区域分别为：第25页，共29页。（2）安装注意事项 电动机电缆的地线应在变频器侧接地，但最好电动机与变频器分别接地。在处理接地时，如采用公共接地端，不能经过其他装置的接地线接地，要独立走线，如图5-29所示。电动机电缆和控制电缆应使用屏蔽电缆，机柜内为强制要求，将屏蔽金属丝网与地线两端连接起来，连接方法如图5-30所示。 第26页，共29页。第六节 变频器的维护保养与故障处理一、变频器的日常巡视 耳听、目测、触感和气味等。一般巡视内容有： (1) 周围环境、温度、湿度是否符合要求。 (2) 变频器的迸风口和出风口有无积尘，是否被积尘堵死。 (3) 变频器的噪声、振动、气味是否在正常范围之内。 (4) 变频器运行参数及面板显示是否正常。二、变频器的定期维护与保养 1低压小型变频器的维护和保养低压