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1、变频器、电机与负载的匹配问题概述： 众所周知，变频调速具有可靠性高、调速方便、保护完善和节能约耗等诸多优点，因此在一般调速场合，变频调速已经 成了绝大多数用户的第一选择。但是，新技术也会遇到新问题，本文想就我在实际中遇到的变频器、电机与负载的匹配 问题分析如下，谨供大家参考。问题：我厂生料磨系统有一台2.8旋风选粉机，原主轴采用立式直流电机经皮带盘减速后驱动。2000年由于磨机系统改造，产量增加，电机负载能力不足，将其改造成变频调速，当时选用了安川 616G5 45kW 变频器(恒转矩)和 45kW4 极立 式电机，改造后变频器运行频率约 14-17Hz ，基本满足要求。今年年初，因工艺要求，
2、该电机需要提速至约20.8-24.3 Hz，但速度提升至18 Hz,变频器输出电流就达到80以上，一旦提升至19Hz，电机已经超电流，温度也明显上升，系统已经无法正常运转。方法：一。如何打破这一瓶颈？将原有传动系统的速比加大1 .5到2倍？原有大小皮带盘直径为 660、220mm ，现场条件并不具备。如何提速，有厂家将其更换成了 55kw6 极电机和 55kw 变频器，是否必要？笔者经过认真分析，提出了不同的看 法。以下是我厂相关技术参数：1 、 电机具体技术参数：型号： Y250M-4 45kWPe=45KW ， Ue=380V ， Ie=84.2A ， ne=1440 转/分。2、 希望电
3、机转速提升至 600-700转/分(20.8-24.3Hz )。3、变频器运行状况：频率Hz 转速转/分电流A 功率kW14414601117.551870- 801618.553280- 8518笔者认为：即使在18.5Hz，变频器的输出功率仅为18kW左右，相关的选粉机手册说明，该电机功率与速度关系为：P=kn2.0-2.3，在K值一定的情况下，速度即使提升至 750转份(26.04Hz)，参照计算所得功率最大也仅在 36kW左 右，这种情况应当是电机选择不合理所致。根据电机的功率计算公式：P=T*n/9550二。我们算得45kW 4极电机的额定转矩和不同Hz数下的转矩如下：Te=45*9
4、550/1440=298.4NmT14=10*9550/414=230.7NmT17.5=15*9550/518=276.5NmT19=18*9550/560=306.9Nm其中 T14 T17.5 Te T26 ，别无选择。 我筛选了表中下列电机：型号额定转速(转/分)输出力矩(Nm)注Y250M-4 55kW1440364.8T26 电机过大Y280S-6 45kW980438.5T26 符合要求Y250M-8 30kW740387.2T26 转速相近Y280M-8 45kW740580.7T26 转速相近由表可见，55kW6极、37kW8极和45kW8极三台电机较符合要求，考虑到变频器容
5、量较大，且为保险起见，我们最终选用了 45kW 8 极电机。经过一段时间运行，发现效果非常理想，在以下是改用 8 极电机后测定的参数 (带料运转条件 下)：运行频率(Hz)电机转速(转/分)变频器输出电流(A)电压(V)功率(kW)35.0051856.0281.317.040.0059259.6320.920.150.0074062399.032.3(以上数据，除电机转速均从变频器上直接读取)小节：该电机额定电流为93.2A，现电机最高运行电流仅为额定值的 66%，因电流低、速度高，电机的温升大约只有原来的一 半左右。现在的运行状况，不论是通过减小速比，将主轴转速提高 10%，或者继续增加主
