变频器选型.docx

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变频器选型

变频器选型

一、简介

变频器（Variable-frequencyDrive，VFD）是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。

变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。

变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。

随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。

二、选型原则及步骤

随着工业自动化发展变频器的使用越来越广泛，变频器选型对于变频系统的正常运行也至关重要。

因此怎样选择合适的变频器就尤为重要，如果选择不当，可能会造成逆变器的爆炸损坏，严重影响工厂的正常生产。

1、选型原则

变频器的选型需考虑诸多因素，建议大家变频器选型的时候首先要弄清楚机械设备的类型、负载转矩特性、起动转矩、调速范围、静态速度精度和使用环境的要求等现场所需条件。

变频系统一般会根据现场使用条件选择确定电动机（通常由机械设计人员选择），然后才决定选择使用何种控制方式和防护结构的变频器，在满足机械设备中实际工艺生产的要求和使用场合前提下实现变频器的应用最佳性价比。

原则上根据交流电机正常工作时的实际电流来选择变频器，而不能只靠电机铭牌上的额定功率选择。

电机实际工作电流是变频器选型最关键的因素，变频器在正常工作中变频器输出电流必须大于电机实际工作电流。

电机实际工作电流并不是电机铭牌上标注的额定电流，需根据现场使用条件初步估算出电机的实际工作电流随时间变化，以此选定变频器的型号。

变频器选型要注意其负载类型，不同的负载类型对变频器选型影响较大，根据负荷性质正确选用变频器类型。

总的原则就是什么性质负载特性配什么特性的变频器。

变频系统的负载设备大致可分为三类：

（1）恒功率负载：

负载设备运行过程中，功率保持恒定不变。

如机床、切割机等；

（2）恒转矩负载：

恒转矩负载设备要求变频器低频转矩大，动态响应速度快；（3）风机、泵类负载：

此类变频调速的现场环境对变频器功能技术没有过高的要求，使用变频器后节能效果显著。

一般情况下，变频器拖动恒转矩负载电机，应选具有恒转矩性能的变频器。

以电机额定电流为依据选择变频器，其过载能力为150%额定电流维持1分钟；变频器拖动风机、泵类负载电机，以电机额定电流为依据选择变频器，且可以110%-120%额定电流过载1分钟；对于经常短时间过载运行的电机，需要计算过载周期及过载电流，此类负载要求变频器最大输出电流大于负载电机峰值电流，且变频器的参数I2t在自身所允许的范围之内，变频器选型时有可能放大一档或几档来才能满足现场需求。

现以10kW、20A额定电流电机举例：

假如电机间歇性工作，1秒内过载运行时峰值电流为40A（额定电流2倍），之后停止运行20秒。

此时选型就要用到变频器过载曲线：

首先将电机电流随时间变化的曲线出来，其次看变频器的输出电流曲线能否覆盖电机电流曲线（即变频器输出电流超过电机实是否际工作电流），只有变频器输出电流曲线覆盖电机电流曲线的变频器型号才适用于重载负荷的电机。

2、选型步骤

变频器选型需考虑诸多因素，若选择不当，可能会使变频器炸机损坏，严重则会影响工厂的正常生产，所以科学合理地选择变频器是至关重要的。

因此，变频器选型原则上由厂家的技术工程师根据现场的实际情况来定，不仅选型准确，而且有利于后期的调试、安装及售后服务。

变频器选型步骤：

　　1、明确设备的工作运行方式、容量及负载类型、设备的工艺、性能指标及控制要求（启动转矩、响应速度、调速精度等），考虑是选择通用变频器、矢量变频器还是专用变频器，是选择G型机（重载）还是P型机（轻载）；

2、根据需求选定变频器的控制方式，确定内部系统的组建方式、I/O接口、通信接口等；

3、对各项性能指标和需求归纳总结，然后联系变频器供应商进行技术咨询或直接进行招标；

4、对各品牌变频器供应商提供的方案进行综合对比，选取性价比最高方案。

三、变频器选型注意事项

变频器的选型需考虑诸多因素，以下为通用变频器在选型及使用中的注意事项：

1.不能只依据电机铭牌的额定功率选定变频器。

虽然以电动机的额定功率来选择变频器是有一定的理论依据的，但通常现场电机实际运行富裕量太大，或者电机超负荷运行，这样变频器选型要么太大，造成经济浪费，要么变频器选型过小，造成电机损坏或变频器炸机。

一般情况下变频器选型以电机稳定运行时最大的工作电流的1.1倍为依据，如果机械设备是重载类型，变频器还需要放大一档使用。

2.考虑现场电机工作环境温度因素。

通常变频器使用环境温度一般在-10～40，工作环境的温度如果高于40的情况下，每升高1，变频器应降额5％使用；工作环境的温度每升10，那么变频器的寿命就会减半，所以周围环境及变频器散热的问题一定要解决好。

