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根據電動機電流選擇變頻器容量

提示:

采用變頻器驅動異步電動機調速,在異步電動機確定后,通常應根據異步電動機的額定電流來選擇變頻器,或者根據異步電動機實際運行中的電流值(最大值)來選擇變頻器。 (1)連續運行的場合 對于連續運轉的變頻器必須同時滿足表3-4所列的三項要求。 表3-4 變頻器容量選擇(驅動單臺電動機) k是電流波形補償系數,由于變頻器的

    采用變頻器驅動異步電動機調速,在異步電動機確定后,通常應根據異步電動機的額定電流來選擇變頻器,或者根據異步電動機實際運行中的電流值(最大值)來選擇變頻器。

    (1)連續運行的場合

    對于連續運轉的變頻器必須同時滿足表3-4所列的三項要求。

    3-4  變頻器容量選擇(驅動單臺電動機)

 變頻器容量選擇(驅動單臺電動機)

    k是電流波形補償系數,由于變頻器的輸出波形并不是完全的正弦波,而含有高次諧波的成分,其電流有所不同,PWM方式變頻器約1.051.1(見圖3-19),因此需將變頻器的容量留有適當的余量。

    通常應令變頻器的額定輸出電流≥(1.051.1)電動機的額定電流(銘牌值)或電動機實際運行中的最大電流。

    IINV(1. 051. 1)IN(1. 051. 1)Imax    (3-8)

 變頻器輸出電流波形

    3-19  變頻器輸出電流波形

式中  IIVN——變頻器額定輸出電流,A

    IN——電動機額定電流,A

    Imax——電動機實際最大電流,A

    如按電動機實際運行中的最大電流來選定變頻器時,變頻器的容量可以適當縮小。

    (2)加減速時變頻器容量的選定

    變頻器的最大輸出轉矩是由變頻器的最大輸出電流決定,一般情況下,對于短時間的加減速而言,變頻器允許達到額定輸出電流130%150%(視變頻器容量有別),因此,在短時加減速時輸出轉矩也可以增大,反之,如只需要較小的加減速轉矩時,也可降低選擇變頻器的容量。

    (3)頻繁加減速運轉時變頻器容量的選定

    根據圖3-20所示的運行曲線圖,可根據下式選定加速、恒速、減速等各種運行狀態下的電流值。

 電動機運轉時特性曲線

    3-20  電動機運轉時特性曲線

    IIVN=[(I1t1+I2t2+…+I5t5)/(t1+t2+t5+t6)]K0    (3-9)

式中IIVN -變頻器額定輸出電流,A;

I1I2,…,I5——各運行狀態下平均電流,A

t1t2,…,t6——各運行狀態下的時間,s

    K0-安全系數(運行頻繁時K0=1.2,其他時為1.1)。

    (4)電流變化不規則的場合

    在運行中,如電動機電流變化不規則,此時不易獲得運行特性曲線,這時可使電動機在輸出最大轉矩時的電流限制在變頻器的額定輸出電流內進行選定。

    (5)電動機直接啟動時所需變頻器容量的選定

    通常,三相異步電動機直接用工頻啟動時,啟動電流為其額定電流的57倍,直接啟動時可按下式選取變頻器:

    IIVNIk/Kg    (3-10)

式中  Ik——在額定電壓、額定頻率下電動機啟動時的堵轉電流,A

    Kg——變頻器的允許過載倍數,Kg =1. 31.5

    (6)指定啟動加速時間

    產品目錄中所列的變頻器容量一般以標準條件為準,在變頻器過載能力以內進行加減速。在進行急劇地加速和減速時,一般利用失速防止功能,以避免變頻器跳閘,但同時也延長了加減速時間。對加速時間有特殊要求時,必須事先核算變頻器的容量是否能夠滿足所要求的加速時間,如不能,則要加大一擋變頻器容量。為更好地理解變頻器驅動系統的加速原理,首先以恒轉矩為例說明一下電動機采用共用電網電源時的加速情況。

    由電網電源供電的場合,電源輸出的頻率是恒定的,如圖3-21所示,電動機從轉差率為1開始加速。此時,加速轉矩(電動機轉矩TM -負載轉矩TL)如圖中斜線部分所示。

    3-21中在A區域(轉差率約5%8%以下)電流與轉矩大體上是成比例的,而在大轉差率的啟動加速區域,其電流為額定電流的400%500%甚至更高。由于電網電源的容量很大,有足夠的電流提供給電動機。

 電網電源供電下電動機轉矩與電流的關系

    3-21  電網電源供電下電動機轉矩與電流的關系

    變頻器驅動電動機與電網驅動則不同,其短時最大電流一般不超過額定電流的200%。通常在超過額定值150%以上時,變頻器就會進行過流保護或防失速保護而停止加速,以盡可能保持轉差率不要過大。所以U/f控制的變頻器即使運用轉矩增強功能,其啟動轉矩最高也超不過額定轉矩的130%,而且由于低頻時散熱等問題,電動機所輸出的轉矩要小于額定轉矩(見圖Q-99)。所以,絕對不會按照加速轉矩為[130%(TM - TL)]時所求得的加速時間T1(如圖3-23中曲線A)那樣進行加速,而是按圖3-24所示曲線進行加速。由于防失速功能的作用,實際加速時間加長了。圖3-23曲線B表示加速轉矩為20%時的加速曲線。

    為了保證加速時間不受防失速功能的影響,應增大變頻容量以加大變頻器輸出電流的能力,但是,盡管如此,從圖3-22中可以看出,電流的大幅度增大并不能使電動機轉矩大幅度增大,所以最好也同時加大電動機容量。

