变频器的选型及配置要点.pdf

2 0 1 0 年 第6 期 童 茬 科技 5 7 变频器 的选 型及 配置要 点 刘 同仁 龙 口矿 业集团有限公司， 山东 龙 口2 6 5 7 0 0 摘要该文提出并论述了变频器的选型要求， 各种机械条件下的变频器特点， 如何选择适合的控制方式、 防护结构和容量及交频器的外围配 置要点等。为使用单位根据现场设备特点选择适合的变频器提供了可供参考的依据。 关键词 变频器选型容量防护结构配置要点 中图分类号 T M 5 7 1 ． 2 文献标识码A 1 变频 器 的选型 变频器的正确选用对于机械设备电控系统的正常 运行是至关重要 的。选 择变频器 ， 首先要 按照 机 械设 备的类型、 负载转矩特性、 调速范围、 静态速度精度、 起 动转矩和使用环境的要求， 然后决定选用何种控制方 式和防护结构 的变频器最合适 。所谓合适 是在满 足机 械设备的实际工艺生产要求和使用场合的前提下 ， 实 现变频器应用 的最佳性价 比。 1 ． 1 机械设备的负载转矩特性 生产机械根据负载转矩特性的不同， 分为三大类 型 恒转矩负载、 恒功率负载和流体类负载。 1 ． 1 ． 1 恒 转矩 负载 在这类负载中， 负载转矩 ， r L与转速 n无关， 任何 收稿 日期 2 0 1 0一 o 4 2 0 作者简介 刘同仁 1 9 7 3一 ， 男， 山东栖霞人， 本科学历， 毕业于山 东科技大学信息自动化专业， 现为山东龙福油页岩综合利用有限公 司副总工程师。 转速下 T L总保持恒定或基本恒定， 负载功率则随着负 载速度的增高而线形增加。传送带、 搅拌机、 挤压机和 机械设备的进给机构等摩擦类负载以及起重机、 提升 机、 电梯等重力负载 ， 都属于恒转矩负载。 变频器拖动恒转矩性质的负载时， 低速时的输出 转矩要足够大， 并且要有足够的过载能力。如果需要 在低速下长时稳速运行 ， 应该考虑标准笼型异步电动 机的散热能力， 避免电动机温升过高。 1 ． 1 ． 2恒功 率 负载 这类负载的特点是转矩 T L 与转速 n大体成反比， 但其乘积即功率却近似保持不变。金属切削机床的主 轴和轧机、 造纸机、 薄膜生产线中的卷取机、 开卷机等， 都属于恒功率负载。 负载的恒功率性质应该是就一定的速度变化范围 而言的。当速度 很低 时 ， 受 机械强 度 的 限制 ， T L不 可 能无限增大 ， 在低速下转变为恒转矩性质。负载的恒 功率区和恒转矩区对传动方案的选择有很大的影响。 表 I 床温与油压对应参数参照表 l床温 ℃ 1 5 o 3 ∞ 4 O O 4 5 0 5 5 0 6 0 0 6 5 0 7 0 0 7 5 0 【油压 撤枪一 撤枪另一 1 ．6 1 ． 8 2 ． O 2 ． 2 2 ． 6 2 ． 5 2 ． 2 『 M P a 支 2 ． 2 支 2 ． 2 差， 应根据氧量等参数及时增加一次风量 ， 从而使进入 炉内燃料充分燃烧 ， 及时加强炉内的辐射与对流传热 效率， 节省燃煤。 8 适当调节返料量 以提高床温上升速率 1 0结束语 回料系统投入过早会延长锅炉的启动时间， 过晚 则使床温上升过快。在点火初期 ， 若大幅度投入返料， 会使床温急剧下降或升温非常缓慢， 从而延长启动时 间， 浪费燃油 ， 因此针对现实情况， 点火初期返料风门 挡板应开度 3 0 ％左右； 床温上升速率应控制在 5 ℃／ r a i n 左右 ， 待投煤以后， 根据床温上升具体情况， 适 当 增加返料量或返料全部投入。 9及 时调 整 一次 风量 锅炉连续投煤后， 随着床温的上升， 原有的流化风 量已不能满足炉内动力场的需要， 此时在冲转、 并网前 床温应严格控制在 8 0 0 ℃ 一 8 5 0 C之间； 因此为稳定床 温， 适当减小炉内密相区与稀相区及尾部受热面的温 华美公司从节能降耗出发 ， 长期摸索与总结 ， 逐步 形成一套科学完整的点火运行方式。