變頻器的容量選擇及應(yīng)用分析
2020-2-6 來(lái)源： 山西晉煤集團(tuán) 作者：原康康
摘 要：介紹了變頻器工作過(guò)程中的能量流動(dòng)變化，并分別從電機(jī)容量、操作方法、操作模式等方面對(duì)變頻器容量的選擇進(jìn)行了闡述，為變頻器的容量選擇提供了參考意見(jiàn)，并以趙莊礦 5311 工作面順槽的皮帶機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了驗(yàn)證。
關(guān)鍵詞：變頻器 電機(jī)容量 操作模式 能量流動(dòng)
1、變頻器容量的概念
根據(jù)變頻器的工作原理，本節(jié)通過(guò)變頻器在工作過(guò)程中的能量流動(dòng)變化情況來(lái)闡述其容量這一概念。
1.1 加速或者恒速運(yùn)行過(guò)程
在電機(jī)的增速和恒速工作過(guò)程中，變頻器輸出端的電流值可視為其效能，即作為供電電源能夠?yàn)殡姍C(jī)提供的電流值，如圖 1 所示。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，變頻器的實(shí)際效能是由內(nèi)部元器件決定的，最終體現(xiàn)為效能的是其電流值。
1.2 減速運(yùn)行過(guò)程
在減速過(guò)程中，與變頻器相連接的電機(jī)變成了發(fā)電機(jī)，負(fù)載端的動(dòng)能可以通過(guò)變頻器轉(zhuǎn)換為電能，因此，能量由電機(jī)流向變頻器。此時(shí)，根據(jù)變頻器的不同類型，可以將電能反饋到電網(wǎng)，或者通過(guò)電機(jī)和變頻器消耗掉這些電能。如果是四象限變頻器，那么負(fù)載端返回的能量也升高變頻器內(nèi)部電容兩端電壓值。
2、 容量選擇的要點(diǎn)
變頻器的容量選擇需要考慮的因素有電機(jī)容量、操作方法、操作模式等。
2.1 電機(jī)容量
變頻器的控制模式會(huì)對(duì)變頻器的工作性能產(chǎn)生影響：V/f 模式下，低頻區(qū)的輸出扭矩比工頻時(shí)扭矩小，同時(shí)會(huì)使電機(jī)的溫度升高。
2.2 操作方法
電機(jī)電流值之和必須小于變頻器的額定電流值，這是進(jìn)行變頻器容量選擇的第一要素。通常的操作方法如下：
1）單臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)多臺(tái)以上電機(jī)（同時(shí)驅(qū)動(dòng)和順序啟動(dòng)）。
2）單臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)單臺(tái)電機(jī)。
3） 變頻器既可以驅(qū)動(dòng)單臺(tái)電機(jī)也可以驅(qū)動(dòng)多臺(tái)電機(jī)。當(dāng)采取一拖多（一臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)多臺(tái)電機(jī)）時(shí)尤其需要變頻器具有較高的制動(dòng)，這種方案的經(jīng)濟(jì)性很差，同時(shí)會(huì)由于操作方式的變化，造成變頻器容量和驅(qū)動(dòng)方式的不匹配。當(dāng)采取一拖多（一臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)多臺(tái)電機(jī)）時(shí)，變頻器內(nèi)置的過(guò)流保護(hù)功能將失效，必須在各電機(jī)上額外安裝熱保護(hù)繼電器。當(dāng)電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間處于低速運(yùn)行狀態(tài)，其發(fā)熱量會(huì)大大增加，必須額外安裝溫度檢測(cè)器，對(duì)電機(jī)進(jìn)行保護(hù)。
4）當(dāng)采取一拖一的方式，便可選擇矢量控制方式。矢量控制是根據(jù)測(cè)量到的電流、電壓和磁通等數(shù)據(jù)，結(jié)合電機(jī)內(nèi)部的電阻電感等參數(shù)計(jì)算出當(dāng)前的轉(zhuǎn)速和位置，并進(jìn)行必要的修正，從而在不同頻率下運(yùn)行時(shí)，得到更好的控制模式。
2.3 操作模式
負(fù)載要求加減速的時(shí)間也會(huì)對(duì)變頻器容量選擇產(chǎn)生影響，因此在進(jìn)行容量選擇時(shí)，不僅要考慮電機(jī)的工作電流，還要考慮設(shè)備所需要的加減速時(shí)間。例如，在提升機(jī)或者機(jī)床等應(yīng)用場(chǎng)合，選型之前，要充分的考慮實(shí)際應(yīng)用中的各方需求。
電機(jī)的基本操作模式分為啟動(dòng)、加速、恒速、減速及停止。每一階段的選擇要點(diǎn)如下頁(yè)圖 2 所示。
