變頻器的選擇與安裝課件

1、第五章 變頻器的選擇與安裝教學內(nèi)容 5-1負載的機械特性及傳動機構(gòu) 5-2變頻器的選擇教學目的 1了解變頻器所驅(qū)動負載的類型和機械特性； 2掌握傳動方案選擇的依據(jù)和方法； 3掌握不同類型負載選擇變頻器的方法重 點 變頻器控制系統(tǒng)的驅(qū)動方案選擇難 點 頻繁加減速運行場合變頻器的容量計算復(fù)習提問 電動機拖動系統(tǒng)的負載有哪幾類？各類負載有何特點？第1頁，共29頁。第一節(jié) 負載的機械特性及傳動機構(gòu)一、機械傳動系統(tǒng)機械傳動系統(tǒng)的組成由電動機、傳動機構(gòu)和負載組成。電動機：系統(tǒng)的動力源，由它拖動系統(tǒng)運行。最簡單的傳動系統(tǒng)：電動機、連軸器和負載，電動機輸出轉(zhuǎn)矩TM，它與負載的阻轉(zhuǎn)矩TL大小相等，方向相反，即T

2、MTL 當電動機以轉(zhuǎn)速n運行時，輸出功率為 式中：n 電動機轉(zhuǎn)速，單位r /min； TM 電動機輸出的電磁轉(zhuǎn)矩，單位N.m；P 電動機軸輸出功率，也是負載側(cè)消耗的總功率，單位kW。電動機的機械特性 ，必須與負載的機械特性相匹配，整個傳動系統(tǒng)才能正常工作。第2頁，共29頁。二、機械傳動系統(tǒng)的負載類型及特點1恒轉(zhuǎn)矩負載 特點：負載的轉(zhuǎn)矩TL不隨轉(zhuǎn)速n的變化而變化，是一恒定值。但負載功率隨轉(zhuǎn)速成比例變化。 典型系統(tǒng)：位能性負載，如電梯、卷揚機、起重機、抽油機等。摩擦類負載，如傳送帶、攪拌機、擠壓成型機、造紙機等。例如起重機吊起重物時，重物受到地球引力為FL，卷繞輪的半徑為r， 則負載轉(zhuǎn)矩為TL =

3、 r FL。不管電動機的轉(zhuǎn)速如何，因為FL不變，TL不變，所以這類負載具有恒轉(zhuǎn)矩特性。 2恒功率負載 特點：當負載的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時，其轉(zhuǎn)矩也隨著變化，而負載的功率始終為一恒定值。 典型系統(tǒng)：車床以相同的切削線速度和吃刀深度加工工件時，若工件的直徑大，則主軸的轉(zhuǎn)速低；若工件的直徑小，則主軸的轉(zhuǎn)速高，保持切削功率為一恒定值。又如卷繞機，開始卷繞時卷繞直徑小，轉(zhuǎn)矩小，則卷繞速度高；當卷繞直徑逐漸增大時，轉(zhuǎn)矩增大，則卷繞速度降低，保持卷繞功率為一恒定值。第3頁，共29頁。 恒功率負載的機械特性如圖5-4中直線所示，其轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系如圖5-4中直線所示。3平方轉(zhuǎn)矩負載 特點：負載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成

4、正比，即TL = k n2。而負載功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，即P= k1n3。這類負載用變頻器調(diào)速具有很好的節(jié)能效果。 典型系統(tǒng)：風機、泵類等流體機械。 平方轉(zhuǎn)矩負載的機械特性如圖5-5所示，曲線是轉(zhuǎn)矩特性，曲線是功率特性。第4頁，共29頁。三、齒輪傳動機構(gòu) 齒輪傳動是傳統(tǒng)的機械傳動裝置。 1齒輪傳動的作用： 通過改變輸入軸齒輪Z1和輸出軸齒輪Z2的齒數(shù)比，可以改變輸入軸和輸出軸的轉(zhuǎn)速比和轉(zhuǎn)矩比。在變頻器調(diào)速系統(tǒng)中，當調(diào)速范圍和轉(zhuǎn)矩不符合負載要求時，可采用一級齒輪傳動，使轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩改變。采用升速傳動，可使電動機的轉(zhuǎn)矩減??；采用減速傳動，可使電動機轉(zhuǎn)矩增大。 2齒輪傳動機構(gòu)中各量之間的關(guān)系: 傳