通过此方式运 用 ， 仅在点火燃油这一项上 燃煤、 电耗及其它也有节 约， 未仔细计算 ， 从建厂的 9 t ／ 次逐步降为现在的 5 t ／ 次， 点火成本下降近一半左右， 按每吨油 6 O O 0元人 民 币计算， 每次点火可节约成本约 2 ． 4万元 ， 全年两台炉 按各启 3次计算 ， 就可节约 3 2 2 ． 41 4 ． 4万元。 ． 参考文献 [ 1 ] 屈卫东。 杨建华， 杨义波， 唐昕。循环流化床锅炉设备及运行。 河南科学技术出版社2 0 0 3 ． [ 2 ] 冯俊凯， 岳光溪， 吕俊福。循环流化床燃烧锅炉。中国电力出版 社 2 0 0 3 ． [ 3 ] 叶江明。电厂锅炉原理及设备。中国电力出版社2 0 O 7 ． 5 8 g c 4 a ． 2 0 1 0 年 第6 期 电动机在恒磁通调速时， 最大允许输出转矩不变， 属于 恒转矩调速； 而在弱磁调速时， 最大允许输出转矩与速 度成反比， 属于恒功率调速。如果电动机的恒转矩和 恒功率调速的范围与负载的恒转矩和恒功率范围相一 致时， 即所谓“ 匹配” 的情况下， 电动机的容量和变频 器 的容量均最小 。 1 ． 1 ． 3 流体 类 负载 这类负载的转矩与转速的二次方成正 比， 功率与 转速的三次方成正比。各种风机、 水泵和油泵 ， 都属于 典型的流体类负载。 流体类负载通过变频器调速来调节风量、 流量 ， 可 以大幅度节约电能。由于流体类负载在高速时的需求 功率增长过快， 与负载转速的三次方成正比， 所以不应 使这类负载超工频运行。 1 ． 2根据 负载特 性选取适 当控制 方式 的变频器 现在市场上出售的变频器种类繁多， 功能也 日益 强大， 变频器的性能也越来越成为调速性能优劣的决 定因素 ， 除了变频器本身制造工艺的“ 先天” 条件外 ， 对变频器采用什么样的控制方式也是非常重要的。目 前主要有以下几种 U ／ f C的正弦脉宽调制 S P WM 控制方式； 电压空间矢量 S V P WM 控制方式； 矢量控 制 V C 方 式 ； 直 接 转 矩 控 制 D T C 方 式 ； 矩 阵 式 交交控制方式。选用不同的控制方法， 就可以得 到不同性能特点的调速特性。 1 ． 3 根据安装环境选取交频器的防护结构 变频器的防护结构要与其安装环境相适应 ， 这就 要考虑环境温度、 湿度、 粉尘、 酸碱度、 腐蚀性气体等因 素， 这与变频器能否长期、 安全、 可靠运行关系重大。 大多数变频器厂商可提供以下几种常用的防护结构供 用户选用 1 开放型 I P 0 0 ， 它从正面保护人体不能触摸到 变频器内部的带电部分， 适用于安装在电控柜内或电 气室内的屏、 盘、 架上， 尤其是多台变频器集 中使用较 好， 但它对安装环境要求较高。 2 封闭型 I P 2 0 、 I P 2 1 ， 这种 防护结构 的变频器 四 周都有外罩， 可在建筑物内的墙上壁挂式安装， 它适用 于大多数的室内安装环境。 3 密封型 I P 4 0 、 I P 4 2 ， 它适用于工业现场环境条 件较差的场合。 4 密闭型 I P 5 4 、 I P 5 5 ， 它具有防尘、 防水的防护结 构， 适用于工业现场环境条件差， 有水淋、 粉尘及一定 腐蚀性气体的场合。 1 ． 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 ． 0 5， 则变频器的容 量 p 6为 p b 1 ． 0 5 p m , h r aC O S q O ． k W 式中“ p ro一电机负载 ， k W； m 一电机功率， k W。 计算出p 6 后 ， 按变频器产品目录选具体规格。 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。对于轻负载类， 变频器电流一般应按 1 ． 1 l n I n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。 