如何根据负载特性选择变频器

2023-06-19 理论教育版权反馈

【摘要】：根据负载特性选择变频器，需要注意以下几点：1）选择变频器时应以实际电动机的电流值作为变频器选择的依据，电动机的额定功率只能作为参考。所以在选择电动机和变频器时，应考虑到这种情况，适当留有裕量，以防止温升过高，影响电动机的使用寿命。如果超过规定值，要放大选择变频器。因此，应了解工频运行情况，选择比其最大电流更大的额定输出电流的变频器。

变频器的选择是变频器调速系统应用设计的重要一环，对系统运行时的指标性能有很大的影响。

根据通用变频器控制方式可分为4种类型：U/f恒定控制（分普通功能型和具有转矩控制功能的高性能型）、转差频率控制、矢量控制（分不带速度反馈型和带速度反馈型）及直接转矩控制。变频器类型的选择，根据负载的要求来进行。

变频器控制方式的选择要根据生产机械的类型、调速范围、静态速度精度、起动转矩的要求，然后决定选用那种控制方式的变频器最合适。所谓合适，是既要满足工艺和生产的基本条件和要求，又要经济实用。

对于风机、泵类等负载，对调速低于额定频率且负载转矩较小，在过载能力方面要求又较低，对转速精度没有什么要求时，选择价廉的普通功能型U/f控制变频器。

对于恒转矩类负载，在转速精度及动态性能等方面要求一般不高或有较高静态转速要求的机械，例如挤压机、搅拌机、起重机的提升机构和提升机等，采用具有转矩控制功能的高性能U/f控制变频器则较为合理。因为这种变频器低速转矩大，静态机械特性硬度大，不怕负载冲击，具有挖掘机特性。为了实现大调速比的恒转矩调速，常采用加大变频器容量的办法。

对于要求变频器调速对电动机速度变化响应速度快的负载，如轧钢机、生产线设备、机床主轴等，选用转差频率控制的变频器较为合理。

对于低速时要求有较硬的机械特性，并要求有一定的调速精度，在动态方面无较高要求的负载，可选用不带速度反馈的矢量控制型通用变频器；对于某些对调速精度及动态性能方面都有较高要求，以及要求高精度同步运行的负载，可选用带速度反馈的矢量控制型通用变频器。轧钢、造纸、塑料薄膜加工线这一类对动态性能要求较高的生产机械，采用矢量控制高性能型变频器是一种很好的选择。矢量控制方式只能一台变频器驱动一台电动机，当一台变频器驱动多台电动机时，只能选择U/f控制模式，不能用矢量控制模式。

要求控制系统具有良好的动态、静态性能。例如电力机车、交流伺服系统、电梯、起重机等领域，可选用具有直接转矩控制功能的专用变频器。

恒功率负载如机床主轴和轧钢、造纸机、塑料薄膜生产线中的卷取机、开卷机等，所要求的转矩大体上与转速成反比，负载的恒功率是就一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，负载转矩不可能无限增大，在低转速下变为恒转矩性质。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。

如果电动机的恒转矩和恒功率调速范围与负载的恒转矩和恒功率范围相一致，即所谓匹配的情况下，电动机的容量和变频器的容量均最小。但是，如果负载要求的恒功率范围很窄，要维持低速下的恒功率关系，对变频调速而言，电动机和变频器的容量不得不加大，控制装置的成本就会增大。所以，在可能的情况下，尽量采用折中的控制方案，在满足生产工艺的前提下，适当地减小恒功率范围，可减小电动机和变频器的容量，降低成本。

通常，将恒转矩和恒功率范围的分界点的转速作为基速（变频器的基准频率），在该转速以上采用恒功率调速时，采用E₁/f₁=C或者恒压运行（即f₁上升，而E₁保持不变）的协调控制方式。

阻转矩与转速的二次方成正比的负载，变频器选择时主要考虑的问题是如何最大程度地节约能量。由于电动机通常是与风机水泵连成一体，变频器也有风机水泵类负载专用的变频器，所以电动机和变频器的选择在实际操作中还是比较容易的。

根据负载特性选择变频器，需要注意以下几点：

1）选择变频器时应以实际电动机的电流值作为变频器选择的依据，电动机的额定功率只能作为参考。另外，应充分考虑变频器的输出含有丰富的谐波，会使电动机的功率因数和效率变低。因此使用变频器给电动机供电与使用工频电网供电相比较，电动机的电流会增加10%，而温升会增加20%左右。所以在选择电动机和变频器时，应考虑到这种情况，适当留有裕量，以防止温升过高，影响电动机的使用寿命。

2）变频器若需要长电缆运行时，此时应该采取措施抑制长电缆对地耦合电容的影响，避免变频器出力不够。所以变频器应放大一、两档选择或在变频器的输出端安装输出电抗器。

3）对于一些特殊的应用场合，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，变频器需放大一档的选择。

4）当变频器用于控制并联的几台电动机时，一定要考虑变频器到电动机的电缆的长度总和是否在变频器的允许范围内。如果超过规定值，要放大选择变频器。另外在此种情况下，变频器的控制方式只能为U/f控制方式，并且变频器无法实现电动机的过电流、过载保护，此时需在每台电动机侧加装熔断器来实现保护。

5）使用变频器控制高速电动机时，由于高速电动机的电抗小，会产生较多的谐波，而这些谐波会使变频器的输出电流值增加。因此，选择用于高速电动机的变频器时，应比普通电动机的变频器稍大一些。

6）变频器用于变极电动机时，应充分注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，在运行中进行极数转换时，应先停止电动机工作，否则会造成电动机空转，恶劣时会造成变频器损坏。

7）驱动防爆电动机时，变频器没有防爆构造，应将变频器设置在危险场所之外。

8）使用变频器驱动齿轮减速电动机时，使用范围受到齿轮转动部分润滑方式的制约。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险。因此，不要超过最高转速允许值。

9）变频器驱动绕线转子异步电动机时，大多是利用已有的电动机。绕线转子异步电动机与普通的笼型异步电动机相比，绕线转子异步电动机绕组的阻抗小，因此，容易发生由于纹波电流而引起的过电流跳闸现象，所以应选择比通常容量稍大的变频器。一般绕线转子异步电动机多用于飞轮力矩GD²较大的场合，在设定加减速时间时应多注意。

10）变频器驱动同步电动机时，与工频电源相比，会降低10%～20%输出容量，变频器的连续输出电流要大于同步电动机额定电流。

11）对于压缩机、振动机等转矩波动大的负载和油压泵等有峰值负载情况下，如果按照电动机的额定电流或功率值选择变频器的话，有可能出现因峰值电流使过电流保护动作现象。因此，应了解工频运行情况，选择比其最大电流更大的额定输出电流的变频器。

12）变频器驱动潜水泵电动机时，因为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。

如何根据负载特性选择变频器

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