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1、第4章 变频器及周围设备变频器及周围设备的选择的选择4.1 生产机械的负载特性生产机械的负载特性一、机械一、机械负载负载与与转转矩关系矩关系1. 运运动动方程方程2.负载负载的分的分类类：正确地把握变频驱动的机械负载对象正确地把握变频驱动的机械负载对象的转速的转速转矩特性，是选择电动机及变频器容量、转矩特性，是选择电动机及变频器容量、决定其控制方式的基础。机械负载包罗万象，但归纳决定其控制方式的基础。机械负载包罗万象，但归纳其转速其转速转矩的特性，主要有以下三大类：恒转矩负转矩的特性，主要有以下三大类：恒转矩负载，平方降转矩负载，恒功率负载。载，平方降转矩负载，恒功率负载。二、二、机械负载与电
2、动机的机械负载与电动机的特性特性1. 恒转矩负载恒转矩负载对于传送带、搅拌机、挤压成形机等摩擦负载，吊车对于传送带、搅拌机、挤压成形机等摩擦负载，吊车或升降机等重力负载，无论其速度变化与否，负载所或升降机等重力负载，无论其速度变化与否，负载所需要的转矩大体上是一个定值，称此类负载为恒转矩需要的转矩大体上是一个定值，称此类负载为恒转矩负载。负载。例如，吊车所吊起的重物，无论升降速度大小，其重量例如，吊车所吊起的重物，无论升降速度大小，其重量在地球引力的作用下而产生的重力是永远不变的，即在地球引力的作用下而产生的重力是永远不变的，即为恒转矩负载。电动机的功率可以表达为为恒转矩负载。电动机的功率可以
3、表达为P=Tn/9550其中其中T为转矩，为转矩，n为转速，转速和转矩之积为功率，那为转速，转速和转矩之积为功率，那么恒转矩特性负载消耗的能量与转速成正比。么恒转矩特性负载消耗的能量与转速成正比。2. 平方降转矩负载平方降转矩负载风扇、风机、泵等流体机械风扇、风机、泵等流体机械(风机水力机械风机水力机械)，在低速，在低速时由于流体的流速低，所以负载只需很小的转矩，而时由于流体的流速低，所以负载只需很小的转矩，而随着电动机转速的增加流速加快，所需转矩越来越大，随着电动机转速的增加流速加快，所需转矩越来越大，转矩大小以转速的平方成比例增减，这样的负载特性转矩大小以转速的平方成比例增减，这样的负载特
4、性称之为平方降转矩负载。在这种场合，因为负载所消称之为平方降转矩负载。在这种场合，因为负载所消耗的能量正比于转速的三次方，所以通过变频器控制耗的能量正比于转速的三次方，所以通过变频器控制流体机械的转速可以得到显著的节能效果。流体机械的转速可以得到显著的节能效果。 3. 恒功率负载恒功率负载机床的主轴驱动，造纸机、塑料胶片生产机械的中央机床的主轴驱动，造纸机、塑料胶片生产机械的中央传动部分，卷扬机等输出功率为恒值，与转速无关，传动部分，卷扬机等输出功率为恒值，与转速无关，这样的负载特性称之为恒功率负载。这样的负载特性称之为恒功率负载。例如，卷纸机要求以一定的速度和相同的张力卷取纸例如，卷纸机要求
5、以一定的速度和相同的张力卷取纸张。在卷取初期由于纸卷的直径较小，所以为保持恒张。在卷取初期由于纸卷的直径较小，所以为保持恒速纸卷必须以较高速度旋转，转矩较小；但随着纸卷速纸卷必须以较高速度旋转，转矩较小；但随着纸卷直径的逐渐变大，纸卷的转速也应随之变低，转矩则直径的逐渐变大，纸卷的转速也应随之变低，转矩则必须相应增大。必须相应增大。4. 电动机的转矩特性电动机的转矩特性 普通异步电动机在普通异步电动机在Vf控制方式变频器驱动下，控制方式变频器驱动下，由于变频器的输出电压不能高于电网电源电压，电动由于变频器的输出电压不能高于电网电源电压，电动机在机在50Hz以上运转时，以上运转时，Vf比值减小并
6、造成输出转矩比值减小并造成输出转矩变小。变小。 当变频器的输出频率低于当变频器的输出频率低于50Hz(或或60Hz)时，可以时，可以按原来的恒转矩特性考虑，但由于转速的降低将导致按原来的恒转矩特性考虑，但由于转速的降低将导致电机冷却能力的下降，所以可允许的连续运转转矩也电机冷却能力的下降，所以可允许的连续运转转矩也将下降。但转速较低时，电动机冷却能力下降，而且将下降。但转速较低时，电动机冷却能力下降，而且电动机定子线圈的阻抗压降的相对影响增大，使得连电动机定子线圈的阻抗压降的相对影响增大，使得连续运转转矩大幅度下降。此时，运转频率越低变频器续运转转矩大幅度下降。此时，运转频率越低变频器输出电压
