變頻器的選用方案

變頻器的選用方案摘要：本文首先對變頻器作了簡潔介紹，其次變頻器依據(jù)性能及控制方式等不同可分為多種類型，再次具體介紹依據(jù)機械負載特性正確選用變頻器及選用變頻器時的考慮因素、留意事項等，最終使我們生疏到變頻器選用的重要意義。關鍵字：機械特性考慮因素留意事項一、前言：變頻器主要用于溝通電動機(異步電機或同步電機)轉速的調(diào)整，是公認的溝通電動機最抱負、最有前途的調(diào)速方案，除了具有卓越的調(diào)速性能之外，變頻器還有顯著的節(jié)能作用，是企業(yè)技術改造和產(chǎn)品更換代的抱負調(diào)速裝置。自上世紀80年月被引進中國以來，變頻器作為節(jié)能應用與速度工藝掌握中越來越重要的自動化設備，得到了快速進展和廣泛的應用。在電力、紡織與化纖、建材、石油、化工、冶金、市政、造紙、食品飲料、煙草等行業(yè)以及公用工程〔中心空調(diào)、供水、水處理、電梯等〕中，變頻器都在發(fā)揮著重要作用。除了工業(yè)相關行業(yè)，在一般家庭中，節(jié)約電費、提高家電性能、保護環(huán)境等受到越來越多的關注，變頻家電成為變頻器的另一個寬闊市場和應用趨勢。帶有變頻掌握第１頁的冰箱、洗衣機、家用空調(diào)等，在節(jié)電、減小電壓沖擊、降低噪音、提高掌握精度等方面有很大的優(yōu)勢。目前，中國是世界上最主要的家電供給國，但家電承受變頻器的比例很低，而在日本，90％以上的家電是變頻掌握。據(jù)調(diào)查，2023年，中國的變頻家電同比增長超過200變頻家電具有格外好的進展?jié)摿?。因此，選用何種類型的變頻器更能發(fā)揮其最好的作用，成了重要的問題。二、變頻技術及變頻器的簡介變頻技術簡介變頻調(diào)速：即用三相變頻器產(chǎn)生頻率、電壓可調(diào)的三相變頻電源，對三相感應電動機和同步電動機進展變頻調(diào)速簡潔的說,變頻技術就是把直流電逆變成不同頻率的溝通電，或是把溝通電變成直流電再逆變成不同頻率的溝通電，或是把直流電變成溝通電再把溝通電變成直流電等技術的總稱?？傊?，這一切都是電能不發(fā)生變化，而只有頻率發(fā)生變化。變頻器簡介變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能掌握裝置。通用變頻器的內(nèi)部構造框圖如下：第２頁變頻器的原理:我們現(xiàn)在使用的變頻器主要承受交—直—交方式〔VVVF變頻或矢量掌握變頻，先把工頻溝通電源通過整流器轉換成直流電源，然后再把直流電源轉換成頻率、電壓均可掌握的溝通電源以供給電動機。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和掌握4個局部組成，如圖〔1—1。第３頁〔1—1〕整流局部為三相橋式不行控整流器，逆變局部為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲能和緩沖無功功率。三、變頻器的分類按變換環(huán)節(jié)分類：交-交變頻器 把頻率固定的溝通電源直接變換成頻率連續(xù)可調(diào)的溝通電源。其主要優(yōu)點是沒有中間環(huán)節(jié)，變頻效率高，但其連續(xù)可調(diào)的頻率范圍窄，一般為額定頻率的1/2以下。主要用于容量大、低功耗的場合。交-直-交變頻器 先把頻率固定的溝通電變成直流電，再把直流電逆變成頻率可調(diào)的三相溝通電。在此類裝置中，用不行控整流電路，則輸入功率因數(shù)不變；用PWM逆變，則輸出諧波減小。按直流電源性質(zhì)分類：第４頁電流型變頻器特點是中間直流環(huán)節(jié)承受大電感作為儲能環(huán)節(jié)，緩沖無功功率，即扼制電流的變化，使電壓接近正弦波，由于該直流內(nèi)阻較大，故稱電流源型變頻器〔電流型〕。電流型變頻器的特點〔優(yōu)點〕是能扼制負載電流頻繁而急劇的變化。常選用于負載電流變化較大的場合。載的無功功率將由它來緩沖，直流電壓比較平穩(wěn)，直流電源內(nèi)阻較小，相當于電壓源，故稱電壓型變頻器，常選用于負載電壓變化較大的場合。