变频器的选用方案

变频器的选用方案摘要：本文首先对变频器作了简洁介绍，其次变频器依据性能及控制方式等不同可分为多种类型，再次具体介绍依据机械负载特性正确选用变频器及选用变频器时的考虑因素、留意事项等，最终使我们生疏到变频器选用的重要意义。关键字：机械特性考虑因素留意事项一、前言：变频器主要用于沟通电动机(异步电机或同步电机)转速的调整，是公认的沟通电动机最抱负、最有前途的调速方案，除了具有卓越的调速性能之外，变频器还有显著的节能作用，是企业技术改造和产品更换代的抱负调速装置。自上世纪80年月被引进中国以来，变频器作为节能应用与速度工艺掌握中越来越重要的自动化设备，得到了快速进展和广泛的应用。在电力、纺织与化纤、建材、石油、化工、冶金、市政、造纸、食品饮料、烟草等行业以及公用工程〔中心空调、供水、水处理、电梯等〕中，变频器都在发挥着重要作用。除了工业相关行业，在一般家庭中，节约电费、提高家电性能、保护环境等受到越来越多的关注，变频家电成为变频器的另一个宽阔市场和应用趋势。带有变频掌握第１页的冰箱、洗衣机、家用空调等，在节电、减小电压冲击、降低噪音、提高掌握精度等方面有很大的优势。目前，中国是世界上最主要的家电供给国，但家电承受变频器的比例很低，而在日本，90％以上的家电是变频掌握。据调查，2023年，中国的变频家电同比增长超过200变频家电具有格外好的进展潜力。因此，选用何种类型的变频器更能发挥其最好的作用，成了重要的问题。二、变频技术及变频器的简介变频技术简介变频调速：即用三相变频器产生频率、电压可调的三相变频电源，对三相感应电动机和同步电动机进展变频调速简洁的说,变频技术就是把直流电逆变成不同频率的沟通电，或是把沟通电变成直流电再逆变成不同频率的沟通电，或是把直流电变成沟通电再把沟通电变成直流电等技术的总称。总之，这一切都是电能不发生变化，而只有频率发生变化。变频器简介变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能掌握装置。通用变频器的内部构造框图如下：第２页变频器的原理:我们现在使用的变频器主要承受交—直—交方式〔VVVF变频或矢量掌握变频，先把工频沟通电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可掌握的沟通电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和掌握4个局部组成，如图〔1—1。第３页〔1—1〕整流局部为三相桥式不行控整流器，逆变局部为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。三、变频器的分类按变换环节分类：交-交变频器 把频率固定的沟通电源直接变换成频率连续可调的沟通电源。其主要优点是没有中间环节，变频效率高，但其连续可调的频率范围窄，一般为额定频率的1/2以下。主要用于容量大、低功耗的场合。交-直-交变频器 先把频率固定的沟通电变成直流电，再把直流电逆变成频率可调的三相沟通电。在此类装置中，用不行控整流电路，则输入功率因数不变；用PWM逆变，则输出谐波减小。按直流电源性质分类：第４页电流型变频器特点是中间直流环节承受大电感作为储能环节，缓冲无功功率，即扼制电流的变化，使电压接近正弦波，由于该直流内阻较大，故称电流源型变频器〔电流型〕。电流型变频器的特点〔优点〕是能扼制负载电流频繁而急剧的变化。常选用于负载电流变化较大的场合。载的无功功率将由它来缓冲，直流电压比较平稳，直流电源内阻较小，相当于电压源，故称电压型变频器，常选用于负载电压变化较大的场合。按电压的调制方式分：PAM脉幅调制 变频器输出电压的大小通过盖面直流电压的大小来进展调制，在中小容量变频器中，这种方式几近绝迹。