7、越低，电动机内部压降的影响越大，转矩急输出电压越低，电动机内部压降的影响越大，转矩急剧减小。剧减小。三、三、变频变频器器驱动驱动不同不同负载时负载时需要注意的需要注意的问题问题1. 驱动恒转矩负载驱动恒转矩负载采用变频器驱动普通异步电动机的场合，由于高次谐采用变频器驱动普通异步电动机的场合，由于高次谐波的原因，电机的波的原因，电机的温升温升要有些要有些增大增大，此外低速时风扇，此外低速时风扇的的冷却冷却效果效果变差变差，在选择电机时，根据频率的不同，在选择电机时，根据频率的不同，转矩要作相应的折扣，因此电动机容量要适当增大。转矩要作相应的折扣，因此电动机容量要适当增大。由于是恒转矩负载，即使转
8、速变化，电动机的电流也由于是恒转矩负载，即使转速变化，电动机的电流也基本不变，若电机构造为全封闭外扇型，则低速运转基本不变，若电机构造为全封闭外扇型，则低速运转时电机的冷却能力下降，会发生过热现象，为此要注时电机的冷却能力下降，会发生过热现象，为此要注意：意：(1)考虑为恒转矩负载选用变频器专用电机；考虑为恒转矩负载选用变频器专用电机；(2)加装专用冷却风扇；加装专用冷却风扇；(3)增大一档电机容量，降低负载率。增大一档电机容量，降低负载率。 2. 驱动平方降转矩负载驱动平方降转矩负载平方降转矩负载随着转速的降低，转矩以平方的比例平方降转矩负载随着转速的降低，转矩以平方的比例下降，所以低频时的
9、负载电流很小，即使选用普通异下降，所以低频时的负载电流很小，即使选用普通异步电动机也不会发生过热现象，因此一般的风机水力步电动机也不会发生过热现象，因此一般的风机水力机械很适合由机械很适合由Vf控制的变频器进行驱动。控制的变频器进行驱动。一般的一般的Vf控制变频器都预先设置了平方降转矩负载控制变频器都预先设置了平方降转矩负载用的用的Vf特性。特性。由于机械种类不同飞轮转矩有很大不同，如负载的由于机械种类不同飞轮转矩有很大不同，如负载的GD2很大，必须设定很长的加速时间。很大，必须设定很长的加速时间。当电动机以超过基频转速以上的速度运转时，负载所当电动机以超过基频转速以上的速度运转时，负载所需功
10、率随转速的提高而急剧增加，极易超出电机和变需功率随转速的提高而急剧增加，极易超出电机和变频器的容量，所以应避免这类负载超过工频运行。频器的容量，所以应避免这类负载超过工频运行。 3. 驱动恒功率负载驱动恒功率负载在在基频转速以上基频转速以上，采用普通异步电动机和通用，采用普通异步电动机和通用 变频变频器，能满足象机床主轴那样器，能满足象机床主轴那样高速时转矩变小高速时转矩变小的特性。的特性。在基频转速以下的范围内，由于变频器采用在基频转速以下的范围内，由于变频器采用Vf恒值恒值控制，电机的输出功率与转速成正比，电机产生的转控制，电机的输出功率与转速成正比，电机产生的转矩与负载所需转矩相反。电动
11、机产生的转矩为矩与负载所需转矩相反。电动机产生的转矩为(磁通磁通)(转子电流转子电流)，所以，在驱动恒功率负载时，为了确，所以，在驱动恒功率负载时，为了确保保低速高转矩低速高转矩，需要加大磁通量和电机转，需要加大磁通量和电机转 子电流子电流(当当然也要加大电机的定子电流然也要加大电机的定子电流)，这就必须大大，这就必须大大增加电机增加电机和变频器的容量和变频器的容量。 4.2 异步电动机的选择异步电动机的选择电动机的选择，应根据生产机械的情况恰当地选择其电动机的选择，应根据生产机械的情况恰当地选择其容量容量，还应根据用途和使用环境选择适当的，还应根据用途和使用环境选择适当的结构形式、结构形式、
12、通风方式和防护等级通风方式和防护等级等。等。 通用的标准电动机，用于变频调速时，由于变频器通用的标准电动机，用于变频调速时，由于变频器的性能和电动机自身运行工况的改变等原因，确定电的性能和电动机自身运行工况的改变等原因，确定电动机的容量时还必须考虑一些恒速运行时从未考虑过动机的容量时还必须考虑一些恒速运行时从未考虑过的一些新问题。的一些新问题。为生产机械选择合适的电动机，包括确定电动机的额为生产机械选择合适的电动机，包括确定电动机的额定电压、额定转速、结构型式和额定容量等定电压、额定转速、结构型式和额定容量等 一一. 异步电动机类型与容量的选择异步电动机类型与容量的选择1. 类型的选择类型的选
