项目4任务四：变频器外围设备及选择

任务四变频器外围设备及选择知识与能力目标学习电源变压器及其选择1了解断路器和接触器2345了解滤波器和电抗器34学习制动电阻及其选择变频器的外围设备电源变压器电源侧断路器电源侧接触器无线电噪声滤波器电源侧交流电抗器制动电阻电动机侧交流电抗器电动机侧交流电抗器工频电网切换用接触器变频器的外围设备电源变压器T电源变压器用于将高压电源变换到通用变频器所需的电压等级。由于变频器的输入电流含有一定量的高次谐波，使电源侧的功率因数降低，若再考虑变频器的运行效率，则变压器的容量常按下式计算，单位为kVA：其中，变频器功率因数在有输入交流电抗器ACL1时取0.8～0.85，无输入电抗器ACL1时则取0.6～0.8。变频器效率可取0.95，变频器输出功率应为所接电动机的总功率。变频器的外围设备断路器和接触器电源侧断路器QF电源侧断路器用于变频器、电机与电源回路的正常通断，并且在出现过电流或短路事故时能自动切断变频器与电源的联系，以防事故扩大。如果需要进行接地保护，也可以采用漏电保护式断路器。需要注意，使用变频器都应采用断路器。如果没有工频电源切换电路，由于在变频调速系统中电动机的起动电流可控制在较小范围内，因此，电源侧断路器的额定电流可按变频器的额定电流来选用。如果有工频电源切换电路，当变频器停止工作时，电源直接接电动机，所以电源侧断路器应按电动机的起动电流进行选择。最好选用无熔断丝断路器。变频器的外围设备断路器和接触器电源侧接触器KM1电源侧接触器用于电源的开闭，电源一旦断电，自动将变频器与电源脱开，防止重新供电时变频器自行工作，以保护设备的安全及人身安全。在变频器内部保护功能起作用时，通过接触器使变频器与电源脱开。注意，不要用接触器进行频繁的起动或停止（变频器输入回路的开闭寿命大约为10万次），不能用电源侧的接触器停止变频器。当然，变频器即使无电源侧电磁接触器，也可使用。变频器的外围设备用于变频器和工频电网之间的切换运行。KM2和KM3之间的互锁可以防止变频器的输出端接到工频电网上。如果不需要变频器—工频电网的切换功能，可以不要KM2。注意:有些机种要求KM2只能在电动机和变频器停机状态下进行通断。对于具有内置工频电源切换功能的通用变频器，要选择变频器生产厂商提供或推荐的接触器型号；对于变频器用户自己设计的工频电源切换电路，按照接触器常规选择原则选择。变频器的外围设备断路器和接触器电动机侧接触器KM2和工频电网切换用接触器KM3用于限制变频器因高次谐波对外界的干扰，可酌情选用。在电力回路中使用的交流滤波器通常有调谐滤波器和二次型高次滤波器。调谐滤波器适用于单一高次谐波的吸收，高次滤波器适用于多个高次谐波的吸收，一般将两者组合起来作为一个设备使用。变频器的外围设备滤波器和电抗器无线电噪声滤波器FIL使用滤波器，要注意以下几个问题：（1）电源滤波器只允许特定频率的电流通过，如50Hz或60Hz的电流，其他频率电流受到很大的衰减。（2）在设计滤波器的输入损耗时，要知道滤波器接入时电源的阻抗及负载阻抗（产品说明书上已注明）。如果电源的阻抗及负载阻抗与滤波器设计时的阻抗不一样，可以在输入端并接一个固定电阻。（3）滤波器的额定电压必须满足接入电路的额定电压的要求。滤波器接入后，电路和电压损耗一般要求不大于线路额定电压的2%。（4）滤波器接入电路后，电路的工作电流通过滤波器。滤波器允许通过的电流值为额定电流。滤波器中有电容元件，在外加电压的情况下有漏电电流产生。漏电电流在各电压下不能超过某一定值。（5）滤波器在使用期限内，绝缘性能会有一定的下降。设计时应对绝缘电阻最大允许范围加以限定。滤波器接入线路后会消耗电能发出热量，所以，滤波器还要求满足一定的温度要求。变频器的外围设备选择合适的电抗器与变频器配套使用，既可以抑制谐波电流，降低变频器系统所产生的谐波总量，提高变频器的功率因数，又可以抑制来自电网的浪涌电流对变频器的冲击，保护变频器，降低电动机噪声，保证变频器和电动机的可靠运行。变频器的外围设备滤波器和电抗器电源侧交流电抗器ACL1和电动机侧交流电抗器ACL2电源侧交流电抗器ACL1能限制电网电压突变和操作过电压所引起的冲击电流，有效保护变频器，改善变频器的功率因数，抑制变频器输入电网的谐波电流。是否选用视电源变压器与变频器容量的匹配情况及电网电压允许的畸变程度而定，一般情况以采用为好。（1）电源变频器容量为500kVA以上，且变频器安装位置与大容量变压器距离在10m以内。（2）三相电源电压不平衡率K大于3%，K按下式计算：变频器的外围设备应该安装电源侧交流电抗器的场合有以下几种：（3）在同一电源上有晶闸管变流器共同使用，或者进线电源端接有通过开关切换以调整功率因数的电容器装置。（4）需要改善变频器输入侧的功率因数（用电抗器可提高到0.75～0.85）。变频器的外围设备一般变频器生产厂商有标准的电源侧交流电抗器供用户选用。表4-8为ACL系列电抗器选型表。