毛立偉 王志剛
摘要:在工業(yè)中變頻器被廣泛應(yīng)用,交流變頻調(diào)速在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和日常生活等國民經(jīng)濟(jì)中越來越廣泛地得到應(yīng)用,這就不可避免地會(huì)遇到如何選擇變頻器容量問題,而市場上的變頻器類型也多種多樣,如何在眾多的類型中選擇出符合現(xiàn)場實(shí)際的變頻器就顯得十分重要,現(xiàn)就根據(jù)實(shí)踐中的一些應(yīng)用,對變頻器的選型計(jì)算進(jìn)行淺析。
關(guān)鍵詞:變頻器;選型計(jì)算
前言
變頻器是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù),通過改變電機(jī)電源頻率方式來控制交流電動(dòng)機(jī)的電力控制設(shè)備,一臺(tái)變頻器選擇的好壞,不僅關(guān)系到費(fèi)用方面,更是關(guān)系到以后的生產(chǎn)是否能夠達(dá)到長周期安全平穩(wěn)運(yùn)行,因此,在選擇變頻器容量前應(yīng)仔細(xì)了解設(shè)備的工藝情況及電動(dòng)機(jī)參數(shù),并適當(dāng)考慮電動(dòng)機(jī)的類型和工作特性,留有一定的余量,根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際和負(fù)載類型合理計(jì)算出所用變頻器的容量。以下是變頻器的選型計(jì)算方法:
1以電動(dòng)機(jī)實(shí)際功率,選擇變頻器容量
先實(shí)測電動(dòng)機(jī)實(shí)際功率,然后確定變頻器的容量。
對于電動(dòng)機(jī)“大馬拉小車”的情況,變頻器可按下式計(jì)算(以泵為例)
Pf-K1(P-K2Q△P)
式中:Pf:變頻器容量kW;
K1:電動(dòng)機(jī)和泵調(diào)速后效率變化系數(shù),一般可取1.1~1.2;
P:調(diào)速前電動(dòng)機(jī)實(shí)測功率,kW;
K2:換算系數(shù),取0.278;
Q:泵的實(shí)測流量,mVh;
AP:泵出口與干線壓力差,MPa
2電動(dòng)機(jī)額定電流法
在選用變頻器時(shí),通常先根據(jù)電動(dòng)機(jī)的額定電流(或電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中的最大電流)來選擇變頻器,再確定變頻器的容量和輸出電流是否滿足電動(dòng)機(jī)運(yùn)行條件。
對于電動(dòng)機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所需的變頻器容量的計(jì)算:由于變頻器輸出的電流是經(jīng)過IBGT管逆變后的脈動(dòng)電流,脈動(dòng)值比工頻供電時(shí)電流要大,因此,在選用變頻器的容量時(shí)要注意留有余量,并必須同時(shí)滿足以下3個(gè)條件:
PCN≥KPM/ηCOSФ,
PCN≥K√3UMIMcosФ×103;
ICN≥kIM
式中:
PCN:變頻器額定容量,kV-A;
PM:負(fù)載要求的電動(dòng)機(jī)軸輸出功率,kW;
uM:電動(dòng)機(jī)電壓,V;
IM:電動(dòng)機(jī)電流,A;
H:電動(dòng)機(jī)效率(通常約為0.85);
COSФ:電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)(通常約為0.75);
K:電流波形補(bǔ)償系數(shù)(由于變頻器的輸出波形并不是完全的正弦波,而含有諧波的成分,其電流應(yīng)有所增加,通常k為1.05~1.1)。
式中的IM如果按照電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行中的最大電流來選擇,變頻器的容量可以適當(dāng)減小。
3變頻器額定電流法
我們使用的變頻器說明書中通常會(huì)列出產(chǎn)品的額定電流、相配套的電動(dòng)機(jī)功率和額定容量3個(gè)主要參數(shù),其中電動(dòng)機(jī)功率和額定容量,大都是參考值,不能代表變頻器的實(shí)際帶負(fù)載能力,而額定電流是反映變頻器帶負(fù)載能力的重要參數(shù),因此,選用的變頻器的額定電流要大于電動(dòng)機(jī)的額定電流,這是選擇變頻器容量的依據(jù),電動(dòng)機(jī)的額定功率只能作為參考。
3.1一般按下列情況選擇或校核需要的變頻器容量。
(1)當(dāng)變頻器驅(qū)動(dòng)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)時(shí)
IINVN≥kIMN
式中:IINVN——通用變頻器額定輸出電流(A);
k——電流波形補(bǔ)償系數(shù),一般取1.05—1.1;
IMN——電動(dòng)機(jī)額定輸入電流(A)。
電動(dòng)機(jī)如果由軟啟動(dòng)器啟動(dòng)或由低壓低頻啟動(dòng),變頻器只是用來完成變頻調(diào)速時(shí),要求變頻器的額定電流稍大于電動(dòng)機(jī)的額定電流即可:
IFN≥1.1IMN
式中,IFN為變頻器的電流;IMN電動(dòng)機(jī)的額定電流。
(2)當(dāng)變頻器驅(qū)動(dòng)多臺(tái)電動(dòng)機(jī),且多臺(tái)電動(dòng)機(jī)同時(shí)運(yùn)行同時(shí)停止時(shí)
IINVN≥kΣIMN
(3)當(dāng)變頻器驅(qū)動(dòng)多臺(tái)電動(dòng)機(jī),但其中可能有一臺(tái)電動(dòng)機(jī)隨時(shí)掛接到變頻器或隨時(shí)退出運(yùn)行時(shí)
IINVN≥kΣIMN+0.9IMQ
式中IMQ——最大一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流(A)。
如果電動(dòng)機(jī)和負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很大,按上述公式初步選定變頻器容量后,還應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)修正。例如三相異步電動(dòng)機(jī)重載起動(dòng),在200%額定電流情況下,60S才能完成起動(dòng),而在150%額定電流情況下80S才能完成起動(dòng)。此時(shí),選擇變頻器容量時(shí),其額定電流應(yīng)在原先計(jì)算的額定輸出電流上再增加30%左右,即1.3IINVN
對加速時(shí)間有特殊要求時(shí),變頻器所需容量可按下式計(jì)算
(knTL/937ηCOSφ)+(GD2n/375tA)≤變頻器容量
式中GD2——換算到電動(dòng)機(jī)軸上的總GD2(kgm2);
tA——電動(dòng)機(jī)加速時(shí)間(s);
TL——負(fù)載轉(zhuǎn)矩(N-m);
η——電動(dòng)機(jī)效率,通常約0.85;
COSφ——電動(dòng)機(jī)功率因數(shù);
n——電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速(r/min)。