2 变频器 的外 围配置 要点 1 把变频器连接在大容量电源变压器 5 0 0 k V A 以上 电网中， 或者在同一电源变压器上连接有晶闸管 变流器而未使用换流电抗器， 或者同一电网上有功率 改善用切换电容器组时， 应配置 A C电抗器或 D C电抗 器， 它们也有改善变频器电源侧功率 因数和降低输入 高次谐波电流的效果。 2 变频器与供电电源之间应装设带有短路及过 载保护的低压断路器、 交流接触器， 以免变频器发生故 障时事故扩大。电控系统的急停控制应使变频器电源 侧的交流接触器开断， 彻底切断变频器的电源供给， 保 证设备及人身安全。 3 变频器输入端 R、 S 、 T与输出端 U 、 V 、 w不能 接错。变频器的输入 端 R、 S 、 T是与 三相 整流桥 输入 端相连接， 而输出端 u、 V、 w 是与三相异步电动机相 连接的晶体管逆变电路。若两者接错 ， 轻则不能实现 变频调速， 电机也不会运转 ， 重则烧毁变频器。 4 在起动、 停止频繁的场合， 不要用主电路电源 的通、 断来控制变频器的起动、 停止， 应使用变频器控 制面板上的 R U N ／ S T O P键或 S F ／ S R控制端子。因为 变频器启动时， 首先要给直流回路的大容量电解电容 充电， 如果频繁启动变频器势必造成电容充电用限流 电阻发热严重， 同时也缩短了电解电容的使用寿命。 5 变频器的端子“ N ” 为中间直流回路的低电平 端， 严禁与三相四线制供电线路中的零线或大地相接， 否则会造成三相整流桥因电源短路而损坏变频器。 6 变频器的输出侧一般不能安装 电磁接触器， 若必须安装， 则一定要注意满足以下条件 变频器若正 在运行中， 严禁切换输出侧的电磁接触器； 要切换接触 器必须等到变频器停止输出后才可以。 7 变频调速的多速电动机 ， 在运行中不能改变 极对数。由于多速电动机是用改变定子绕组接线方 法， 改变极对数而实现调速 目的， 如果在变频器运行中 改变电动机的绕组接线 ， 就会引起很大的冲击电流， 造 成变频器过载跳闸， 甚至烧毁的严重事故。所以， 要安 2 0 1 0 年 第6 期 东撼晨 舛技 5 9 牵引型高压大 功率变频调速装置在主井提升机 中的应 用 任衍军 ， 刘为华 1 ． 山东里彦矿业有限公 司机 电科 ， 山东 邹城2 7 3 5 1 7 ； 2 ． 山东鲁西矿 业有 限公 司， 山东 邹城2 7 3 5 1 7 摘要采用了改进型 H桥串联武高压变频调速方案和在磁场定向控制策略基础上形成的柔性牵引闭环控制策略， 有效地解决了里彦矿主 井提升机 的调速 问题。 关键词H I V E R T高压变频器 交一 直 一 交直接高压 H桥串联武高压变频调速方案磁场定向控制 中图分类号 T D 6 3 3 文献标识码B App l i c a tio n o f t he Hi g h Vo l t a g e Po we r Fr e q ue n c y o n the M a i n S h a f t Ho i s t i n g M a c h i n e R e n Y a n j u n ‘ ， L i u We i h u a 2 1 ． S h a n d o n g My a n Mi n e C o ． ， ．2 ．S h a n d o n g L u x i Mi n e C o ． ， hd ． Ab s 缸 d Th i s a r tic l e u s e di mp mv Hb a d g e h ig hfr e q u e n c yn t r o lh e me o f s e r i a n dfl e e c l o s e dl o o p c o n t r o l s t r a te f o rt r a c t i o n b a s e d o n t h efi e l d o fie n t