浅谈变频器选型

　　摘要：随着科技的进步，变频器应用的日益广泛，节能降耗意识的提高，从而人们更加关注如何选择变频器更经济，更节电。

　　关键词：变频器；节能降耗；广泛

　　一、变频器为什么能节能降耗

　　典型的就是风机泵类负载。在过去，风机、泵类负载调节流量常采用的方法是用阀门或挡板来实现的，这样做虽然也能达到调节流量的目的，但是缺点有两点：一是阀门或挡板容易损坏，另一个就是不能节能，因为在调节流量时，电机的输出功率根本没有变化。如果采用变频器，它就采用调节电机转速来调节流量的，因为转速与流量为正比关系，输出功率与流量的三次方是正比关系，所以这样可以大大节约电能，又省去了阀门与挡板的复杂控制。

　　二、变频器的选择

　　1.电压选择

　　变频器的输出电压等于电机的工频额定电压。

　　2.电流选择

　　（1）变频器与电动机为一对一关系时

　　电动机在额定运行状态下时，电流要满足如下关系

　　IN≥1.1IMm（1）

　　式中：IN变频器的额定电流，单位为A；

　　Im电动机的最大运行电流，单位为A。

　　（2）变频器与电动机为一对多时

　　一台变频器带动若干台电动机时，一般情况下，小于7.5kW的电动机采用直接起动，功率较大的则使用变频器功能实行软起动。此时，变频器输出的额定电流按下式进行计算：

　　IN≥（（m∑i=1）Imi+（n∑j=1）Inj/Kp（2）

　　式中（m∑i=1）Imi所有直接起动电动机的堵转电流之和；

　　（n∑j=1）Inj所有软起动电动机的额定电流之和；

　　Kp―变频器允许过载倍数（1.3～1.5）。

　　3.容量选择

　　变频器的容量要和电动机的容量相匹配。

　　（1）一台变频器带动一台电动机时的容量选择

　　连续恒定负载运行时所需的变频器容量SN的计算如式（3）和式（4）所示，式（3）满足负载的输出要求，式（4）实现与电动机容量的配合。电动机运行时要同时满足式（3）和式（4）。

　　SN≥kPm/ηCOSφ（3）

　　SN≥√3kUMIMX10-3（4）

　　式中：

　　Pm电动机轴上输出的机械功率，单位为kW；

　　η电动机的效率；

　　COSφ电动机的功率因数；

　　UM电动机的电压，单位V；

　　IM电动机的电流，单位为A；

　　k电流波形的修正系数，PWM方式是通常取为1.0～1.5；

　　SN变频器的额定容量，单位是kVA。

　　（2）变频器同时驱动多台电动机时，需要考虑变频器的过载能力，要保证变频器的额定电流大于所有电动机的运行电流之和。设变频器的过载能力为KP，允许过载的时间为1min，如果电动机的加速时间在1min以下时，则变频器的驱动容量可按式（5）计算，如果电动机的加速时间在1min以上时，则变频器的驱动容量可按式（6）计算。

　　kPSN≥kPm/ηCOSφ[NT+NS（ks-1）]（5）

　　SN≥kPm/ηCOSφ[NT+NS（ks-1）]（6）

　　式中：

　　NT电动机并联的台数；

　　NS电动机同时起动的台数；

　　ks电动机起动电流与电动机额定电流的比值。

　　其它各量同上。

　　（3）大惯性负载起动时变频器的容量计算如下：

　　SN≥knN（TL+GD2nN/375tA）/9550ηCOSφ（7）

　　式中：GD2换算到电动机轴上的总GD2；

　　TL负载转矩；

　　tA根据负载要求确定的电动机加速时间，单位是S；

　　nN电动机的额定转速，单位是r/min；

　　SN变频器的额定容量，单位是kVA；

　　Ks电动机起动电流与电动机额定电流的比值。

　　（4）当电动机运行时的实际功率小于额定功率时，选用变频器时可以小于电动机额定功率，但要注意瞬时峰值电流造成过负荷的影响。

　　4.变频器型式的选择

　　对于调速精度没有要求的设备，则选用普通U/f控制通用变频器；对于低速时要求有较硬的机械特性，并要求有一定的调速精度，在动态方面无较高要求的负载，可选用不带速度反馈的矢量控制型通用变频器；对于某些对调速精度及动态性能方面都有较高要求，以及要求高精度同步运行的负载，可选用带速度反馈的矢量控制型通用变频器。轧钢类对动态性能要求较高的生产机械，采用矢量控制高性能型变频器是一种很好的选择。对于恒转矩类负载，当采用普通功能型变频器时，常采用加大电动机和变频器的容量的方法，来提高低速转矩，但这种方式要考虑低速下强迫风冷及绝缘级别的提高；另一种就是采用具有转矩控制功能的高功能型U/f控制通用变频器。

　　矢量控制方式只能一台变频器驱动一台电动机，当一台变频器驱动多台电动机时，只能选择U/f控制模式，不能用矢量控制模式。

　　目前常用的产品是高功能型U/f控制通用变频器；具备转矩控制功能，有无跳闸能力，输出静态转矩高，机械特性硬度高于工频电网供电的异步电动机，并且具有挖土机特性。但对于要求较高动态性能的负载，则优先选用高动态性能型矢量控制通用变频器；另外无速度传感器矢量控制通用变频器也正被广泛应用。

　　5.变频器的防护级别选择

　　因为设备工作环境复杂，变频器在环境条件差的境况下工作，就会影响变频器的使用寿命和出力，所以变频器的箱体结构按使用环境分为以下四个防护级别：

　　（1）敞开式IP00应用在环境条件较好的场所，如配电室的盘、箱、柜内；

　　（2）封闭式IP20不可以在有直径小于12.5mm的粉尘环境中工作；

　　（3）密封式IP54适用在环境比较潮湿，没有危险的灰尘环境中，有防溅水功能；

　　（4）密封式IP65适用在环境中有危险的灰尘，并有防喷水的功能。

　　6.变频器对温湿度的要求

　　（1）环境温度要在合适的范围内，否则电路元器件就会出现故障，另外温度过高也会影响变频器的输出电流，如当环境温度小于40度时，变频器输出为额定电流；当环境温度为45度时，变频器输出电流为0.8倍额定电流；当环境温度为50度时，变频器输出电流为0.6倍额定电流。因此，安装变频器时，一定要考虑通风散热。

　　（2）为了不破坏线路及电路板，要求环境的相对湿度不结露，无冰冻。

　　（3）海拔高度也会影响变频器的电气绝缘，据统计，海拔每升高100米，电气绝缘就会降低1%。

　　在选用变频器时需仔细阅读变频器的使用说明书，了解使用环境，进行恰当的选择变频器。

　　7.在有爆炸危险气体或粉尘环境下，必须将变频器设置在危险场所之外

　　综上所述，为了达到节能降耗，还要安全适用，在选择变频器时一定要做到应用环境恰当，电压匹配，电流要相当，容量合适，型式还要满足工艺要求。

　　作者简介：王建华（1974～）女，辽宁锦州人，中国冶金矿业鞍山冶金设计研究院有限责任公司，电气工程师，本科学历，电气供配电方向。