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李方園（1973－）

男，浙江舟山人，畢業(yè)于浙江大學(xué)電氣自動(dòng)化專業(yè)，高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事于變頻器等現(xiàn)代工控產(chǎn)品的應(yīng)用與研究工作。

摘要：變頻調(diào)速系統(tǒng)也就是由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)機(jī)械設(shè)備以可以自由調(diào)節(jié)的速度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的運(yùn)行系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，必須了解電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，同時(shí)也需要了解負(fù)載設(shè)備的機(jī)械特性以及運(yùn)行的工藝特性，才能進(jìn)行合理的變頻調(diào)速配置，最終確保機(jī)械設(shè)備的正常工作。

關(guān)鍵詞：變頻器；機(jī)械特性；負(fù)載；配置

Abstract:  AC inverter system is a running system in which AC motor drives the mechanical equipment and can adjust the rotation speed. In this system, by understanding the mechanical characteristics, the load and the technics, we can finally decide how to configure the AC inverter and make sure the normal condition of the equipment.

key words: AC inverter；mechanical characteristic；load；configuration

     變頻調(diào)速系統(tǒng)一般都是針對(duì)電力拖動(dòng)而言，主要是由變頻器、電動(dòng)機(jī)和工作機(jī)械等裝置組成的機(jī)電系統(tǒng)。電力拖動(dòng)的任務(wù)就是使電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)由電能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)換，完成工作機(jī)械啟動(dòng)、運(yùn)轉(zhuǎn)、調(diào)速、制動(dòng)工藝作業(yè)的要求。

1   變頻調(diào)速系統(tǒng)的基本概念

    簡(jiǎn)而言之，變頻調(diào)速系統(tǒng)也就是由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)機(jī)械設(shè)備以可以自由調(diào)節(jié)的速度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的運(yùn)行系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，必須了解電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，同時(shí)也需要了解負(fù)載設(shè)備的機(jī)械特性以及運(yùn)行的工藝特性，才能進(jìn)行合理的變頻調(diào)速配置，最終確保機(jī)械設(shè)備的正常工作。

1.1 機(jī)械特性

    機(jī)械特性是描述電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n與轉(zhuǎn)矩T之間的關(guān)系n=f(T)的函數(shù)特性。在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，有兩種機(jī)械特性，即電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和機(jī)械設(shè)備（或負(fù)載設(shè)備）的機(jī)械特性。

    以異步電動(dòng)機(jī)為例，電動(dòng)機(jī)內(nèi)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的根本原因就是電流和磁場(chǎng)間相互作用的結(jié)果，即電磁轉(zhuǎn)矩。電磁轉(zhuǎn)矩的大小與電流和磁通量的乘積成正比：

   
    Tm=RTI1ФmCOSθ2

    式中，RT為轉(zhuǎn)矩常數(shù)，I1為定子電流，Фm為每極的磁通量，θ2為轉(zhuǎn)子電流的功率因數(shù)。

根據(jù)該公式，可以作出如圖1所示的機(jī)械特性曲線1。

    但是，作為拖動(dòng)機(jī)械設(shè)備的原動(dòng)轉(zhuǎn)矩，應(yīng)該是電動(dòng)機(jī)軸上的輸出轉(zhuǎn)矩，是由電磁轉(zhuǎn)矩克服了電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的摩擦損耗和通風(fēng)損耗的結(jié)果。但由于，摩擦損耗和通風(fēng)損耗都很小，為了簡(jiǎn)化分析的過程，常粗略地把異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性中的轉(zhuǎn)矩看作是電動(dòng)機(jī)軸上的輸出轉(zhuǎn)矩。

    負(fù)載的機(jī)械特性是描述機(jī)械設(shè)備的阻轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系曲線。如鼓風(fēng)機(jī)的阻轉(zhuǎn)矩TL與轉(zhuǎn)速nL的平方成正比：

    TL=T0+KTnL2

式中，T0為轉(zhuǎn)矩?fù)p耗，主要由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及軸承等的摩擦損耗所致；KT為常數(shù)。

    由上式得到的負(fù)載特性如圖1中所示的曲線2。通常，為了簡(jiǎn)化分析的過程，常粗略地將損耗轉(zhuǎn)矩也計(jì)算在負(fù)載轉(zhuǎn)矩中。

