項目4任務(wù)四：變頻器外圍設(shè)備及選擇

任務(wù)四變頻器外圍設(shè)備及選擇知識與能力目標(biāo)學(xué)習(xí)電源變壓器及其選擇

1了解斷路器和接觸器

2345了解濾波器和電抗器34學(xué)習(xí)制動電阻及其選擇

變頻器的外圍設(shè)備

電源變壓器

電源側(cè)斷路器

電源側(cè)接觸器無線電噪聲濾波器

電源側(cè)交流電抗器

制動電阻

電動機側(cè)交流電抗器

電動機側(cè)交流電抗器工頻電網(wǎng)切換用接觸器變頻器的外圍設(shè)備

電源變壓器T電源變壓器用于將高壓電源變換到通用變頻器所需的電壓等級。由于變頻器的輸入電流含有一定量的高次諧波，使電源側(cè)的功率因數(shù)降低，若再考慮變頻器的運行效率，則變壓器的容量常按下式計算，單位為kVA：其中，變頻器功率因數(shù)在有輸入交流電抗器ACL1時取0.8～0.85，無輸入電抗器ACL1時則取0.6～0.8。變頻器效率可取0.95，變頻器輸出功率應(yīng)為所接電動機的總功率。變頻器的外圍設(shè)備

斷路器和接觸器

電源側(cè)斷路器QF

電源側(cè)斷路器用于變頻器、電機與電源回路的正常通斷，并且在出現(xiàn)過電流或短路事故時能自動切斷變頻器與電源的聯(lián)系，以防事故擴大。如果需要進行接地保護，也可以采用漏電保護式斷路器。需要注意，使用變頻器都應(yīng)采用斷路器。

如果沒有工頻電源切換電路，由于在變頻調(diào)速系統(tǒng)中電動機的起動電流可控制在較小范圍內(nèi)，因此，電源側(cè)斷路器的額定電流可按變頻器的額定電流來選用。

如果有工頻電源切換電路，當(dāng)變頻器停止工作時，電源直接接電動機，所以電源側(cè)斷路器應(yīng)按電動機的起動電流進行選擇。最好選用無熔斷絲斷路器。變頻器的外圍設(shè)備

斷路器和接觸器

電源側(cè)接觸器KM1

電源側(cè)接觸器用于電源的開閉，電源一旦斷電，自動將變頻器與電源脫開，防止重新供電時變頻器自行工作，以保護設(shè)備的安全及人身安全。在變頻器內(nèi)部保護功能起作用時，通過接觸器使變頻器與電源脫開。

注意，不要用接觸器進行頻繁的起動或停止（變頻器輸入回路的開閉壽命大約為10萬次），不能用電源側(cè)的接觸器停止變頻器。當(dāng)然，變頻器即使無電源側(cè)電磁接觸器，也可使用。變頻器的外圍設(shè)備

用于變頻器和工頻電網(wǎng)之間的切換運行。KM2和KM3之間的互鎖可以防止變頻器的輸出端接到工頻電網(wǎng)上。如果不需要變頻器—工頻電網(wǎng)的切換功能，可以不要KM2。注意:有些機種要求KM2只能在電動機和變頻器停機狀態(tài)下進行通斷。

對于具有內(nèi)置工頻電源切換功能的通用變頻器，要選擇變頻器生產(chǎn)廠商提供或推薦的接觸器型號；對于變頻器用戶自己設(shè)計的工頻電源切換電路，按照接觸器常規(guī)選擇原則選擇。變頻器的外圍設(shè)備

斷路器和接觸器

電動機側(cè)接觸器KM2和工頻電網(wǎng)切換用接觸器KM3用于限制變頻器因高次諧波對外界的干擾，可酌情選用。在電力回路中使用的交流濾波器通常有調(diào)諧濾波器和二次型高次濾波器。調(diào)諧濾波器適用于單一高次諧波的吸收，高次濾波器適用于多個高次諧波的吸收，一般將兩者組合起來作為一個設(shè)備使用。變頻器的外圍設(shè)備

濾波器和電抗器

無線電噪聲濾波器FIL使用濾波器，要注意以下幾個問題：

（1）電源濾波器只允許特定頻率的電流通過，如50Hz或60Hz的電流，其他頻率電流受到很大的衰減。（2）在設(shè)計濾波器的輸入損耗時，要知道濾波器接入時電源的阻抗及負載阻抗（產(chǎn)品說明書上已注明）。如果電源的阻抗及負載阻抗與濾波器設(shè)計時的阻抗不一樣，可以在輸入端并接一個固定電阻。