5、動比：輸入軸轉(zhuǎn)速n1與輸出軸轉(zhuǎn)速n2之比（見圖5-6），用表示，即：由傳動比的定義式可知，1，為升速傳動；1為降速傳動；1，為直接傳動。第5頁，共29頁。四、傳動方案選擇實例例5-1 已知一變頻器調(diào)速系統(tǒng)，其負載的阻轉(zhuǎn)矩為88Nm，調(diào)速范圍為0335r/min，由4極電動機驅(qū)動，負載最大功率消耗。請選擇驅(qū)動方案。 采用一級降速齒輪傳動后，所需電動機和變頻器的容量都減小了。第6頁，共29頁。第二節(jié) 變頻器的選擇變頻器選擇的依據(jù)：功能、容量、質(zhì)量、品牌、價格、型號。一、風機、泵類負載變頻器的選擇風機、泵類負載使用變頻器目的：節(jié)能，可達30 40。1風機、泵類負載的特性2風機、泵類負載選擇變頻器的要

6、點（1）種類：風機、泵類負載是最普通的負載，普通Uf控制變頻器即可滿足要求。也可選用專用變頻器。（2）變頻器的容量選擇：等于電動機的容量即可。但空氣壓縮機、深水泵、泥沙泵、快速變化的音樂噴泉等負載，由于電動機工作時沖擊電流很大，所以選擇時應(yīng)留有一定的裕量。 （3）工頻變頻切換注意：變頻器的輸出為電子開關(guān)電路，過載能力差，在切換時要考慮變頻器的承受能力。第7頁，共29頁。由工頻運行切換到變頻運行時，先將電動機斷電，讓電動機自由降速運行。同時檢測電動機的殘留電壓，以推算出電動機的運行頻率，使接入變頻器的輸出頻率與電動機的運行頻率一致，以減小沖擊電流。當變頻運行切換到工頻運行時，采用同步切換的方法，

7、即變頻器將頻率升高到工頻，確認頻率及相位與工頻一致時再進行切換。（4）設(shè)置瞬停再起功能。（5）設(shè)置合適的運行曲線： 選擇平方律補償曲線或?qū)⒆冾l器設(shè)置為節(jié)能運行狀態(tài)。 （6）采用連軸器傳動。 二、機械傳動系統(tǒng)變頻器的選擇選擇原則：節(jié)能、滿足傳動要求。1機床用變頻器的選擇（1）數(shù)控車床： 一般可選用普通Uf控制變頻器，為了提高控制精度選用矢量控制變頻器效果更好。考慮到車床的急加速或偏心切削等問題，可適當加大變頻器的容量；為了提高低速切削時的主軸轉(zhuǎn)矩，可采用一級降速齒輪傳動。（2）立式車床：由于主軸有很大慣性，選用變頻器時要特別注意到制動裝置和制動電阻的容量。立式車床選擇通用Uf控制變頻器即可滿足要

8、求。第8頁，共29頁。2大慣性負載變頻器選擇3不均勻負載變頻器選擇 軋鋼機除了工作時負載不均勻之外，對速度精度要求很高，因此采用高性能矢量控制變頻器。4流水線用變頻器選擇特點：多臺電動機按同一速度（或按一定速度比）運行，且每臺電動機均為恒轉(zhuǎn)矩負載。選擇要求：一般選用Uf控制變頻器，但頻率分辨率要高，比例運行的速度精度要高，必要時可加速度反饋。三、變頻器容量計算變頻器容量確定的依據(jù)：電動機容量和電動機的工作狀態(tài)確定變頻器容量步驟：電動機的額定電壓根據(jù)容量和工作狀態(tài)核算變頻器的輸出電流。1連續(xù)運行場合連續(xù)運行指負載不頻繁加減速而連續(xù)運行的場合。ION (1.05 1.1) I N或 ION (1.