      

圖1   電力拖動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械特性

    因此，機(jī)械特性中的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩Tm可以看作是電動(dòng)機(jī)輸出軸的轉(zhuǎn)矩；負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL可以看作是負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩和損耗轉(zhuǎn)矩之和。

    電力拖動(dòng)系統(tǒng)的工作狀態(tài)必須由電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和負(fù)載的機(jī)械特性共同決定，也就是當(dāng)動(dòng)轉(zhuǎn)矩（即電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩）與阻轉(zhuǎn)矩（即負(fù)載的轉(zhuǎn)矩）剛剛平衡的時(shí)候，電動(dòng)機(jī)就處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。具體地說，由圖1中的曲線1和曲線2處于交點(diǎn)Q時(shí)，電動(dòng)機(jī)和負(fù)載的轉(zhuǎn)矩處于平衡狀態(tài)，這時(shí)的穩(wěn)定運(yùn)行速度為nQ，拖動(dòng)系統(tǒng)的功率PQ則由下式進(jìn)行計(jì)算：

    PQ=TQnQ/9550

    式中，如TQ的單位為N·m，nQ的單位為r/min，則PQ的單位為kW。

    Q點(diǎn)稱為電力拖動(dòng)的工作點(diǎn)，也是變頻調(diào)速系統(tǒng)的工作點(diǎn)。

1.2 負(fù)載的機(jī)械特性分類

    正確地把握變頻器驅(qū)動(dòng)的機(jī)械負(fù)載對(duì)象的機(jī)械特性（即轉(zhuǎn)速－轉(zhuǎn)矩特性）是選擇電動(dòng)機(jī)及變頻器容量、決定其控制方式的基礎(chǔ)。機(jī)械負(fù)載種類繁多、包羅萬(wàn)象，但歸納起來，主要有以下三種：恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、平方降轉(zhuǎn)矩負(fù)載和恒功率負(fù)載。

1.2.1恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載

    對(duì)于傳送帶、攪拌機(jī)、擠出機(jī)等摩擦負(fù)載以及行車、升降機(jī)等勢(shì)能負(fù)載，無論其速度變化與否，負(fù)載所需要的轉(zhuǎn)矩基本上是一個(gè)恒定的數(shù)值，此類負(fù)載就稱為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其特性如圖2a所示。

                                圖2   轉(zhuǎn)速－轉(zhuǎn)矩特性
                   （a）恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載（b）平方降轉(zhuǎn)矩負(fù)載（c）恒功率負(fù)載

    例如，行車或吊機(jī)所吊起的重物，其重量在地球引力的作用下產(chǎn)生的重力是永遠(yuǎn)不變的，所以無論升降速度大小，在近似勻速運(yùn)行條件下，即為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。由于功率與轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速兩者之積成正比，所以機(jī)械設(shè)備所需要的功率與轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速成正比。電動(dòng)機(jī)的功率應(yīng)與最高轉(zhuǎn)速下的負(fù)載功率相適應(yīng)。

1.2.2平方降轉(zhuǎn)矩負(fù)載

    離心風(fēng)機(jī)和離心泵等流體機(jī)械，在低速時(shí)由于流體的流速低，所以負(fù)載只需很小的轉(zhuǎn)矩。隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增加，而氣體或液體的流速加快，所需要的轉(zhuǎn)矩大小以轉(zhuǎn)速平方的比例增加或減少，這樣的負(fù)載稱為平方降轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其特性如圖2b所示。

    在這種方式下，因?yàn)樨?fù)載所消耗的能量正比于轉(zhuǎn)速的三次方，所以通過變頻器控制流體機(jī)械的轉(zhuǎn)速，與以往那種單純依靠風(fēng)門擋板或截流閥來調(diào)節(jié)流量的定速風(fēng)機(jī)或定速泵相比，可以大大節(jié)省浪費(fèi)在擋板、管壁上的能源，從而起到節(jié)能的顯著作用。

