如何计算大惯性负载起动下的变频器容量？

在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配接电动机。在选用变频器时,通常先根据异步电动机的额定电流(或电动机运行中的最大电流)来选择变频器,再确定变频器容量和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,其脉动值比工频供电时的电流要大,在选用变频器时,容量应留有适当的余量。此时选用变频器应同时满足以下3个条件:

式中 P_M——电动机输出功率(W);

η——效率(取0.85);

cosφ——功率因数(取0.75);

U_M——电动机的电压(V);

I_M——电动机的电流(A);

K——电流波形的修正系数(PWM方式取1.05~1.1);

P_CN——变频器的额定容量(kVA);

I_CN——变频器的额定电流(A)。

式中的I_M如果按电动机实际运行中的最大电流来选择变频器,变频器的容量可以适当缩小。

2.加、减速条件下的变频器容量计算

变频器的最大输出转矩由最大输出电流决定。通常对于短时的加减速而言,变频器允许达到额定输出电流的130%~150%,故在短时加减速时的输出转矩也可以增大;反之,若只需要较小的加减速转矩,也可降低选择变频器的容量。由于电流的脉动原因,此时应将变频器的最大输出电流降低10%后再进行选定。

3.频繁加、减速条件下的变频器容量计算

对于频繁加、减速的电动机,如果按图5-1所示曲线运行,那么根据加速、恒速、减速等各种运行状态下的电流值,可按下式确定变频器额定值:

式中 I_CN——变频器额定输出电流(A);

I₁、I₂、…I₅——各运行状态平均电流(A);

t₁、t₂、…t₅——各运行状态下的时间(s);

K₀——安全系数(运行频繁时取1.2,其他条件下取1.1)。

图5-1 频繁加、减速的电动机运行曲线

4.在驱动多台并联运行电动机条件下的变频器容量计算

当用一台变频器驱动多台电动机并联运行时,在一些电动机起动后,若再让其他电动机起动,由于此时变频器的电压、频率已经上升,追加投入的电动机将产生大的起动电流,因此与同时起动时相比,变频器容量需要大一些。

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

若电动机加速时间在60s以上,则应满足以下条件:

式中 n_T——并联电动机的台数;(www.xing528.com)

n_s——同时起动的台数;

P_CN1——连续容量(kVA),P_CN1=KP_MnT/ηcosφ;

K_s——电动机起动电流/电动机额定电流;

I_M——电动机额定电流;

P_CN——变频器容量(kVA);

I_CN——变频器额定电流(A)。

在变频器驱动多台电动机时,若其中可能有一台电动机随时挂接到变频器或随时退出运行。此时变频器的额定输出电流可按下式计算:

式中 I_ICN——变频器额定输出电流(A);

I_MN——电动机额定输入电流(A);

I_MQ——最大一台电动机的起动电流(A);

K——安全系数,一般取1.05~1.10;

j——余下的电动机台数。

5.在电动机直接起动条件下变频器容量的计算

一般情况下,三相异步电动机直接用工频起动时,起动电流为其额定电流的5~7倍。对于电动机功率小于10kW的电动机直接起动时,可按下式计算变频器容量:

I_CN≥I_K/K_g

式中 I_K——在额定电压、额定频率下电动机起动时的堵转电流(A);

K_g——变频器的允许过载倍数,K_g=1.3~1.5。

在运行中,若电动机电流变化不规则,不易获得运行特性曲线,这时可将电动机在输出最大转矩时的电流限制在变频器的额定输出电流内进行选定。

6.在大惯性负载起动条件下的变频器容量计算

变频器过载容量通常为125%/60s或150%/60s,如果超过此值,必须增大变频器的容量。在这种情况下,可按下式计算变频器的容量:

式中 GD²——换算到电动机轴上的转动惯量值(N·m²);

T_L——负载转矩(N·m);

η、cosφ、n_M——电动机的效率(取0.85)、功率因数(取0.75)、额定转速(r/min);

t_A——电动机加速时间(s),由负载要求确定;

K——电流波形的修正系数(PWM方式取1.05~1.10);

P_CN——变频器的额定容量(kVA)。

7.轻载条件下的变频器容量计算

如果电动机的实际负载比电动机的额定输出功率小,变频器容量一般可选择与实际负载相称。但对于通用变频器,应按电动机额定功率选择变频器容量。