按電壓的調(diào)制方式分：PAM脈幅調(diào)制 變頻器輸出電壓的大小通過蓋面直流電壓的大小來進展調(diào)制，在中小容量變頻器中，這種方式幾近絕跡。PWM脈寬調(diào)制 變頻器輸出電壓的大小通過轉變輸出脈沖的占空比來進展調(diào)制。目前普遍應用的是占空比按正弦規(guī)律安排的正弦波脈寬調(diào)制SPWM方式。此外，變頻器還可以按輸出電壓調(diào)整方式分類，按掌握方式分類，按主開關元器件分類，按輸入電壓凹凸分類。按工作原理分類：第５頁v/f掌握的變頻器 v/f掌握的根本特點是對變頻器輸出的電壓和頻率同時進展掌握通過使v/f〔電壓和頻率的比的值保持全都而得到所需的轉矩特性。承受v/f掌握的變頻器掌握電路構造簡潔，本錢低，多用于對精度要求不高的通用變頻器。轉差頻率掌握變頻器v/f種改進，這種掌握需要由安裝在電動機上速度傳感器檢測出電動機的轉速，構成速度閉環(huán)，速度調(diào)整器的輸出為轉差頻率，而變頻器的輸出頻率則由電動機的實際轉速與所需轉差頻率之和決定。由于通過掌握轉差頻率來掌握轉矩的電流，與v/f掌握相比，其加減速特性和限制過電流的力量得到提高。矢量掌握變頻器矢量掌握是一種高性能異步電動機掌握方式。它的根本思路是：將異步電動機的定子電流分為產(chǎn)生磁場的電流重量〔勵磁電流〕和與其垂直的產(chǎn)生轉矩的電流重量〔轉矩電流〕，并分別加以掌握。由于在這種掌握方式中必需同時掌握異步電動機定子電流的幅值和相位，即定子電流的矢量，因此這種掌握方式被稱為矢量掌握方式。直接轉矩掌握變頻器直接轉矩掌握是溝通傳動中革命性的電動機掌握方式，不需要再電動機的轉軸上安裝脈沖編碼器來反饋轉子的位置，而具有準確轉矩和轉速，能在零速時產(chǎn)生滿載轉第６頁矩，電路中的PWM調(diào)制器不需要分開的電壓掌握和頻率掌握，具有這種功能的變頻器稱為直接轉矩掌握變頻器。四、變頻器的選用因電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)工作狀況取決于電動機和負載的機械特性，不同負載的機械特性和性能要求是不同的。故在選擇變頻器時，首先要了解負載的機械特性。依據(jù)機械負載特性選用變頻器變頻器的正確選擇對于掌握系統(tǒng)的正常運行是格外關鍵的。選擇變頻器時必需要充分了解變頻器所驅動的負載特性。人們在實踐中常將生產(chǎn)機械分為三種類型，即：恒轉矩負載、恒功率負載和風機、水泵負載。恒轉矩負載：負載轉矩TL與轉速ｎ無關，任何轉速下TL總保持恒定或根本恒定。例如傳送帶、攪拌機，擠壓機等摩擦類負載以及吊車、提升機等位能負載都屬于恒轉矩負載。變頻器拖動恒轉矩性質(zhì)的負載時，低速下的轉矩要足夠大，并且有足夠的過載力量。假設需要在低速下穩(wěn)速運行，應當考慮標準異步電動機的散熱力量，避開電動機的溫升過高。狀況如圖3-1〔a〕所示。如圖，負載的阻力來之于皮帶與滾筒間第７頁的摩擦力，作用半徑就是滾筒的半徑。故負載阻轉矩的大小打算于:TL＝F×r式中，F(xiàn)r─滾筒的3-13-1恒轉矩負載及其特性轉矩特點由于F和r所以在調(diào)整轉速nL轉矩TL即具有恒轉矩的特點:TL＝const其機械特性曲線如圖3-1〔b〕所示。言的，不能和負載輕重變化時，轉矩大小的變化相混淆?；蛘哒f，“恒轉矩”負載的特點是:負載轉矩的大小，僅僅取決于負載的輕重，而和轉速大小無關。拿帶式輸送機來說，當傳輸帶上的物品第８頁較少時，也不管轉速有多大，負載轉矩都較小。功率特點在負載轉矩TL不變的狀況下，負載功率PL的特點是:PL＝∝PL＝∝nL3-恒功率負載：機床主軸和軋機、造紙機、塑料薄膜生產(chǎn)線中的卷取機、開卷機等要求的轉矩，大體與轉速成反比，這就是所謂的恒功率負載。負載的恒功率性質(zhì)應當是就肯定的速度變化范圍而言的。當速度很低時，受機械強度的限制，TL不行能無限增大，在低速下轉變?yōu)楹戕D矩性質(zhì)。負載的恒功率區(qū)和恒轉矩區(qū)對傳動方案的選擇有很大的影響。