交流電機變頻調(diào)速器的應用分析

　　【論文關(guān)鍵詞】：容量選擇；傳動系統(tǒng)；最高頻率；傳動比；制動電阻

    【論文摘要】：對變頻調(diào)速器在實踐應用中容量的正確選擇、傳動系統(tǒng)的優(yōu)化設計以及外接制動電阻等方面的問題，了一些經(jīng)驗。
　　
　　
　　 隨著技術(shù)的迅速發(fā)展，交流電機變頻調(diào)速技術(shù)取得了突破性的進步，進入了普及應用階段。在我國，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"配用電動機容量"一欄，然而，這一欄的含義卻不夠確切，常導致變頻器的誤選。
　　 各種生產(chǎn)中，電動機的容量主是根據(jù)發(fā)熱原則來選定的。就是說，在電動機帶得動的前提下，只要其溫升在允許范圍內(nèi)，短時間的過載是允許的。電動機的過載能力一般定為額定轉(zhuǎn)矩的1.8-2.2倍。電動機的溫升，所謂"短時間"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。這個指標，對電動機來說，只有在起動過程才有意義，在運行過程中，實際上是不允許載。
　　 因此，"配用電動機容量"一欄的準確含義是"配用電動機的實際最大容量"。實際選擇變頻器時，可按電動機在工作過程中的最大電流來進行選擇，對于鼓風機和泵類負載，因?qū)儆陂L期恒定負載，可直接按"配用電動機容量"來選擇。
　　
　　2.傳動系統(tǒng)進行優(yōu)化設計
　　
　　 交流異步電動機經(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，必須根據(jù)生產(chǎn)機械的機械特性以及對調(diào)速范圍的要求等因素，對傳動系統(tǒng)進行優(yōu)級化設計，優(yōu)化設計的主要內(nèi)容和大致方法如下：
　　 2.1 確定電動機的最高運行頻率
　　 （1）鼓風機和泵類負載，這類負載的阻轉(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行。
　　 （2）一般情況下，各種機械的強度、振動以及耐磨性能等，都是以電動機轉(zhuǎn)速不超過3000r／min為前提設計的。因此，在沒有對機械重新進行設計的情況下，2級電機的最高運行頻率不要超過額定頻率太多。
　　 （3）當異步電機在額定頻率以上運行時，由于電源電壓是恒定的，其在調(diào)到fx時電磁轉(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時的轉(zhuǎn)矩）。因此，最高運行頻率不宜超過額定頻率
　　 （4）異步電機在低頻下運行時，為了獲得足夠的轉(zhuǎn)矩，常需進行轉(zhuǎn)矩補償。而轉(zhuǎn)矩補償將使電機的磁路趨于飽和，從而增加附加損失，降低了效率，因此，只要情況許可，應尺可能地提高運行頻率的上限。
　　 2.2 確定傳動系統(tǒng)的傳動比并校核電動機的容量
　　 （1）鼓風機和泵類負載，一般均為直接驅(qū)動，不必考慮傳動比的問題。
　　 （2）恒轉(zhuǎn)矩負載，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，確定電機運行的最高頻率和最低頻率。
　　 假設已經(jīng)確定的電動機最高運行頻率為fmax最低運行頻率為fmin與此對應的轉(zhuǎn)矩相對值為tTL，則電動機的額定轉(zhuǎn)矩Tn=TL/qTL（TL負載轉(zhuǎn)矩）。如果原選電機并未留有余量的話，則配用變頻調(diào)速器后，電動機的容量應擴大1/tTL倍。傳動系統(tǒng)的傳動比入等于電動機在最高運行頻率下的轉(zhuǎn)速nDmax負載所需求的最高轉(zhuǎn)速nLmax之比。
　　 （3）恒功率負載：和恒轉(zhuǎn)矩負載類似，首先根據(jù)有效功率線和頻率調(diào)節(jié)范圍，求出電動機運行頻率的上、下限。
　　 同樣，在求出最高和最低運行頻率的同時，得到對應的功率相對值tPL，而電動機的額定功率PN≥PL／tPL（PL為負載要求功率）。
　　 在設計恒功率負載時，應注意兩點：（1）盡量多利用額定頻率以上的部分；（2）當調(diào)整范圍較大時，盡量采用兩檔傳動比。因為當傳動比分成兩欄時，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，從而可減小電動機的容量。
　　 負載的特性，因是恒功率負載，故曲線上任一點的橫坐標與縱坐標的乘積均相等，且與負載功率成正比，即PL=KPTLnL=KPTLmaxLmin 。全部轉(zhuǎn)速都在額定頻率以下調(diào)節(jié)時的有效轉(zhuǎn)矩線，在這種情況下，所需電動機的容量PN=KPTNnLmax>KPTLmaxLmax=αnPL。這說明，所需電動機的容量比負載功率的On倍還要大，是很不的。
　　 ⑴當最高運行頻率為額定頻率的2倍，傳動比只有一檔時的情形。在這種情況下，所需電機的容量PN=KPTN1/2nLmax 1/2αnPL�？梢�，所需用容量只要大于負載功率的On/2倍就可以了。
　　 ⑵ 當最高運行頻率為額定頻率的2倍，傳動比為兩檔時的情形。這時，所需電機的容量PN1/2 PL�？梢�，對于恒功率負載，當αn>4時，這種方案是比較理想的。
　　
　　3.自配外接制動電阻
　　
　　 各種變頻調(diào)速器都允許外接制動電阻，加快制動速度，外接電阻。但配套的制動電阻價格昂貴，不易買到，自動配置時，其阻值與功率可如下決定：
　　 直流電路的電壓值UP= ×380=53V；制動電流Is一般以不超過電機的額定電流IDN為原則，即Is≤IDN，故制動電阻Rs≥UD/Is。
　　因Rs內(nèi)通過電流的時間只有幾秒鐘，故其功率PR可按工其工作時的（1/10-1/8）選擇，即PR=(0.1-0.125)UD2/Rs。
　　 因Rs接入電路時，應注意將變頻調(diào)速器內(nèi)部的制動電阻切除，如不能切除，則應適當加大Rs的值，以免出現(xiàn)制動電流過大的情形。
　　 在外接制動電路時，為了避免燒毀變頻器內(nèi)部的放電用大功率晶體管（GTR）有時也可以外接整個制動電器（即包括制動電阻和放電晶體管，這時，GTR應選取其VCEX≥700伏；ICN≥（1.2-1.5）IDN安。
　　
　　參考文獻
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