教案范文-一朵早醒的桃花

变频器的容量计算与选择
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1 引言

采用变频器驱动异 步电动机调速。在异步电动机确定后，通常应根据异步电动机的额定
电流来选择变频器，或者根据异步电 动机实际运行中的电流值(最大值)来选择变频器。当运
行方式不同时，变频器容量的计算方式和选择方 法不同，变频器应满足的条件也不一样。选
择变频器容量时，变频器的额定电流是一个关键量，变频器的 容量应按运行过程中可能出现
的最大工作电流来选择。变频器的运行一般有以下几种方式。

2 连续运转时所需的变频器容量的计算

由于变频器传 给电动机的是脉冲电流，其脉动值比工频供电时电流要大，因此须将变频
器的容量留有适当的余量。此时 ，变频器应同时满足以下三个条件：



式中：PM、η、c osφ、UM、IM分别为电动机输出功率、效率(取0.85)、功率因数(取
0.75)、电压(V )、电流(A)。

K：电流波形的修正系数(PWM方式取1.05～1.1)

PCN：变频器的额定容量(KVA)

ICN：变频器的额定电流(A)

式中IM如按电动机实际运行中的最大电流来选择变频器时，变频器的容量可以适当缩
小。

3 加减速时变频器容量的选择

变频器的最大输出转矩是由变频器的最 大输出电流决定的。一般情况下，对于短时的加
减速而言，变频器允许达到额定输出电流的130％～1 50％(视变频器容量)，因此，在短时
加减速时的输出转矩也可以增大；反之，如只需要较小的加减速 转矩时，也可降低选择变频
器的容量。由于电流的脉动原因，此时应将变频器的最大输出电流降低10％ 后再进行选定。


4 频繁加减速运转时变频器容量的选定

根据加速、恒速、减速等各种运行状态下的电流值，按下式确定：

I1CN＝[(I1t1+I2t2+…+I5t5)(t1+t2+…t5)]K0

式中：I1CN：变频器额定输出电流(A)

I1、I2、…I5：各运行状态平均电流(A)

t1、t2、…t5：各运行状态下的时间

K0：安全系数(运行频繁时取1.2，其它条件下为1.1)

5 一台变频器传动多台电动机，且多台电动机并联运行，即成组传动

用一台变频器使多 台电机并联运转时，对于一小部分电机开始起动后，再追加投入其他
电机起动的场合，此时变频器的电压 、频率已经上升，追加投入的电机将产生大的起动电流，
因此，变频器容量与同时起动时相比需要大些。

以变频器短时过载能力为150％，1min为例计算变频器的容量，此 时若电机加速时间
在1min内，则应满足以下两式



若电机加速在1mn以上时



式中：nT：并联电机的台数

ns：同时起动的台数

PCN1：连续容量(KVA) PCN1=KPMnTηcos

PM：电动机输出功率

η：电动机的效率(约取0.85)

cosφ：电动机的功率因数(常取0.75)

Ks：电机起动电流电机额定电流

IM：电机额定电流

K：电流波形正系数(PWM方式取1.05～1.10)

PCN：变频器容量(KVA)

ICN：变频器额定电流(A)

变频器驱动多台电动机，但其中可能有一台电动机随时挂接到变频器或随时退出运行。
此时 变频器的额定输出电流可按下式计算：



式中：IICN：变频器额定输出电流(A)

IMN：电动机额定输入电流(A)

IMQ：最大一台电动机的起动电流(A)

K：安全系数，一般取1.05～1.10

J：余下的电动机台数

6 电动机直接起动时所需变频器容量的计算

通常，三相异 步电动机直接用工频起动时起动电流为其额定电流的5～7倍，对于电动
机功率小于10kW的电机直接 起动时，可按下式选取变频器。

I1CN≥IKKg

式中：IK：在额定电压、额定频率下电机起动时的堵转电流(A)；

Kg：变频器的允许过载倍数 Kg＝1.3～1.5

在运行中，如电机电流不规则 变化，此时不易获得运行特性曲线，这时可使电机在输出
最大转矩时的电流限制在变频器的额定输出电流 内进行选定。

7 大惯性负载起动时变频器容量的计算

通过变频器过载容量通常多为125％、60s或150％、60s。需要超过此值的过载容量
时，必须 增大变频器的容量。这种情况下，一般按下式计算变频器的容量：



式中：GD2：换算到电机轴上的转动惯量值(N·m2)

