如何正确选取变频器功率？

1.变频器的容量

变频器的容量可从3个方面表示：额定电流、可用电动机功率和额定容量。其中，后两项是变频器生产厂家由本国或本公司生产的标准电动机给出，其随变频器输出电压而降低，都很难确切表达变频器的能力。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取的电流来决定。

选择变频器时，只有变频器的额定电流是一个反映半导体变频装置负载能力的关键量。负载电流不超过变频器额定电流是选择变频器容量的基本原则。在确定变频器容量前应仔细了解生产工艺设备的情况及电动机参数，例如潜水电泵、绕线转子电动机的额定电流要大于普通笼型异步电动机的额定电流，冶金工业常用的辊道电动机不仅额定电流大，同时它允许短时处于堵转工作状态，且辊道传动大多是多电动机传动。应保证在无故障状态下负载总电流均不允许超过变频器的额定电流。通常变频器的过载能力有两种：

1）1.2倍的额定电流，可持续1min。

2）1.5倍的额定电流，可持续1min。

变频器的允许过电流与过载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变频器向电动机提供的电流在1min（或0.5min）的时限允许范围内。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。

变频器的额定功率指的是它适用的4极交流异步电动机的功率，由于同容量电动机，其极数不同，电动机的额定电流不同。随着电动机极数的增多，电动机的额定电流增大。变频器的容量选择不能以电动机的额定功率为依据。同时，对于原来未采用变频器的改造项目，变频器的容量选择也不能以电动机的额定电流为依据。因为，电动机的容量选择要考虑最大负载、富余系数、电动机规格等因素，往往电动机的容量富余量较大，工业用电动机常在50%～60%额定负荷下运行。若以电动机额定电流为依据来选择变频器的容量，留有富余量太大，造成经济上的浪费，而可靠性并没有因此得到提高。

变频器与电动机的匹配主要还是电动机的额定电压及额定电流，如果电动机的额定电流小于同功率的变频器的额定电流，一般来说用同等功率的就足够了；如果电动机的额定电流大于同功率的变频器的额定电流，只好用大一级的变频器。另外，如果负载较重且起动频繁要考虑变频器容量放大一级，如用于高海拔或电动机接线太长要考虑变频器的输出能力，可能也要放大一级，并要采取相应的措施。

对于异步电动机，变频器的容量选择应以变频器的额定电流大于或等于电动机的最大正常工作电流的1.1倍为原则，这样可以最大限度地节约资金。对于重载起动、高温环境、绕线转子异步电动机、同步电动机等条件下，变频器的容量应适当加大。

2.变频器容量的合理选择方法

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。变频器容量的选择可分以下三步：

1）了解负载性质和变化规律，计算出负载电流的大小或做出负载电流图。

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）步开始重新进行，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。在选型前，首先要根据机械对转速（最高、最低）和转矩（起动、连续及过载）的要求，确定机械要求的最大输入功率（即电动机的额定功率最小值）。

P=n×T/9950（kW）（2-6）式中，P为机械要求的输入功率（kW）；n为机械转速（r/min）；T为机械的最大转矩（N·m）。

然后，选择电动机的极数和额定功率。电动机的极数决定了同步转速，要求电动机的同步转速尽可能地覆盖整个调速范围，使连续负载容量高一些。为了充分利用设备潜能，避免浪费，可允许电动机短时超出同步速度，但必须小于电动机允许的最高速度。转矩应取设备在起动、连续运行、过载或最高速等状态下的最大转矩。最后，根据变频器的输出功率和额定电流稍大于电动机的功率和额定电流确定变频器的参数与型号。需注意的是，变频器的额定容量及参数是针对一定海拔和环境温度而标出的，一般指海拔1000m以下，温度在40℃或25℃以下。若使用环境超出该规定，在变频器参数、型号确定前要考虑由此造成的降容因素。合理地选择变频器容量本身就是一种节能降耗措施。根据现有资料和经验，比较简便的方法有三种：

1）电动机实际功率确定法。首先测定电动机的实际功率，以此来选用变频器的容量。

2）公式法。设安全系数，通常取1.05，则变频器的容量P_b为

式中，P_m为电动机负载；P_W为电动机功率；cosφ为电动机功率因数。

计算出P_b后，按变频器产品目录选具体规格。当一台变频器用于多台电动机时，应考虑一台最大容量电动机起动电流的影响，以避免变频器过电流保护动作。

3）电动机额定电流法。对于轻负载类，变频器的额定电流一般应按1.1I_N（I_N为电动机的额定电流）来选择，或按厂家在产品中标明的与变频器的输出功率额定值相配套的最大电动机功率来选择。

