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交流電機(jī)變頻調(diào)速器的應(yīng)用分析
【論文關(guān)鍵詞】:容量選擇;傳動(dòng)系統(tǒng);最高頻率;傳動(dòng)比;制動(dòng)電阻
【論文摘要】:對(duì)變頻調(diào)速器在實(shí)踐應(yīng)用中容量的正確選擇、傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及外接制動(dòng)電阻等方面的問題,了一些經(jīng)驗(yàn)。
隨著技術(shù)的迅速發(fā)展,交流電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)取得了突破性的進(jìn)步,進(jìn)入了普及應(yīng)用階段。在我國(guó),變頻調(diào)速器也正越來越廣泛地被采用,與此同是地,如何正確地選好、用好已成為廣大用戶十分突出的問題了。
1.關(guān)于容量選擇
在變頻調(diào)速器的說明書中,為了幫助用戶選擇容量,都有"配用電動(dòng)機(jī)容量"一欄,然而,這一欄的含義卻不夠確切,常導(dǎo)致變頻器的誤選。
各種生產(chǎn)中,電動(dòng)機(jī)的容量主是根據(jù)發(fā)熱原則來選定的。就是說,在電動(dòng)機(jī)帶得動(dòng)的前提下,只要其溫升在允許范圍內(nèi),短時(shí)間的過載是允許的。電動(dòng)機(jī)的過載能力一般定為額定轉(zhuǎn)矩的1.8-2.2倍。電動(dòng)機(jī)的溫升,所謂"短時(shí)間"至少也在十幾分鐘以上。而變頻調(diào)速器的過載能力為:150%,l分鐘。這個(gè)指標(biāo),對(duì)電動(dòng)機(jī)來說,只有在起動(dòng)過程才有意義,在運(yùn)行過程中,實(shí)際上是不允許載。
因此,"配用電動(dòng)機(jī)容量"一欄的準(zhǔn)確含義是"配用電動(dòng)機(jī)的實(shí)際最大容量"。實(shí)際選擇變頻器時(shí),可按電動(dòng)機(jī)在工作過程中的最大電流來進(jìn)行選擇,對(duì)于鼓風(fēng)機(jī)和泵類負(fù)載,因?qū)儆陂L(zhǎng)期恒定負(fù)載,可直接按"配用電動(dòng)機(jī)容量"來選擇。
2.傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)
交流異步電動(dòng)機(jī)經(jīng)變頻調(diào)速后,其有效轉(zhuǎn)矩和有效功率的范圍。配用變頻調(diào)速器時(shí),必須根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性以及對(duì)調(diào)速范圍的要求等因素,對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)級(jí)化設(shè)計(jì),優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和大致方法如下:
2.1 確定電動(dòng)機(jī)的最高運(yùn)行頻率
(1)鼓風(fēng)機(jī)和泵類負(fù)載,這類負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩TL與轉(zhuǎn)速n的平方成正比TL=KTn2,輸出功率PL與轉(zhuǎn)速的在次方成正比PL=KPn3,(KT和KP為常數(shù)),由此可知,如轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)速,負(fù)載的轉(zhuǎn)矩和功率將分別按平方律和立方律增加,因此,在一般情況下,不允許在額定頻率以上運(yùn)行。
(2)一般情況下,各種機(jī)械的強(qiáng)度、振動(dòng)以及耐磨性能等,都是以電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不超過3000r/min為前提設(shè)計(jì)的。因此,在沒有對(duì)機(jī)械重新進(jìn)行設(shè)計(jì)的情況下,2級(jí)電機(jī)的最高運(yùn)行頻率不要超過額定頻率太多。
(3)當(dāng)異步電機(jī)在額定頻率以上運(yùn)行時(shí),由于電源電壓是恒定的,其在調(diào)到fx時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩Tx近乎和頻率調(diào)節(jié)比Kf的平方成反比,即T≈TN/Kf2(而TN為額定頻率fN時(shí)的轉(zhuǎn)矩)。因此,最高運(yùn)行頻率不宜超過額定頻率
(4)異步電機(jī)在低頻下運(yùn)行時(shí),為了獲得足夠的轉(zhuǎn)矩,常需進(jìn)行轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償。而轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償將使電機(jī)的磁路趨于飽和,從而增加附加損失,降低了效率,因此,只要情況許可,應(yīng)尺可能地提高運(yùn)行頻率的上限。