PWM脉宽调制 变频器输出电压的大小通过转变输出脉冲的占空比来进展调制。目前普遍应用的是占空比按正弦规律安排的正弦波脉宽调制SPWM方式。此外，变频器还可以按输出电压调整方式分类，按掌握方式分类，按主开关元器件分类，按输入电压凹凸分类。按工作原理分类：第５页v/f掌握的变频器 v/f掌握的根本特点是对变频器输出的电压和频率同时进展掌握通过使v/f〔电压和频率的比的值保持全都而得到所需的转矩特性。承受v/f掌握的变频器掌握电路构造简洁，本钱低，多用于对精度要求不高的通用变频器。转差频率掌握变频器v/f种改进，这种掌握需要由安装在电动机上速度传感器检测出电动机的转速，构成速度闭环，速度调整器的输出为转差频率，而变频器的输出频率则由电动机的实际转速与所需转差频率之和决定。由于通过掌握转差频率来掌握转矩的电流，与v/f掌握相比，其加减速特性和限制过电流的力量得到提高。矢量掌握变频器矢量掌握是一种高性能异步电动机掌握方式。它的根本思路是：将异步电动机的定子电流分为产生磁场的电流重量〔励磁电流〕和与其垂直的产生转矩的电流重量〔转矩电流〕，并分别加以掌握。由于在这种掌握方式中必需同时掌握异步电动机定子电流的幅值和相位，即定子电流的矢量，因此这种掌握方式被称为矢量掌握方式。直接转矩掌握变频器直接转矩掌握是沟通传动中革命性的电动机掌握方式，不需要再电动机的转轴上安装脉冲编码器来反馈转子的位置，而具有准确转矩和转速，能在零速时产生满载转第６页矩，电路中的PWM调制器不需要分开的电压掌握和频率掌握，具有这种功能的变频器称为直接转矩掌握变频器。四、变频器的选用因电力拖动系统的稳态工作状况取决于电动机和负载的机械特性，不同负载的机械特性和性能要求是不同的。故在选择变频器时，首先要了解负载的机械特性。依据机械负载特性选用变频器变频器的正确选择对于掌握系统的正常运行是格外关键的。选择变频器时必需要充分了解变频器所驱动的负载特性。人们在实践中常将生产机械分为三种类型，即：恒转矩负载、恒功率负载和风机、水泵负载。恒转矩负载：负载转矩TL与转速ｎ无关，任何转速下TL总保持恒定或根本恒定。例如传送带、搅拌机，挤压机等摩擦类负载以及吊车、提升机等位能负载都属于恒转矩负载。变频器拖动恒转矩性质的负载时，低速下的转矩要足够大，并且有足够的过载力量。假设需要在低速下稳速运行，应当考虑标准异步电动机的散热力量，避开电动机的温升过高。状况如图3-1〔a〕所示。如图，负载的阻力来之于皮带与滚筒间第７页的摩擦力，作用半径就是滚筒的半径。故负载阻转矩的大小打算于:TL＝F×r式中，Fr─滚筒的3-13-1恒转矩负载及其特性转矩特点由于F和r所以在调整转速nL转矩TL即具有恒转矩的特点:TL＝const其机械特性曲线如图3-1〔b〕所示。言的，不能和负载轻重变化时，转矩大小的变化相混淆。或者说，“恒转矩”负载的特点是:负载转矩的大小，仅仅取决于负载的轻重，而和转速大小无关。拿带式输送机来说，当传输带上的物品第８页较少时，也不管转速有多大，负载转矩都较小。功率特点在负载转矩TL不变的状况下，负载功率PL的特点是:PL＝∝PL＝∝nL3-恒功率负载：机床主轴和轧机、造纸机、塑料薄膜生产线中的卷取机、开卷机等要求的转矩，大体与转速成反比，这就是所谓的恒功率负载。负载的恒功率性质应当是就肯定的速度变化范围而言的。当速度很低时，受机械强度的限制，TL不行能无限增大，在低速下转变为恒转矩性质。负载的恒功率区和恒转矩区对传动方案的选择有很大的影响。电动机在恒磁通调速时，最大容许输出转矩不变，属于恒转矩调速；而在弱磁调速时，最大容许输出转矩与速度成反比，属于恒功率调速。假设电动机的恒转矩和恒功率调速的范围与负载的恒转矩和恒功率范围相全都时，即所谓“匹配”的状况下，电动机的容量和变频器的容量均最小。