交流電機變頻調速器應用分析論文

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【論文關鍵詞】：容量選擇；傳動系統；最高頻率；傳動比；制動電阻

【論文摘要】：對變頻調速器在實踐應用中容量的正確選擇、傳動系統的優化設計以及外接制動電阻等方面的問題，總結了一些經驗。

隨著電力技術的迅速發展，交流電機變頻調速技術取得了突破性的進步，進入了普及應用階段。在我國，變頻調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.關于容量選擇

在變頻調速器的說明書中，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。

各種生產機械中，電動機的容量主是根據發熱原則來選定的。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，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，因屬于長期恒定負載，可直接按"配用電動機容量"來選擇。

2.傳動系統進行優化設計

交流異步電動機經變頻調速后，其有效轉矩和有效功率的范圍。配用變頻調速器時，必須根據生產機械的機械特性以及對調速范圍的要求等因素，對傳動系統進行優級化設計，優化設計的主要內容和大致方法如下：

2.1確定電動機的最高運行頻率

（1）鼓風機和泵類負載，這類負載的阻轉矩TL與轉速n的平方成正比TL=KTn2，輸出功率PL與轉速的在次方成正比PL=KPn3，（KT和KP為常數），由此可知，如轉速超過額定轉速，負載的轉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，其在調到fx時電磁轉矩Tx近乎和頻率調節比Kf的平方成反比，即T≈TN/Kf2（而TN為額定頻率fN時的轉矩）。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，為了獲得足夠的轉矩，常需進行轉矩補償。而轉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，一般均為直接驅動，不必考慮傳動比的問題。

（2）恒轉矩負載，首先，根據有效轉矩線以及所要求的頻率調節范圍，確定電機運行的最高頻率和最低頻率。

假設已經確定的電動機最高運行頻率為fmax最低運行頻率為fmin與此對應的轉矩相對值為tTL，則電動機的額定轉矩Tn=TL/qTL（TL負載轉矩）。如果原選電機并未留有余量的話，則配用變頻調速器后，電動機的容量應擴大1/tTL倍。傳動系統的傳動比入等于電動機在最高運行頻率下的轉速nDmax負載所需求的最高轉速nLmax之比。

（3）恒功率負載：和恒轉矩負載類似，首先根據有效功率線和頻率調節范圍，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轉速范圍之間的關系為。可見，在轉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。

負載的機械特性，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。全部轉速都在額定頻率以下調節時的有效轉矩線，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，是很不經濟的。

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=KPTN1/2nLmax1/2αnPL。可見，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PN1/2PL。可見，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，應注意將變頻調速器內部的制動電阻切除，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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