浅谈变频器容量的选择

1 引言

　　随着电力电子学、微电子学、计算机技术和控制理论的迅速发展，交流传动系统，在宽调速、高精度、快速响应和四象限运行等性能方面也达到了与直流调速相媲美的效果。尤其是以变频器为核心的变频调速因其优异的调速性能而被公认为最有发展前途的调速方式。目前，变频器已迈进了高性能、多功能、小型化和廉价化阶段。为便于变频器的合理使用，本文将对变频器容量选择过程作简略探讨。

2 变频器容量的选择

　　变频器容量的选择是一个重要且复杂的问题，要考虑变频器容量与电动机容量的匹配，容量偏小会影响电动机有效力矩的输出，影响系统的正常运行，甚至损坏装置，而容量偏大则电流的谐波分量会增大，也增加了设备投资。

　　2.1 变频器容量选择的三步骤

　　（1）了解负载性质和变化规律，计算出负载电流的大小或作出负载电流图i=f（t）；

　　（2）预选变频器容量；

　　（3）校验预选变频器，必要时进行过载能力和起动能力的校验。若都通过，则预选的变频器容量便选定了；否则从（2）开始重新进行，直到通过为止。

　　在满足生产机械要求的前提下，变频器容量越小越经济。

　　2.2 基于不同电动机负载电流下的变频器容量选择

　　（1）变频器的容量有三种表示方法

　　一般地说，变频器的容量有三种表示方法：

　　额定电流；

　　适配电动机的额定功率；

　　额定视在功率。

　　（2）变频器的过载能力

　　不管是哪一种表示方法，归根到底还是对变频器额定电流的选择，应结合实际情况根据电动机有可能向变频器吸收的电流来决定。通常变频器的过载能力有两种：

　　1.2倍的额定电流，可持续1min；

　　1.5倍的额定电流，可持续1min。

　　而且变频器的允许电流与过程时间呈反时限的关系。如1.2（1.5）倍的额定电流可持续1min；而1.8（2.0）倍的额定电流，可持续0.5min。这就意味着：不论任何时候向电动机提供在允许过载电流的持续时间都必须在限定的范围内；过载能力这个指标，对电动机来说，只有在起动（加速）过程中才有意义，在运行过程中，实际上等同于不允许过载。

3 如何根据电动机负载电流来选择变频器的容量

　　3.1 一台变频器只供一台电动机使用（即一拖一）

　　在计算出负载电流后，还应考虑三个方面的因素：一是用变频器供电时，电动机电流的脉动相对工频供电时要大些；二是电动机的起动要求，即是由低频、低压起动，还是额定电压、额定频率下直接起动；三是变频器使用说明书中的相关数据是用该公司的标准电机测试出来的。要注意按常规设计生产的电机在性能上可能有一定差异，故计算变频器的容量时要留适当余量。

　　（1）恒定负载连续运行时变频器容量的计算

　　由低频、低压起动，变频器用来完成变频调速时，要求变频器的额定电流稍大于电动机的额定电流即可：

　　ifn≥1.1imn

　　式中：ifn—变频器额定电流；

　　imn—电动机额定电流。

　　额定电压、额定频率直接起动时，对三相电动机而言，由电动机的额定数据可知，起动电流是额定电流的5～7倍。因而得用下式来计算变频器的频定电流ifn。

　　ifn≥imst/kfg

　　式中：imst—电动机在额定电压，额定频率时的起动电流；

　　kfg—变频器的过载倍数。

　　（2）周期性变化负载连续运行时变频器容量的计算

　　很多情况下电动机的负载具有周期性变化的特点。显然，在此情况下，按最小负载选择变频器的容量，将出现过载，而按最大负载选择，将是不经济的。由此推知，变频器的容量可在最大负载与最小负载之间适当选择，以便变频器得到充分利用而又不到过载。

　　首先作出电动机负载电流图n=φ（t）及i=f（t），然后求出平均负载电流iav再预选变频器的容量，关于iav的计算采用如下公式：

　　iav=（i1t1+i2t2+…+ijtj+…）÷（t1+t2+…+tj+…）

　　考虑到过渡过程中，电动机从变频器吸收的电流要比稳定运行时大，而上述iav没有反映过渡过程中的情况。因此，变频器的容量按ifn≥（1.1～1.2）iav修正后预选（式中，ij为第j段运行状态下的平均电流，tj为第j段运行状态下对应的时间），同时若过渡过程在整个工作过程中占较大比重，则系数（1.1～1.2）选偏大的值。

　　（3）非周期性变化负载连续运行时变频器容量的计算

　　这种情形一般难以作出负载电流图，可按电动机在输出最大转矩时的电流计算变频器的额定电流，可用下式确定：

　　ifn≥im（max）/kfg

　　式中：im（max）为电动机在输出最大转矩时的电流。

3.2 一台变频器同时供多台电动机使用（即一拖多）

　　除了要考虑一拖一的几种情形外，还可以根据以下情况区别对待。

　　（1）各台电动机均由低频低压起动，在正常运行后不要求其中某台因故障停机的电动机重新直接起动，这时变频器容量为：

　　ifn≥im（max）+σimn

　　式中：σimn为其余各台电动机的额定电流之和；

　　im（max）为最大电动机的起动电流。

　　（2）一部分电动机直接起动，另一部分电动机由低频、低压起动。除了使电动机运行的总电流不超过变频器的额定输出电流之外，还要考虑所有直接起动电动机的起动电流，即：

　　ifn≥（σimst’+σimn’）/ kfg

　　式中：σimst’为所有直接起动电动机在额定电压，额定频率下的起动电流总和；

　　σimn’为全部电动机额定电流的总和。

　　上述是变频器容量选择的一般原则和步骤。生产实际中，还需要针对具体生产机械的特殊要求，灵活处理，很多情况下，也可根据经验或供应商提供的建议，采用一些比较实用的方法。

4 变频器起动加速能力的校验

　　在电动机起动（加速）的过程中电动机不仅要负担稳速运行的负载转矩，还要负担加速转矩，如果生产机械对起动（加速）时间无特殊要求，可适当延长起动（加速）时间来避让峰值电流。若生产机械对起动（加速）时间有一定要求，就要慎重考虑。

　　如前所述，变频器的允许电流与过程时间呈反时限关系。如果电动机起动（加速）时，其电流小于变频器的过载能力，则预选容量通过，如果电动机起动（加速）时，其电流已达到变频器的过载能力，而要求的加速时间又与变频器过载能力规定的时限发生冲突，这时，变频器的容量应在预选容量的基础上增容。

5 结束语

　　本文结合实际中可能遇到的几种情况，总结了在不同电动机负载电流下变频器容量的选择方法，从而为变频器容量的合理选择提供了一些有益的参考。