根據(jù)負(fù)載特性選擇變頻器

隨著變頻器技術(shù)的快速發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)在各種電機(jī)應(yīng)用方案中已成主流。通用變頻器在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用為企業(yè)大大的節(jié)約了資源，降低了企業(yè)的成本，保護(hù)了生產(chǎn)設(shè)備。

正確選用變頻器對于機(jī)械設(shè)備的傳動控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行時非常重要的，避免因選型錯誤，引發(fā)設(shè)備故障，造成不必要的損失。首先應(yīng)明確選用變頻器的目的，其次在根據(jù)設(shè)備類型、負(fù)載特性、調(diào)速范圍、控制方式、使用環(huán)境、防護(hù)結(jié)構(gòu)等要求來選擇合適的變頻器。以此，來達(dá)到既滿足生產(chǎn)工藝，又實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的目的。

變頻器的正確選擇對于控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行是非常關(guān)鍵的。選擇變頻器時必須要充分了解變頻器所驅(qū)動的負(fù)載特性。人們在實踐中常將生產(chǎn)機(jī)械分為三種類型：恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、恒功率負(fù)載和風(fēng)機(jī)、水泵負(fù)載。

負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL與轉(zhuǎn)速n無關(guān)，任何轉(zhuǎn)速下TL總保持恒定或基本恒定。例如傳送帶、攪拌機(jī)，擠壓機(jī)等摩擦類負(fù)載以及吊車、提升機(jī)等位能負(fù)載都屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。

變頻器拖動恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)的負(fù)載時，低速下的轉(zhuǎn)矩要足夠大，并且有足夠的過載能力。如果需要在低速下穩(wěn)速運(yùn)行，應(yīng)該考慮標(biāo)準(zhǔn)異步電動機(jī)的散熱能力，避免電動機(jī)的溫升過高。

機(jī)床主軸和軋機(jī)、造紙機(jī)、塑料薄膜生產(chǎn)線中的卷取機(jī)、開卷機(jī)等要求的轉(zhuǎn)矩，大體與轉(zhuǎn)速成反比，這就是所謂的恒功率負(fù)載。負(fù)載的恒功率性質(zhì)應(yīng)該是就一定的速度變化范圍而言的。當(dāng)速度很低時，受機(jī)械強(qiáng)度的限制，TL不可能無限增大，在低速下轉(zhuǎn)變?yōu)楹戕D(zhuǎn)矩性質(zhì)。負(fù)載的恒功率區(qū)和恒轉(zhuǎn)矩區(qū)對傳動方案的選擇有很大的影響。電動機(jī)在恒磁通調(diào)速時，最大容許輸出轉(zhuǎn)矩不變，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速;而在弱磁調(diào)速時，最大容許輸出轉(zhuǎn)矩與速度成反比，屬于恒功率調(diào)速。如果電動機(jī)的恒轉(zhuǎn)矩和恒功率調(diào)速的范圍與負(fù)載的恒轉(zhuǎn)矩和恒功率范圍相一致時，即所謂“匹配”的情況下，電動機(jī)的容量和變頻器的容量均最小。

在各種風(fēng)機(jī)、水泵、油泵中，隨葉輪的轉(zhuǎn)動，空氣或液體在一定的速度范圍內(nèi)所產(chǎn)生的阻力大致與速度n的2次方成正比。隨著轉(zhuǎn)速的減小，轉(zhuǎn)速按轉(zhuǎn)速的2次方減小。這種負(fù)載所需的功率與速度的3次方成正比。當(dāng)所需風(fēng)量、流量減小時，利用變頻器通過調(diào)速的方式來調(diào)節(jié)風(fēng)量、流量，可以大幅度地節(jié)約電能。由于高速時所需功率隨轉(zhuǎn)速增長過快，與速度的三次方成正比，所以通常不應(yīng)使風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載超工頻運(yùn)行。

變頻器的負(fù)載看起來好像有很多類型，比如擠出料，卷取，吊物體，吹風(fēng)等等，實際上歸納起來，負(fù)載大概分為分為①摩擦性負(fù)載；②重力負(fù)載；③流體負(fù)載；④慣性負(fù)載。而機(jī)械負(fù)載一般分為三種負(fù)載特性：①恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、②平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載、③恒功率負(fù)載； 為了大家方便理解機(jī)械負(fù)載特性和轉(zhuǎn)矩特性，特別制作了下表。

負(fù)載特性及電動機(jī)輸出功率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系如下； 對于恒功率、恒轉(zhuǎn)矩、平方轉(zhuǎn)矩、遞減功率、負(fù)轉(zhuǎn)矩五種，

①對于恒轉(zhuǎn)矩類負(fù)載，如擠壓機(jī)、攪拌機(jī)、傳送帶、廠內(nèi)運(yùn)輸電車、起重機(jī)構(gòu)等，如采用普通功能型變頻器，要實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩速，常采用加大電動機(jī)和變頻器容量的辦法，以提高低速轉(zhuǎn)矩;如采用具有轉(zhuǎn)矩控制功能的高功能型變頻器來實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的調(diào)速運(yùn)行，則更理想。因為這種變頻器低速轉(zhuǎn)矩大，靜態(tài)機(jī)械特性硬度大，不怕負(fù)載沖擊，具有挖土機(jī)特性。