n t r o l s t r a t e ． I t s 0 l v e dt h ep r o b l e m o ft h emmnmi n e h o i s t s p e e df o rma n y y e a r s， an d u s e dt l l eH b fid S e fi Hi Fr e q u e n c yt h n d 0 g y i n c o a l【 T Ii n e h o i s t i n Ch i n a s u c c e s s f u ll y ． Ke y wo r d s HI V E R T l l i g I l v o l t 丑 i n v e r t e r A CD CA C h i g h v o l t a g e H b fi d h i g } l f r e q u e n c y c tr o lh e me fl u xo fi e n t n t r o l s tr a t e ． 里彦矿井主井提升机原采用绕线转子电机转子串 电阻调速方式 ， 该方式 效率低 、 能耗大 、 调速 质量差 、 故 障率高。为此采用 了改进型 H桥串联式高压变频调 速方案和在磁场定向控制策略基础上形成的柔性牵引 闭环控制策略 ， 有效地解决了困扰多年的主井提升机 的调速问题 。 ‘ 1 高压 变频 主 回路结 构 H I V E R T高压变频器采用交 一直 一交直接高压 高 一 高 方式， 主电路开关元件为 I G B T 。H I V E R T变 频器采用功率单元串联， 叠波升压， 充分利用常压变频 器的成熟技术 ， 因而具有很高的可靠性。隔离变压器 以下简称主变压器 采用干式结构 ， 强迫风冷。变压 器原边为 Y型接法， 直接与高压相连。副边绕组数量 依变频器电压等级及结构而定， 3 k V系列为 9个， 6 k V 收稿 日期 2 0 1 00 6 0 8 作者简介 任衍军 1 9 7 3一， 山东枣庄人 。 1 9 9 6年毕业 于山东矿业 学院， 现就职于山东邹城监狱机电科， 从事机电管理工作。 系列为 1 5 1 8 个， 1 0 k V系列为 2 7个 ； 延边三角形接 法， 绕组间的相位差由下式计算 移相角度 6 0 。 ／ 每相 单元数量； 为每个功率单元提供三相电源输入。 由于为功率单元提供电源的变压器副边绕组间有 一 定的相位差， 从而消除了大部分由单个功率单元所 引起的谐波电流， 所以 H I V E R T变频器输人电流的总 谐波含量 T H D 远小于国家标准 5 ％的要求， 并且能 保持接近 1的输入功率因数。 变频器输 出是将多个三相输入、 单相输出的低压 功率单元 的输 出 串联 叠波得 到 。如 额定输 出 5 8 0 V A C 功率单元六个串联时产生 3 4 8 0 V相电压， 三相输 出 Y 接， 中性点悬浮， 得到可变频三相高压电源。 2高压变频功率单元 功率单元原理见图 l ， 输入电源端 R、 s 、 T接变压 器二次线圈的三相低压输出， 三相二极管全波整流为 直流环节电容充电， 电容上的电压提供给由 I G B T组成 的单相 H形桥式逆变电路。 全切换多速电动机的绕组， 必须要等到变频器停止输 出后才能进行。 8 当变频器和电动机之间的接线超长时， 随着 变频器输出电缆的长度增加， 其分布电容明显增大， 从 而造成变频器逆变输出的容性尖峰电流过大引起变频 器跳闸保护， 因此必须使用输出电抗器或 d u ／ d t 滤波 器或正弦波滤波器等装置对这种容性尖峰电流进行限 制 。 9 不要在变频器输出侧安装 电力电容器、 浪涌 抑制器和无线电噪声滤波器， 这将导致变频器故障或 电容器和浪涌抑制器的损坏。 3结 束语 随着电力电子技术的不断发展完善， 交流变频调 速技术 日益显现出优异的控制及调速性能， 高效率、 易 维护等特点， 使其在机械设备的调速领域中应用 日益