9、05 1.1) I maX 式中：ION 變頻器輸出額定電流，單位為A； I N 電動機額定電流，單位為A；I max 電動機實測最大工作電流，單位為A；第9頁，共29頁。2頻繁加減速運行的場合變頻器加減速時電流大于工作電流，若變頻器工作時頻繁加減速，則選擇變頻器時容量應(yīng)適當加大，可按下式計算： 式中：ION 變頻器輸出額定電流，單位為A；I1、I2 、I3 各運行狀態(tài)下平均電流，單位為A；t1、t2 、t3 各運行狀態(tài)下運行時間，單位為s；k0 安全系數(shù)（加減速頻繁時取1.2，一般取1.1）。3電流變化不規(guī)則的場合 主要指不均勻負載或沖擊負載，IONI maxION：變頻器的額定電流；I m

10、ax：電動機工作時的最大轉(zhuǎn)矩電流。4電動機直接起動變頻器的選擇ION I KKg式中：I K 電動機在額定工頻電壓下的堵轉(zhuǎn)電流，單位為A；Kg 變頻器的允許過載倍數(shù)，Kg 1.3 1.5。 第10頁，共29頁。5多臺電動機共用一臺變頻器供電多臺電動機共用一臺變頻器進行驅(qū)動，除了以上1 4點需要考慮之外，還要考慮這多臺電動機是否同時軟起動（即同時從0HZ開始起動），是否有個別電動機需要直接起動等等。綜合以上因素，變頻器的容量可按下式進行計算： 式中：a1 電動機總臺數(shù)；a2 直接起動的電動機臺數(shù)； I K、 Kg與4中的意義相同。第11頁，共29頁。第三節(jié) 變頻器的諧波干擾教學內(nèi)容 5-3 變頻

11、器的諧波干擾 5-4 變頻器常用電磁選件教學目的1了解諧波的概念，變頻器產(chǎn)生的諧波對電源、負載及其它設(shè)備的影響；2掌握各種電磁選件的作用及安裝方法；重點：產(chǎn)生諧波的原因及抑制諧波的措施難點：電磁選件的選用和安裝方法復(fù)習提問1一級齒輪減速機構(gòu)在低速運行的變頻器調(diào)速系統(tǒng)中有何作用？2對流水線用變頻器如何進行選擇？第12頁，共29頁。一諧波的概念 諧波：與電路工作電源頻率不同的正弦波。 變頻器工作時會產(chǎn)生大量的諧波。輸入端產(chǎn)生的諧波對電網(wǎng)造成電磁干擾，會降低電網(wǎng)的供電質(zhì)量；輸出端產(chǎn)生的諧波可使電動機發(fā)熱，諧波的輻射會產(chǎn)生無線電干擾。 1諧波產(chǎn)生的原因 2諧波的特點二、變頻器運行時產(chǎn)生的諧波干擾 輸入

12、側(cè)：整流使電流的脈動性很大，產(chǎn)生大量諧波，降低電源的供電質(zhì)量，干擾同一電源的用電設(shè)備； 輸出側(cè)：是一系列的矩形波，這些矩形波含有豐富的高次諧波成份。這些高次諧波會產(chǎn)生電磁輻射干擾無線電設(shè)施；若加到電動機的繞組上，會使電動機的絕緣下降，銅損和鐵損增加，溫度上升；同時諧波電流會改變電磁轉(zhuǎn)矩，產(chǎn)生振動力矩，使電動機發(fā)生周期性轉(zhuǎn)速變動，影響輸出頻率，并發(fā)出噪聲。 諧波干擾途徑。第13頁，共29頁。第四節(jié) 變頻器常用電磁選件 一、交流輸入電抗器1作用：可以抑制變頻器輸入電流的高次諧波，明顯改善變頻器的功率因數(shù)。選用情況：有下列情況之一時就應(yīng)考慮選配交流輸入電抗器。（1）變頻器所用電源變壓器的容量超過50