13、择电动机形式的选择除了根据使用状况和被传动机械的电动机形式的选择除了根据使用状况和被传动机械的要求合理选择结构形式、安装方式以及与传动机械的要求合理选择结构形式、安装方式以及与传动机械的连接方式（直接连接、齿轮箱、带轮、链条传动）外，连接方式（直接连接、齿轮箱、带轮、链条传动）外，还应根据温升情况和使用环境选择合适的通风方式和还应根据温升情况和使用环境选择合适的通风方式和防护等级等。防护等级等。防护方式：开启式、防护式、封闭式和防爆式几种。防护方式：开启式、防护式、封闭式和防爆式几种。电机的防护等级见国家标准。电机的防护等级见国家标准。电机外壳防护分级电机外壳防护分级GB4942.1-1985
14、 2. 电动机容量的选择电动机容量的选择电动机的容量必须与生产机械的负载大小相匹配，同电动机的容量必须与生产机械的负载大小相匹配，同时要考虑生产机械的工作性质与其持续、间断的规律时要考虑生产机械的工作性质与其持续、间断的规律相适应。相适应。选小了，不能保证生产机械的正常工作，对电动机来选小了，不能保证生产机械的正常工作，对电动机来说，将使它的各部分过载、过热，温度上升超过允许说，将使它的各部分过载、过热，温度上升超过允许的限度而过早损坏。的限度而过早损坏。选大了，则增加设备的投资费用，电动机容量不能充选大了，则增加设备的投资费用，电动机容量不能充分利用，而且使效率和功率因数降低。分利用，而且使
15、效率和功率因数降低。 2. 电动机容量的选择电动机容量的选择容量选择步骤容量选择步骤：第一步：计算负载功率第一步：计算负载功率 P L ；第二步：根据第一步结果，预选电动机额定功率；第二步：根据第一步结果，预选电动机额定功率； 第三步：校核预选电动机。一般先校核发热温升，再第三步：校核预选电动机。一般先校核发热温升，再校核过载能力，必要时校核起动能力。校核过载能力，必要时校核起动能力。 校核过载能力是指：电动机最大转矩校核过载能力是指：电动机最大转矩 T m 是否比负载是否比负载可能出现的最大转矩大，而且需考虑到电网可能出现可能出现的最大转矩大，而且需考虑到电网可能出现电压向下波动，按向下波动
16、电压向下波动，按向下波动 10 计算。计算。 校核起动能力主要指电动机是否能可靠起动。校核起动能力主要指电动机是否能可靠起动。 校核校核发热经常是最重要的。发热经常是最重要的。 二二. 负载功率的计算负载功率的计算1. 重力负载重力负载 起重机、提升机等负载作垂直移动的设起重机、提升机等负载作垂直移动的设备所需的功率：备所需的功率：式中式中 P电动机功率（电动机功率（kW）；）； W额定载荷重力、吊钩重力和钢绳重力之额定载荷重力、吊钩重力和钢绳重力之和（和（N）；）； 提升速度（提升速度（ms）；）； 机械效率。机械效率。2. 摩擦负载摩擦负载 起重机的平移机构、轨道上移动的水起重机的平移机构
17、、轨道上移动的水平台车等搬送机械，功率计算中需要考虑摩擦系数平台车等搬送机械，功率计算中需要考虑摩擦系数：式中式中 P电动机功率（电动机功率（kW）；）； W负载重力（负载重力（N）；）； 负载移动速度（负载移动速度（ms）；）； 摩擦系数；摩擦系数； 机械效率。机械效率。 3. 离心泵负载离心泵负载 所需的驱动功率，即电动机功率为所需的驱动功率，即电动机功率为式中式中 P电动机功率（电动机功率（kW）；）； 流体密度（流体密度（kgm3）；）；Q泵的流量（泵的流量（m3s）；）；H水头（水头（m）；）；H主管损失水头（主管损失水头（m）；）； 泵的效率，一般取泵的效率，一般取0.60.84；
18、 c传动效率，如果与电动机直接连接则传动效率，如果与电动机直接连接则c=1；k裕量系数，常取裕量系数，常取 1.051.7，功率越小，该数应取得越大。，功率越小，该数应取得越大。4离心式风机离心式风机 功率计算式为功率计算式为式中式中 P电动机功率（电动机功率（kW）；）；Q送风量（送风量（m3s）；）； H空气压力（空气压力（Pa）；）； 风机效率风机效率 0.40.75； c传动效率，直接传动时了传动效率，直接传动时了c=1； k裕量系数，容量为裕量系数，容量为 5kW以上以上k取取 1.151.10; 5kW以以下取下取1.251.2。5 5离心式压缩机离心式压缩机 功率计算式为功率计算
