5.4 选择与电动机配套变频器时其他方面问题的考虑方法

5.4.1 选择与电动机配套变频器时电流、频率方面问题的考虑方法

笼型异步电动机采用变频器驱动时，与采用工频电源驱动运转比较，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、功率因数会下降，电流则会增加。

1.电流增加量

对于同一个负载，采用通用变频器驱动笼型异步电动机与采用工频电源驱动笼型异步电动机，两者相比，电流增加了约10%。

2.额定电流

标准电动机的额定电压、额定频率通常采用200V级或400V级定额来表示。例如：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、I220/60或I400/50、I400/60、I440/60，则各个电流的大小有下列关系（50Hz时为最大）

I200/50＞I200/60＞I220/60

I400/50＞I400/60＞I440/60

因此，电动机的温升也是50Hz运转时为最大，在60Hz驱动运转时温升有一定的余量。

3.工作频率方面

电动机采用变频器驱动时，作为电动机，根据上述1、2两方面可以看出，在60Hz时可以在额定电流（额定转矩）下使用。

如果在50Hz状态下使用，由于此时温升余量较小，故要降低负载转矩使用。对于变频器的额定电流要求是：

①在电动机为60Hz时应为额定电流的110%以上。

②在电动机为50Hz时应为额定电流的100%以上。

4.电流问题的考虑

①一般的通用变频器，通常是根据4极电动机的电流值以及其他参数可以满足其正常运转设计而成的。

故当电动机不是4极（例如8极、10极等多极电动机等），就不能仅依据电动机的容量来选择变频器的容量，而应采用电流来进一步校核综合进行考虑。

②在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，也不能采用比电动机容量小太多的变频器。这主要是电动机的电抗会随电动机的容量不同而不一样，即使电动机的负载相同，电动机的容量越大，其脉动电流值就越大，故就有可能超过变频器的过电流容量。

5.4.2 电动机轻载时电流值与变频器额定电流值数据的方法

1.电动机轻载与变频器额定电流值

表5-3列出了电动机为7.5kW，4极，200V，50Hz时，电动机轻载（在2.2kW，即负载率30%）时电流值与变频器额定电流值数据。

表5-3 电动机轻载时电流值与变频器额定电流值数据

2.分析确定

根据表5-3中电动机在2.2kW时的电流，采用3.7kW的变频器驱动就足够了。不过，考虑到3.7kW，4极的电动机在全负载时的电流为17A，脉动电流为40A（根据电动机的波形图查出）而在轻负载电流相同（也为17A）时，脉动电流值为60A来考虑，变频器应选择5.5kVA的比较合适。

5.4.3 选择笼型异步电动机配套的变频器时两者低速运转时转矩特性的考虑方法

标准电动机采用变频器低速运转时，对于U/ƒ（电压/频率）一定的转矩控制，各频率之下运转电流与电动机额定频率下的运转电流基本相同。因此，主要是电动机的铜损造成的温升。

1.定子线圈绕组温升变化规律

在这种低速运行的情况下，即使电动机的铜损与额定状态时的基本相同，但由于转速越低，电动机的冷却效果越差，电动机的定子线圈绕组温升也会发生变化，其变化规律如图5-6所示。

由此可见，标准电动机在低速情况下使用时，必须与其定子线圈绕组温升情况相应地减小运转转矩（电流），降低铜损使用。

2.转矩选择

图5-7与图5-8所示为标准电动机与变频器配套组合使用时，各种频率之下允许的连续运转矩特性曲线。其中，图3-8所示为220V、60Hz或440V、60Hz时的转矩特性曲线，图5-8所示为220V、50Hz或400V、50Hz时的转矩特性曲线，供选择风机、泵等二次方减转矩负载的变频器时参考，如为恒转矩负载，则必须加大电动机与变频器两者的容量，或者选用横转矩变频器传动专用的电动机。

5.4.4 选择笼型异步电动机配套的变频器时两者短时最大转矩特性问题的考虑

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。如果采用变频器驱动标准电动机，其转矩特性有下述限制。

1.电流的耐量

为了保护主电路的电力电子元器件等，变频器内部设置了限流保护与过电流中断晶体管工作的保护功能，以防过高的电流损坏有关元器件。此时，电流的耐量通常为额定电流的150%左右。

2.电动机线圈电阻的阻抗

在数赫兹的低频区运转时，电动机线圈电阻在阻抗中所占的比例就会增大，由此就会使转矩特性大幅度下降。

3.选择需要注意的问题

由于上述两个原因的限制，电动机与变频器配套使用时的最大转矩如上述图5-8与图5-9所示。从图中可以看出，在低频区时，电动机的最大转矩值变小。

由此，从电动机的短时最大转矩方面考虑，在负载变动较大或需要启动转矩大等场合，一定要注意变频器容量的选择，一般可以考虑使用大一级的电动机与变频器。

5.4.5 选择笼型异步电动机配套的变频器时，两者容许最高频率范围的考虑方法

1.电动机制作依据

在通用变频器的系列产品中，有的产品可以输出工频以上的频率（例如120Hz或者240Hz），但电动机是以工频条件下可以正常运转为依据制成的。

2.限制电动机最大容许频率的因素

在工频以上频率使用时，必须确认电动机的最大容许频率范围。通常情况下，电动机的最大容许频率与下述因素的限制有关。

①风扇、端子等的固定强度。

②轴承的极限转速或转子的危险速度。

③其他特殊零部件的强度。

5.4.6 确定变频调速系统电动机的最大允许频率范围的方法

确定变频调速系统电动机的最大允许频率范围时，将限制电动机最大允许频率的因素的各项因素考虑进去以后，电动机的最大允许频率范围典型数值参考值举例如表5-4中所列，供使用时参考。

表5-4 电动机的最大允许频率范围典型数值参考值举例

5.4.7 选择笼型异步电动机配套的变频器时电动机噪声问题的考虑

电动机采用变频器驱动时，和工频电源驱动时相比噪声有些增大，尤其是当电动机在额定转速（频率）以上运转时，通风噪声非常大，实际应用时必须充分考虑到。

电动机采用变频器驱动在低速运转时，和工频电源驱动运转时相比，则会有刺耳的金属声（磁噪声）出现（采用IGBT、IPM变频器，这种情况较少出现）。对此，可以采用加接噪声滤波电抗器（选用件）的方法来降低噪声。

5.4.8 选择笼型异步电动机配套的变频器时电动机振动问题考虑

电动机采用变频器驱动时，对于电动机本身来说，其与采用工频电源驱动时相比，振动并不会大幅增大。

但当电动机与机械系统连接进行拖动机械工作时，如果与机械系统的固有频率发生谐振或和驱动的机械传动系统旋转体不平衡或不同心时，就可能出现异常振动现象。对此，应对不平衡或不同心现象进行调整，采用轮箍式联轴节或防振橡胶等措施。