（3）濾波器的額定電壓必須滿足接入電路的額定電壓的要求。濾波器接入后，電路和電壓損耗一般要求不大于線路額定電壓的2%。（4）濾波器接入電路后，電路的工作電流通過濾波器。

濾波器允許通過的電流值為額定電流。

濾波器中有電容元件，在外加電壓的情況下有漏電電流產(chǎn)生。漏電電流在各電壓下不能超過某一定值。（5）濾波器在使用期限內(nèi)，絕緣性能會有一定的下降。設(shè)計時應(yīng)對絕緣電阻最大允許范圍加以限定。

濾波器接入線路后會消耗電能發(fā)出熱量，所以，濾波器還要求滿足一定的溫度要求。變頻器的外圍設(shè)備

選擇合適的電抗器與變頻器配套使用，既可以抑制諧波電流，降低變頻器系統(tǒng)所產(chǎn)生的諧波總量，提高變頻器的功率因數(shù)，又可以抑制來自電網(wǎng)的浪涌電流對變頻器的沖擊，保護變頻器，降低電動機噪聲，保證變頻器和電動機的可靠運行。變頻器的外圍設(shè)備

濾波器和電抗器

電源側(cè)交流電抗器ACL1和電動機側(cè)交流電抗器ACL2

電源側(cè)交流電抗器ACL1能限制電網(wǎng)電壓突變和操作過電壓所引起的沖擊電流，有效保護變頻器，改善變頻器的功率因數(shù)，抑制變頻器輸入電網(wǎng)的諧波電流。是否選用視電源變壓器與變頻器容量的匹配情況及電網(wǎng)電壓允許的畸變程度而定，一般情況以采用為好。

（1）電源變頻器容量為500kVA以上，且變頻器安裝位置與大容量變壓器距離在10m以內(nèi)。（2）三相電源電壓不平衡率K大于3%，K按下式計算：變頻器的外圍設(shè)備

應(yīng)該安裝電源側(cè)交流電抗器的場合有以下幾種：（3）在同一電源上有晶閘管變流器共同使用，或者進線電源端接有通過開關(guān)切換以調(diào)整功率因數(shù)的電容器裝置。（4）需要改善變頻器輸入側(cè)的功率因數(shù)（用電抗器可提高到0.75～0.85）。變頻器的外圍設(shè)備

一般變頻器生產(chǎn)廠商有標(biāo)準(zhǔn)的電源側(cè)交流電抗器供用戶選用。表4-8為ACL系列電抗器選型表。(a)(b)(c)圖4-16ACL系列電抗器外形及安裝孔圖表4-8ACL系列電抗器選型表適用電動機（kW）變頻器容量（kW）電抗器型號圖號尺寸（mm）質(zhì)量（kg）ABCDEGH端子孔徑0.750.75ACL-0.75（b）120406590906×1095M41.11.51.5ACL-1.5（b）1254075100906×1095M41.92.22.2ACL-2.2（b）1254075100906×1095M42.23.73.7ACL-3.7（b）1254075100906×1095M42.45.55.5ACL-5.5（b）1254090115906×1095M53.17.57.5ACL-7.5（b）1254075115906×1095M53.71111ACL-11（b）1806085110907×11137M63.41515ACL-15（b）1806085110907×11137M64.518.518.5ACL-18.55.72222ACL-225.9表4-8ACL系列電抗器選型表適用電動機（kW）變頻器容量（kW）電抗器型號圖號尺寸（mm）質(zhì)量（kg）ABCDEGH端子孔徑3030ACL-30（b）19060901201707×101908.4113737ACL-374545ACL-45（c）19060901202007×1019010.5125555ACL-557575ACL-75（c）19060901261977×1019011129090ACL-90（c）2501001051362029.5×182451324110110ACL-110132132ACL-132（c）2501001151462109.5×182501332160160ACL-160（c）38012011015024012×203001340200200ACL-200220220ACL-220280280ACL-280（c）38013011015026012×203001352是補償長線路分布電容的影響，并抑制通用變頻器輸出的諧波分量，降低電動機的噪聲。變頻器的外圍設(shè)備