13、0 kVA，并與變頻器的容量之比為10：1以上時；（2）同一電源上接有晶閘管交流負載或帶有開關(guān)控制的功率因數(shù)補償裝置時；（3）三相電源的電壓不平衡度 3時；（4）需要改善輸入側(cè)的功率因數(shù)，接入交流輸入電抗器后功率因數(shù)可增加到0.8 0.85 。 結(jié)構(gòu)交流輸入電抗器的結(jié)構(gòu)為一鐵心電感線圈。4參數(shù) 表5-2是電抗器的配置參數(shù)表。各生產(chǎn)廠家都有與自己的變頻器相匹配的電抗器產(chǎn)品供選用。 第14頁，共29頁。二、交流輸出電抗器 1作用：濾除變頻器輸出端產(chǎn)生的有害諧波， 選用情況：當變頻器與電動機之間的配線較長（超過20米）時，選用交流輸出電抗器可抑制由導線分布電容引起的過流，并可抑制變頻器的無線電干擾。

14、 結(jié)構(gòu)：交流輸出電抗器的外形結(jié)構(gòu)與圖5-19相同。 參數(shù)：表5-3為交流輸出電抗器選配參數(shù)表。三、電磁濾波器 .分類：分為輸入電磁濾波器和輸出電磁濾波器。 安裝及作用： .外形 四、直流電抗器 .作用：主要是改善變頻器的輸入功率因數(shù)，防止電源對變頻器的影響，保護變頻器及抑制高次諧波。 2使用場合：在下列情況下應(yīng)考慮配置直流電抗器。 （1）當給變頻器供電的同一電源上有開關(guān)、無功補償電容器屏或帶有晶閘管調(diào)壓負載時，因電容器屏開關(guān)切換引起的無功瞬變致使電網(wǎng)電壓突變或晶閘管調(diào)壓引起的電網(wǎng)波形缺口，有可能對變頻器的輸入整流電路造成影響。第15頁，共29頁。（2）當變頻器供電三相電源的不平衡度 3時；（3

15、）當要求變頻器輸入端的功率因數(shù)提高到0.93時； （4）當變頻器接入到大容量供電變壓器上時，變頻器輸入電源回路流過的電流有可能對整流電路造成損害。一般情況下，當變頻器供電電源的容量大于550 kW以上時，變頻器需要配置直流電抗器。3. 外形：直流電抗器的外形如圖5-21所示，其外型尺寸如圖5-22，它也是一鐵心電感線圈。4參數(shù)：表5-4是直流電抗器與變頻器的配置參數(shù)表，使用時要根據(jù)變頻器的容量大小選擇直流電抗器的規(guī)格、型號。 五、制動選件1制動電阻(1) 使用場合： (2) 制動電阻的參數(shù)選擇 (3) 制動電阻的安裝 第16頁，共29頁。2制動單元選件(1) 作用：當變頻器產(chǎn)生再生電流使直流側(cè)

16、電壓升高時用來控制電能向制動電阻釋放。(2) 安裝：對于小功率變頻器，一般是內(nèi)置在變頻器中；對于大功率變頻器，由于制動單元在工作時會發(fā)熱，所以通常安裝在變頻器之外，并作為選件供應(yīng)。在無內(nèi)置制動單元的變頻器中，制動單元和制動電阻配套選用，將制動電阻接在制動單元上，再將制動單元按要求連接到變頻器上。由于制動單元和制動電阻都是發(fā)熱單元，安裝時要互相有一定的距離，以便于散熱。制動單元和制動電阻的連接見第三章圖3-5所示。第17頁，共29頁。第五節(jié) 變頻器的安裝教學內(nèi)容 5-5 變頻器的安裝 5-6 變頻器的維護保養(yǎng)與故障處理教學目的 1掌握變頻器安裝過程中的各種要求； 2掌握變頻器安裝時線徑的計算方法