TL：负载转矩(N·m)

η，cosφ，nM分别为电机的效率(取0.85)，功率因数(取0.75)，额定转速(rmin)。

tA：电机加速时间(s)由负载要求确定

K：电流波形的修正系数(PWM方式取1.05～1.10)

PCN：变频器的额定容量(KVA)

8 轻载电动机时变频器的选择

电动机的实际负载比电动机的额定输出功率小时，多认为可选择与实际负载相称的变频
器容 量，但是对于通用变频器，即使实际负载小，使用比按电机额定功率选择的变频器容量
小的变频器并不理 想，这主要是由于以下原因；

1) 电机在空载时也流过额定电流的30％～50％的励磁电流。

2) 起动时流过的起动电流与电动机施加的电压、频率相对应，而与负载转矩无关，如
果变频器容量小，此电 流超过过流容量，则往往不能起动。

3) 电机容量大，则以变频器容量为基准的电 机漏抗百分比变小，变频器输出电流的脉
动增大，因而过流保护容量动作，往往不能运转。

4) 电机用通用变频器起动时，其起动转矩同用工频电源起动相比多数变小，根据负载
的 起动转矩特性，有时不能起动。另外，在低速运转区的转矩有比额定转矩减小的倾向，用
选定的变频器和 电机不能满足负载所要求的起动转矩和低速区转矩时，变频器和电机的容量
还需要再加大。

以上介绍的是几种不同情况下变频器的容量计算与选择方法，具体选择容量时，既要充
分利 用变频器的过载能力，又要不至于在负载运行时使装置超温。有些制造厂(如ABB公司)
还备有确定装 置定额软件，只要用户提出明确的负载图就可以确定装置的输出定额。
SIEMENS变频器常见故障分析处理

1 、 引言

20世纪50年代末开始，电气传动领域进行了一场重要的技术变革—将原来只用于恒速传动的交流电
动 机实现速度控制，以取代制造复杂、价格昂贵、维护不便的直流电动机。近十多年来，随着电力电子
技术 、微电子技术及现代控制理论向交流电气传动领域的渗透，变频器已经广泛应用于交流电动机的速
度控制 。其最主要的特点是具有高效率的驱动性能及良好的控制特性。在风机、水泵、压缩机等流体机
械上应用 可以节约大量的电能;在纺织、化纤、塑料、化学等工业领域，利用变频器的自动控制性能可以
提高产品 质量和数量;在机械行业中，应用变频器是改造传统产业、实现机电一体化的重要手段;在工厂自
动化技 术中，交流伺服系统正在取代直流伺服系统。从数百瓦的伺服系统到数万千瓦的特大功率高速传
动系统， 从一般要求的小范围调速传动到高精度、快响应、大范围的调速传动，从单机传动到多机协调
运转，都可 以采用交流调速装置。几乎可以说，有电动机的地方就有变频器的使用。
2、 西门子通用型变频器的特点
西门子变频器进入中国市场较晚，但是其增长速度最快。西门子 变频器主要分为通用型、工程型和专
用型三类。西门子通用型变频器快速增长的原因主要有以下几个方面 ：

(1) 不断推出新产品，满足不同用户的特定要求。西门子产品 一般的更新周期不超过5年。其产品能够
满足不同用户的特殊要求。
(2) 强大 的通讯功能和全面的配套软件，是西门子自动化产品的一大特点。这在我国造纸、化工、钢铁、
机械制造 等诸多产业从技术改造向自动化控制全面推进的飞速发展过程中，尤显其竞争优势。
(3) 近两年推出的MM4新一代变频器不仅具有西门子工程型变频器MasterDrive的良好架构，还具有