電動機在恒磁通調(diào)速時，最大容許輸出轉矩不變，屬于恒轉矩調(diào)速；而在弱磁調(diào)速時，最大容許輸出轉矩與速度成反比，屬于恒功率調(diào)速。假設電動機的恒轉矩和恒功率調(diào)速的范圍與負載的恒轉矩和恒功率范圍相全都時，即所謂“匹配”的狀況下，電動機的容量和變頻器的容量均最小。各種薄膜的卷取機械是恒功率負載的典型例子之一，如圖3-2〔a〕所示。其工作特點是:為了保證在卷繞過程中，被卷物的物第９頁理性能不發(fā)生變化，隨著“薄膜卷”的卷徑不斷增大，卷取輥的轉速應漸漸減小，以保持薄膜的線速度恒定，從而也保持了張力的恒定。〔1〕功率特點由于要保持線速度和〔1〕功率特點由于要保持線速度和張力恒定:F＝constv＝const式中，F(xiàn)—被卷薄膜的張力，N;v—被卷薄膜的線速3-2恒功率負載及其特性所以，在不同的轉速下，負載的功率根本恒定:PL＝Fv＝const;即，負載功率的大小與轉速的凹凸無關，其功率特性曲線如圖3-2〔c〕所示?！?〕轉矩特點如圖3-2〔a〕，負載阻轉矩的大小打算于: TL=F×r第１０頁r由于PLTL＝由于PLTL＝∝二次方率負載(風機、泵類負載)：在各種風機、水泵、油泵中，隨葉輪的轉動，空氣或液體在肯定ｎ223過調(diào)速的方式來調(diào)整風量、流量，可以大幅度地節(jié)約電能。由于3通常不應使風機、泵類等負載超工頻運行。這類負載大多用〔氣體或液體〕的流量。由于流體本身無這類負載大多用〔氣體或液體〕的流量。由于流體本身無第１１頁3-3二次方律負載及其特性定程度上具有可壓縮性〔尤其是氣體〕，故難以具體分析其阻轉矩的形成。轉矩特點負載的阻轉矩TL與轉速nL的二次方成正比: TL＝ＫT×nL2其機械特性曲線如圖3-3〔b〕所示。功率特點負載的功率PL與轉速負載的功率PL與轉速nL的三次方成正比:PL＝＝KP×n以上兩式中，KT和KP分別為二次方律負載的轉矩常數(shù)和功率常數(shù)。功率特性曲線如圖3-3〔c〕所示。事實上，即使在空載的狀況下，電動機的輸出軸上也會有損耗轉矩T0和損耗功率P0，如磨擦轉矩及其功率等。因此，嚴格地講，其轉矩表達式應為: TL＝T0＋KT×nL2功率表達式為: PL＝P0＋KP×nL3通用變頻器及專用變頻器常見型號和主要特點?！踩缦卤怼车冢保岔摫碜冾l器的類別與應用第１３頁別常見型號舉例主要特點康沃：CVF－G1、G2V∕F掌握方式，森蘭：SB40、SB61故：一般型安邦信：AMB－G7英威騰：INVT－G9調(diào)速范圍較小；通時代：TVF2023輕載時磁路簡潔飽和。用康沃：CVF－V1森蘭：SB80具有矢量掌握功能，變英威騰：CHV臺達：VFD－A、B故：頻高性能型艾默生：VT3000富士：5000G11S調(diào)速范圍大；不存在磁路飽和問題。器安川：CIMR－G7ABB：ACS800如有轉速反響，則：A－B：PowerFlex700動態(tài)響應力量強；瓦薩：VACONNX調(diào)速范圍很大；丹佛士：VLT5000可進展四象限運行。西門子：440康沃、富士、安川等：PV∕F掌握方式，系列但增加了：風機水泵森蘭：SB12節(jié)能功能；用三菱：FR－A140和工頻的切換功能；專艾默生：TD2100睡眠和喚醒功能，等。用西門子：430變起重機械變起重機械三菱：FR241E頻用ABB：ACC600變頻器的輸出功率和電流選擇變頻器的輸出功率和電流選擇必需等于或大于被驅動異步電機的功率和電流。損壞的首先是變頻器〔假設變頻器的保護功能不完善的話〕；又假設設備上已選用的電機功率大于實際機械負載功率，但是有可能用戶會將把機械功率調(diào)整到到達電機輸出功率，此時，變頻器肯定要可以勝任，也就是說變頻器的功率選用肯定要等于或大于電機功率。個別電機的額定電流值比較特別，不在常用標準規(guī)格四周，又有的電機額定電壓低，額定電流偏大，此時要求變頻器的額定電流必需等于或大于電機額定電流。變頻器的選用應依據(jù)使用要求做細仔考慮。環(huán)境溫度長期較高，安裝在通風冷卻不良的機柜內(nèi)時，會造第１５頁成變頻器壽命縮短。