19、式为式中式中 P P电动机功率（电动机功率（kWkW）；）； Q Q压缩机生产率压缩机生产率 （m3m3s s）；）； AdAd压缩压缩1m31m3空气至绝对压力空气至绝对压力 plpl的等温功（的等温功（N Nm m）；）； ArAr压缩压缩1m31m3空气至绝对压力空气至绝对压力plpl的绝热功（的绝热功（N Nm m）；）； 压缩机总效率，约压缩机总效率，约0.620.620.80.8。三三.选用异步电动机时的注意事项选用异步电动机时的注意事项1谐波的影响谐波的影响 采用通用采用通用PWM变频器对笼型异步电动机供电时，变频器对笼型异步电动机供电时，定子电流中不可避免地含有高次谐波，电动机
20、的功率定子电流中不可避免地含有高次谐波，电动机的功率因数和效率都会变差。因数和效率都会变差。2散热能力的影响散热能力的影响 通用的标准箱型异步电动机的散热能力，是按额通用的标准箱型异步电动机的散热能力，是按额定转速下且冷却风扇是装在电动机轴上的（即自扇式）定转速下且冷却风扇是装在电动机轴上的（即自扇式）冷却风量考虑的。当调速运行时，速度降低的情况下冷却风量考虑的。当调速运行时，速度降低的情况下冷却风量将变小，散热能力变差。冷却风量将变小，散热能力变差。 4.3 变频器的选择变频器的选择 通用变频器的选择包括通用变频器的选择包括类型选择和容量类型选择和容量选择选择两个方面。应按照两个方面。应按照
21、机械设备的类型、负载转矩特性、机械设备的类型、负载转矩特性、调速范围、静态速度精度、启动转矩和使用环境调速范围、静态速度精度、启动转矩和使用环境的的要求，决定选用何种控制方式和防护结构的变频器要求，决定选用何种控制方式和防护结构的变频器最合适。最合适。一、变频器控制方式的选择一、变频器控制方式的选择下表综述了各种变频器控制方式的性能特点。下表综述了各种变频器控制方式的性能特点。变频器控制方式的性能特点变频器控制方式的性能特点控制方式控制方式U/FU/F控制控制矢量控制矢量控制直接直接转转矩控制矩控制比比较项较项目目开开环环闭环闭环无速度无速度传传感器感器带带速度速度传传感器感器速度控制速度控制
22、范范围围11：404011：60601 1：1001001 1：100010001 1：100100启启动转动转矩矩3H3HZ Z时时1501503H3HZ Z时时1501501H1HZ Z时时1501500H0HZ Z时时1501500H0HZ Z时时150150静静态态速度速度精度精度（2 23 3）（0.20.30.20.3）0.20.20.020.02（0.10.10.50.5）反反馈馈装置装置无无速度速度传传感器感器无无速度速度传传感器感器无无零速度运零速度运行行不可不可不可不可不可不可可可可可控制响控制响应应速度速度慢慢慢慢较较快快快快快快变频器控制方式的性能特点变频器控制方式的性
23、能特点特特点点优优点点结结构构简单简单、调调节节容易、可用容易、可用于通用于通用笼笼型异型异步步电动电动机机结结构构简单简单、调调速精度高、可速精度高、可用于通用用于通用笼笼型型异步异步电动电动机机不需要速度不需要速度传传感器、力矩的感器、力矩的响响应应好、速度好、速度控制范控制范围围广、广、结结构构较简单较简单力矩的控制性力矩的控制性能良好、力矩能良好、力矩的响的响应应好、好、调调速精度高、速速精度高、速度控制范度控制范围围广广不需要速度不需要速度传传感器、力感器、力矩的响矩的响应应好、好、速度控制范速度控制范围围广、广、结结构构较简较简单单缺点缺点低速力矩低速力矩难难保保证证，不能，不能进
24、进行行力矩控制，力矩控制，调调速范速范围围小小低速力矩低速力矩难难保保证证，不能力矩，不能力矩控制，控制，调调速范速范围围小，要增加小，要增加速度速度传传感器感器需需设设定定电动电动机机的参数，需要的参数，需要有自有自动测试动测试功功能能需需设设定定电动电动机机的参数，需要的参数，需要有自有自动测试动测试功功能，需有高精能，需有高精度速度度速度传传感器感器需需设设定定电动电动机机的参数，需要的参数，需要有自有自动测试动测试功功能能主要主要应应用用场场合合一般的一般的风风机、机、泵类节泵类节能能调调速速或一台或一台变频变频器器带带多台多台电动电动机机场场合合用于保持用于保持压压力、力、温度、流量