较高的性能价格比，虽然价格不高却有着比同类产品更强大的功能。利用BiCo功能可以为 更为复杂的功
能进行编程，它可以在输入(数字的，模拟的，串行通讯的等等)和输出(变频器的电流， 频率，模拟输出，
继电器节点输出等等)之间建立布尔代数式和数学关系式。
(4) MM4新一代变频器不同于其他变频器的另一个显著特点是：他给用户提供的是一个完全开放的编
程平台，使用户可以根据自己的需要最大限度的合理利用有限的资源实现尽可能复杂的控制特性。它的
几十个自由功能块可以代替PLC实现一些简单的编程操作。
(5) 由于价格低廉，变频 器在制造时不得已选用了一些底端的原器件，或者说在选用原器件时考虑的富
裕量太小。比如：耐压，耐 温，耐电压、电流冲击等。因此，在我国使用的实践中出现问题相对较多，
这是令我们感到非常遗憾的地 方。
3、 常见故障现象分析及处理方法
一般来说，当你拿到一台 有故障的变频器，再上电之前首先要用万用表检查一下整流桥和IGBT模块
有没有烧，线路板上有没有 明显烧损的痕迹。
具体方法是：用万用表(最好是用模拟表)的电阻1K档，黑表棒接变频器 的直流端(-)极，用红表棒分别
测量变频器的三相输入端和三相输出端的电阻，其阻值应该在5K-1 0K之间，三相阻值要一样，输出端
的阻值比输入端略小一些，并且没有充放电现象。然后，反过来将红 表棒接变频器的直流端(+)极，黑表
棒分别测量变频器三相输入端和三相输出端的电阻，其阻值应该在 5K-10K之间，三相阻值要一样，输
出端的阻值比输入端略小一些，并且没有充放电现象。否则，说 明模块损坏。这时候不能盲目上电，特
别是整流桥损坏或线路板上有明显的烧损痕迹的情况下尤其禁止上 电，以免造成更大的损失。

如果以上测量结果表明模块基本没问题，可以上电观察。
(1) 上电后面板显示[F231 ]或[F002](MM3变频器)，这种故障一般有两种可能。常见的是由于电源驱动
板有问题，也有 少部分是因为主控板造成的，可以先换一块主控板试一试，否则问题肯定在电源驱动板
部分了。
(2) 上电后面板无显示(MM4变频器)，面板下的指示灯[绿灯不亮，黄灯快闪]，这种现 象说明整流和开
关电源工作基本正常，问题出在开关电源的某一路不正常(整流二极管击穿或开路，可以 用万用表测量开
关电源的几路整流二极管，很容易发现问题。换一个相应的整流二极管问题就解决了。这 种问题一般是
二极管的耐压偏低，电源脉动冲击造成的。
(3) 有时显示[F00 22,F0001,A0501]不定(MM4)，敲击机壳或动一动面板和主板时而能正常，一般属于接
插件的问题，检查一下各部位接插件。也发现有个别机器是因为线路板上的阻容元件质量问题或焊接不
良所致。