17、； 3了解變頻器一般維護和常見故障的處理方法；重 點 變頻器的安裝要求難 點 變頻器常見故障處理方法復(fù)習提問 1抑制變頻器諧波干擾的方法有哪幾種？ 2在什么情況下應(yīng)接入直流電抗器？第18頁，共29頁。一、主電路控制開關(guān)及導線線徑選擇1電源控制開關(guān)及導線線徑選擇電源控制開關(guān)及導線線徑的選擇與同容量的普通電動機選擇方法相同，按變頻器的容量選擇即可。因輸入側(cè)功率因數(shù)較低，應(yīng)本著宜大不宜小的原則選擇線徑。2變頻器輸出線徑選擇變頻器工作時頻率下降，輸出電壓也下降。 3控制電路導線線徑選擇小信號控制電路通過的電流很小，一般不進行線徑計算?？紤]到導線的強度和連接要求，一般選用0.75(mm)2及以下的屏蔽線

18、或絞合在一起的聚乙烯線。接觸器、按鈕開關(guān)等強電控制電路導線線徑可取1mm2的獨股或多股聚乙烯銅導線。第19頁，共29頁。二、變頻器的安裝環(huán)境1周圍溫度、濕度周圍溫度：變頻器的工作環(huán)境溫度范圍一般為10 o 40 o，當環(huán)境溫度大于變頻器規(guī)定的溫度時，變頻器要降額使用或采取相應(yīng)的通風冷卻措施。濕度：變頻器工作環(huán)境的相對濕度為5 90（無結(jié)露現(xiàn)象 ）。2周圍環(huán)境變頻器應(yīng)安裝在不受陽光直射、無灰塵、無腐蝕性氣體、無可燃氣體；無油污、蒸汽滴水等環(huán)境中。安裝場所的周圍振動加速度應(yīng)小于0.6g （g=9.8m/s2）。3海拔高度變頻器應(yīng)用的海拔高度應(yīng)低于1000 m。海拔高度大于1000 m的場合，變頻器

19、要降額使用。表5-9是富士變頻器海拔高度與輸出降額關(guān)系。第20頁，共29頁。三、安裝方向和空間 裸露安裝：用螺栓垂直安裝在堅固的物體上。正面是變頻器文字鍵盤，請勿上下顛倒或平放安裝。周圍要留有一定空間，上下10cm以上 24所示?？刂乒裰邪惭b：變頻器的上方柜頂要安裝排風扇；控制柜中安裝多臺：要橫向安裝，且排風扇安裝位置要正確，如圖5-25和圖5-26 。第21頁，共29頁。四、變頻器在多粉塵現(xiàn)場的安裝在多粉塵（特別是多金屬粉塵、絮狀物）的場所使用變頻器時，正確、合理的防塵措施是保證變頻器正常工作的必要條件。1安裝設(shè)計要求在控制柜中安裝變頻器，最好安裝在控制柜的中部或下部。要求垂 第22頁，共2