6、轴负载，系统均能提供较大空 间。通过负载特性和电机特性的综合分析计算，我们通过较小的投入挖掘了设备潜力，使得变频器、电机与负载得以良好的 匹配，改善了工艺条件。三。一般来说，具有运行稳定、高效节能、自动化程度高易于操作等优点高性能控制系统的主要构成部分包括变频器、 软启动和可编程控制器。然启动器在高性能控制系统中的作用就是使设备开启，停止的过程更为平稳，避免了 “水锤”的 效应，进而节省投资，降低成本，并获得设备性能的大幅度提升。在大中型水泵中这一技术具有很大的推广价值。通常供水设备的控制系统是由变频器、控制器、低压电器及压力传感器组成，可完成对供水压力闭环控制，当供水管网 流量变化时，通过调
7、整变频泵的转速和改变投入运行的水泵台数，可达到稳定供水管网出口压力的目的。图 1 所示是一 个典型的恒压变频供水系统框图，此控制系统的控制对象是供水管网出口压力，由压力传感器采集供水管网出口压力信 号，将此压力信号与设定压力信号进行比较，其差值进入 CPU 进行 PID 运算，运算结果控制变频器的输出频率及输出电压，使水泵转速 能随着供水管网压力的波动而不断的变化 ,从而使管网出口压力稳定。如果管网流量变化大 ,当只调整变频泵的转速不能 满足管网出口压力稳定要求时 ,则由控制器发出指令， 通过改变投入运行的水泵台数来满足稳定管网出口压力要求。 在上 述过程中 ,当变频泵达到最高设定转速时，说明
8、管网用水量大 , 只靠调整变频泵的转速已不能使管网出口压力稳定，在经 过一定延时后，如果此泵仍然在最高设定转速运行，控制系统就要启动一台水泵，在水泵容量较大的供水系统中，往往 采用一项叫作 “循环软启动 ”的技术，即将变频器带动的正在全速运转的电机交给电网，变频器再带动下一台电机变频启 动，目的是减少启动过程中的机械和电气冲击。这项被称为 “循环软启动 ”的技术存在着一个致命弱点，因为在此过程中 刚脱离变频器的水泵在惯性作用下高速旋转，电机转子中还有较大的电流，由此电流形成的磁场在电机定子中感应出较 高的电压，此电压与电网电压不同频率、不同相位，因而此时不能立即将此电机合到电网上，一般方法是根
9、据电机容量 大小，确定一个延时，要等转子电流衰减到一定值以后，才能将此电机合到电网上，然后变频器带动下一台电机运行。 如在上述，从变频器脱开的电机要经过一定延时后才能并入电网，对于中型电机此延时大约是 1-2 秒钟，在此期间，水 泵失去了动力， 并且水的位能阻止水泵继续旋转， 水泵转速下降很快， 当此水泵电机并入电网时， 电机转速已降的很低， 当将此电机并入电网时将产生较大的电气和机械冲击。如果电机从变频到工频切换过程处理不当，会给电网及供水管网 造成重大事故，所以许多专家在大中型供水设备中不主张采用这项 “循环软启动 ”技术。变频与工频平稳切换，已成为大 中型供水设备中迫切需要解决的问题。为
10、解决以上问题，现采用另一项电力电子产品 “软启动 ”器，它基本原理是改变晶闸管的导通角改变输出电压，使电机在 启动和停机过程中，端电压可以按照预先设定的方式逐渐变化，从而使启动和停机过程平稳。如果是启动一台电机，软 启动将逐渐增大晶闸管的导通角，使电动机端电压逐渐升高，水泵平稳升速完成启动过程。如果是关闭一台电机，软启 动内的晶闸管的导通角将由大逐渐减小，逐渐降低输出电压，使正在运转的电机平稳停机。高性能的软启动及控制系统 允许用一台软启动顺序带动多台电机完成软启、软停操作。比如启动1#电机 ,软启动晶闸管的起始导通角为零 ,将 KM11闭合，然后软启动晶闸管的导通角由小变大，电机端电压逐渐升