(4) 上电后显示[-----](MM4)，一般是主控板问 题。多数情况下换一块主控板问题就解决了，一般是因
为外围控制线路有强电干扰造成主控板某些元件( 如帖片电容、电阻等)损坏所至，我分析与主控板散热
不好也有一定的关系。但也有个别问题出在电源板 上。
例如：重庆某水泥厂回转窑驱动用的一台MM440-200kW变频器，由于负载惯 量较大，启动转距大，
设备启动时频率只能上升到5Hz左右就再也上不去，并且报警[F0001]。 客户要求到现场服务，我当时考
虑认为：作为变频器本身是没有问题的，问题是客户参数设置不当，用矢 量控制方式，再正确设定电机
的参数模型就可以解决问题。又过了两天客户来电告诉我变频器已经坏了， 故障现象是上电显示[-----]。
经现场检查分析，这种故障是因为主控板出问题造成的，因为用户 在安装的过程中没有严格遵循EMC
规范，强弱电没有分开布线、接地不良并且没有使用屏蔽线，致使主 控板的IO口被烧毁。后来，我申
请了维修服务，SFAE的工程师去现场维修，更换了一块主控板问题 解决了。
(5) 上电后显示正常，一运行即显示过流。[F0001](MM4)[F00 2](MM3)即使空载也一样，一般这种现象
说明IGBT模块损坏或驱动板有问题，需更换IGBT 模块并仔细检查驱动部分后才能再次上电，不然可
能因为驱动板的问题造成IGBT模块再次损坏！这种 问题的出现，一般是因为变频器多次过载或电源电
压波动较大(特别是偏低)使得变频器脉动电流过大主 控板CPU来不及反映并采取保护措施所造成的。
还有一些特殊故障(不常见但有一些普遍意义，可以举一反三，希望达到抛砖引玉的效果)，例如：
(6) 有一台变频器(MM3-30KW)，在使用的过程中经常“无故”停机。再次开机可能又是正常的，机 器拿
到我这儿来以后，开始我也没有发现问题所在。经过较长时间的观察，发现上电后主接触器吸合不正 常-
-有时会掉电，乱跳。查故障原因，结果发现是因为开关电源出来到接触器线包的一路电源的滤波电 容漏
电造成电压偏低，这时如果供电电源电压偏高还问题不大，如果供电电压偏低就会致使接触器吸合不 正
常造成无故停机。
(7) 还有一台变频器(MM4-22KW)，上电显示正 常，一给运行信号就出现[P----]或[-----]，经过仔细观察，
发现风扇的转速有些不正常 ，把风扇拔掉又会显示[F0030]，在维修的过程中有时报警较乱，还出现过[F
0021F000 1A0501]等。在我先给了运行信号然后再把风扇接上去就不出现[P----]，但是，接上一个风扇时，风扇的转速是正常的，输出三相也正常，第二个风扇再接上时风扇的转速明显不正常。于是我分析
问题在电源板上。结果是开关电源出来的一路供电滤波电容漏电造成的，换上一个同样的电容问题就解
决了。
（8）在某钢铁厂有一台75kW的MM440变频器，安装好以后开始时运行正常，半 个多小时后电机停
转，可是变频器的运转信号并没有丢失却仍在保持，面板显示[A0922]报警信息 （变频器没有负载），测
量变频器三相输出端无电压输出。将变频器手动停止，再次运行又回复正常。正 常时面板显示的输出电
流是40A-60A。过了二十多分钟同样的故障现象出现，这时面板显示的输出 电流只有0.6A左右。经分析
判断是驱动板上的电流检测单元出了问题，更换驱动板后问题解决。

总结以上，大的原器件如IGBT功率模块出问题的比例倒是不多，正如我前面 在西门子通用变频器的
特点里所说的，因为一些低端的简单原器件问题和装配问题引发的故障比例较多， 如果有图纸和零件，
这些问题便不难解决而且费用不高，否则解决这些问题还是不容易的。最简单的办法 就是换整块的线路
板！
结束语
西门子变频器的设计水平同各 品牌变频器相比，功能强大，无可挑剔！如果再能从设计上就考虑到将
来维修的方便性并在制造选材上提 高一下零件的质量是最为理想的了。

西门子变频器整流单元的耐压是 1200V。若能使用耐压1600V的整流单元，我认为会大大提高稳定性
并降低故障率。
防干扰的措施有待加强，西门子的变频器有时会因为干扰问题而把主控板或IO端口烧了。

在我担任技术支持和维修的过程中，我感到只有不断的学习丰富自己的业 务技能，理论指导实践，实
践再进一步上升为理论，举一反三不断地总结经验，才能使自己的各方面知识 不断加强，跟上快速发展
的时代科技进步的步伐。