变频器的正确选型
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发布时间：2022-05-13 09:04
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时间：2024-02-22 17:43
1.变频器及被控制的电机
(1)电机的极数。一般电机极数以不多于4极为宜,否则变频器容量就要适当加大。
(2)转矩特性、临界转矩、加速转矩。在同等电机功率情况下,相对于高过载转矩模式,变频器规格可以降格选龋。
(3)电磁兼容性。为减少主电源|稳压器干扰,在中间电路或变频器输入电路中增加电抗器,或安装前置隔离变压器。一般当电机与变频器距离超过50m时,应在它们中间串入电抗器、滤波器或采用屏蔽防护电缆。
2.变频器箱体结构的选用
变频器的箱体结构要与条件相适应,必须考虑温度、湿度、粉尘、酸碱度、腐蚀性气体等因素。有下列几种常见结构:
(1)敞开型IP00型。本身无机箱,可装在电控箱内或电气室内的屏、盘、架上,尤其适于多台变频器集中使用时选用,但环境条件要求较高。
(2)封闭型IP20型。适于一般用途,可有少量粉尘或少许温度、湿度的场合。
(3)密封型IP45型。适于工业现场条件较差的环境。
(4)密闭型IP65型。适于环境条件差,有水、灰尘及一定腐蚀性气体的场合。
3.变频器功率的选用
变频器负载率β与效率η的关系曲线见图1。由图1可见:当β=50%时,η=94%;当β=100%时,η=96%。虽然β增一倍,η变化仅2%,但对中大功率(几百千瓦至几千千瓦)电动机而言亦是可观的。系统效率等于变频器效率与电动机效率的乘积。从效率角度出发,在选用变频器功率时,要注意以下几点。
(1)变频器功率与电动机功率相当时为最合适,以利于变频器在高效率状态下运转。
(2)在变频器的功率分级与电动机功率分级不相同时,则变频器的功率要尽可能接近电动机的功率,并且应略大于电动机的功率。
(3)当电动机属频繁启动、制动工作或处于重载启动且较频繁时,可选取大一级的变频器,以利于变频器长期、安全地运行。
(4)经测试,电动机实际功率确实有富余,可以考虑选用功率小于电动机功率的变频器,但要注意瞬时峰值电流是否会造成过电流保护动作。
(5)当变频器与电动机功率不相同时,则必须相应调整节能程序的设置,以利于达到较高的节能效果。
4.变频器容量的确定
合理的容量选择本身就是一种节能降耗措施。根据现有资料和经验,比较简便的方法有三种。
(1)电机实际功率确定法。首先测定电机的实际功率,以此来选用变频器的容量。
(2)公式法。设安全系数取1.05,则变频器的容量pb为:
pb=1.05pm/hm×cosφ,kW
式中pm———电机负载,kW
hm———电机功率,kW
计算出pb后,按变频器产品目录选具体规格。
当一台变频器用于多台电机时,至少要考虑一台电动机启动电流的影响,以避免变频器过流跳闸。
③电机额定电流法。变频器容量选定过程,实际上是一个变频器与电机的最佳匹配过程,最常见、也较安全的是使变频器的容量大于或等于电机的额定功率,但实际匹配中要考虑电机的实际功率与额定功率相差多少,通常都是设备所选能力偏大,而实际需要的能力小,因此按电机的实际功率选择变频器是合理的,避免选用的变频器过大,使投资增大。对于轻负载类,变频器电流一般应按1.1In(In为电动机额定电流)来选择,或按厂家在产品中标明的与变频器的输出功率额定值相配套的最大电机功率来选择。
5.主电源
(1)电源电压及波动。应特别注意与变频器低电压保护整定值相适应(出厂时一般设定为0.8～0.9Un),因为在实际使用中,电网电压偏低的可能性较大。
(2)主电源频率波动和谐波干扰。这方面的干扰会增加变频器系统的热损耗,导致噪声增加,输出降低。