各种薄膜的卷取机械是恒功率负载的典型例子之一，如图3-2〔a〕所示。其工作特点是:为了保证在卷绕过程中，被卷物的物第９页理性能不发生变化，随着“薄膜卷”的卷径不断增大，卷取辊的转速应渐渐减小，以保持薄膜的线速度恒定，从而也保持了张力的恒定。〔1〕功率特点由于要保持线速度和〔1〕功率特点由于要保持线速度和张力恒定:F＝constv＝const式中，F—被卷薄膜的张力，N;v—被卷薄膜的线速3-2恒功率负载及其特性所以，在不同的转速下，负载的功率根本恒定:PL＝Fv＝const;即，负载功率的大小与转速的凹凸无关，其功率特性曲线如图3-2〔c〕所示。〔2〕转矩特点如图3-2〔a〕，负载阻转矩的大小打算于: TL=F×r第１０页r由于PLTL＝由于PLTL＝∝二次方率负载(风机、泵类负载)：在各种风机、水泵、油泵中，随叶轮的转动，空气或液体在肯定ｎ223过调速的方式来调整风量、流量，可以大幅度地节约电能。由于3通常不应使风机、泵类等负载超工频运行。这类负载大多用〔气体或液体〕的流量。由于流体本身无这类负载大多用〔气体或液体〕的流量。由于流体本身无第１１页3-3二次方律负载及其特性定程度上具有可压缩性〔尤其是气体〕，故难以具体分析其阻转矩的形成。转矩特点负载的阻转矩TL与转速nL的二次方成正比: TL＝ＫT×nL2其机械特性曲线如图3-3〔b〕所示。功率特点负载的功率PL与转速负载的功率PL与转速nL的三次方成正比:PL＝＝KP×n以上两式中，KT和KP分别为二次方律负载的转矩常数和功率常数。功率特性曲线如图3-3〔c〕所示。事实上，即使在空载的状况下，电动机的输出轴上也会有损耗转矩T0和损耗功率P0，如磨擦转矩及其功率等。因此，严格地讲，其转矩表达式应为: TL＝T0＋KT×nL2功率表达式为: PL＝P0＋KP×nL3通用变频器及专用变频器常见型号和主要特点。〔如下表〕第１２页表变频器的类别与应用第１３页别常见型号举例主要特点康沃：CVF－G1、G2V∕F掌握方式，森兰：SB40、SB61故：一般型安邦信：AMB－G7英威腾：INVT－G9调速范围较小；通时代：TVF2023轻载时磁路简洁饱和。用康沃：CVF－V1森兰：SB80具有矢量掌握功能，变英威腾：CHV台达：VFD－A、B故：频高性能型艾默生：VT3000富士：5000G11S调速范围大；不存在磁路饱和问题。器安川：CIMR－G7ABB：ACS800如有转速反响，则：A－B：PowerFlex700动态响应力量强；瓦萨：VACONNX调速范围很大；丹佛士：VLT5000可进展四象限运行。西门子：440康沃、富士、安川等：PV∕F掌握方式，系列但增加了：风机水泵森兰：SB12节能功能；用三菱：FR－A140和工频的切换功能；专艾默生：TD2100睡眠和唤醒功能，等。用西门子：430变起重机械变起重机械三菱：FR241E频用ABB：ACC600变频器的输出功率和电流选择变频器的输出功率和电流选择必需等于或大于被驱动异步电机的功率和电流。损坏的首先是变频器〔假设变频器的保护功能不完善的话〕；又假设设备上已选用的电机功率大于实际机械负载功率，但是有可能用户会将把机械功率调整到到达电机输出功率，此时，变频器肯定要可以胜任，也就是说变频器的功率选用肯定要等于或大于电机功率。个别电机的额定电流值比较特别，不在常用标准规格四周，又有的电机额定电压低，额定电流偏大，此时要求变频器的额定电流必需等于或大于电机额定电流。变频器的选用应依据使用要求做细仔考虑。环境温度长期较高，安装在通风冷却不良的机柜内时，会造第１５页成变频器寿命缩短。电子器件、特别是电解电容等器件、在高于额定温度后，每上升10℃寿命会下降一半，因此环境温度应保持较低，除设置完善的通风冷却系统以保证变频器正常运行外，在选用上增大一个容量等级，以使额定运行时，温升有所下降是完全必要的。