1.2.3恒功率負(fù)載

    機(jī)床的主軸驅(qū)動(dòng)、造紙機(jī)或塑料片材的中心卷取部分、卷?yè)P(yáng)機(jī)等輸出功率為恒值，與轉(zhuǎn)速無關(guān)，這樣的負(fù)載特性稱為恒功率負(fù)載，其特性如圖2c所示。

    例如，卷紙機(jī)要求以一定的速度和相同的張力卷取紙張。在卷取初期，由于轉(zhuǎn)矩可以較小，但隨著紙卷直徑的逐漸變大，紙卷的轉(zhuǎn)速也隨之變低，而轉(zhuǎn)矩必須相應(yīng)增大。

1.3 負(fù)載的運(yùn)行工藝分類

    由于不同的工藝要求對(duì)機(jī)械設(shè)備也提出了不同的工作狀態(tài)和控制模式，歸納起來主要有以下幾種：

1.3.1連續(xù)恒定負(fù)載

    連續(xù)恒定負(fù)載是指負(fù)載在足夠長(zhǎng)的時(shí)間里連續(xù)運(yùn)行，并且在運(yùn)行期間，轉(zhuǎn)矩基本不變。所謂“足夠長(zhǎng)的時(shí)間”是指這段時(shí)間內(nèi)，電動(dòng)機(jī)的溫升將足以達(dá)到穩(wěn)定值。典型例子就是恒速運(yùn)行的風(fēng)機(jī)。

1.3.2連續(xù)變動(dòng)負(fù)載

    連續(xù)變動(dòng)負(fù)載是指負(fù)載是在足夠長(zhǎng)的時(shí)間里連續(xù)運(yùn)行的，但在運(yùn)行期間，轉(zhuǎn)矩是經(jīng)常變動(dòng)的。車床在車削工件時(shí)的工況以及塑料擠出機(jī)的主傳動(dòng)就是這種負(fù)載的典型案例。

    這類負(fù)載除了滿足溫升方面大的要求外，還必須注意負(fù)載對(duì)過載能力的要求。

1.3.3斷續(xù)負(fù)載

    斷續(xù)負(fù)載是指負(fù)載時(shí)而運(yùn)行，時(shí)而停止。在運(yùn)行期間，溫升不足以達(dá)到穩(wěn)定值；在停止期間，溫升也不足以降至零。起重機(jī)械如行車、電梯等都屬于這類負(fù)載。

    這類負(fù)載常常是允許電動(dòng)機(jī)短時(shí)間過載的，因此，在滿足溫升方面要求的同時(shí)，還必須有足夠的過載能力。有時(shí)，過載能力可能是更主要的方面。

1.3.4短時(shí)負(fù)載

    負(fù)載每次運(yùn)行的時(shí)間很短，在運(yùn)行期間，溫升達(dá)不到穩(wěn)定值；而每二次運(yùn)行之間的間隔時(shí)間很長(zhǎng)，足以使電動(dòng)機(jī)的溫升下降至零。水閘門的拖動(dòng)系統(tǒng)屬于這類負(fù)載。

    對(duì)于這類負(fù)載，電動(dòng)機(jī)只要有足夠的過載能力即可。

1.3.5沖擊負(fù)載

    加有沖擊的負(fù)載叫沖擊負(fù)載。例如，在軋鋼機(jī)的鋼錠壓入瞬間產(chǎn)生的沖擊負(fù)載、沖壓機(jī)沖壓瞬間產(chǎn)生的沖擊負(fù)載等最具代表性。這類機(jī)械，沖擊負(fù)載的產(chǎn)生事先可以預(yù)測(cè)，容易處理。

    當(dāng)然，也有一些不測(cè)現(xiàn)象產(chǎn)生的沖擊負(fù)載，入處理含有粉塵、粉體空氣的風(fēng)機(jī)，當(dāng)管道中長(zhǎng)期堆積的粉體硬塊落入葉片上時(shí)，就是一種沖擊負(fù)載。