(3)变频器和电机在工作时,自身的功率消耗。在进行系统主电源供电设计时,两者的功率消耗因素都应考虑进去。
二、变频器应用中的抗干扰措施
变频器在应用中的干扰主要表现为:高次谐波、噪声与振动、负载匹配、发热等问题。这些干扰是不可避免的,因为变频器的输入部分为整流电路,输出部分为逆变电路,它们都是由起开关作用的非线性元件组成的,而在开断电路的过程中,都要产生高次谐波,从而使其输入电源和输出的电压波形和电流波形产生畸变。下面针对谐波问题进行分析并提出相应措施。
容量较小的变频器,高次谐波的影响较校但容量较大或数量较多时,就必须处理由高次谐波电流引起的高次谐波干扰,否则将影响到设备和检测元件,严重时可能使这些设备误动作。根据英国的ACE报告,各种对象对高次谐波的敏感程度如下:电动机在10%～20%以下无影响;仪器|仪表电压畸变10%,电流畸变10%,误差在1%以下;电子开关超过10%会产生误动作;计算机超过5%会出错。鉴于以上情况,在工业现场中,必须采取措施降低干扰,把干扰抑制在允许的范围内。
1.切断干扰传播途径
(1)干扰的传播常通过共用的接地线传播。将动力线的接地与控制线的接地分开是切断这一途径的根本方法,即将动力装置的接地端子接到地线上,将控制装置的接地端子接到该装置盘的金属外壳上。
(2)信号线靠近有干扰源的导线时,干扰会被诱导到信号线上,使信号受到干扰,布线分离对消除这种干扰行之有效。实际工程中需把高压电缆、动力电缆、控制电缆常常与仪表电缆、计算机电缆分开布线,分走不同的桥架。变频器的控制线也最好与其主回路线路以垂直的方式布线。
2.抑制高次谐波
(1)在变频器前侧安装线路电抗器,可抑制电源侧过电压,并降低变频器产生的电流畸变,避免使主电源受到严重干扰。
该方案价格便宜,但*谐波的效率有限,且电抗太大时会产生无法接受的电压降损失。
(2)在变频器前加装LC无源滤波器,滤掉高次谐波,通常滤掉5次和7次谐波,但该方法完全取决于电源和负载,灵活性。
(3)设置专用滤波器用来检测变频器和相位,并产生一个与谐波电流的幅值相同且相位正好相反的电流,通到变频器中,从而可以有效地吸收谐波电流。
(4)当设备的附近环境受到电磁干扰时,应装设抗射频干扰滤波器,可减少主电源的传导发射,且要采取措施屏蔽电机电缆。
(5)当电机电缆长度大于50m或80m(非屏蔽)时,为了防止电机启动时的瞬时过电压,减少电机对地的泄漏电流和噪声,保护电动机,在变频器与电机之间安装电抗器。
(6)增加变频器供电电源内阻抗。通常电源设备的内阻抗可以起到缓冲变频器直流滤波电容的无功功率的作用,内阻抗越大,谐波含量越小,这种内阻抗就是变压器的短路阻抗。因此选择变频器供电电源时,最好选择短路阻抗大的变压器。
(7)采用变压器多相运行。通用变频器为六脉波整流器,因此产生的谐波较大。如果采用变压器多相运行,使相位角互差30°,如Y-Δ、Δ-Δ组合的变压器构成12脉波的效果,可减小低次谐波电流,很好的抑制谐波。
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变频器选型：
变频器选型时要确定以下几点：
1) 采用变频的目的；恒压控制或恒流控制等。
2) 变频器的负载类型；如叶片泵或容积泵等，特别注意负载的性能曲线，性能曲线决定了应用时的方式方法。
3) 变频器与负载的匹配问题；
I.电压匹配；变频器的额定电压与负载的额定电压相符。
II. 电流匹配；普通的离心泵，变频器的额定电流与电机的额定电流相符。对于特殊的负载如深水泵等则需要参考电机性能参数，以最大电流确定变频器电流和过载能力。
III.转矩匹配；这种情况在恒转矩负载或有减速装置时有可能发生。
4) 在使用变频器驱动高速电机时，由于高速电机的电抗小，高次谐波增加导致输出电流值增大。因此用于高速电机的变频器的选型，其容量要稍大于普通电机的选型。