11、高到电网电压，一台软启动实现多台电机软启、软停控制主电路图电机可较平稳升 ?频率，同相位 ,软启动器的晶闸管完全导通 ,其 输出电压接近电网电压 ,这样 ,可将 KM21 闭合，使软启器旁路 ,然后 KM11 断开，软启动退出运行。此过程中电机端子上始终保持着较稳定的电压，所以整个启动过程平稳，无冲击。软启动退出运行以后准备接受下 一次启动或停机操作指令。如果下一次操作指令是再启动一台电机，软启动将关闭软启动器上晶闸管，然后使相应的接 触器闭合，再重复上述过程。如果下一次操作是关闭一台电机，比如 1# 电机停机，软启动先使晶闸管全导通，输出电压 接近电网电压，然后 KM11 闭合将软启动并入正
12、在运行的 1#电机上，再断开 1# 电机直接和电网相联接的接触器 KM21 ， 这时就由软启动单独带动 1# 电机运行，软启动逐步降低输出电压，电机速度逐渐下降，直到停机，完成软停操作后， KM11 断开。在上述过程中，控制系统适时的将软启动接入或退出运行电路。使用一台软启动顺序带动多台电机完成软 启、软停操作的软启动器应具有 “级联 ”功能，“级联”功能的主要作用是，在每一次操作前，软启动都要进行状态准备，在 完成操作之后发出信号使软启动及时退出运行。比如启动电机，软启动晶闸管必须是关闭状态，输出电压为零，然后进 入启动操作，如果是执行停机操作，软启动晶闸管必须是导通状态，逐渐降低输出电压，
13、完成停机操作，每一次操作之 后软启动都要退出运行线路。软启动本身保护功能齐全，但是当一台软启动带多台电机时，软启动完成启停操作后要退 出运行，所以电机保护要另外设置，软启动只在启停过程中起保护。一个由变频器、软启动器、可编程序控制器及低压 电器组成的供水控制具有良好的运行性能。它由变频器带动一台泵变速运行，由一台软启动器完成其余各泵开、停泵操作，变频泵可定时轮换使各泵运行时间 均衡。此控制系统除能根据管网出口压力调整变频泵转速外，还能适时的将软启动接入或退出运行电路，完成开停泵操 作。此系统克服了变频器控制系统中，变频泵由变频向工频切换过程中所产生的电气和机械冲击，此控制系统具有软启 软停功能
14、，可以避免开停机时水泵突然变化而产生的 “水垂 ”效应，保证了设备和管网的安全，此性能对大中型供水泵站 尤为重要。 综上所述，在大中型泵站采用由变频器， 软启动及可编程控制器为主组成的控制系统， 集现代电力电子技术， 微电子技术及控制技术为一体，组成了适应大中型供水泵站需求的高性能控制系统。此系统具有运行稳定，高效节能， 自动化程度高易于操作等优点。由于采用了软启动，设备启停过程平稳，避免了 “水垂 ”效应。与普通变频控制系统相比， 此控制系统增加了软启动，软启动成本相对较低，此控制系统只增加了较少的投资，就能较大幅度的提高设备性能，此 项技术在大中型水泵站中很有推广应用价值。五。变频器与电机
15、的距离对系统影响及措施1.在工业使用现场， 变频器与电机安装的距离可以大致分为三种情况： 源远距离、 中距离和近距离。 20m 以内为近距离， 20-100m 为中距离， 100m 以上为远距离。由于变频器输出的电压波形不是正弦，波形中含有大量的谐波成分，其中高次谐波会使变频器输出电流增大，造成电机 绕组发热，产生振动和噪声，加速绝缘老化，还可能损坏电机；同时各种频率的谐波会向空间发射不同程序的无线电干 扰，还可能导致其它设备误动作。因此，希望把变频器安放在被控电机的附近。但是，由于生产现场空间的限制，变频 器和电机之间往往要有一定距离。如果变频器和电机之间为 20m 以内的近距离，可以直接与变频器连接；对于变频器 和电机之间为 20m 到 100m 的中距离连接，需要调整变频器的载波频率来减少谐波及干扰；而对变频器和电机之间为 100m 以上的远距离连接，不但
