变频器调速笼型异步电动机形式与容量的选择

    对于笼型异步电动机采用变频器传动时其选择要点如下。    ①电流    电动机采用变频器运转同采用工频电源运转相比，由于变频器输出电压、电流中所含谐波的影响，电动机的效率、功率因数将降低，电流增加。    a．对于同一负载，用通用变频器传动与工频电源传动相比，电流约增加10%。    b．标准电动机的额定电压、额定频率通常用200V级或400V级定额来表示，如200/220V、50/60Hz或400/440V、50/60Hz。各定额下的额定电流分别为I200/50、I200/60或I400/50、I400/60、I440/60，则各电流有下列关系（50Hz时为最大）。    I220/50 >I200/60 >I220/60；I400/50>I400/60>I440/60    因此电动机的温升也是50Hz运转时为量大，在60Hz运转时温升有裕量。    c．电动机用变频器运转时，根据上面两点，作为电动机在60Hz时可以在额定电流（额定转矩）下使用。    但是，在50Hz时温升裕量小，所以必须降低负载转矩使用。另一方面，作为变频器的额定电流，在电动机60Hz时应为额定电流的110%以上，50Hz时为额定电流的100%以上。    d．一般的通用变频器，是考虑对4极电动机的电流值和各参数能满足运转进行设计制造的。因此，当电动机不是4极时（如8极、10极等多极电动机），就不能仅以电动机的容量来选择变频器的容量，必须用电流来校核。    电动机负载非常轻时，即使电动机电流在变频器额定电流以内，亦不能使用比电动机容量小很多的变频器。这是因为电动机的电抗随电动机的容量而不同，即使电动机负载相同，电动机容量越大，其脉动电流值就越大，因而有可能超过变频器的过电流耐量。例如，如表2-3所示，7.5kW的电动机在2.2kW（负载率30%）下使用时，根据电动机在2. 2kW时的电流采用3. 7kW的变频器运转就足够了。但是，比较3.7kW 4极电动机在100%负载(电动机电流17A)运转时的电流波形和7.5kW 4极电动机在轻载下(电动机电流17A)运转时的电流波形图，可以看出，即使电动机电流相同，7. 5kW的脉动电流值却变得相当大了。对于本例必须选取用5. 5kV·A的变频器。    表2-3    电动机轻载时电流值与变频器的额定电流(电动机为7.5kW、4极、200V、50Hz)
    电动机     功率/kW     7.5     5.5     3.7     2.2     0     负载率/%     100     73     50     30     0     电流/A     28.6     22.6     17.9     14.5     12.2     变频器     容量/kV·A     7.5     5.5     3.7     2.2     1.5     额定电流/A     33     24     17     11     8     ②低速运转时的转矩特性    标准电动机采用变频器低速运转时，对于U/f一定的转矩控制，各频率下运转电流大体同电动机额定频率下的运转电流一样。因此，主要是电动机的铜损造成的温升。    在这种低速运转情况下，即使电动机的铜损大体与额定转速时相同，由于转速越低，电动机冷却效果越差，电动机定子绕组温升也发生变化。因此，通常标准电动机在低速下使用时，必须配合温升情况，相应地减小运转转矩（电流），以降低铜损作用。    ③短时最大转矩    标准电动机在额定电压、额定频率下通常具有输出200%左右最大转矩的能力。    如果用变频器运转标准电动机，其转矩特性有下列限制。    a．为了保护主电路电力电子器件等，变频器设有限流功能和过电流时中断晶体管工作等功能，以防止超过设定值的电流流过。此过电流值通常为变频器额定电流的150%左右。    b．在低频区运转时，电动机电阻在阻抗中占的比例增大，转矩特性大幅度降低。    由以上两个限制，电动机与变频器组合时最大转矩值的一例如图2-26所示。从图中可以看出，特别是在低频区最大转矩值变小。在负载变动大或需要启动转矩大等情况下，要注意容量的选择，如使用上一级的电动机与变频器等。
    图2-26    标准电动机用变频器传动时的转矩特性    ④容许最高频率范围    通用变频器中有的可以输出工频以上的频率（例如120Hz、240Hz），但电动机是以工频下运转为前提而制造的，因此在工频以上频率使用时，必须确认电动机容许最高频率范围。通常电动机容许最高频率范围受下列因素限制：    a．轴承的极限转速；    b．风扇、端子等的强度；    c．转子的危险速度；    d．其他特殊零件的强度。    ⑤噪声    电动机用变频器运转时，与工频电源相比噪声有些增大。特别是电动机在额定转速（频率）以上运转，通风噪声非常大，采用时必须充分考虑。    另外，在低速运转同工频电源传动时相比也有刺耳的金属声（磁噪声）发生（采用IGBT、IPM变频器，这种现象几乎没有），可以使用噪声改善用电抗器（选件）以降低磁噪声。    ⑥振动    电动机用变频器运转时，就电动机本身来说，同工频电源相比，振动并没有大幅增加。但是，把电动机安装在机械上，由于与机械系统的固有频率发生谐振以及与所传动机械的旋转体不平衡量加大时，往往发生异常振动。此时需要考虑修正平衡、采用轮箍式联轴节或防振橡胶等措施。