变频器选择的总原则是保证变频器能够满足生产过程的要求,并能够节省资金。
变频器容量的选择应满足应用的电磁要求,满足额定电流的要求。满足短时超负荷运行的要求。
选择的变频器容量过大,则电流谐波分量增大,设备投资增加,经济性变差。选择的变频器容量过小,则电动机不能有效拖动负载,影响系统正常运转,但输出电磁转矩不造成设备损坏。
变频器容量选择的基本原则如下。
①匹配原则。变频器的选择应与负载匹配。表现如下。
a.功率匹配:变频器额定功率与负载额定功率相符;需注意,电动机的负载不同其功率要求也不同。例如,相同功率的电动机,因负载性质不同所需的变频器的容量也不相同。其中平方转矩负载(风机)所需的变频器容量较恒转矩负载所需的变频器容量要低。通常,变频器产品说明书直接给出适合驱动电动机的额定功率或其视在功率,因此,对风机、泵类等平方转矩负载,可按电动机功率选择相应变频器。
b.电压匹配:变频器额定电压与负载额定电压相符。
c.电流匹配:普通离心泵,选用变频器额定电流与电动机额定电流相符;特殊负载,例如,深水泵,需考虑电动机性能参数,以最大电流确定变频器电流和过载能力。
d.转矩匹配:在恒转矩负载时或有减速装置时要考虑。
②经济性原则。应进行技术分析和经济分析,选用满足应用要求并具有较高性能价格比的控制方案。
③具体情况具体分析原则。对不同应用情况应具体分析,并确定变频器容量。
a.按变频器产品说明书配用电动机容量的选择:下列情况可按变频器产品说明书配用电动机容量来选择变频器容量。
i.连续的不变负载。负载在运行过程中变化不大,其工作电流基本不变。
ii.电动机裕量较大。当选用的电动机有较大裕量时,负载变化时其工作电流不会超过变频器额定电流。例如,改造前风机电动机容量的裕量较大,可根据变频器产品说明书配用电动机容量选择变频器容量。
iii.电动机冲击电流不大,且时间很短。因此,冲击电流不会造成变频器过载。例如,过载150%时的时间小于1min等情况可根据变频器产品说明书配用电动机容量选择变频器容量。
b.选用变频器容量时需要根据说明书容量选高一挡或二挡:下列情况需要选高一挡或二挡。
i.变频器额定电流偏低。例如,所配用电动机极数不是4极,而是大于4极,或变频器额定电流小于电动机额定电流。
ii.电动机最大运行电流大于变频器额定电流,在最大运行电流状态下运行的时间较长,应考虑加大变频器容量。电动机可能有较长时间过载,对电动机来说,这种过载并不造成过载,但变频器有可能过载而损坏。通常,电动机负载的过载时间长(大于1min),应加大变频器容量。
iii.同功率变频器的额定电流小于电动机额定电流,应选用上一级的变频器。
iv.需要较短的加、减速时间。对于重载下启动和停止的负载,为快速启动或停止,需要较短加、减速时间,从而造成变频器过载。或电动机频繁点动操作,造成变频器过载。例如,对惯性大的负载,快速的加、减速,或运载机等频繁点动的场合,会造成瞬时电流升高,因此,需考虑加大变频器容量。
V.有冲击负载,例如,电动机经离合器与负载连接,当电动机旋转后,要带动离合器,然后才带动负载运转时,启动瞬间电动机的转速会下降,造成转差增大,电流增大,并使过电流保护动作。因此,应考虑加大变频器容量。
vi.长电缆连接时,要采用抑制长电缆对地耦合电容的影响,为避免变频器出力不足,应在选型时将变频器容量放大一个等级或在变频器输出加装输出电抗器。
vii变频器驱动高速电动机时,因电动机电抗小,高次谐波增加导致输出电流增大,因此,选用时变频器容量应稍大于普通电动机选型的容量。
viii.重载启动、高温环境、线绕式异步电动机、同步电动机等应用场合,应适当加大变频器容量。