    運用轉差頻率控制和矢量控制的變頻器,由于可以以最大允許電流和大啟動轉矩加速,所以其加速時間可如圖3-23中線C那樣很短。

 加速轉矩

    3-22  加速轉矩

 加速時間

    3-23  加速時間

 防失速功能作用下的加減速

    3-24  防失速功能作用下的加減速

    因此在指定加速時間的情況下,變頻器所必需的容量計算如下:

    (3-11)

式中  GD2——電動機軸換算總GD²kg·

    tA -電動機加速度;

    TL——負載轉矩,N·m;

    k——電流波形補償系數;

    η——電動機效率(通常約0.85PWM方式約1.051.1);

    coscφ-電動機功率因數;

    n——電動機額定轉速,r/min

    (7)指定減速時間

    在采用了變頻器的交流調速控制系統中,電動機的減速是通過降低變頻器輸出頻率實現的。當需要電動機以比自由減速更快的速度進行減速時,可以加快變頻器輸出頻率的降低速率,使其輸出頻率對應的速度低于電動機的實際轉速,對電動機進行再生制動。在這種情況下,異步電動機將成為異步發電機,而負載的機械能將被轉換為電能并被饋還給變頻器。但是,當上述饋還能量過大時,變頻器本身的過電壓保護電路將會動作并切斷變頻器輸出,使電動機處于自由減速狀態,反而無法達到快速減速的目的。為了避免出現上述現象,使上述能量在直流中間回路的其他部分消耗,而不造成電壓升高,在電壓型變頻器中通常采用圖3-25所示的再生制動回路。在圖3-26所示的再生制動回路中,當直流中間回路的電壓上升到一定值時,制動三極管將會導通,使直流電壓通過制動電阻放電,并將饋還給直流回路的能量以熱能的形式消耗掉。

 電壓型變頻器的再生制動

    3-25  電壓型變頻器的再生制動

    (8)多臺電動機共用一臺變頻器供電

    當變頻器同時驅動多臺電動機時,一定要保證變頻器的額定輸出電流大于所有電動機額定電流的總和(參見表3-5)。

    3-5  變頻器容量選擇(驅動多臺電動機)

 變頻器容量選擇(驅動多臺電動機)

    同時還要考慮以下幾點。

    ①在電動機總功率相等的情況下,由多臺小功率電動機組成的一方,較由臺數少但電動機功率較大的一方電動機效率低,因此兩者電流總值并不等,可根據各電動機的電流總值來選擇變頻器。

    ②整定軟啟動、軟停止時,一定要按啟動最慢的那臺電動機進行整定。

    ③如有一部分電動機直接啟動時(見圖3-26)

 多臺電動機共用一臺變頻器供電

    3-26  多臺電動機共用一臺變頻器供電

可按下式進行計算:

    IIVN[N2Ik+(N1 -N2)IN]/Kg  (3-12)

式中  N1-電動機總臺數;

    N2 -直接啟動的電動機臺數;

    Ik-電動機直接啟動時的堵轉電流,A

    IN-電動機額定電流;

    Kg——變頻器容許過載倍數(1.31.5)

    IIVN -變頻器額定輸出電流,A

    (9)容量選擇注意事項

    ①并聯追加投入啟動。用一臺變頻器使多臺電動機并聯運轉時,如果所有電動機同時啟動加速可按如前所述選擇容量。但是對于一小部分電動機開始啟動后再追加投入其他電動機啟動的場合,此時變頻器的電壓、頻率已經上升,追加時投入的電動機將產生大的啟動電流。因此,變頻器容量與同時啟動時相比需要大些,額定輸出電流可按下式算出:

    (3-13)

式中  IIVN -變頻器額定輸出電流,A;

    N1-先啟動的電動機臺數;

    N2 -追加投入啟動的電動機臺數;

    Im -先啟動的電動機的額定電流,A

    Ims-追加投入電動機的啟動開始電流,A

    ②大過載容量。根據負載的種類往往需要過載容量大的變頻器。但通用變頻器過載容量通常多為125%60s150%60s,需要超過此值的過載容量時必須增大變頻器的容量。例如,對于150%60s的變頻器要求200%的過載容量時,必須選擇按式(3-13)算出額定電流的1.33倍的變頻器容量。

    ③輕載電動機。電動機的實際負載比電動機的額定輸出功率輸出頻率小時,多認為可選擇與實際負載相稱的變頻器容量。但是對于通用變頻器,即使實際負載小,使用比按電動機額定功率選擇的變頻器容量小的變頻器并不理想,其理由如下。

    a.電動機在空載時也流過額定電流的30%50%的勵磁電流。

    b.啟動時流過的啟動電流與電動機施加的電壓、頻率相對應,而與負載轉矩無關,如果變頻器容量小,此電流超過過流容量則往往不能啟動。

    c.電動機容量大,則以變頻器容量為基準的電動機漏抗百分比變小,變頻器輸出電流的脈動增大,因而過流保護容易動作,往往不能運轉。

    d.啟動轉矩和低速區轉矩。電動機用通用變頻器啟動時,其啟動轉矩同用工頻電源啟動相比多數變小,根據負載的啟動轉矩特性有時不能啟動。另外,在低速運轉區的轉矩有比額定轉矩減小的傾向。這些特性如圖3-27所示,用選定的變頻器和電動機不能滿足負載所要求的啟動轉矩和低速區轉矩時,變頻器和電動機的容量還需要再加大。

 JP6C型變頻器的輸出轉矩特性

    3-27  JP6C型變頻器的輸出轉矩特性


(責任編輯: 佚名 )

  • 本文關鍵字:電動機 變頻器 

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