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交流电机变频调速应用详细解析

2017-07-17 浏览:1220

随着电力技术的迅速发展,交流电机变频调速技术取得了突破性的进步,进入了普及应用阶段。在我国,变频调速器也正越来越广泛地被采用,与此同是地,如何正确地选好、用好已成为广大用户十分突出的问题了。

1.关于容量选择

在变频调速器的说明书中,为了帮助用户选择容量,都有“配用电动机容量”一栏,然而,这一栏的含义却不够确切,常导致变频器的误选。

各种生产机械中,电动机的容量主是根据发热原则来选定的。就是说,在电动机带得动的前提下,只要其温升在允许范围内,短时间的过载是允许的。电动机的 过载能力一般定为额定转矩的1.8-2.2倍。电动机的温升,所谓“短时间”至少也在十几分钟以上。而变频调速器的过载能力为:150%,l分钟。这个指 标,对电动机来说,只有在起动过程才有意义,在运行过程中,实际上是不允许载。

因此,“配用电动机容量”一栏的准确含义是“配用电动机的实际最大容量”。实际选择变频器时,可按电动机在工作过程中的最大电流来进行选择,对于鼓风机和泵类负载,因属于长期恒定负载,可直接按“配用电动机容量”来选择。

2.传动系统进行优化设计

交流异步电动机经变频调速后,其有效转矩和有效功率的范围。配用变频调速器时,必须根据生产机械的机械特性以及对调速范围的要求等因素,对传动系统进行优级化设计,优化设计的主要内容和大致方法如下:

2.1 确定电动机的最高运行频率

(1)鼓风机和泵类负载,这类负载的阻转矩TL与转速n的平方成正比TL=KTn2,输出功率PL与转速的在次方成正比PL=KPn3,(KT和KP 为常数),由此可知,如转速超过额定转速,负载的转矩和功率将分别按平方律和立方律增加,因此,在一般情况下,不允许在额定频率以上运行。

(2)一般情况下,各种机械的强度、振动以及耐磨性能等,都是以电动机转速不超过3000r/min为前提设计的。因此,在没有对机械重新进行设计的情况下,2级电机的最高运行频率不要超过额定频率太多。

(3)当异步电机在额定频率以上运行时,由于电源电压是恒定的,其在调到fx时电磁转矩Tx近乎和频率调节比Kf的平方成反比,即T≈TN/Kf2(而TN为额定频率fN时的转矩)。因此,最高运行频率不宜超过额定频率。

(4)异步电机在低频下运行时,为了获得足够的转矩,常需进行转矩补偿。而转矩补偿将使电机的磁路趋于饱和,从而增加附加损失,降低了效率,因此,只要情况许可,应尺可能地提高运行频率的上限。

2.2 确定传动系统的传动比并校核电动机的容量

(1)鼓风机和泵类负载,一般均为直接驱动,不必考虑传动比的问题。

(2)恒转矩负载,首先,根据有效转矩线以及所要求的频率调节范围,确定电机运行的最高频率和最低频率。

假设已经确定的电动机最高运行频率为fmax最低运行频率为fmin与此对应的转矩相对值为tTL,则电动机的额定转矩Tn=TL/qTL(TL负载 转矩)。如果原选电机并未留有余量的话,则配用变频调速器后,电动机的容量应扩大1/tTL倍。传动系统的传动比入等于电动机在最高运行频率下的转速 nDmax负载所需求的最高转速nLmax之比。

(3)恒功率负载:和恒转矩负载类似,首先根据有效功率线和频率调节范围,求出电动机运行频率的上、下限。

同样,在求出最高和最低运行频率的同时,得到对应的功率相对值tPL,而电动机的额定功率PN≥PL/tPL(PL为负载要求功率)。

在设计恒功率负载时,应注意两点:(1)尽量多利用额定频率以上的部分;(2)当调整范围较大时,尽量采用两档传动比。因为当传动比分成两栏时,频率 范围αf与αn转速范围之间的关系为 。可见,在转速范围相同的情况下,频率范围将大为减小,从而可减小电动机的容量。

负载的机械特性,因是恒功率负载,故曲线上任一点的横坐标与纵坐标的乘积均相等,且与负载功率成正比,即PL=KPTLnL=KPTLmaxLmin 。全部转速都在额定频率以下调节时的有效转矩线,在这种情况下,所需电动机的容量PN=KPTNnLmax》KPTLmaxLmax=αnPL。这说明, 所需电动机的容量比负载功率的On倍还要大,是很不经济的。

⑴当最高运行频率为额定频率的2倍,传动比只有一档时的情形。在这种情况下,所需电机的容量PN=KPTN1/2nLmax 1/2αnPL。可见,所需用容量只要大于负载功率的On/2倍就可以了。

⑵ 当最高运行频率为额定频率的2倍,传动比为两档时的情形。这时,所需电机的容量PN1/2 PL。可见,对于恒功率负载,当αn》4时,这种方案是比较理想的。

3.自配外接制动电阻

各种变频调速器都允许外接制动电阻,加快制动速度,外接电阻。但配套的制动电阻价格昂贵,不易买到,自动配置时,其阻值与功率可如下决定:

直流电路的电压值UP= &TImes;380=53V;制动电流Is一般以不超过电机的额定电流IDN为原则,即Is≤IDN,故制动电阻Rs≥UD/Is。

因Rs内通过电流的时间只有几秒钟,故其功率PR可按工其工作时的(1/10-1/8)选择,即PR=(0.1-0.125)UD2/Rs。

因Rs接入电路时,应注意将变频调速器内部的制动电阻切除,如不能切除,则应适当加大Rs的值,以免出现制动电流过大的情形。

在外接制动电路时,为了避免烧毁变频器内部的放电用大功率晶体管(GTR)有时也可以外接整个制动电器(即包括制动电阻和放电晶体管,这时,GTR应选取其VCEX≥700伏;ICN≥(1.2-1.5)IDN安。