对于一些高温度（高于50度）的应用场合，变频器选型应适当留有一定余量，以保证变频器和电机使用寿命。

3.考虑现场电机工作环境湿度因素。

通常变频器的工作环境中空气的相对湿度小于等于90％，无结露。

湿度若太高且湿度变化比较大的时候，变频器的内部比较容易出现结露现象，那么绝缘性能就会大幅度降低，甚至会引发短路。

须根据情况在箱中增加干燥剂或加热器。

4.考虑现场电机工作环境海拔高度因素。

通常变频器工作在海拔1000m以下可以输出额定功率。

当海拔超过1000m时，其输出功率会有所下降。

变频器选型应适当留有一定余量。

5.考虑现场电机工作时需高开关频率因素。

此时会引起变频器的降容，变频器需放大一档选择。

6.考虑现场电机工作环境灰尘因素。

对于灰尘多，潮湿的应用场合，变频器选型时要注意其防护等级。

尤其是在有金属导电性粉尘的场合不宜安装变频器。

以免导电性粉尘侵入变频器的内部导致变频器的内部线路短路，严重情况下会烧毁变频器。

7.考虑现场电机工作中变频器与电机间距离因素。

若要长电缆运行时，此时应该采取措施抑制长电缆对地耦合电容的影响，避免变频器出力不够。

所以变频器应放大一、两档选择或在变频器的输出端安装输出电抗器。

输出电抗器亦称马达电抗器，它的作用是限制电机连接电缆的容性充电电流及使电机绕组上的电压上升率限制在54OV/us以内，一般功率为4-90KW变频器与电机间的电缆长度超过50m时，应设置输出电抗器，它还用于钝化变频器输出电压（开关的陡度），减少对逆变器中的元件（如IGBT）的扰动和冲击。

输出电抗器主要应用于工业自动化系统工程中，特别是使用变频器的场合，用于延长变频器的有效传输距离，有效抑制变频器的IGBT模块开关时产生的瞬间高压。

输出电抗器的使用说明：

为了增加变频器到电机之间的距离可以适当加粗电缆，增加电缆的绝缘强度，尽量选用非屏蔽电缆。

8.考虑现场变频器拖多台电机的情况。

一台变频器拖动多台电机时，一定要考虑变频器到电动机的电缆的长度总和在变频器的容许范围内。

如果中间连接的电缆过长，通用变频器选型时就要放大一档使用。

另外在此种情况下，变频器的控制方式只能为V/F控制方式，并且变频器无法实现电动机的过流、过载保护，此时需在每台电动机侧加熔断器来实现保护。

9.考虑现场使用高速电机的情况。

高速电机运行过程中会产生大量谐波，增强变频器的输出电流，产生大量热量。

因此，变频器选型时也要比普通电机大一档。

10.考虑现场使用防爆电机的情况。

在某些矿井、石油开采环境下，变频系统中是防爆电机时，变频器的选择应选用具备防爆功能的变频器，且将变频器放置在较安全的场所。

11.考虑现场使用变极电机的情况。

当现场使用变极电动机时，变频器选型应保证最大工作电流不要超过变频器的额定电流，变频器维修且在转换电机极数时要防止空转损坏变频器。

12.考虑现场使用齿轮减速电机的情况。

使用变频器驱动齿轮减速电动机时，使用范围受到齿轮转动部分润滑方式的制约。

不要超过最高转速容许值。

13.考虑现场驱动同步电机的情况。

变频器驱动同步电动机时，与工频电源相比，降低输出容量10%～20%。

14.考虑现场电机转矩波动较大的情况。

对于压缩机、振动机等转矩波动大的负载和油压泵等有峰值负载情况下，应了解工频运行情况，选择比其最大电流更大的额定输出电流的变频器。

四、变频器选型的外部配置要求

变频器选型完成后，还要根据现场的实际情况考虑是否需要配置其它外围设备。

变频器选型的外围设备主要有断路器、电抗器、接触器、制动电阻等。

1、断路器

断路器可方便地控制电路的断电和闭合。

主要用于当变频系统出再逆电流、过流、短路和欠压时自动断开电源，起到隔离作用，保护电源。

另：

凡内部整流电路前没有保护硅器件的快速熔断器的变频器，都应该在变频器与电源之间配置合适的熔断器和隔离开关（不能够使用空气断路器来代替熔断器和隔离开关），以避免因内部短路造成变频器整流器件损坏。

2、输入滤波

如在变频器输入端配置EMC滤波器或交流电抗器，可有效抑制变频器功率器件通断引起的电磁干扰，以满足变频器所在工况的其它设备对电网品质的要求。

注意：

在电网的变压器中性点没接地工况，变频器输入端不能使用EMC滤波器。

3、输出电抗器

电抗器是变频选型时常用的外围设备。

当变频器与电机距离太长，或者变频器与电源距离太近时，为改善功率因数，使输入中的浪涌电流降到最低，在变频器选型过程中必须添加直流电抗器或交流电抗器。

4、接触器

接触器分为输入接触器和输出接触器。

当变频系统某一部件发生故障时，自动切断电源，防止远距离接通烧坏设备。

5、制动电阻

当通用变频器应用于数控机床、升降机等惯性负载，变频器选型需要使用制动电阻，将变频系统中产生的多余能量消耗掉。

6、电缆选择

根据变频器功率选择变频器引入和引出电缆，变频器到电机若经济条件许可最好选用屏蔽力电缆，且要尽可能短，有利于降低容性漏电流和电磁辐射。

若现场实际动力电缆使用长度超过变频器所允许的输出电缆长度时，变频器应配置输出电抗器，避免过长电缆的杂散电容影响变频器正常工作。

变频控制信号和变频器反馈信号应该使用屏蔽电缆，并良好接地，这样可减少变频器对其他仪表和控制系统的干扰。