    沖擊負(fù)載會(huì)引起兩個(gè)問題：（1）過流跳閘；（2）速度的過渡變動(dòng)。

    對(duì)于沖擊負(fù)載，國(guó)內(nèi)通常都使用YH系列高轉(zhuǎn)差率三相異步電動(dòng)機(jī)，它是Y系列電機(jī)的派生系列，具有堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩大、堵轉(zhuǎn)電流小、轉(zhuǎn)差率高和機(jī)械特性軟等特點(diǎn)，尤其適用于不均勻沖擊負(fù)載以及正、反轉(zhuǎn)次數(shù)多的工作場(chǎng)合，如錘擊機(jī)、剪刀機(jī)、沖壓機(jī)和鍛冶機(jī)等機(jī)械設(shè)備。

1.3.6脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩負(fù)載

    在往復(fù)式壓縮機(jī)中利用曲軸將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成往返運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)矩隨著曲軸的角度而變動(dòng)。在這種情況下，電動(dòng)機(jī)的電流隨著負(fù)載的變化而產(chǎn)生大的脈動(dòng)。這類負(fù)載是一種周期性的曲軸類負(fù)載，它必須考慮到飛輪慣量GD2，因?yàn)橐坏┎捎眉哟箫w輪的方法來平滑脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩時(shí)，加減速時(shí)間就會(huì)隨之增加，否則減速時(shí)的回饋能量就會(huì)變大。

1.3.7負(fù)負(fù)載

    當(dāng)負(fù)載要求電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反時(shí)，此類負(fù)載就是負(fù)負(fù)載。負(fù)負(fù)載的類型通常有兩種：

    （1）由于速度控制需要而在四象限運(yùn)行的機(jī)械設(shè)備。

    如起重機(jī)下放重物運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電機(jī)向著被負(fù)載牽引的方向旋轉(zhuǎn)，此時(shí)電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩是阻礙重物下放的，即與旋轉(zhuǎn)方向相反。這類負(fù)載包括行車、吊機(jī)、電梯等升降機(jī)械和傾斜下坡的皮帶輸送機(jī)。

    （2）由于轉(zhuǎn)矩控制需要而在四象限運(yùn)行的機(jī)械設(shè)備。

    在卷取片材狀物料進(jìn)行加工作業(yè)時(shí)，為了給加工物施加張力而設(shè)置的卷送轉(zhuǎn)送裝置就是負(fù)負(fù)載。這里使用的電機(jī)速度決定于其對(duì)應(yīng)的卷取機(jī)和原動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，而電機(jī)只被要求用來產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。這類負(fù)載包括造紙用的放卷和收卷設(shè)備、鋼鐵用的夾送輥、紡織用的卷染機(jī)等。

1.3.8大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩負(fù)載

    類似攪拌機(jī)、擠出機(jī)、金屬加工機(jī)床等在啟動(dòng)初期必須克服很大的摩擦力才能啟動(dòng)，因此很多情況下都被當(dāng)作重載使用。

1.3.9大慣性負(fù)載

    離心分離機(jī)等負(fù)載慣性大，不僅啟動(dòng)費(fèi)力，而且停車也要費(fèi)時(shí)。

2   變頻器的選擇

    交流電動(dòng)機(jī)利用變頻器組成調(diào)速系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)合理選擇變頻器的容量及其外圍設(shè)備。

2.1 根據(jù)負(fù)載的機(jī)械特性選擇變頻器

2.1.1恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載

    帶式輸送機(jī)是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的典型例子。恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的基本特點(diǎn)為，在負(fù)荷一定的情況下，負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩取決于皮帶與滾筒間的磨擦阻力和滾筒的半徑。這類負(fù)載轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的快慢無關(guān)，所以在調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速過程中，負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩保持不變。

    恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載在選擇變頻調(diào)速系統(tǒng)時(shí)，除了按常規(guī)要求外，應(yīng)對(duì)變頻器的控制方式進(jìn)行選擇。

    （1）負(fù)荷的調(diào)速范圍。在調(diào)速范圍不大的情況下，選擇較為簡(jiǎn)易的V/F控制方式的變頻器。當(dāng)調(diào)速范圍很大時(shí)，應(yīng)考慮采用有反饋的矢量控制方式。