電子器件、特別是電解電容等器件、在高于額定溫度后，每上升10℃壽命會下降一半，因此環(huán)境溫度應保持較低，除設置完善的通風冷卻系統(tǒng)以保證變頻器正常運行外，在選用上增大一個容量等級，以使額定運行時，溫升有所下降是完全必要的。電網(wǎng)電壓處于不正常時，將有害于變頻器，電壓過高，如對380V450V使用手冊規(guī)定范圍的場合，要使用變壓器調(diào)整，以確保變頻器的安全。高海拔地區(qū)因空氣密度降低，散熱器不能到達額定散熱器效果，一般在1000m100m容量下降10%，必要時可加大容量等級，以免變頻器過熱。使用于不同用途時，選擇變頻器的系列型號應作分析，對于一般用途變頻器承受V/F=常數(shù)掌握方式已可滿足，對于負載變化范圍大，而且又要求較高運轉精度要求的場合，特別是低速時要求有穩(wěn)定的速度和負載力量時，則要選用矢量掌握等方式的變頻器，對數(shù)控機床等周密傳動還要承受閉環(huán)掌握和有速度傳感器的方式，相應的變頻器也要有這些協(xié)作的接口，選用時需要綜合考慮。當變頻器為降低電動機噪聲而將調(diào)制頻率重設置得較高并超過出廠設置頻率時，會造成變頻器損耗增大。設置頻率越高，損耗越大，因此要適當減載，圖3-2率第１６頁時的相應減載曲線，不同公司、不同系列會有差異，但趨勢是相似的。不少使用者由于不懂這一點，一味增加調(diào)制頻率，造成變頻器過熱而損壞，或者變頻器輸不出額定功率。矢量掌握方式只能對應一臺變頻器驅動一臺電機，而且變頻器的額定電流應等于或大于電機額定電流，電機的實際使用電流不能比額定電流太小〔不低于變頻器額定電流的1/8〕。為了正確地使用矢量掌握，在驅動前，變頻器對電機冷態(tài)參數(shù)還需進展輸入或自動識別。一臺變頻器驅動多臺電機時，變頻器容量應比多臺電機容量能選擇V/F能選擇V/F矢量掌握模式。一臺變頻器帶多臺電動機/承受公共直流母線方式，有利于多臺逆變器制動能量的儲存和利/頻器整流橋過載損壞的措施。使用中對多臺電機不能同時制動。對風機水泵類負載〔即平方律負載〕，如原來使用閥門、風門調(diào)整流量，當改用變頻器調(diào)速掌握流量時，就會帶來大幅度節(jié)能。而摩擦類負載〔恒轉矩負載〕，使用變頻調(diào)速的節(jié)能效果第１７頁根本上不能表達，對用機械變速擴大轉矩的場合，使用變頻器還可能帶不動負載，這在選用時必需充分留意！在這些場合使用變頻器，其目的是工作機械需要作速度調(diào)整。選用變頻器時的留意事項以西門子公司為例可以供給不同類型的變頻器，用戶可以依據(jù)自己的實際工藝要求和運用場合選擇不同類型的變頻器。在選擇變頻器時因留意以下幾點留意事項：地耦合電容的影響，避開變頻器出力不夠。所以變頻器應放大一檔選擇或在變頻器的輸出端安裝輸出電抗器。對于一些特別的應用場合，如高環(huán)境溫度、高開關頻率、高海拔高度等，此時會引起變頻器的降容，變頻器需放大一檔選擇。使用變頻器掌握高速電機時，由于高速電動機的電抗小，高次諧波亦增加輸出電流值。因此，選擇用于高速電動機的變頻器時，應比一般電動機的變頻器稍大一些。變頻器用于變極電動機時，應充分留意選擇變頻器的容量，使其最大額定電流在變頻器的額定輸出電流以下。另外，在運行中進展極數(shù)轉換時，應先停頓電動機工作，否則會造成電動機空轉，惡劣時會造成變頻器損壞。驅動防爆電動機時，變頻器沒有防爆構造，應將變頻器設置第１８頁在危急場所之外。局部潤滑方式的制約。潤滑油潤滑時，在低速范圍內(nèi)沒有限制；在超過額定轉速以上的高速范圍內(nèi)，有可能發(fā)生潤滑油用光的危急。因此，不要超過最高轉速容許值。負載狀況下，假設依據(jù)電動機的額定電流或功率值選擇變頻器的話，有可能發(fā)生因峰值電流使過電流保護動作現(xiàn)象。因此，應了解工頻運行狀況，選擇比其最大電流更大的額定輸出電流的變頻器。變頻器驅動潛水泵電動機時，由于潛水泵電動機的額定電流比通常電動機的額定電流大，所以選擇變頻器時，其額定電流要大于潛水泵電動機的額定電流。當變頻器掌握羅茨風機時，由于其起動電流很大，所以選擇變頻器時肯定要留意變頻器的容量是否足夠大。匹配。否則現(xiàn)場的灰塵、水汽會影響變頻器的長期運行。