（1）电动机连续运转时所需的变频器容量的计算

由于变频器输出给电动机的是脉冲电流，其脉动值比工频供电时电流要大，因此须将变频器的容量留有适当的余量。此时，变频器应同时满足以下3个条件：

式中，P_M为电动机输出功率；η为效率（取0.85）；cosφ为功率因数（取0.75）；U_M为电压（V）、I_M为电流（A）；K为电流波形的修正系数（PWM方式取1.05～1.1）；P_CN为变频器的额定容量（kVA）；I_CN为变频器的额定电流（A）。

电动机若由低频低压起动或由软起动器起动，变频器只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：

I_FN≥1.1I_MN（2-9）

式中，I_FN为变频器的额定电流；I_MN为电动机的额定电流。

电动机在额定电压、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：

式中，I_mst为电动机在额定电压、额定频率时的起动电流；K_Fg为变频器的过载倍数。

（2）加、减速时变频器容量的选择

变频器的最大输出转矩是由变频器的最大输出电流决定的，一般情况下，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%（视变频器容量），因此，在短时加、减速时的输出转矩也可以增大；反之，如只需要较小的加、减速转矩时，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、减速运转时变频器容量的选择

很多情况下电动机的负载具有周期性变化的特点，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过载。

首先做出电动机负载电流图，然后求出平均负载电流I_av再预选变频器的容量，I_av的计算公式如下：

I_av=（I₁t₁+I₂t₂+…+I_jt_j+…）÷（t₁+t₂+…+t_j+…）（2-11）式中，I_j为第j段运行状态下的平均电流；t_j为第j段运行状态下对应的时间。

考虑到过渡过程电动机从变频器吸收的电流要比稳定运行时大，而上述I_av没有反映过渡过程中的情况，因此，变频器的容量按I_FN≥（1.1～1.2）I_av修正后预选。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。

非周期性变化负载连续运行时，一般难以做出负载电流图，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：

式中，I_M（max）为电动机在输出最大转矩时的电流。

也可根据加速、恒速、减速等各种运行状态下的电流值I_1CN选择变频器的额定电流，I_1CN的计算公式如下：

I_1CN=[（I₁t₁+I₂t₂+…+I_nt_n）/（t₁+t₂+…t_n）]K₀（2-13）式中，I_1CN为变频器的额定输出电流（A）；I₁、I₂、…I_n为各运行状态平均电流（A）；t₁、t₂、…t_n为各运行状态下的时间；K₀为安全系数（运行频繁时取1.2，其他条件下为1.1）。

在计算出负载电流后，还应考虑以下三方面的因素：(www.xing528.com)

1）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。

2）电动机的起动要求。即是由低频低压起动，还是额定电压、额定频率直接起动。

3）变频器使用说明书中的相关数据是用标准电动机测试出来的，要注意按常规设计生产的电动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。

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。

（4）一台变频器驱动多台电动机，且多台电动机并联运行时变频器容量的选择

用一台变频器驱动多台电动机并联运转时，对于已有几台电动机起动运行后，再起动其他电动机的场合，此时变频器的电压、频率已经上升，电动机起动将产生大的起动电流，因此，变频器容量与同时起动时相比要大些。以变频器短时过载能力为150%/min为例计算变频器的容量，此时若电动机加速时间在1min内，则应满足以下两式：

若电动机加速时间在1min以上时，则应满足以下两式：

式中，n_T为并联电动机的台数；n_S为同时起动的台数；P_CN1为连续容量（kVA）；P_CN1=KP_Mn_T/ηcosφ（P_M为电动机输出功率；η为电动机的效率（约取0.85）；cosφ为电动机的功率因数（常取0.75））I_M为电动机额定电流；K_S为电流波形的修正系数（PWM方式取1.05～1.10）；P_CN为变频器容量（kVA）。

变频器驱动多台电动机，但其中可能有一台电动机随时投入运行或随时退出运行，此时变频器的额定输出电流可按下式计算：

式中，I_ICN为变频器额定输出电流（A）；I_MN为电动机额定输入电流（A）；I_MQ为最大一台电动机的起动电流（A）；K为安全系数，一般取1.05～1.10；J为余下的电动机台数。

一台变频器同时供多台电动机使用，除了要考虑一拖一的几种情形外，还可以根据以下两种情况区别对待：

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，这时变频器容量可按下式计算：

式中，∑I_MN为其余各台电动机的额定电流之和；I_M（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：

式中，∑I_Mst′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；∑I_MN′为全部电动机额定电流的总和。