20、9頁。直安裝，其正上方和正下方要避免安裝可能阻擋進風、出風的大部件；變頻器四周距控制柜頂部、底部、隔板或其它部件的距離不應(yīng)小于300 mm，如圖5-27中的H1、H2間距所示。第23頁，共29頁。2控制柜通風、防塵、維護要求 （1）總體要求：控制柜應(yīng)密封，使用專門設(shè)計的進風和出風口進行通風散熱?？刂乒耥敳繎?yīng)設(shè)有出風口、防風網(wǎng)和防護蓋；底部應(yīng)設(shè)有底板、進線孔、進風口和防塵網(wǎng)。 （2）風道要設(shè)計合理，使排風通暢，不易產(chǎn)生積塵。 （3）控制柜內(nèi)的軸流風機的風口需設(shè)防塵網(wǎng)，并在運行時向外抽風。 （4）對控制柜要定期維護，及時清理內(nèi)部和外部的粉塵、絮毛等雜物。對于粉塵嚴重的場所，維護周期在1個月左右。

21、五、安裝布線 合理選擇安裝位置及布線是變頻器安裝的重要環(huán)節(jié)。電磁選件的安裝位置、各連接導線是否屏蔽、接地點是否正確等，都直接影響到變頻器對外干擾的大小及自身工作情況。 1布線原則 變頻器與外圍設(shè)備之間布線時應(yīng)采取以下措施： （1）當外圍設(shè)備與變頻器共用一供電系統(tǒng)時，要在輸入端安裝噪聲濾波器，或?qū)⑵渌O(shè)備用隔離變壓器或電源濾波器進行噪聲隔離。 （2）當外圍設(shè)備與變頻器裝入同一控制柜中且布線又很接近變頻器 第24頁，共29頁。時，可采取以下方法抑制變頻器干擾： 將易受變頻器干擾的外圍設(shè)備及信號線遠離變頻器安裝；信號線使用屏蔽電纜線，屏蔽層接地。亦可將信號電纜線套入金屬管中；信號線穿越主電源線時確保

22、正交。 在變頻器的輸入輸出側(cè)安裝無線電噪聲濾波器或線性噪聲濾波器（鐵氧體共模扼流圈）。濾波器的安裝位置要盡可能靠近電源線的入口處，并且濾波器的電源輸入線在控制柜內(nèi)要盡量短。變頻器到電動機的電纜要采用4芯電纜并將電纜套入金屬管，其中一根的兩端分別接到電動機外殼和變頻器的接地側(cè)。 （3）避免信號線與動力線平行布線或捆扎成束布線；易受影響的外圍設(shè)備應(yīng)盡量遠離變頻器安裝；易受影響的信號線盡量遠離變頻器的輸入輸出電纜。 （4）當操作臺與控制柜不在一處或具有遠方控制信號線，要對導線進行屏蔽，并特別注意各連接環(huán)節(jié)，以避免干擾信號串入。 2變頻器安裝區(qū)域劃分及注意事項 （1）區(qū)域劃分 依據(jù)各外圍設(shè)備的電磁特性

23、，分別安裝在不同的區(qū)域，以抑制變頻器工作時的電磁干擾，如圖5-28所示。圖中各區(qū)域分別為：第25頁，共29頁。（2）安裝注意事項 電動機電纜的地線應(yīng)在變頻器側(cè)接地，但最好電動機與變頻器分別接地。在處理接地時，如采用公共接地端，不能經(jīng)過其他裝置的接地線接地，要獨立走線，如圖5-29所示。電動機電纜和控制電纜應(yīng)使用屏蔽電纜，機柜內(nèi)為強制要求，將屏蔽金屬絲網(wǎng)與地線兩端連接起來，連接方法如圖5-30所示。 第26頁，共29頁。第六節(jié) 變頻器的維護保養(yǎng)與故障處理一、變頻器的日常巡視 耳聽、目測、觸感和氣味等。一般巡視內(nèi)容有： (1) 周圍環(huán)境、溫度、濕度是否符合要求。 (2) 變頻器的迸風口和出風口有無積塵，是否被積塵堵死。 (3) 變頻器的噪聲、振動、氣味是否在正常范圍之內(nèi)。 (4) 變頻器運行參數(shù)及面板顯示是否正常。二、變頻器的定期維護與保養(yǎng) 1低壓小型變頻器的維護和保養(yǎng)低壓