變頻器的容量計(jì)算與選擇

　　1 引言

　　采用變頻器驅(qū)動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速。在異步電動(dòng)機(jī)確定后，通常應(yīng)根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)的額定電流來選擇變頻器，或者根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行中的電流值(最大值)來選擇變頻器。當(dāng)運(yùn)行方式不同時(shí)，變頻器容量的計(jì)算方式和選擇方法不同，變頻器應(yīng)滿足的條件也不一樣。選擇變頻器容量時(shí)，變頻器的額定電流是一個(gè)關(guān)鍵量，變頻器的容量應(yīng)按運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的最大工作電流來選擇。變頻器的運(yùn)行一般有以下幾種方式。

　　2 連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所需的變頻器容量的計(jì)算

　　由于變頻器傳給電動(dòng)機(jī)的是脈沖電流，其脈動(dòng)值比工頻供電時(shí)電流要大，因此須將變頻器的容量留有適當(dāng)?shù)挠嗔俊４藭r(shí)，變頻器應(yīng)同時(shí)滿足以下三個(gè)條件：

　　

　　式中：PM、η、cosφ、UM、IM分別為電動(dòng)機(jī)輸出功率、效率(取0.85)、功率因數(shù)(取0.75)、電壓(V)、電流(A)。

　　K：電流波形的修正系數(shù)(PWM方式取1.05～1.1)

　　PCN：變頻器的額定容量(KVA)

　　ICN：變頻器的額定電流(A)

　　式中IM如按電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行中的最大電流來選擇變頻器時(shí)，變頻器的容量可以適當(dāng)縮小。

　　3 加減速時(shí)變頻器容量的選擇

　　變頻器的最大輸出轉(zhuǎn)矩是由變頻器的最大輸出電流決定的。一般情況下，對(duì)于短時(shí)的加減速而言，變頻器允許達(dá)到額定輸出電流的130％～150％(視變頻器容量)，因此，在短時(shí)加減速時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩也可以增大；反之，如只需要較小的加減速轉(zhuǎn)矩時(shí)，也可降低選擇變頻器的容量。由于電流的脈動(dòng)原因，此時(shí)應(yīng)將變頻器的最大輸出電流降低10％后再進(jìn)行選定。

　　4 頻繁加減速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)變頻器容量的選定

　　根據(jù)加速、恒速、減速等各種運(yùn)行狀態(tài)下的電流值，按下式確定：

　　I1CN＝[(I1t1+I2t2+…+I5t5)/(t1+t2+…t5)]K0

　　式中：I1CN：變頻器額定輸出電流(A)

　　I1、I2、…I5：各運(yùn)行狀態(tài)平均電流(A)

　　t1、t2、…t5：各運(yùn)行狀態(tài)下的時(shí)間

　　K0：安全系數(shù)(運(yùn)行頻繁時(shí)取1.2，其它條件下為1.1)

　　5 一臺(tái)變頻器傳動(dòng)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)，且多臺(tái)電動(dòng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行，即成組傳動(dòng)

　　用一臺(tái)變頻器使多臺(tái)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，對(duì)于一小部分電機(jī)開始起動(dòng)后，再追加投入其他電機(jī)起動(dòng)的場合，此時(shí)變頻器的電壓、頻率已經(jīng)上升，追加投入的電機(jī)將產(chǎn)生大的起動(dòng)電流，因此，變頻器容量與同時(shí)起動(dòng)時(shí)相比需要大些。

　　以變頻器短時(shí)過載能力為150％，1min為例計(jì)算變頻器的容量，此時(shí)若電機(jī)加速時(shí)間在1min內(nèi)，則應(yīng)滿足以下兩式
　　


　　若電機(jī)加速在1mn以上時(shí)
　　


　　式中：nT：并聯(lián)電機(jī)的臺(tái)數(shù)

　　ns：同時(shí)起動(dòng)的臺(tái)數(shù)

　　PCN1：連續(xù)容量(KVA) PCN1=KPMnT/ηcos

　　PM：電動(dòng)機(jī)輸出功率

　　η：電動(dòng)機(jī)的效率(約取0.85)

　　cosφ：電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)(常取0.75)

　　Ks：電機(jī)起動(dòng)電流/電機(jī)額定電流

　　IM：電機(jī)額定電流

　　K：電流波形正系數(shù)(PWM方式取1.05～1.10)

　　PCN：變頻器容量(KVA)

　　ICN：變頻器額定電流(A)