电网电压处于不正常时，将有害于变频器，电压过高，如对380V450V使用手册规定范围的场合，要使用变压器调整，以确保变频器的安全。高海拔地区因空气密度降低，散热器不能到达额定散热器效果，一般在1000m100m容量下降10%，必要时可加大容量等级，以免变频器过热。使用于不同用途时，选择变频器的系列型号应作分析，对于一般用途变频器承受V/F=常数掌握方式已可满足，对于负载变化范围大，而且又要求较高运转精度要求的场合，特别是低速时要求有稳定的速度和负载力量时，则要选用矢量掌握等方式的变频器，对数控机床等周密传动还要承受闭环掌握和有速度传感器的方式，相应的变频器也要有这些协作的接口，选用时需要综合考虑。当变频器为降低电动机噪声而将调制频率重设置得较高并超过出厂设置频率时，会造成变频器损耗增大。设置频率越高，损耗越大，因此要适当减载，图3-2率第１６页时的相应减载曲线，不同公司、不同系列会有差异，但趋势是相似的。不少使用者由于不懂这一点，一味增加调制频率，造成变频器过热而损坏，或者变频器输不出额定功率。矢量掌握方式只能对应一台变频器驱动一台电机，而且变频器的额定电流应等于或大于电机额定电流，电机的实际使用电流不能比额定电流太小〔不低于变频器额定电流的1/8〕。为了正确地使用矢量掌握，在驱动前，变频器对电机冷态参数还需进展输入或自动识别。一台变频器驱动多台电机时，变频器容量应比多台电机容量能选择V/F能选择V/F矢量掌握模式。一台变频器带多台电动机/承受公共直流母线方式，有利于多台逆变器制动能量的储存和利/频器整流桥过载损坏的措施。使用中对多台电机不能同时制动。对风机水泵类负载〔即平方律负载〕，如原来使用阀门、风门调整流量，当改用变频器调速掌握流量时，就会带来大幅度节能。而摩擦类负载〔恒转矩负载〕，使用变频调速的节能效果第１７页根本上不能表达，对用机械变速扩大转矩的场合，使用变频器还可能带不动负载，这在选用时必需充分留意！在这些场合使用变频器，其目的是工作机械需要作速度调整。选用变频器时的留意事项以西门子公司为例可以供给不同类型的变频器，用户可以依据自己的实际工艺要求和运用场合选择不同类型的变频器。在选择变频器时因留意以下几点留意事项：地耦合电容的影响，避开变频器出力不够。所以变频器应放大一档选择或在变频器的输出端安装输出电抗器。对于一些特别的应用场合，如高环境温度、高开关频率、高海拔高度等，此时会引起变频器的降容，变频器需放大一档选择。使用变频器掌握高速电机时，由于高速电动机的电抗小，高次谐波亦增加输出电流值。因此，选择用于高速电动机的变频器时，应比一般电动机的变频器稍大一些。变频器用于变极电动机时，应充分留意选择变频器的容量，使其最大额定电流在变频器的额定输出电流以下。另外，在运行中进展极数转换时，应先停顿电动机工作，否则会造成电动机空转，恶劣时会造成变频器损坏。驱动防爆电动机时，变频器没有防爆构造，应将变频器设置第１８页在危急场所之外。局部润滑方式的制约。润滑油润滑时，在低速范围内没有限制；在超过额定转速以上的高速范围内，有可能发生润滑油用光的危急。因此，不要超过最高转速容许值。负载状况下，假设依据电动机的额定电流或功率值选择变频器的话，有可能发生因峰值电流使过电流保护动作现象。因此，应了解工频运行状况，选择比其最大电流更大的额定输出电流的变频器。变频器驱动潜水泵电动机时，由于潜水泵电动机的额定电流比通常电动机的额定电流大，所以选择变频器时，其额定电流要大于潜水泵电动机的额定电流。当变频器掌握罗茨风机时，由于其起动电流很大，所以选择变频器时肯定要留意变频器的容量是否足够大。匹配。否则现场的灰尘、水汽会影响变频器的长期运行。