ix.起重类负载,考虑其冲击负载特点,可选变频器容量有一定余量。大惯性负载,启动时有较大振荡,有能量回馈,应选用较大容量变频器来加快启动,消除回馈电能。
x.长期低速运转的负载,必须考虑电动机在低速运转的散热,新建工程项目可选用6极和8极的电动机,并设置变速装置,使电动机运行在较高转速,解决散热问题。
xi.特殊应用场合,例如高温、高海拔地区,为防止变频器的降容,也应选用大一个等级的变频器。
xii. 一些改造项目,原直流电动机调压调速装置的过载能力较强,而负载的过载又较频繁时,应考虑加大变频器容量,提高过载能力。
c.采用变频器额定功率作为变频器容量指标来选用变频器时,由于没有考虑电动机极数与电动机额定电流的影响,因此,根据变频器额定功率选用变频器时,可能使所选变频器不能满足电动机额定电流要求。表2-13是电动机与对应的变频器额定电流表。
表中,p是电动机的磁极对数,2p是磁极个数。根据所示数据可见:
当电动机容量为15kW时,表中所有变频器的额定电流都小于8极电动机的额定电流;
Emerson公司的TD3000系列变频器各挡的额定电流都小于8极电动机的额定电流,18. 5kW的额定电流甚至小于6极电动机的额定电流;
瓦萨公司的VACON-CX系列变频器,37.0kW及以上各挡的额定电流也小于8极电动机的额定电流。
上表说明,选用变频器容量时,不能盲目根据变频器产品说明书的配用电动机容量选择变频器。要核对电动机和变频器的额定电流,及根据负载特性进行估算后选用。
d.采用电动机额定电流作为变频器容量选用变频器时,由于没有考虑电动机容量选择时,通常有一定的余量,尤其是变频器改造项目,因电动机选用时的余量一般在40%~50%,因此,根据电动机的额定电流选用变频器容量时可能出现变频器余量过大的现象,使变频器在低负载下运行,造成资源浪费。
此外,电动机最大运行电流影响电动机的发热和温升,对短时超载,一般变频器有150%、1min的过载能力,因此,对负载波动较大的应用场合,选用变频器时应了解电动机的最大运行电流和超载时间,使变频器在最大运行电流时,仍不超过其额定电流,或超载时间小于1min时的过载电流小于150%额定电流等。
e.变频器与电动机的合适匹配指电动机的额定电流(或最大运行电流)应小于同等功率下变频器的额定电流。例如,从表可知,原有8极18. 5kW电动机,选用同功率变频器,因考虑负载波动较大,所以,选ABB公司的ACS800系列产品。对一般笼型异步电动机按下式确定:
变频器额定电流≥(1.1~1.2)×电动机最大工作电流
f.在下列情况下需要考虑减少变频器容量。
i.变频器改造工程项目,由于原设计电动机余量较大(40%~50%),例如,一些泵和风机,原设计时考虑的余量一般较大,而实际应用的转轴功率不高,可考虑选用比电动机额定功率小的变频器容量。
ii.负载不会发生过载,例如一台变频器控制多台水泵的应用场合,当负载过高或过低时,控制系统自动增加和减少其他水泵的投运,这时,可根据最高负载选用变频器容量,并可能出现小于泵电动机额定功率的情况。
iii.一些改造项目,用交流电动机替代直流电动机,当原设计的直流电动机是在低速长时间运行时,考虑到交流电动机采用内部风扇散热,因此,需加大电动机容量,减小变频器容量。
g.选用变频器容量减小时,要注意电动机启动电流和加速电流的冲击。为此,可考虑在变频器和电动机之间增设输出电抗器,对冲击电流、加速电流进行滤波平滑,降低冲击电流、加速电流的冲击影响;在满足生产过程加速和减速的前提下,将加速和减速时间设置长些;启动时U/f的预置值设置得小些。
表2-14是根据不同负载特性选用变频器容量时的扩展表。
注:●表示可选用。