2.3.1 啟動(dòng)
在電機(jī)的啟動(dòng)點(diǎn)，需要滿足的條件是：電機(jī)輸出扭矩大于負(fù)載扭矩。如下頁(yè)圖 3 所示，變頻器的輸出曲線中存在死區(qū)，在 0~A 之間，電機(jī)不動(dòng)。在 A 點(diǎn)處，頻率必須要小于最大啟動(dòng)頻率，否則電機(jī)無(wú)法啟動(dòng)。
2.3.2 加速
在加速過(guò)程中，電機(jī)的輸出扭矩要大于加速時(shí)所需的扭矩。加速一般有線性加速和非線性加速兩種方式。線性加速的特點(diǎn)是沒(méi)有失速預(yù)防，而非線性加速能夠通過(guò)電流的限定達(dá)到預(yù)防失速的功能。通常所采用的加速方式是非線性加速。加速時(shí)的能量流動(dòng)如圖 4 所示。
2.3.3 減速
減速過(guò)程即為制動(dòng)過(guò)程，由電機(jī)損耗和變頻器損耗決定。其確定方式為：如果所選擇的變頻器具有內(nèi)部制動(dòng)功能，則制動(dòng)扭矩由變頻器的損耗決定；反之，則由電機(jī)的損耗決定。為提高制動(dòng)扭矩，可在選擇具有制動(dòng)功能的變頻器的基礎(chǔ)上增加變頻器容量。
如果所需的制動(dòng)容量較大，那就應(yīng)當(dāng)選擇能量返回模塊或者選擇內(nèi)置能量返回功能的變頻器，能量返回的作用是將制動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的能量返回到電源端，同時(shí)在電機(jī)減速過(guò)程中提供制動(dòng)力。
制動(dòng)過(guò)程中，變頻器返回的能量全部由制動(dòng)晶體管所消耗，因此，若要求變頻器有良好的制動(dòng)扭矩，在制動(dòng)過(guò)程中制動(dòng)電阻的溫升會(huì)比較大，需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)其溫升，防止其因過(guò)熱而損壞。制動(dòng)扭矩由制動(dòng)電阻值決定，同時(shí)還決定了制動(dòng)過(guò)程中的再生電流值，該電流值持續(xù)作用在制動(dòng)電阻上，會(huì)造成制動(dòng)電阻大量發(fā)熱、溫度升高，甚至超過(guò)其額定溫度，對(duì)變頻器造成損害。因此，對(duì)于提升機(jī)類產(chǎn)品，應(yīng)當(dāng)核算驗(yàn)算制動(dòng)模塊的熱容量，并且可通過(guò)增加制動(dòng)模塊提高變頻器的制動(dòng)能力。
2.3.4 電機(jī)溫升
影響電機(jī)溫升的因素主要有兩個(gè)，一個(gè)是運(yùn)行方式；另一個(gè)是電機(jī)自身的材料。電機(jī)的運(yùn)行方式有兩種：連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)和周期運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)自身的材料決定了電機(jī)本省的耐熱能力。
在選擇過(guò)程中，小容量標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)可以選擇 E 級(jí)和 B 級(jí)，中等容量電機(jī)可以選用 F 級(jí)。當(dāng)環(huán)境溫很高時(shí)或者要求不改變電機(jī)的尺寸而增加扭矩時(shí)，可選用高絕緣等級(jí)的電動(dòng)機(jī)。
3 、 變頻器容量應(yīng)用情況分析
晉煤集團(tuán)趙莊煤業(yè) 5311 工作面進(jìn)風(fēng)順槽，原煤輸送方式采用皮帶機(jī)輸送，根據(jù)順槽長(zhǎng)度和皮帶機(jī)型號(hào)，分三條 1.4 m 皮帶機(jī)輸送，皮帶機(jī)之間采用前后搭接的方式。中間皮帶機(jī)采用了變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，皮帶機(jī)長(zhǎng)度約 1 200 m，總體為 1.5°下坡布置。系統(tǒng)由3 臺(tái)變頻器和 3 臺(tái)電機(jī)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)，系統(tǒng)框圖如下頁(yè)圖 5 所示，驅(qū)動(dòng)方式為主從驅(qū)動(dòng)，滾筒 1 的變頻器作為主機(jī)，與電機(jī)相連后，安裝在滾筒的一端；滾筒 2的左右兩側(cè)分別安裝了 1 套變頻器和電機(jī)作為從機(jī)驅(qū)動(dòng)；從機(jī)與主機(jī)共同分擔(dān)負(fù)載。從機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，可以接收主機(jī)和主控器的信號(hào)（包括轉(zhuǎn)矩信號(hào)和速度信號(hào)），與主機(jī)同時(shí)工作，這種工作方式可以在重載啟動(dòng)、急停等特殊工況下，保證整體系統(tǒng)在轉(zhuǎn)速、扭矩理想曲線的精確控制（如重載啟動(dòng)、急停），多機(jī)功率平衡，減少?zèng)_擊。皮帶機(jī)滾筒采用電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，皮帶機(jī)滾筒轉(zhuǎn)速為 66.5 r/min，啟動(dòng)過(guò)載為三倍額定轉(zhuǎn)矩，持續(xù)時(shí)間不超過(guò) 1 min。
