变频器的选型

前期管理 2018-05-04 11:11:24
  随着变频调速传动的飞速发展,目前采用的各种电机调速方案中,变频调速技术已成为主流。
  仅以宣钢煤气系统为例,在该系统中有着大量的高耗能用电设备,且在实际运行中大部分设备通常不在额定值下工作,如加压机、提升泵等。如果选用在工频下直接由电机驱动工作,将存在巨大的电能浪费,而选用变频器带动电机工作即可以减少耗电量,节省能源,降低成本,同时变频器的软启动可以起到保护电机的作用,减少了设备维护。
  虽然变频器的大量推广使用有着诸多好处,但其毕竟是近20年新出现的包含多种高新技术的产品,要想很好的发挥其应用效果,就必须对它的选型做深入的研究。
  正确选用变频器对于机械设备的传动控制系统的正常运行时非常重要的。首先应明确选用变频器的目的,其次在根据设备类型、负载特性、调速范围、控制方式、使用环境、防护结构等要求来选择合适的变频器。以此,来达到既满足生产工艺,又实现经济效益的目的。
  1 机械设备的负载转矩特性
  在实践中常将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、恒功率负载和降转矩特性负载。选择变频器时自然应以负载特性为基本依据。
  1.1 降转矩特性负载
  在各种风机、水泵、液压泵中,随着叶轮的转动,空气或液体在一定的速度范围内所产生的阻力大致与速度的二次方成正比,转矩按转速的二次方变化,负载功率按速度的三次方成正比变化,这类负载为降转矩负载。
  宣钢煤气系统煤气加压机即为此类系统。通过变频器调速来实现对煤气流量和管网压力的调节,可以降低外供煤气的耗电量,减少煤气的放散,节约生产成本。但此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,所以以最高运行功率略低于工频运行为好。
  宣钢煤气系统改造时,系统设计以节能为主要目的,通过实践证明,运用变频器系统调速相比在工频下运行加压机,耗电量大大降低。选用变频器时应注意,变频器的容量应与异步电动机的额定功率相同,并应核对变频器的额定电流是否与异步电动机的额定电流一致。
  1.2 恒功率负载
  这类负载的特点是需求转矩TL与转速n大体成反比,负载随着电动机转速的下降输出转矩反而增加,即在调速范围内,转速低力矩大、转速高力矩小,电动机的输出功率不变。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,TL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。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。
  恒功率负载的机械特性较复杂,系统设计时应注意不能使异步电动机超过其同步转速运行,否则易造成破坏性机械故障。通常变频器的容量一般取1.1~1.5倍异步电动机的容量。
  1.3 恒转矩负载
  在恒转矩负载中,负载转矩TL与转速n无关,任何转速下负载转矩TL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。例如吊车、传送带、注塑机、搅拌机、提升机等摩擦类负载都属于恒转矩负载。这类负载采用变频器控制的目的是实现设备自动化、提高劳动生产率、提高产品质量。
  变频器拖动恒转矩负载时,低速时的输出转矩要足够大,并且要有足够的过载能力,一般为150%额定电流。如果需要在低速下长时稳速运行,应该考虑异步电动机的散热能力,避免电动机温升过高。
  系统设计时应注意适当增大异步电动机的容量或增大变频器的容量。变频器的容量一般取1.1~1.5倍异步电动机的容量。
  2 根据负载特性选取适当控制方式的变频器
  除变频器制造工艺外,变频器采用何种控制方式也是非常重要的。变频器的控制方式主要分为开环控制和闭环控制两种。其中开环控制方式,结构简单,性能可靠,但调速精度和动态反应性能较低;而闭环控制方式可以根据流量、温度、位置、速度、压力等参数的变化进行实时控制,动态反应快,但某些时候实现起来比较困难,且成本较高。用户应根据自身需求进行选择相应的控制方式,从而获得需要的调速特性。
  3 根据安装环境选取变频器的防护结构
  选择变频器时应考虑其安装环境,其中包括环境温度、湿度、粉尘含量、腐蚀性气体等因素,这与变频器能否长期、可靠运行关系重大。若无法满足其运行条件,需采用相应的防护措施。
  变频器厂家大多会提供以下几种常见的防护结构供用户选择。
  (1)开放型IP00,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IP20、IP21,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,可有少量的粉尘或少许温度、湿度的场合,它适用于大多数的室内安装环境。
  (3)密封型IP40、IP42,它适用于工业现场环境条件较差的场合。
  (4)密闭型IP54、IP55,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。
  工程现场选用变频调速系统,应根据自己的实际工艺要求和运用场合选择,应权衡利弊,合理选用,综合考量。只有正确、灵活地用好变频器,交流变频调速系统才能安全、可靠地运行。
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