②對于要求精度高、動態(tài)性能好、速度響應(yīng)快的生產(chǎn)機(jī)械，如造紙機(jī)、注塑機(jī)、軋鋼機(jī)等，應(yīng)采用矢量控制或直接轉(zhuǎn)矩控制的高性能型通用變頻器。

③對于恒功率負(fù)載，如車床、刨床、鼓風(fēng)機(jī)等，由于沒有恒功率特性的變頻器，可依靠 U/f 控制方式來實現(xiàn)恒功率。

④對于風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載，由于負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，低速時負(fù)載轉(zhuǎn)矩較小，diangon.com通常可選擇專用或普通功能型通用變頻器。 必須指出，有些通用型變頻器對三種負(fù)載都可以適用，所以通用型變頻器雖然價格高一點，但它物有所值。見下圖所示。

電動機(jī)功率與轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的乘積成正比，即使對于相同功率的電動機(jī)，負(fù)載性質(zhì)不同，所需的變頻器容量也不相同。其中平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載所需的變頻器容量較恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的低，所以得出變頻器和電動機(jī)組合成一個變頻調(diào)速系統(tǒng)，并且兩者之間的技術(shù)參數(shù)均符合要求時，才能夠滿足低速及高速條件下的負(fù)荷轉(zhuǎn)矩要求。例如；變頻器的類型要根據(jù)負(fù)載要求來選擇。

（1）對于恒轉(zhuǎn)矩類負(fù)載，如擠壓機(jī)、攪拌機(jī)、傳送帶、廠內(nèi)運(yùn)輸電車、起重機(jī)構(gòu)等，如采用普通功能型變頻器，要實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，常采用加大電動機(jī)和變頻器容量的辦法，以提高低速轉(zhuǎn)矩；如采用具有轉(zhuǎn)矩控制功能的高功能型變頻器來實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的調(diào)速運(yùn)行。則更理想。因為這種變頻器低速轉(zhuǎn)矩大，靜態(tài)機(jī)械特性硬度大，不怕負(fù)載沖擊，具有挖土機(jī)特性。 （2）對于要求精度高、動態(tài)性能好、速度響應(yīng)快的生產(chǎn)機(jī)械如造紙機(jī)、注塑機(jī)、軋鋼機(jī)等，應(yīng)采用矢量控制或直接轉(zhuǎn)矩控制的高性能型通用變頻器。

（3）對于恒功率負(fù)載，如車床、刨床、鼓風(fēng)機(jī)等，由于沒有恒功率特性的變頻器，可依靠U/ F控制方式來實現(xiàn)恒功率。

（4）對于風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載，由于負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比低速時負(fù)載轉(zhuǎn)矩較小，通常可選擇專用或普通功能型通用變頻器 友情提示： 有些通用型變頻器對三種負(fù)載都可以適用。還得注意以下幾點，才能夠?qū)崿F(xiàn)變頻器與電動機(jī)合理配套，達(dá)到理想的調(diào)速與節(jié)能運(yùn)行、在兩者的配置上應(yīng)注意以下問題。

①由于變頻器輸出的電源往往帶有高次諧波，從而會增加電動機(jī)的總損耗，即使在額定頻率下運(yùn)行，電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩也會有所降低，如在額定頻率以上或以下調(diào)速時，電動機(jī)額定輸出轉(zhuǎn)矩都不可能用足。要是不論轉(zhuǎn)速高低，都始終需要額定轉(zhuǎn)矩輸出，則應(yīng)采用容量較大的電動機(jī)降容使用才行。

②從效率（即節(jié)能）角度出發(fā)，應(yīng)注意以下幾點。

a、變頻器功率值與電動機(jī)功率值相當(dāng)時最合適，以利變頻器在較高的效率下運(yùn)行。

b、在變頻器功率分級與電動機(jī)功率分級不相同時，則變頻器的功率要盡可能接近電動機(jī)的功率，但應(yīng)略大于電動機(jī)的功率。

c、當(dāng)電動機(jī)頻繁啟動、制動工作或重載啟動且較頻繁工作時，可選用大一級的變頻器，以利于變頻器長期、安全地運(yùn)行。

d、當(dāng)電動機(jī)實際功率有富余時，可以考慮選用功率小于電動機(jī)功率的變頻器，但要注意瞬時峰值電流是否會造成過電流保護(hù)動作。

e、當(dāng)變頻器與電動機(jī)功率不相同時，則必須相應(yīng)調(diào)整節(jié)能程序的設(shè)置，以達(dá)到較高的節(jié)能效果。 變頻器在U/F為常數(shù)的工作方式下，電動機(jī)啟動轉(zhuǎn)矩與頻率成正比，所以在低頻啟動時，啟動轉(zhuǎn)矩極小。例如，10Hz時某Y系列電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩約為額定轉(zhuǎn)矩的50％，所以在選擇電動機(jī)類型時，要特別注意低頻啟動轉(zhuǎn)矩的變化。 種載啟動時，應(yīng)該考慮靜摩擦轉(zhuǎn)矩的問題，電動機(jī)必須有足夠大的啟動轉(zhuǎn)矩來確保有載啟動。