    （2）恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載只是在負(fù)荷一定的情況下負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩是不變的，但對(duì)于負(fù)荷變化時(shí)其轉(zhuǎn)距仍然隨負(fù)荷變化。當(dāng)轉(zhuǎn)矩變動(dòng)范圍不大時(shí)，可選擇較為簡(jiǎn)易的V/F控制方式的變頻器，但對(duì)于轉(zhuǎn)矩變動(dòng)范圍較大的負(fù)載，應(yīng)考慮采用無反饋的矢量控制方式。

    （3）如果負(fù)載對(duì)機(jī)械特性的要求不高，可考慮選擇較為簡(jiǎn)易的V/F控制方式的變頻器，而在要求較高的場(chǎng)合，則必須采用有反饋的矢量控制方式。

    從理想的角度來說，對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩類負(fù)載或有較高靜態(tài)轉(zhuǎn)速精度要求的機(jī)械則應(yīng)采用具有轉(zhuǎn)矩控制功能的高性能變頻器。因?yàn)檫@種變頻器低速轉(zhuǎn)矩大，靜態(tài)機(jī)械特性硬度大，不怕負(fù)載沖擊，具有挖土機(jī)特性。艾默生公司的TD3000、AB公司的PowerFlex700系列、安川公司的VS-616G7系列、西門子公司的6SE70系列變頻器屬于此類。

2.1.2平方降轉(zhuǎn)矩負(fù)載

    風(fēng)機(jī)類、泵類負(fù)載是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用最多的設(shè)備，變頻器在這類負(fù)載上的應(yīng)用最多。它是一種平方降轉(zhuǎn)矩負(fù)載。一般情況下，具有V/f恒壓頻比控制模式的變頻器基本都能滿足這類負(fù)載的要求，下面根據(jù)這類變頻器的主要特點(diǎn)介紹選型時(shí)需要注意的問題。

（1）避免過載

    風(fēng)機(jī)和水泵一般不容易過載，選擇變頻器的容量時(shí)保證其稍大于或等于電動(dòng)機(jī)的容量即可；同時(shí)選擇的變頻器的過載能力要求也較低，一般達(dá)到120％，1min即可。但在變頻器功能參數(shù)選擇和預(yù)置時(shí)應(yīng)注意，由于負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，當(dāng)工作頻率高于電動(dòng)機(jī)的額定頻率時(shí)，負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩會(huì)超過額定轉(zhuǎn)矩，使電動(dòng)機(jī)過載。所以，要嚴(yán)格控制最高工作頻率不能超過電機(jī)額定頻率。

    （2）啟/停時(shí)變頻器加速時(shí)間與減速時(shí)間的匹配

    由于風(fēng)機(jī)和泵的負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比較大，其啟動(dòng)和停止時(shí)與變頻器的加速時(shí)間和減速時(shí)間匹配是一個(gè)非常重要的問題。在變頻器選型和應(yīng)用時(shí)，應(yīng)根據(jù)負(fù)荷參數(shù)計(jì)算變頻器的加速時(shí)間和減速時(shí)間來選擇最短時(shí)間，以便在變頻器啟動(dòng)時(shí)不發(fā)生過流跳閘和變頻器減速時(shí)不發(fā)生過電壓跳閘的情況。但有時(shí)在生產(chǎn)工藝中，對(duì)風(fēng)機(jī)和泵的啟動(dòng)時(shí)間要求很嚴(yán)格，如果上述計(jì)算的時(shí)間不能滿足需求時(shí)，應(yīng)該對(duì)變頻器進(jìn)行重新設(shè)計(jì)選型。

    （3）避免共振

    由于變頻器是通過改變電動(dòng)機(jī)的電源頻率來改變電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果的，就有可能在某一電機(jī)轉(zhuǎn)速下與負(fù)荷軸系的共振點(diǎn)、共振頻率重合，造成負(fù)荷軸系不能容忍的振動(dòng)，有時(shí)會(huì)造成設(shè)備停運(yùn)或設(shè)備損壞，所以在變頻器功能參數(shù)選擇和預(yù)置時(shí)，應(yīng)根據(jù)負(fù)荷軸系的共振頻率，通過設(shè)定跳躍頻率點(diǎn)和寬度，避免系統(tǒng)發(fā)生共振現(xiàn)象。

    （4）憋壓與水錘效應(yīng)