2.2 確定傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)比并校核電動(dòng)機(jī)的容量
(1)鼓風(fēng)機(jī)和泵類負(fù)載,一般均為直接驅(qū)動(dòng),不必考慮傳動(dòng)比的問題。
(2)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載,首先,根據(jù)有效轉(zhuǎn)矩線以及所要求的頻率調(diào)節(jié)范圍,確定電機(jī)運(yùn)行的最高頻率和最低頻率。
假設(shè)已經(jīng)確定的電動(dòng)機(jī)最高運(yùn)行頻率為fmax最低運(yùn)行頻率為fmin與此對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩相對(duì)值為tTL,則電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩Tn=TL/qTL(TL負(fù)載轉(zhuǎn)矩)。如果原選電機(jī)并未留有余量的話,則配用變頻調(diào)速器后,電動(dòng)機(jī)的容量應(yīng)擴(kuò)大1/tTL倍。傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)比入等于電動(dòng)機(jī)在最高運(yùn)行頻率下的轉(zhuǎn)速nDmax負(fù)載所需求的最高轉(zhuǎn)速nLmax之比。
(3)恒功率負(fù)載:和恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載類似,首先根據(jù)有效功率線和頻率調(diào)節(jié)范圍,求出電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率的上、下限。
同樣,在求出最高和最低運(yùn)行頻率的同時(shí),得到對(duì)應(yīng)的功率相對(duì)值tPL,而電動(dòng)機(jī)的額定功率PN≥PL/tPL(PL為負(fù)載要求功率)。
在設(shè)計(jì)恒功率負(fù)載時(shí),應(yīng)注意兩點(diǎn):(1)盡量多利用額定頻率以上的部分;(2)當(dāng)調(diào)整范圍較大時(shí),盡量采用兩檔傳動(dòng)比。因?yàn)楫?dāng)傳動(dòng)比分成兩欄時(shí),頻率范圍αf與αn轉(zhuǎn)速范圍之間的關(guān)系為 ?梢,在轉(zhuǎn)速范圍相同的情況下,頻率范圍將大為減小,從而可減小電動(dòng)機(jī)的容量。
負(fù)載的特性,因是恒功率負(fù)載,故曲線上任一點(diǎn)的橫坐標(biāo)與縱坐標(biāo)的乘積均相等,且與負(fù)載功率成正比,即PL=KPTLnL=KPTLmaxLmin 。全部轉(zhuǎn)速都在額定頻率以下調(diào)節(jié)時(shí)的有效轉(zhuǎn)矩線,在這種情況下,所需電動(dòng)機(jī)的容量PN=KPTNnLmax>KPTLmaxLmax=αnPL。這說明,所需電動(dòng)機(jī)的容量比負(fù)載功率的On倍還要大,是很不的。
⑴當(dāng)最高運(yùn)行頻率為額定頻率的2倍,傳動(dòng)比只有一檔時(shí)的情形。在這種情況下,所需電機(jī)的容量PN=KPTN1/2nLmax 1/2αnPL?梢,所需用容量只要大于負(fù)載功率的On/2倍就可以了。
⑵ 當(dāng)最高運(yùn)行頻率為額定頻率的2倍,傳動(dòng)比為兩檔時(shí)的情形。這時(shí),所需電機(jī)的容量PN1/2 PL。可見,對(duì)于恒功率負(fù)載,當(dāng)αn>4時(shí),這種方案是比較理想的。
3.自配外接制動(dòng)電阻
各種變頻調(diào)速器都允許外接制動(dòng)電阻,加快制動(dòng)速度,外接電阻。但配套的制動(dòng)電阻價(jià)格昂貴,不易買到,自動(dòng)配置時(shí),其阻值與功率可如下決定:
直流電路的電壓值UP= ×380=53V;制動(dòng)電流Is一般以不超過電機(jī)的額定電流IDN為原則,即Is≤IDN,故制動(dòng)電阻Rs≥UD/Is。
因Rs內(nèi)通過電流的時(shí)間只有幾秒鐘,故其功率PR可按工其工作時(shí)的(1/10-1/8)選擇,即PR=(0.1-0.125)UD2/Rs。
因Rs接入電路時(shí),應(yīng)注意將變頻調(diào)速器內(nèi)部的制動(dòng)電阻切除,如不能切除,則應(yīng)適當(dāng)加大Rs的值,以免出現(xiàn)制動(dòng)電流過大的情形。
在外接制動(dòng)電路時(shí),為了避免燒毀變頻器內(nèi)部的放電用大功率晶體管(GTR)有時(shí)也可以外接整個(gè)制動(dòng)電器(即包括制動(dòng)電阻和放電晶體管,這時(shí),GTR應(yīng)選取其VCEX≥700伏;ICN≥(1.2-1.5)IDN安。
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