5) 变频器如果要长电缆运行时，此时要采取措施抑制长电缆对地耦合电容的影响，避免变频器出力不足，所以在这样情况下，变频器容量要放大一档或者在变频器的输出端安装输出电抗器。
6) 对于一些特殊的应用场合，如高温，高海拔，此时会引起变频器的降容，变频器容量要放大一挡。
变频器控制原理图设计：
1) 首先确认变频器的安装环境；
I.工作温度。变频器内部是大功率的电子元件，极易受到工作温度的影响，产品一般要求为 0～55℃，但为了保证工作安全、可靠，使用时应考虑留有余地，最好控制在40℃以下。在控制箱中，变频器一般应安装在箱体上部，并严格遵守产品说明书中的安装要求，绝对不允许把发热元件或易发热的元件紧靠变频器的底部安装。 II. 环境温度。温度太高且温度变化较大时，变频器内部易出现结露现象，其绝缘性能就会大大降低，甚至可能引发短路事故。必要时，必须在箱中增加干燥剂和加热器。在水处理间，一般水汽都比较重，如果温度变化大的话，这个问题会比较突出。 III.腐蚀性气体。使用环境如果腐蚀性气体浓度大，不仅会腐蚀元器件的引线、印刷电路板等，而且还会加速塑料器件的老化，降低绝缘性能。 IV. 振动和冲击。装有变频器的控制柜受到机械振动和冲击时，会引起电气接触不良。淮安热电就出现这样的问题。这时除了提高控制柜的机械强度、远离振动源和冲击源外，还应使用抗震橡皮垫固定控制柜外和内电磁开关之类产生振动的元器件。设备运行一段时间后，应对其进行检查和维护。 V. 电磁波干扰。变频器在工作中由于整流和变频，周围产生了很多的干扰电磁波，这些高频电磁波对附近的仪表、仪器有一定的干扰。因此，柜内仪表和电子系统，应该选用金属外壳，屏蔽变频器对仪表的干扰。所有的元器件均应可靠接地，除此之外，各电气元件、仪器及仪表之间的连线应选用屏蔽控制电缆，且屏蔽层应接地。如果处理不好电磁干扰，往往会使整个系统无法工作，导致控制单元失灵或损坏。
2) 变频器和电机的距离确定电缆和布线方法；
I.变频器和电机的距离应该尽量的短。这样减小了电缆的对地电容，减少干扰的发射源。 II. 控制电缆选用屏蔽电缆，动力电缆选用屏蔽电缆或者从变频器到电机全部用穿线管屏蔽。 III.电机电缆应独立于其它电缆走线，其最小距离为500mm。同时应避免电机电缆与其它电缆长距离平行走线，这样才能减少变频器输出电压快速变化而产生的电磁干扰。如果控制电缆和电源电缆交叉，应尽可能使它们按90度角交叉。与变频器有关的模拟量信号线与主回路线分开走线，即使在控制柜中也要如此。 IV. 与变频器有关的模拟信号线最好选用屏蔽双绞线，动力电缆选用屏蔽的三芯电缆（其规格要比普通电机的电缆大档）或遵从变频器的用户手册。
3) 变频器控制原理图 I.主回路：电抗器的作用是防止变频器产生的高次谐波通过电源的输入回路返回到电网从而影响其他的受电设备，需要根据变频器的容量大小来决定是否需要加电抗器；滤波器是安装在变频器的输出端，减少变频器输出的高次谐波，当变频器到电机的距离较远时，应该安装滤波器。虽然变频器本身有各种保护功能，但缺相保护却并不完美，断路器在主回路中起到过载，缺相等保护，选型时可按照变频器的容量进行选择。可以用变频器本身的过载保护代替热继电器。 II. 控制回路：具有工频变频的手动切换，以便在变频出现故障时可以手动切工频运行，因输出端不能加电压，固工频和变频要有互锁。
4) 变频器的接地变频器正确接地是提高系统稳定性，抑制噪声能力的重要手段。变频器的接地端子的接地电阻越小越好，接地导线的截面不小于4mm，长度不超过5m。变频器的接地应和动力设备的接地点分开，不能共地。信号线的屏蔽层一端接到变频器的接地端，另一端浮空。变频器与控制柜之间电气相通
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