25、、温度、流量、pHpH定定值值等等过过程程控制控制场场合合一般工一般工业设备业设备、大多数大多数调调速速场场合合要求精确控制要求精确控制力矩和速度的力矩和速度的高高动态动态性能性能应应用用场场合合要求精确控制要求精确控制力矩和速度的力矩和速度的高高动态动态性能性能应应用用场场合，如起合，如起重机、重机、电电梯、梯、轧轧机等机等二、变频器防护结构的选择二、变频器防护结构的选择 变频器的防护结构要与其安装环境相适应，这就要变频器的防护结构要与其安装环境相适应，这就要考虑环境温度、湿度、粉尘、酸碱度、腐蚀性气体等因考虑环境温度、湿度、粉尘、酸碱度、腐蚀性气体等因素，这与变频器能否长期、安全、可靠运行
26、关系重大。素，这与变频器能否长期、安全、可靠运行关系重大。开放型开放型封闭式封闭式密封式密封式密闭式密闭式思考题：思考题：（1）变频器的选用原则是什么？）变频器的选用原则是什么？（2）采用矢量控制后，在）采用矢量控制后，在0HZ时也能产生时也能产生转矩吗？转矩吗？（3）哪些情况下不能使用矢量控制方式？）哪些情况下不能使用矢量控制方式？三、变频器容量的选择三、变频器容量的选择变频器的输出指标有：变频器的输出指标有：额定输出电流：额定输出电流：逆变器中半导体开关器件所能承受的电流耐量，逆变器中半导体开关器件所能承受的电流耐量，以连续运行总电流不超过变频器额定电流。以连续运行总电流不超过变频器额定电
27、流。可用电动机的功率：可用电动机的功率：以电动机的额定功率（以电动机的额定功率（kW）表示。为原）表示。为原有电动机选配变频器时，不可仅看有电动机选配变频器时，不可仅看kW值是否一致。选用时主值是否一致。选用时主要应考察额定电流。要应考察额定电流。额定容量：额定容量：是指额定输出电流与电压下的三相视在功率。是指额定输出电流与电压下的三相视在功率。变频器的输出电压变频器的输出电压: 通常等于电动机的工频额定电压。通常等于电动机的工频额定电压。瞬时过载能力瞬时过载能力: 电流瞬时过载能力常设计成电流瞬时过载能力常设计成150额定电流、额定电流、lmin或或120额定电流、额定电流、lmin。与标准
28、异步电动机相比较，变。与标准异步电动机相比较，变频器的过载能力较小，允许过载时间亦很短。频器的过载能力较小，允许过载时间亦很短。 1 连续恒载运转时所需的变频器容量（连续恒载运转时所需的变频器容量（kVA）的计算）的计算式：式：k电流波形修正系数，电流波形修正系数，PWM方式时取方式时取1.051.12 一台变频器传动多台电动机并联运行，变频器容量一台变频器传动多台电动机并联运行，变频器容量的计算：的计算：当变频器短时过载能力为当变频器短时过载能力为150、lmin时，电动机加时，电动机加速时间在速时间在lmin以内：以内：nT并联电动机的台数并联电动机的台数ns同时起动的电动机台数同时起动的
29、电动机台数Ks电动机起动电流与电动机额定电流的比值电动机起动电流与电动机额定电流的比值当电动机加速时间在当电动机加速时间在lmin以上时：以上时：3 大惯性负载起动时变频器容量的计算大惯性负载起动时变频器容量的计算不同的产品有不同的订货号，通过定货号可以了解变不同的产品有不同的订货号，通过定货号可以了解变频器的基本信息：频器的基本信息： 选型示例：选型示例：恒压供水系统，电机30kW，380V，57A恒压供水系统，负载类型为变转矩负载，可选用恒压供水系统，负载类型为变转矩负载，可选用MM430，30kW，380V480V，额定输出电流，额定输出电流62A；MM430具有具有PID控制器、多泵切
30、换、节能模式等功能可控制器、多泵切换、节能模式等功能可方便地实现恒压供水等系统的应用；方便地实现恒压供水等系统的应用；无内置滤波器：无内置滤波器：6SE64302UD330DA0带带A级内置滤波器：级内置滤波器：6SE64302AD330DA0皮带传送系统，电机7.5kW，380V，14.3A皮带传送系统为恒转矩负载，根据功率大小可选用皮带传送系统为恒转矩负载，根据功率大小可选用MM420 及及MM440；MM420/MM440，7.5kW，380V480V，额定输出电流，额定输出电流18.4A/19A；MM420无内置滤波器：无内置滤波器：6SE64202UD275CA1MM440无内置滤波