    泵類負(fù)載在實(shí)際運(yùn)行過程中，容易發(fā)生憋壓和水錘效應(yīng)，所以變頻器選型時(shí)，在功能設(shè)定時(shí)要針對(duì)這個(gè)問題進(jìn)行單獨(dú)設(shè)定。

    憋壓

    泵類負(fù)載在低速運(yùn)行時(shí)，由于關(guān)閉出口門使壓力升高，從而造成泵汽蝕。在變頻器功能設(shè)定時(shí)，通過限定變頻器的最低頻率來限定泵流量的臨界點(diǎn)最低轉(zhuǎn)速，可避免此類現(xiàn)象的發(fā)生。

    水錘效應(yīng)

    泵類負(fù)載在突然斷電時(shí)，由于泵管道中的液體重力而倒流。若逆止閥不嚴(yán)或沒有逆止閥，將導(dǎo)致電機(jī)反轉(zhuǎn)，因電機(jī)發(fā)電而使變頻器發(fā)生故障或燒壞。在變頻器系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使變頻器按減速曲線停止，在電機(jī)完全停止后再斷開主電路，或者設(shè)定“斷電減速停止”功能，可避免該現(xiàn)象的發(fā)生。

    根據(jù)變頻器在基本運(yùn)行頻率以上的弱磁恒功率特性，可以將此應(yīng)用于高速磨床等主軸電機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)中。

    對(duì)于中心卷取的負(fù)載，變頻器選擇應(yīng)根據(jù)空卷直徑和滿卷直徑比來選擇變頻器的調(diào)速范圍，如卷取金屬片材時(shí)對(duì)于低速要求有高轉(zhuǎn)矩輸出的，必須選擇具有矢量控制的變頻器。

2.2根據(jù)負(fù)載的工藝特性選擇變頻器

    正確選用變頻器的類型，首先要按照生產(chǎn)機(jī)械的類型、調(diào)速范圍、靜態(tài)速度精度、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的要求，然后決定選用哪種控制方式的變頻器最合適。所謂合適是既要好用，又要經(jīng)濟(jì)，以滿足工藝和生產(chǎn)的基本條件和要求為前提。

    不同類型變頻器的主要性能、應(yīng)用場(chǎng)合如表1所示。

                         表1   不同類型變頻器的主要性能、應(yīng)用場(chǎng)合

    變頻器的容量直接關(guān)系到變頻調(diào)速系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性，因此，合理的容量將保證最優(yōu)的投資。變頻器的容量選擇在實(shí)際操作中存在很多誤區(qū)，這里給出了三種基本的容量選擇方法，它們之間互為補(bǔ)充。

    大多數(shù)變頻器容量可從三個(gè)角度表述：額定電流、可用電動(dòng)機(jī)功率和額定容量。其中后兩項(xiàng)，變頻器生產(chǎn)廠家由本國(guó)或本公司生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)給出，或隨變頻器輸出電壓而降低，都很難確切表達(dá)變頻器的能力。

    選擇變頻器時(shí)，只有變頻器的額定電流是一個(gè)反映半導(dǎo)體變頻裝置負(fù)載能力的關(guān)鍵量。負(fù)載電流不超過變頻器額定電流是選擇變頻器容量的基本原則。需要著重指出的是，確定變頻器容量前應(yīng)仔細(xì)了解設(shè)備的工藝情況及電動(dòng)機(jī)參數(shù)，例如潛水電泵、繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)的額定電流要大于普通籠形異步電動(dòng)機(jī)額定電流，冶金工業(yè)常用的輥道用電動(dòng)機(jī)不僅額定電流大很多，同時(shí)它允許短時(shí)處于堵轉(zhuǎn)工作狀態(tài)，且輥道傳動(dòng)大多是多電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)。應(yīng)保證在無故障狀態(tài)下負(fù)載總電流均不允許超過變頻器的額定電流。

    系統(tǒng)效率等于變頻器效率與電動(dòng)機(jī)效率的乘積，只有兩者都處在較高的效率下工作時(shí)，則系統(tǒng)效率才較高。從效率角度出發(fā)，在選用變頻器功率時(shí)，要注意以下幾點(diǎn)：