(a)(b)(c)图4-16ACL系列电抗器外形及安装孔图表4-8ACL系列电抗器选型表适用电动机（kW）变频器容量（kW）电抗器型号图号尺寸（mm）质量（kg）ABCDEGH端子孔径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系列电抗器选型表适用电动机（kW）变频器容量（kW）电抗器型号图号尺寸（mm）质量（kg）ABCDEGH端子孔径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是补偿长线路分布电容的影响，并抑制通用变频器输出的谐波分量，降低电动机的噪声。变频器的外围设备电动机侧交流电抗器ACL2的主要目的和作用通用变频器厂商一般都对允许连接的电动机电缆的最大长度作了规定，使用时应参照产品说明书的规定接线。如果电缆长度超出变频器厂商允许连接电缆的最大长度不多，工程上比较常用的方法是选用额定功率较大的变频器，即通常说的降额使用，而不是安装电抗器。在许多场合通常并不需要过负载倍数高，如150%过负载，这样就可通过设定功能码来降低过负载倍数，从而可适当延长连接的电缆长度。变频器的外围设备下表为德国西门子（SIEMENS）公司变频器有无电动机侧交流电抗器时导线的允许长度。变频器功率（kW）额定电压（V）非屏蔽导线允许长度（m）屏蔽导线允许长度（m）无交流电抗器有交流电抗器无交流电抗器有交流电抗器4200～60050150351005.5200～60070200501357.5200～6001002256715011200～6001102407516015200～6001252608517518.5200～6001352809019022200～60015030010020030～220380～690150300100200250～630380～480200400135270变频器的外围设备制动电阻制动电阻单元R。制动电阻单元用于吸收电动机再生制动的再生电能，可以缩短大惯量负载的自由停车时间；还可以在位能负载下放时，实现再生运行。异步电动机停止或减速时，如果轴转速高于变频器指令转速，则异步电动机处于再生发电运行状态。反馈电能经逆变器回馈到直流侧，中间直流回路的滤波电容器的电压会因吸收这部分回馈能量而提高。如果回馈能量较大，则有可能使变频器的过电压保护功能动作。制动电阻可以耗散这部分能量，使电动机的制动能力提高。制动电阻的选择，包括制动电阻的阻值及容量的计算，可按如下步骤进行。制动转矩TB（N·m）可由下式计算变频器的外围设备制动转矩的计算式中──电动机的飞轮矩，N·m2；──负载折算到电动机轴上的飞轮矩，N·m2；TL──负载转矩，N·m；n1──开始减速时的速度，r/min；n2──减速完成时的速度，r/min；ts──减速时间，s。在附加制动电阻进行制动的情况下，电动机内部的有功损耗部分折合成制动转矩，大约为电动机额定转矩的20%。考虑到这一点，可用下式计算制动电阻的值。变频器的外围设备制动电阻阻值的计算式中UD──直流回路电压，V；TB──制动转矩，N·m；TM──电动机额定转矩，N·m；n1──开始减速时的速度，r/min。如果系统所需制动转矩TB＜0.2TM，即制动转矩在额定转矩的20%以下时，则不需要另外的制动电阻，仅电动机内部的有功损耗的作用，就可使中间直流回路电压限制在过电压保护的动作水平以下。变频器的外围设备制动电阻阻值的计算由制动晶体管和制动电阻构成的放电回路中，其最大电流受制动晶体管的最大允许电流IC的限制。制动电阻的最小允许值为式中UD──直流回路电压，V。因此，选用的制动电阻应按下式来决定Rmin＜RB＜RB0变频器的外围设备以西门子MM440变频器为例，不同容量变频器的制动电阻的选型条件见下表。制动电阻MLFB6SE6400变频器的外形尺寸变频器的额定电压（V）变频器的最大功率（kW）连续功率（W）5%运行/停止周期时间(12s)的峰值功率（W）电阻阻值×(1±10%)（Ω）直流电压额定值（V）4BC05-0AAOA2300.755010001804504BC11-2BAOB2302.21202400684504BC12-5CAOC2303.02504500394504BC13-0CAOC2305.53006000274504BC18-0DAOD2301580016000104504BC21-2EAOE230221200240006.84504BC22-5FAOF230452500500003.34504BD11-0AAOA4001.51002000390900变频器的外围设备4BD12-0BAOB4004.020040001609004BD16-5CAOC40011.065013000569004BD21-2DAOD40022.0120024000279004BD22-2EAOE40037.0220044000159004BD24-0FAOF40075.04000800008.29004BE14-5CAOC5755.5450900012011004BE16-5CAOC57511650130008211004BE21-3DAOD575221300260003911004BE21-8EAOE575371900380002711004BE24-2FAOF57575420084000121100如前所述，制动中电动机自身损耗的功率相当于20%额定值的制动转矩，因此，制动电阻器上消耗的平均功率Pr0（kW）可以按下式求出变频器的外围设备制动时平均消耗功率的计算电阻器额定功率的计算制