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起重機械小知識:變頻器的選型及配置要點
2018/3/30 17:07:31來源:中國起重機械設備網

1、引言

      由于電力電子技術的不斷發展和進步,伴隨著新的控制理論的提出與完善,使交流調速傳動,尤其是性能優異的變頻調速傳動得到飛速的發展。近年來,變頻器的售價不斷下降,而其使用功能卻不斷提升和擴大,它現在已經廣泛應用于從一些數百瓦級的家用器械直到一些數千千瓦級的大型工業傳動裝置的驅動。交流變頻調速已從最初的只能用于風機、水泵的調速過渡到應用于各類要求高精度、快響應的高性能調速指標的工業現場。變頻器的大量推廣使用,在節能、省力化、自動化及提高生產率、提高質量、減少維修和提高舒適性等多方面都取得了令世人矚目的應用效果。但是,變頻器畢竟是近20年來新出現的一種蘊涵多種高新技術的電力電子產品,要想讓它發揮很好的應用效果,就必須對它的選型和配置做深入的研究。
      2、變頻器的選型
      變頻器的正確選用對于機械設備電控系統的正常運行是至關重要的。選擇變頻器,首先要按照機械設備的類型、負載轉矩特性、調速范圍、靜態速度精度、起動轉矩和使用環境的要求,然后決定選用何種控制方式和防護結構的變頻器最合適。所謂合適是在滿足機械設備的實際工藝生產要求和使用場合的前提下,實現變頻器應用的最佳性價比。

      2.1 機械設備的負載轉矩特性
      人們在實踐中常將生產機械根據負載轉矩特性的不同,分為三大類型:恒轉矩負載、恒功率負載和流體類負載。
      (1) 恒轉矩負載
      在這類負載中,負載轉矩TL與轉速n無關,任何轉速下TL總保持恒定或基本恒定,負載功率則隨著負載速度的增高而線形增加。傳送帶、攪拌機、擠壓機和機械設備的進給機構等摩擦類負載以及起重機、提升機、電梯等重力負載,都屬于恒轉矩負載。
      變頻器拖動恒轉矩性質的負載時,低速時的輸出轉矩要足夠大,并且要有足夠的過載能力。如果需要在低速下長時穩速運行,應該考慮標準籠型異步電動機的散熱能力,避免電動機溫升過高。
      (2) 恒功率負載
      這類負載的特點是需求轉矩TL與轉速n大體成反比,但其乘積即功率卻近似保持不變。金屬切削機床的主軸和軋機、造紙機、薄膜生產線中的卷取機、開卷機等,都屬于恒功率負載。
      負載的恒功率性質應該是就一定的速度變化范圍而言的。當速度很低時,受機械強度的限制,TL不可能無限增大,在低速下轉變為恒轉矩性質。負載的恒功率區和恒轉矩區對傳動方案的選擇有很大的影響。電動機在恒磁通調速時,最大允許輸出轉矩不變,屬于恒轉矩調速;而在弱磁調速時,最大允許輸出轉矩與速度成反比,屬于恒功率調速。如果電動機的恒轉矩和恒功率調速的范圍與負載的恒轉矩和恒功率范圍相一致時,即所謂“匹配”的情況下,電動機的容量和變頻器的容量均最小。
      (3) 流體類負載
      這類負載的轉矩與轉速的二次方成正比,功率與轉速的三次方成正比。各種風機、水泵和油泵,都屬于典型的流體類負載。
流體類負載通過變頻器調速來調節風量、流量,可以大幅度節約電能。由于流體類負載在高速時的需求功率增長過快,與負載轉速的三次方成正比,所以不應使這類負載超工頻運行。

      2.2  根據負載特性選取適當控制方式的變頻器
      現在市場上出售的變頻器種類繁多,功能也日益強大,變頻器的性能也越來越成為調速性能優劣的決定因素,除了變頻器本身制造工藝的“先天”條件外,對變頻器采用什么樣的控制方式也是非常重要的。附表綜述了近年來各種變頻器控制方式的性能特點。
      綜上所述,異步電動機變頻控制選用不同的控制方法,就可以得到不同性能特點的調速特性。

      2.3  根據安裝環境選取變頻器的防護結構
      變頻器的防護結構要與其安裝環境相適應,這就要考慮環境溫度、濕度、粉塵、酸堿度、腐蝕性氣體等因素,這與變頻器能否長期、安全、可靠運行關系重大。大多數變頻器廠商可提供以下幾種常用的防護結構供用戶選用:
      (1)開放型IP00,它從正面保護人體不能觸摸到變頻器內部的帶電部分,適用于安裝在電控柜內或電氣室內的屏、盤、架上,尤其是多臺變頻器集中使用較好,但它對安裝環境要求較高。
      (2)封閉型IP20、IP21,這種防護結構的變頻器四周都有外罩,可在建筑物內的墻上壁掛式安裝,它適用于大多數的室內安裝環境。
      (3)密封型IP40、IP42,它適用于工業現場環境條件較差的場合。
      (4)密閉型IP54、IP55,它具有防塵、防水的防護結構,適用于工業現場環境條件差,有水淋、粉塵及一定腐蝕性氣體的場合。

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