    （1）變頻器功率值與電動(dòng)機(jī)功率值相當(dāng)時(shí)最合適，以利變頻器在高的效率值下運(yùn)轉(zhuǎn)。

    （2）在變頻器的功率分級(jí)與電動(dòng)機(jī)功率分級(jí)不相同時(shí)，則變頻器的功率要盡可能接近電動(dòng)機(jī)的功率，但應(yīng)略大于電動(dòng)機(jī)的功率。

    （3）當(dāng)電動(dòng)機(jī)屬頻繁起動(dòng)、制動(dòng)工作或處于重載起動(dòng)且較頻繁工作時(shí)，可選取大一級(jí)的變頻器，以利用變頻器長(zhǎng)期、安全地運(yùn)行。

    （4）經(jīng)測(cè)試，電動(dòng)機(jī)實(shí)際功率確實(shí)有富余，可以考慮選用功率小于電動(dòng)機(jī)功率的變頻器，但要注意瞬時(shí)峰值電流是否會(huì)造成過電流保護(hù)動(dòng)作。

    （5）當(dāng)變頻器與電動(dòng)機(jī)功率不相同時(shí)，則必須相應(yīng)調(diào)整節(jié)能程序的設(shè)置，以利達(dá)到較高的節(jié)能效果。

    變頻器負(fù)載率b與效率h的關(guān)系曲線如圖3所示。

 
                             圖3   負(fù)載率與效率的關(guān)系曲線

    可見：當(dāng)b=50%時(shí)，h=94%；當(dāng)b=100%時(shí)，h=96%。雖然b增一倍，h變化僅2%，但對(duì)中大功率例幾百千瓦至幾千千瓦電動(dòng)而言亦是可觀的。系統(tǒng)效率等于變頻器效率與電動(dòng)機(jī)效率的乘積，只有兩者都處在較高的效率下工作時(shí)，則系統(tǒng)效率才較高。從效率角度出發(fā)，在選用變頻器功率時(shí)，要注意以下幾點(diǎn)：（1）變頻器功率值與電動(dòng)機(jī)功率值相當(dāng)時(shí)最合適，以利變頻器在高的效率值下運(yùn)轉(zhuǎn)。（2）在變頻器的功率分級(jí)與電動(dòng)機(jī)功率分級(jí)不相同時(shí)，則變頻器的功率要盡可能接近電動(dòng)機(jī)的功率，但應(yīng)略大于電動(dòng)機(jī)的功率。（3）當(dāng)電動(dòng)機(jī)屬頻繁起動(dòng)、制動(dòng)工作或處于重載起動(dòng)且較頻繁工作時(shí)，可選取大一級(jí)的變頻器，以利用變頻器長(zhǎng)期、安全地運(yùn)行。（4）經(jīng)測(cè)試，電動(dòng)機(jī)實(shí)際功率確實(shí)有富余，可以考慮選用功率小于電動(dòng)機(jī)功率的變頻器，但要注意瞬時(shí)峰值電流是否會(huì)造成過電流保護(hù)動(dòng)作。（5）當(dāng)變頻器與電動(dòng)機(jī)功率不相同時(shí)，則必須相應(yīng)調(diào)整節(jié)能程序的設(shè)置，以利達(dá)到較高的節(jié)能效果。

2.3.3從計(jì)算功率的角度

    對(duì)于連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的變頻器必須同時(shí)滿足以下3個(gè)計(jì)算公式：

    （1）滿足負(fù)載輸出：PCN≥PM/η

    （2）滿足電動(dòng)機(jī)容量：PCN≥3kUeIe×10-3

    （3）滿足電動(dòng)機(jī)電流：ICN≥kIe

    式中PCN為變頻器容量（單位kVA），PM為負(fù)載要求的電動(dòng)機(jī)軸輸出功率（單位kW），Ue為電動(dòng)機(jī)額定電壓（單位V），Ie為電動(dòng)機(jī)額定電流（單位A），η為電動(dòng)機(jī)效率(通常約為0．85)，cosφ為電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)(通常約為0．75)，k是電流波形補(bǔ)償系數(shù)（由于變頻器的輸出波形并不是完全的正弦波，而含有高次諧波的成分，其電流應(yīng)有所增加，通常k約為1.05～1.1）。