31、器：无内置滤波器：6SE64402UD275CA1提升机，电机提升机，电机37kW，380V，68A，2.5倍过载提升机在下降时，由于电机运行在发电状态下，将有能量提升机在下降时，由于电机运行在发电状态下，将有能量回馈至变频器，须加装制动电阻，故应选用回馈至变频器，须加装制动电阻，故应选用MM440；（若；（若所选变频器功率大于所选变频器功率大于90kW，还需另外增加制动单元），还需另外增加制动单元）首先计算变频器电流，首先计算变频器电流， 因因MM440最大过载能力为最大过载能力为2倍，故倍，故变频器额定电流应大于：变频器额定电流应大于：68X2.5/2=85A，37kW MM440额定输出
32、电流为额定输出电流为75A，故应故应放大一档，即选用放大一档，即选用45kW MM440，380V480V，90A，这这样就可以满足电机过载要求；制动电阻需根据制动功率及样就可以满足电机过载要求；制动电阻需根据制动功率及制动周期选择；制动周期选择； MM440无内置滤波器：无内置滤波器：6SE64402UD345FA1MM440带内置滤波器：带内置滤波器：6SE64402AD345FA14.4 变频器外围设备及其选择变频器外围设备及其选择 变频器的运行离不开某些外围设备。选用外围设变频器的运行离不开某些外围设备。选用外围设备的目的是：备的目的是：提高变频器的某种性能。提高变频器的某种性能。变频
33、器和电动机的保护。变频器和电动机的保护。减小变频器对其他设备的影响等。减小变频器对其他设备的影响等。变频器的外围设备如下图所示变频器的外围设备如下图所示:图图4-50 4-50 变频变频器周器周边设备边设备1-1-变压变压器；器；2-2-线线路用断路器；路用断路器；3-3-电电磁接触器；磁接触器；4-4-无无线电线电噪声噪声滤滤波波嚣嚣；5-5-输输入入电电抗器；抗器；6-6-输输出出电电抗器；抗器；7-7-电电网网电电源切源切换电换电路路1. 电源变压器电源变压器功能：功能：将电网电压转换为变频器所需的电压将电网电压转换为变频器所需的电压一般说来，变压器的容量可以选为变频器容量的一般说来，变
34、压器的容量可以选为变频器容量的1.51.5倍左右。在进行变压器容量的具体计算时可以参考下倍左右。在进行变压器容量的具体计算时可以参考下式：式：变频器输出功率变频器输出功率( (被驱动电机的总容量被驱动电机的总容量) )，kWkW；变频器的输入功率因数变频器的输入功率因数( (无输入电抗器时为无输入电抗器时为0.6-0.850.6-0.85，有输入电抗器时为，有输入电抗器时为0.8-0. 85)0.8-0. 85)；变频器效率变频器效率( (约为约为0 .950 .95，PWMPWM控制变频器的场合控制变频器的场合) )。2. 线路用断路器和接触器线路用断路器和接触器（1）断路器）断路器作用作用
35、：空气断路器的作用有以下两个方面：空气断路器的作用有以下两个方面：（1 1）隔离作用，变频器长期不用或维修时，切断电源；）隔离作用，变频器长期不用或维修时，切断电源；（2 2）过流保护作用，当出现过载和短路等故障时将变频）过流保护作用，当出现过载和短路等故障时将变频器电源切断，以防止事故进一步扩大。器电源切断，以防止事故进一步扩大。在正常情况下，因为变频器本身在不断地对输出电流进行检测，并在正常情况下，因为变频器本身在不断地对输出电流进行检测，并在出现因过载或短路等原因造成的大电流时启动其保护功能，停在出现因过载或短路等原因造成的大电流时启动其保护功能，停止变频器的输出，切断电源和负载的联系，
36、所以并不需要专门设止变频器的输出，切断电源和负载的联系，所以并不需要专门设置线路用断路器。置线路用断路器。当变频器内部发生故障时，变频器本身有时将不能自行切断输出电当变频器内部发生故障时，变频器本身有时将不能自行切断输出电流，而必须由接在线路上的线路断路器来切断变频器与电源的联流，而必须由接在线路上的线路断路器来切断变频器与电源的联系，以达到防止事故进一步扩大的目的。系，以达到防止事故进一步扩大的目的。选择：选择：线路断路器需要考虑三个方面的因素：额定电流、动作线路断路器需要考虑三个方面的因素：额定电流、动作特性、额定断路电流。特性、额定断路电流。断路器的额定电流大于变频器的额定电流是选择断路
