變頻器的容量計算與選擇

　　1 引言

　　采用變頻器驅(qū)動異步電動機調(diào)速。在異步電動機確定后，通常應(yīng)根據(jù)異步電動機的額定電流來選擇變頻器，或者根據(jù)異步電動機實際運行中的電流值(最大值)來選擇變頻器。當(dāng)運行方式不同時，變頻器容量的計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，變頻器的額定電流是一個關(guān)鍵量，變頻器的容量應(yīng)按運行過程中可能出現(xiàn)的最大工作電流來選擇。變頻器的運行一般有以下幾種方式。

　　2 連續(xù)運轉(zhuǎn)時所需的變頻器容量的計算

　　由于變頻器傳給電動機的是脈沖電流，其脈動值比工頻供電時電流要大，因此須將變頻器的容量留有適當(dāng)?shù)挠嗔?。此時，變頻器應(yīng)同時滿足以下三個條件：

　　

　　式中：PM、η、cosφ、UM、IM分別為電動機輸出功率、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如按電動機實際運行中的最大電流來選擇變頻器時，變頻器的容量可以適當(dāng)縮小。

　　3 加減速時變頻器容量的選擇

　　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，對于短時的加減速而言，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，在短時加減速時的輸出轉(zhuǎn)矩也可以增大；反之，如只需要較小的加減速轉(zhuǎn)矩時，也可降低選擇變頻器的容量。由于電流的脈動原因，此時應(yīng)將變頻器的最大輸出電流降低10％后再進行選定。

　　4 頻繁加減速運轉(zhuǎn)時變頻器容量的選定

　　根據(jù)加速、恒速、減速等各種運行狀態(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：各運行狀態(tài)平均電流(A)

　　t1、t2、…t5：各運行狀態(tài)下的時間

　　K0：安全系數(shù)(運行頻繁時取1.2，其它條件下為1.1)

　　5 一臺變頻器傳動多臺電動機，且多臺電動機并聯(lián)運行，即成組傳動

　　用一臺變頻器使多臺電機并聯(lián)運轉(zhuǎn)時，對于一小部分電機開始起動后，再追加投入其他電機起動的場合，此時變頻器的電壓、頻率已經(jīng)上升，追加投入的電機將產(chǎn)生大的起動電流，因此，變頻器容量與同時起動時相比需要大些。

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


　　若電機加速在1mn以上時
　　


　　式中：nT：并聯(lián)電機的臺數(shù)

　　ns：同時起動的臺數(shù)

　　PCN1：連續(xù)容量(KVA) PCN1=KPMnT/ηcos

　　PM：電動機輸出功率

　　η：電動機的效率(約取0.85)

　　cosφ：電動機的功率因數(shù)(常取0.75)

　　Ks：電機起動電流/電機額定電流

　　IM：電機額定電流

　　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)動多臺電動機，但其中可能有一臺電動機隨時掛接到變頻器或隨時退出運行。此時變頻器的額定輸出電流可按下式計算：
　　
　

　　式中：IICN：變頻器額定輸出電流(A)

　　IMN：電動機額定輸入電流(A)

　　IMQ：最大一臺電動機的起動電流(A)

　　K：安全系數(shù)，一般取1.05～1.10

　　J：余下的電動機臺數(shù)

　　6 電動機直接起動時所需變頻器容量的計算

　　通常，三相異步電動機直接用工頻起動時起動電流為其額定電流的5～7倍，對于電動機功率小于10kW的電機直接起動時，可按下式選取變頻器。

　　I1CN≥IK/Kg

　　式中：IK：在額定電壓、額定頻率下電機起動時的堵轉(zhuǎn)電流(A)；

　　Kg：變頻器的允許過載倍數(shù) Kg＝1.3～1.5

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

　　7 大慣性負(fù)載起動時變頻器容量的計算

　　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，必須增大變頻器的容量。這種情況下，一般按下式計算變頻器的容量：

　　
　
　　式中：GD2：換算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量值(N·m2)

　　TL：負(fù)載轉(zhuǎn)矩(N·m)

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

　　tA：電機加速時間(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 輕載電動機時變頻器的選擇

　　電動機的實際負(fù)載比電動機的額定輸出功率小時，多認(rèn)為可選擇與實際負(fù)載相稱的變頻器容量，但是對于通用變頻器，即使實際負(fù)載小，使用比按電機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) 電機在空載時也流過額定電流的30％～50％的勵磁電流。

　　2) 起動時流過的起動電流與電動機施加的電壓、頻率相對應(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。

　　3) 電機容量大，則以變頻器容量為基準(zhǔn)的電機漏抗百分比變小，變頻器輸出電流的脈動增大，因而過流保護容量動作，往往不能運轉(zhuǎn)。

　　4) 電機用通用變頻器起動時，其起動轉(zhuǎn)矩同用工頻電源起動相比多數(shù)變小，根據(jù)負(fù)載的起動轉(zhuǎn)矩特性，有時不能起動。另外，在低速運轉(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不能滿足負(fù)載所要求的起動轉(zhuǎn)矩和低速區(qū)轉(zhuǎn)矩時，變頻器和電機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算與選擇方法，具體選擇容量時，既要充分利用變頻器的過載能力，又要不至于在負(fù)載運行時使裝置超溫。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。