　　變頻器驅(qū)動(dòng)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)，但其中可能有一臺(tái)電動(dòng)機(jī)隨時(shí)掛接到變頻器或隨時(shí)退出運(yùn)行。此時(shí)變頻器的額定輸出電流可按下式計(jì)算：
　　
　

　　式中：IICN：變頻器額定輸出電流(A)

　　IMN：電動(dòng)機(jī)額定輸入電流(A)

　　IMQ：最大一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流(A)

　　K：安全系數(shù)，一般取1.05～1.10

　　J：余下的電動(dòng)機(jī)臺(tái)數(shù)

　　6 電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)時(shí)所需變頻器容量的計(jì)算

　　通常，三相異步電動(dòng)機(jī)直接用工頻起動(dòng)時(shí)起動(dòng)電流為其額定電流的5～7倍，對(duì)于電動(dòng)機(jī)功率小于10kW的電機(jī)直接起動(dòng)時(shí)，可按下式選取變頻器。

　　I1CN≥IK/Kg

　　式中：IK：在額定電壓、額定頻率下電機(jī)起動(dòng)時(shí)的堵轉(zhuǎn)電流(A)；

　　Kg：變頻器的允許過載倍數(shù) Kg＝1.3～1.5

　　在運(yùn)行中，如電機(jī)電流不規(guī)則變化，此時(shí)不易獲得運(yùn)行特性曲線，這時(shí)可使電機(jī)在輸出最大轉(zhuǎn)矩時(shí)的電流限制在變頻器的額定輸出電流內(nèi)進(jìn)行選定。

　　7 大慣性負(fù)載起動(dòng)時(shí)變頻器容量的計(jì)算

　　通過變頻器過載容量通常多為125％、60s或150％、60s。需要超過此值的過載容量時(shí)，必須增大變頻器的容量。這種情況下，一般按下式計(jì)算變頻器的容量：

　　
　
　　式中：GD2：換算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量值(N·m2)

　　TL：負(fù)載轉(zhuǎn)矩(N·m)

　　η，cosφ，nM分別為電機(jī)的效率(取0.85)，功率因數(shù)(取0.75)，額定轉(zhuǎn)速(r/min)。

　　tA：電機(jī)加速時(shí)間(s)由負(fù)載要求確定

　　K：電流波形的修正系數(shù)(PWM方式取1.05～1.10)

　　PCN：變頻器的額定容量(KVA)

　　8 輕載電動(dòng)機(jī)時(shí)變頻器的選擇

　　電動(dòng)機(jī)的實(shí)際負(fù)載比電動(dòng)機(jī)的額定輸出功率小時(shí)，多認(rèn)為可選擇與實(shí)際負(fù)載相稱的變頻器容量，但是對(duì)于通用變頻器，即使實(shí)際負(fù)載小，使用比按電機(jī)額定功率選擇的變頻器容量小的變頻器并不理想，這主要是由于以下原因；

　　1) 電機(jī)在空載時(shí)也流過額定電流的30％～50％的勵(lì)磁電流。

　　2) 起動(dòng)時(shí)流過的起動(dòng)電流與電動(dòng)機(jī)施加的電壓、頻率相對(duì)應(yīng)，而與負(fù)載轉(zhuǎn)矩?zé)o關(guān)，如果變頻器容量小，此電流超過過流容量，則往往不能起動(dòng)。

　　3) 電機(jī)容量大，則以變頻器容量為基準(zhǔn)的電機(jī)漏抗百分比變小，變頻器輸出電流的脈動(dòng)增大，因而過流保護(hù)容量動(dòng)作，往往不能運(yùn)轉(zhuǎn)。

　　4) 電機(jī)用通用變頻器起動(dòng)時(shí)，其起動(dòng)轉(zhuǎn)矩同用工頻電源起動(dòng)相比多數(shù)變小，根據(jù)負(fù)載的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩特性，有時(shí)不能起動(dòng)。另外，在低速運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)的轉(zhuǎn)矩有比額定轉(zhuǎn)矩減小的傾向，用選定的變頻器和電機(jī)不能滿足負(fù)載所要求的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和低速區(qū)轉(zhuǎn)矩時(shí)，變頻器和電機(jī)的容量還需要再加大。

　　以上介紹的是幾種不同情況下變頻器的容量計(jì)算與選擇方法，具體選擇容量時(shí)，既要充分利用變頻器的過載能力，又要不至于在負(fù)載運(yùn)行時(shí)使裝置超溫。有些制造廠(如ABB公司)還備有確定裝置定額軟件，只要用戶提出明確的負(fù)載圖就可以確定裝置的輸出定額。