37、器的基本断路器的额定电流大于变频器的额定电流是选择断路器的基本条件。在进行具体的容量选择时，可以参考下式进行计算。条件。在进行具体的容量选择时，可以参考下式进行计算。式中式中 P变频器的额定输出功率；变频器的额定输出功率； 线路断路器的额定电流，线路断路器的额定电流，A； V 额定电压，额定电压，V； 变频器的输入功率因数变频器的输入功率因数(无输入电抗器时约为无输入电抗器时约为0.6-0.85，有输入电抗器时约为，有输入电抗器时约为0.8-0.85)； 变频器效率变频器效率(约为约为0.95)。一般按一般按（1.31.4）IN（电动机额定电流）（电动机额定电流）（2）电磁接触器电磁接触器电磁
38、接触器是一种用来自动接通或断开大电流电路的电电磁接触器是一种用来自动接通或断开大电流电路的电器。它可以频繁地接通或分断交、直流电路，并可以实器。它可以频繁地接通或分断交、直流电路，并可以实现远距离控制。现远距离控制。(1)输入接触器（输入接触器（1KM)功能：功能：可以通过按钮方便地控制变频器的通电与断电；可以通过按钮方便地控制变频器的通电与断电；当变频器发生故障时，可自动切断电源。当变频器发生故障时，可自动切断电源。选择：选择：由于电磁接触器自身无保护功能，不存在误动作由于电磁接触器自身无保护功能，不存在误动作的问题。故选择的原则是，主触点的额定电流只需不小的问题。故选择的原则是，主触点的额
39、定电流只需不小于变频器的额定电流即可，即：于变频器的额定电流即可，即：(2)输出接触器输出接触器(2KM)功能：功能：当变频器用于工频当变频器用于工频-变频切换时，变频器输出端接输出侧变频切换时，变频器输出端接输出侧交流接触器实现切换。交流接触器实现切换。选择：选择：由于变频器的输出电流中含有较强的谐波成分，其有效由于变频器的输出电流中含有较强的谐波成分，其有效值略大于工频时的有效值，故主触点的额定电流的选择值略大于工频时的有效值，故主触点的额定电流的选择应满足：应满足：(3)工频接触器工频接触器(3KM)功能：功能：(1)用于工频用于工频-变频切换，以工频运行时起节能作用；变频切换，以工频运
40、行时起节能作用；(2)变频器发生故障时的备用手段。变频器发生故障时的备用手段。选择：选择：工频接触器的选择应考虑到电动机在工频下的启动情况，工频接触器的选择应考虑到电动机在工频下的启动情况，其触点电流通常可按电动机额定电流再加大一档选择。其触点电流通常可按电动机额定电流再加大一档选择。3.电抗器、滤波器电抗器、滤波器变频器输出电压和电流不是标准的正弦波，包含较强的变频器输出电压和电流不是标准的正弦波，包含较强的高次谐波，将对同一电网上的其他用电设备产生很强的高次谐波，将对同一电网上的其他用电设备产生很强的干扰，甚至造成其不能使用。同时其他设备启动或工作干扰，甚至造成其不能使用。同时其他设备启动
41、或工作时会对电网造成冲击，或电网自身出现的电压波动、浪时会对电网造成冲击，或电网自身出现的电压波动、浪涌也会对变频器产生干扰，影响其正常工作，甚至造成涌也会对变频器产生干扰，影响其正常工作，甚至造成其损坏。其损坏。为了减小变频器对其他设备和电网的干扰，同时防止电为了减小变频器对其他设备和电网的干扰，同时防止电网和其他设备对变频器的干扰，在变频器的输入、输出网和其他设备对变频器的干扰，在变频器的输入、输出端配置电抗器和滤波器等抗干扰设备。端配置电抗器和滤波器等抗干扰设备。(1).交流电抗器交流电抗器交流电抗器实际上是一个带铁心的三相电感器。交流电抗器实际上是一个带铁心的三相电感器。功能：功能：(
42、a) 输入电抗器输入电抗器抑制抑制谐谐波波电电流，提高流，提高变频变频器的器的电电能利用效率（可将功率因能利用效率（可将功率因数提高至数提高至0.85以上）；以上）；由于由于电电抗器抗器对对突突变电变电流有一定的阻碍作用，故在接通流有一定的阻碍作用，故在接通变频变频器瞬器瞬间间，可降低浪涌，可降低浪涌电电流大小，减小流大小，减小对变频对变频器的冲器的冲击击；可减小三相可减小三相电电源不平衡的影响。源不平衡的影响。选择：选择：在选择电抗器的容量时，一般可以根据下式进行计算。在选择电抗器的容量时，一般可以根据下式进行计算。 式中：式中：V交流输入额定相电压，交流输入额定相电压，V I电抗器额定电流