電動機側(cè)交流電抗器ACL2的主要目的和作用

通用變頻器廠商一般都對允許連接的電動機電纜的最大長度作了規(guī)定，使用時應(yīng)參照產(chǎn)品說明書的規(guī)定接線。如果電纜長度超出變頻器廠商允許連接電纜的最大長度不多，工程上比較常用的方法是選用額定功率較大的變頻器，即通常說的降額使用，而不是安裝電抗器。在許多場合通常并不需要過負載倍數(shù)高，如150%過負載，這樣就可通過設(shè)定功能碼來降低過負載倍數(shù)，從而可適當(dāng)延長連接的電纜長度。變頻器的外圍設(shè)備

下表為德國西門子（SIEMENS）公司變頻器有無電動機側(cè)交流電抗器時導(dǎo)線的允許長度。變頻器功率（kW）額定電壓（V）非屏蔽導(dǎo)線允許長度（m）屏蔽導(dǎo)線允許長度（m）無交流電抗器有交流電抗器無交流電抗器有交流電抗器4200～60050150351005.5200～60070200501357.5200～6001002256715011200～6001102407516015200～6001252608517518.5200～6001352809019022200～60015030010020030～220380～690150300100200250～630380～480200400135270變頻器的外圍設(shè)備

制動電阻

制動電阻單元R。制動電阻單元用于吸收電動機再生制動的再生電能，可以縮短大慣量負載的自由停車時間；還可以在位能負載下放時，實現(xiàn)再生運行。異步電動機停止或減速時，如果軸轉(zhuǎn)速高于變頻器指令轉(zhuǎn)速，則異步電動機處于再生發(fā)電運行狀態(tài)。反饋電能經(jīng)逆變器回饋到直流側(cè)，中間直流回路的濾波電容器的電壓會因吸收這部分回饋能量而提高。如果回饋能量較大，則有可能使變頻器的過電壓保護功能動作。制動電阻可以耗散這部分能量，使電動機的制動能力提高。制動電阻的選擇，包括制動電阻的阻值及容量的計算，可按如下步驟進行。制動轉(zhuǎn)矩TB（N·m）可由下式計算變頻器的外圍設(shè)備

制動轉(zhuǎn)矩的計算式中──電動機的飛輪矩，N·m2；──負載折算到電動機軸上的飛輪矩，N·m2；

TL──負載轉(zhuǎn)矩，N·m；

n1──開始減速時的速度，r/min；

n2──減速完成時的速度，r/min；

ts──減速時間，s。在附加制動電阻進行制動的情況下，電動機內(nèi)部的有功損耗部分折合成制動轉(zhuǎn)矩，大約為電動機額定轉(zhuǎn)矩的20%?？紤]到這一點，可用下式計算制動電阻的值。變頻器的外圍設(shè)備

制動電阻阻值的計算式中UD──直流回路電壓，V；

TB──制動轉(zhuǎn)矩，N·m；

TM──電動機額定轉(zhuǎn)矩，N·m；

n1──開始減速時的速度，r/min。如果系統(tǒng)所需制動轉(zhuǎn)矩TB＜0.2TM，即制動轉(zhuǎn)矩在額定轉(zhuǎn)矩的20%以下時，則不需要另外的制動電阻，僅電動機內(nèi)部的有功損耗的作用，就可使中間直流回路電壓限制在過電壓保護的動作水平以下。變頻器的外圍設(shè)備

制動電阻阻值的計算由制動晶體管和制動電阻構(gòu)成的放電回路中，其最大電流受制動晶體管的最大允許電流IC的限制。制動電阻的最小允許值為式中UD──直流回路電壓，V。因此，選用的制動電阻應(yīng)按下式來決定

Rmin＜RB＜RB0

變頻器的外圍設(shè)備

以西門子MM440變頻器為例，不同容量變頻器的制動電阻的選型條件見下表。制動電阻MLFB6SE6400變頻器的外形尺寸變頻器的額定電壓（V）變頻器的最大功率（kW）連續(xù)功率（W）5%運行/停止周期時間(12s)的峰值功率（W）電阻阻值×(1±10%)（Ω）直流電壓額定值（V）4BC05-0AAOA2300.755010001804504BC11-2BAOB2302.21202400684504BC12-5CAOC2303.02504500394504BC13-0CAOC2305.53006000274504BC18-0DAOD2301580016000104504BC21-2EAOE230221200240006.84504BC22-5FAOF230452500500003.34504BD11-0AAOA4001.51002000390900變頻器的外圍設(shè)備

4BD12-0BAOB4004.020040001609004BD16-5CAOC40011.065013000569004BD21-2DAOD40022.0120024000279004BD22-2EAOE40037.0220044000159004BD24-0FAOF40075.0400080