（5）电动机直接起动时所需变频器容量的计算

通常，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，可按下式选取变频器：

I_1CN≥IK/K_g（2-19）

式中，I_K为在额定电压、额定频率下电动机起动时的堵转电流（A）；K_g为变频器的允许过载倍数，K_g=1.3～1.5。

（6）大惯性负载起动时变频器容量的计算

变频器过载容量通常为125%、60s或150%、60s，需要超过此过载容量时，必须增大变频器的容量。在这种情况下，一般按下式计算变频器的容量：

式中，GD²为换算到电动机轴上的转动惯量值（N·m²）；T_L为负载转矩（N·m）；η为电动机的效率（取0.85）；cosφ为功率因数（取0.75）；n_m为额定转速（r/min）；t_A为电动机加速时间（s），由负载要求确定；K为电流波形的修正系数（PWM方式取1.05～1.10）；P_CN为变频器的额定容量（kVA）。

（7）轻载电动机变频器的选择

电动机的实际负载比电动机的额定输出功率小时，多认为可选择与实际负载相称的变频器容量，但是对于通用变频器，即使实际负载小，选用比电动机额定功率小的变频器并不理想，这主要是由于以下原因；

1）电动机在空载时也流过额定电流的30%～50%的励磁电流。

2）起动时流过的起动电流与电动机施加的电压、频率相对应，而与负载转矩无关，如果变频器容量小，此电流超过过电流容量，则往往不能起动。

3）电动机容量大，则以变频器容量为基准的电动机漏抗百分比变小，变频器输出电流的脉动增大，因而过电流保护容易动作，往往不能正常运转。

4）电动机用通用变频器起动时，其起动转矩同用工频电源起动相比多数变小，根据负载的起动转矩特性，有时不能起动。另外，在低速运行区的转矩有比额定转矩减小的倾向，若选定的变频器不能满足负载所要求的起动转矩和低速区转矩时，变频器的容量还需要再加大。

3.变频器选型示例

1）恒压供水系统，电动机额定功率30kW，额定电压380V，额定电流57A。恒压供水系统的负载类型为变转矩负载，可选用MM430型变频器，额定功率30kW，额定电压380～480V，额定输出电流为62A。MM430型变频器具有PID控制器、多泵切换、节能模式等功能可方便地实现恒压供水等系统的应用；无内置滤波器：6SE6430-2UD33-0DA0，带A级内置滤波器：6SE6430-2AD33-0DA0。

2）皮带传送系统，电动机额定功率7.5kW，额定电压380V，额定电流14.3A。皮带传送系统为恒转矩负载，根据功率大小可选用MM420（或MM411）及MM440型变频器。MM420/MM440型变频器的额定功率，7.5kW，额定电压380～480V，额定输出电流为18.4A/19A。MM420无内置滤波器：6SE6420-2UD27-5CA1，MM440无内置滤波器：6SE6440-2UD27-5CA1。

3）提升机，电动机额定功率37kW，额定电压380V，额定电流68A，2.5倍过载。提升机在下降时，由于电动机运行在发电状态下，将有能量回馈至变频器，需加装制动电阻，故应选用MM440型变频器（若所选变频器功率大于90kW，还需另外增加制动单元）。首先计算变频器电流，因MM440型变频器的最大过载能力为2倍，故变频器额定电流应大于：68×2.5/2=85A，37kW的MM440型变频器的额定输出电流为75A，故应放大一档，即选用45kW的MM440型变频器，额定电压380～480V，额定电流90A，这样就可以满足电动机过载要求。制动电阻需根据制动功率及制动周期选择。MM440型变频器无内置滤波器：6SE6440-2UD34-5FA1，MM440带内置滤波器：6SE6440-2AD34-5FA1。

4）一拖多的选型，一台变频器拖动4台1.5kW电动机，单台电动机电流为3.4A，电压为380V，负载为恒转矩负载。一拖多的选型在总电缆长度未超标的情况下，可按变频器额定电流的80%选型：3.4×4/0.8=17A，所以可选用7.5kW的MM420或MM440型变频器。MM420无内置滤波器：6SE6420-2UD27-5CA1，MM440无内置滤波器：6SE6440_-2UD27-5CA1。

4.变频器箱体结构的选用

变频器的箱体结构要与环境条件相适应，即必须考虑温度、湿度、粉尘、酸碱度、腐蚀性气体等因素，这些因素与能否长期、安全、可靠运行有很大关系。常见的变频器箱体有下列几种结构类型可供设计时选用：

1）敞开型IP00。本身无机箱，它从正面保护人体不能触摸到变频器内部的带电部分，适用于装在电控箱内或室内的屏、盘、架上，尤其是多台变频器集中使用时，选用这种形式较好，但环境条件要求较高。

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，它适用于大多数的室内安装环境，可用于有少量粉尘或少许温度、湿度变化的场合。

3）密封IP40、IP42、IP45、IP55型的变频器具有防尘、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。

4）密闭IP65型的变频器适用于环境条件差，有水、尘及一定腐蚀性气体的场合。