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如何选择恒功率负载变频器

【摘要】:如果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一致时,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。因此,对于恒功率负载,电动机的容量选择与传动比λ的大小有很大关系,应在电动机最高频率不超过两倍额定频率,以及不影响电动机正常工作的前提下,适当增加电动机和负载的传动比λ,以减小电动机的容量。

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该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,最大允许输出转矩不变,属于恒转矩调速;而在弱磁调速时,最大允许输出转矩与速度成反比,属于恒功率调速。如果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一致时,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。

如前所述,负载的恒功率性质应该是就一定的速度变化范围而言的,如果驱动电动机的频率变化范围在额定频率以下,受机械强度的限制,此时转变为恒转矩性质。由于电动机的额定转矩必须大于负载的最大转矩TLmax,电动机的额定转速又必须满足负载的最高转速nLmax,因此,所需电动机的容量为PMN=TLmaxnLmax/9550,而实际上,被驱动负载所需的功率为PL=TLminnLmax/9550=TLmaxnLmin/9550,二者相比为

可见,变频调速系统电动机的容量是负载所需的功率的D倍,显然这是不经济的,所以在电动机的额定频率以下对恒功率负载进行调速是不恰当的。

对于恒功率负载,须在额定频率以上进行调速,此时才可以利用恒功率调速区对负载进行调速。由于电动机恒功率区的最高速和最低速都提高了,而负载的最高速和最低速没有变,可以考虑增加电动机与负载之间的传动比λ,通常把电动机输出轴的转速nM与负载输入轴的转速nL之比称为传动比,即λ=nM/nLλ的增加将使得负载的转矩或最大转矩折算到电动机轴上的折算值减小了,而作为恒功率区最低转速的电动机的额定转速没有变,所以转矩和转速的乘积减小了,即所需电动机的容量减小了,所以所需变频器的容量也减小了。

但是,变频器的最高频率不能过高,一般不超过额定频率的两倍,否则会引起轴承和传动机构磨损的增加。这意味着传动比λ最多增加为原来的两倍,此时与在额定频率以下进行恒功率调速时相比,电动机的容量减小了一半。

因此,对于恒功率负载,电动机的容量选择与传动比λ的大小有很大关系,应在电动机最高频率不超过两倍额定频率,以及不影响电动机正常工作的前提下,适当增加电动机和负载的传动比λ,以减小电动机的容量。变频器的容量与电动机的容量相当或稍大。

对于卷取机械,其机械特性的硬度没有太大的意义,又很少出现过载的情况,可考虑选用普通电动机,选通用型的U/f控制方式的变频器。

对于机床类负载,其对机械特性有较高的要求,调速范围的要求通常也比较大,可考虑采用变频调速专用电动机。由于机床加工的负载变化范围是很大的,也会出现短时过载的情况,变频器可采用通用型的,控制方式采用U/f控制方式或矢量控制方式,变频器的容量应适当增大。