系統(tǒng)中電機(jī)容量為 400 kW×3=1 200 kW，單臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)單臺(tái)電機(jī)，最大啟動(dòng)過(guò)載為 3 倍額定轉(zhuǎn)矩，因此選用的變頻器可滿足工況要求。
4 、結(jié)語(yǔ)
在煤礦生產(chǎn)過(guò)程中變頻器已經(jīng)成為一種新型的驅(qū)動(dòng)方式，可保證電機(jī)等設(shè)備的合理穩(wěn)定運(yùn)行，大大提高設(shè)備運(yùn)行效率，降低能耗。根據(jù)設(shè)備的電機(jī)容量、運(yùn)行方式確定變頻器的容量、操作方法、操作模式，能夠大大提高設(shè)備在重載啟動(dòng) 、急停等工況下的控制精確性，提高設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性，滿足煤礦生產(chǎn)需求，保證礦井綜采工作面的安全高效運(yùn)行。
投稿箱：
如果您有機(jī)床行業(yè)、企業(yè)相關(guān)新聞稿件發(fā)表，或進(jìn)行資訊合作，歡迎聯(lián)系本網(wǎng)編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
如果您有機(jī)床行業(yè)、企業(yè)相關(guān)新聞稿件發(fā)表，或進(jìn)行資訊合作，歡迎聯(lián)系本網(wǎng)編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
更多相關(guān)信息
業(yè)界視點(diǎn)
| 更多
行業(yè)數(shù)據(jù)
| 更多
- 2025年6月 新能源汽車銷量情況
- 2025年6月 新能源汽車產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年6月 基本型乘用車（轎車）產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年6月 軸承出口情況
- 2025年6月 分地區(qū)金屬切削機(jī)床產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年6月 金屬切削機(jī)床產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年5月 新能源汽車銷量情況
- 2025年5月 新能源汽車產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年5月 基本型乘用車（轎車）產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年5月 軸承出口情況
- 2025年5月 分地區(qū)金屬切削機(jī)床產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年5月 金屬切削機(jī)床產(chǎn)量數(shù)據(jù)
- 2025年4月 新能源汽車銷量情況
博文選萃
| 更多
- 機(jī)械加工過(guò)程圖示
- 判斷一臺(tái)加工中心精度的幾種辦法
- 中走絲線切割機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)
- 國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床何去何從？
- 中國(guó)的技術(shù)工人都去哪里了？
- 機(jī)械老板做了十多年，為何還是小作坊？
- 機(jī)械行業(yè)最新自殺性營(yíng)銷，害人害己！不倒閉才
- 制造業(yè)大逃亡
- 智能時(shí)代，少談點(diǎn)智造，多談點(diǎn)制造
- 現(xiàn)實(shí)面前，國(guó)人沉默。制造業(yè)的騰飛，要從機(jī)床
- 一文搞懂?dāng)?shù)控車床加工刀具補(bǔ)償功能
- 車床鉆孔攻螺紋加工方法及工裝設(shè)計(jì)
- 傳統(tǒng)鉆削與螺旋銑孔加工工藝的區(qū)別