变频驱动电动机的容量计算方法

2017-06-04 72 0

采用变频器驱动电动机时,先根据机械特点选用合适的异步电动机,再选用合适的变频器与之配接。选变频器时通常先根据异步电动机额定电流(或运行中的最大电流)选择变频器,再确定其容量与输出电流是否满足电动机运行条件。

1. 连续运转条件下的变频器容量计算

由于变频器供给电动机的是脉动电流,其脉动值较工频供电时的电流大,故选用时容量应留有适当余量。此时选用变频器应同时满足以下三个条件:

式中,PM 为电动机输出功率;η 为效率(取 0.85);cosφ 为功率因数(取 0.75);UM 为电动机电压(V);IM 为电动机电流(A);K 为电流波形修正系数(PWM 方式取 1.05~1.1);PCN 为变频器额定容量(kV·A);ICN 为变频器额定电流(A)。式中的 IM 若按电动机实际运行中的最大电流选取,则变频器容量可适当减小。

2. 加减速条件下的变频器容量计算

变频器最大输出转矩由最大输出电流决定。一般对短时加减速而言,变频器允许达到额定输出电流的 130%~150%,故短时加减速时可增大输出转矩;反之,若仅需较小的加减速转矩,也可降低变频器容量。由于电流脉动原因,此时应将变频器最大输出电流降低 10% 后再选定。

3. 频繁加减速条件下的变频器容量计算

对频繁加减速的电动机,若按图8-1 所示曲线运行,则可根据加速、恒速、减速各运行状态电流值按下式确定变频器额定值:

式中,ICN 为变频器额定输出电流(A);I1、I2、…、I5 为各运行状态平均电流(A);t1、t2、…、t5 为各运行状态时间;K0 为安全系数(运行频繁时取 1.2,其他条件取 1.1)。


图8-1 频繁加减速的电动机运行曲线

4. 驱动多台并联运行电动机的变频器容量计算

当一台变频器驱动多台电动机并联运行时,部分电动机启动后再追加投入其他电动机,由于此时变频器电压、频率已上升,追加投入的电动机会产生大的启动电流,故与同时启动相比变频器容量需选大些。

以短时过载能力 150%/60 s 的变频器为例,若电动机加速时间在 60 s 内应满足:

若加速时间在 60 s 以上则应满足:

式中,nt 为并联电动机台数;ns 为同时启动的电动机台数;Ks 为电动机启动电流与额定电流之比;IM 为电动机额定电流;PCN 为变频器容量(kV·A);ICN 为变频器额定电流(A);PCN1 为连续容量(kV·A)。PCN1 按下式计算:PCN1=KPM/(ηcosφ),式中 PM 为电动机输出功率,η 为效率(约取 0.85),cosφ 为功率因数(常取 0.75),K 为电流波形修正系数(PWM 方式取 1.05~1.10)。

若多台电动机中可能有一台随时接入或退出变频器,则变频器额定输出电流可按下式计算:

式中,ICN 为变频器额定输出电流(A);IMN 为电动机额定输入电流(A);IMQ 为最大一台电动机的启动电流(A);K 为安全系数(一般取 1.05~1.10);J 为剩余的电动机台数。

5. 电动机直接启动条件下的变频器容量计算

一般情况下三相异步电动机直接用工频启动时,启动电流为额定电流的 5~7 倍。对功率小于 10 kW 的电动机直接启动,可按 ICN≥IK/Kg 计算变频器容量,式中 IK 为额定电压、额定频率下电动机启动时的堵转电流(A),Kg 为变频器允许过载倍数(Kg=1.3~1.5)。运行中若电动机电流变化不规则、不易获得运行特性曲线,可将电动机在输出最大转矩时的电流限制在变频器额定输出电流内选取。

6. 大惯性负载启动条件下的变频器容量计算

变频器过载容量通常为 125%/60 s 或 150%/60 s,若超过此值必须增大变频器容量,此时可按下式计算:

式中,GD² 为换算到电动机轴上的转动惯量(N·m²);TL 为负载转矩(N·m);η、cosφ、nM 分别为电动机效率(取 0.85)、功率因数(取 0.75)与额定转速(r/min);tA 为电动机加速时间(s,由负载要求确定);K 为电流波形修正系数(PWM 方式取 1.05~1.10);PCN 为变频器额定容量(kV·A)。

7. 轻载条件下的变频器容量计算

若电动机实际负载比其额定输出功率小,变频器容量一般可选择与实际负载相称;但对通用变频器,应按电动机额定功率选择变频器容量。

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