43、，电抗器额定电流，A； f最大频率，最大频率，Hz。输入交流电抗器不是变频器必用的外部设备，可根据实际情况考输入交流电抗器不是变频器必用的外部设备，可根据实际情况考虑使用。虑使用。变频器和电源不匹配，会使变频器变频器和电源不匹配，会使变频器输入电流的峰值显著增加输入电流的峰值显著增加并对并对变频器内部电路产生不良影响，下面情况应设置输入电抗器。变频器内部电路产生不良影响，下面情况应设置输入电抗器。(1)电源容量电源容量500kVA以上，并且为变频器的容量的以上，并且为变频器的容量的10倍以上时。倍以上时。(2)和采用了晶闸管换流的设备接在同一变压器上时。和采用了晶闸管换流的设备接在同一变压器上
44、时。(3)和弧焊设备等畸变波发生源接在同一电源系统上时。和弧焊设备等畸变波发生源接在同一电源系统上时。(4)存在大的电压畸变时存在大的电压畸变时(例如，当电路中接有改善功率因数用的例如，当电路中接有改善功率因数用的电容器时，将变频器接入电源时电容的充电电流将引起电压畸变，电容器时，将变频器接入电源时电容的充电电流将引起电压畸变，而这种电压畸变将有可能使运行状态中的变频器出现过电流现象而这种电压畸变将有可能使运行状态中的变频器出现过电流现象并烧坏主电路二极管并烧坏主电路二极管)。(5)电源电压不平衡时。电源电压不平衡时。(b) 输出电抗器输出电抗器当变频器和电动机之间的接线较长时，随着变频器输出
45、长当变频器和电动机之间的接线较长时，随着变频器输出长度的增加，其分布电容明显增大，从而造成变频器逆变输度的增加，其分布电容明显增大，从而造成变频器逆变输出的容性尖峰电流过大而引起变频器保护动作。出的容性尖峰电流过大而引起变频器保护动作。输出电抗器串联在变频器输出端和电动机之间，用于限制输出电抗器串联在变频器输出端和电动机之间，用于限制电动机连接电缆的容性充电电流和电动机绕组的电压上升电动机连接电缆的容性充电电流和电动机绕组的电压上升率，减小变频器功率器件动作时产生的干扰和冲击。在变率，减小变频器功率器件动作时产生的干扰和冲击。在变频器与电动机之间的连接电缆超过频器与电动机之间的连接电缆超过50
46、米时，应配置输出电米时，应配置输出电抗器。抗器。(2) .直流电抗器直流电抗器 功能：功能：削弱削弱变频变频器开机瞬器开机瞬间电间电容充容充电电形成的浪涌形成的浪涌电电流；流；提高功率因数。提高功率因数。直流电抗器体积小，结构简单，可将功率因数提高到直流电抗器体积小，结构简单，可将功率因数提高到0.9以上，故不少变频器已将其直接装在变频器内。以上，故不少变频器已将其直接装在变频器内。如果将交流电抗器和直流电抗器同时配用的话，功率因数如果将交流电抗器和直流电抗器同时配用的话，功率因数可达可达0.95以上。以上。变频器的功率大于变频器的功率大于30kW是才考虑配置直流是才考虑配置直流 电抗器。电抗
47、器。(3).滤波器滤波器功能：功能：抑制由变频器带来的无线电电波干扰，即电波噪声抑制由变频器带来的无线电电波干扰，即电波噪声,也可以抑制外界无线电干扰以及瞬时冲击、浪涌对变频器也可以抑制外界无线电干扰以及瞬时冲击、浪涌对变频器的干扰。的干扰。4.制动电阻制动电阻当直流中间回路的电压上升到一定值时，制动三极管将会当直流中间回路的电压上升到一定值时，制动三极管将会导通，使直流电压通过制动电阻放电，将馈还给直流回路导通，使直流电压通过制动电阻放电，将馈还给直流回路的能量以热能的形式消耗掉。的能量以热能的形式消耗掉。(1）制动转矩计算）制动转矩计算 式中式中 电动机的电动机的 负载折算到电动机轴上的负
48、载折算到电动机轴上的 负载转矩负载转矩 n1减速开始速度减速开始速度r/min n2减速完毕速度减速完毕速度r/min tB减速时间减速时间s(2）制动电阻阻值计算）制动电阻阻值计算 式中式中 TMN电动机额定转矩电动机额定转矩 Ud直流回路电压直流回路电压V可按下式计算可按下式计算 粗略估算粗略估算 式中式中 IMN电动机额定电流电动机额定电流A(3）制动时平均消耗功率的计算：制动时平均消耗功率的计算：(4）电阻器额定功率的计算电阻器额定功率的计算 式中式中 m制动电阻允许功率增加系数，根据制动时间以及制动电阻允许功率增加系数，根据制动时间以及两次制动间隔时间选择大小。两次制动间隔时间选择大小。思考题：1.变频器主电路外围有哪些设备？变频器主电路外围有哪些设备？2.变频器系统中断路器的作用？变频器系统中断路器的作用？3.变频器系统中输入侧接触器的作用？变频器系统中输入侧接触器的作用？4.变频器系统中输入交流电抗器的作用？变频器系统中输入交流电抗器的作用？5.变频器系统中直流电抗器的作用？变频器系统中直流电抗器的作用？
