Abstract: In this paper, based on the present situation of inverter application in China, the selection principle of frequency converter is briefly introduced, and the principle of frequency converter selection based on load characteristic and system characteristic of variable frequency speed regulation system is emphatically discussed.

Key Words: Selection; Conditions; Principles

【中图分类号】TD355+.42 【文献标识码】B  文章编号1561-0330（2017）11-0000-00

1 变频器选型条件

通用变频器的选择包括变频器的型式选择和容量选择两个方面，其总的原则是首先保证可靠地满足工艺要求，再尽可能节省资金。要根据工艺环节、负载的具体要求选择性价比相对较高的品牌和类型及容量。变频器的选型应满足以下条件：

（1）电压等级与驱动电动机相符，变频器的额定电压与负载的额定电压相符。

（2）额定电流为所驱动电动机额定电流的1.1～1.5倍，对于特殊的负载，如深水泵等则需要参考电动机性能参数，以最大电流确定变频器电流和过载能力。由于变频的过载能力没有电动机过载能力强，一旦电动机有过载，损坏的首先是变频器。如果机械设备选用的电动机功率大于实际机械负载功率，并把机械功率调节到电动机输出功率，此时，变频器的功率选用一定要等于或大于电动机功率。个别电动机额定电流值较特殊，不在常用标准规格附近，又有的电动机额定电压低，额定电流偏大，此时要求变频器的额定电流必须等于或大于电动机额定电流。

（3）根据被驱动设备的负载特性选择变频器的控制方式。

变频器的选型除一般须注意的事项（如输入电源电压、频率、输出功率、负载特点等）外，还要求与相应的电动机匹配良好，要求在正常运行时，在充分发挥其节能优势的同时，避免其过载运行，并尽量避开被拖动设备的低效工作区，以保证其高效可靠运行。在变频器的选型时，对于相同设备配用的变频器的规格应尽可能统一，便于备品备件的准备，便于维修管理，选用时还要考虑生产厂家售后服务质量情况。

2 变频器的选择原则

（1）负载特性

变频调速与机械变速存在本质上的区别，不能将某电动机使用机械变速改为相同功率的变频变速。因为功率是

图1中的曲线1是恒功率负载（例如切削机床），低速时力矩增加，而变频器和电动机低于额定频率时电流被限制，力矩不能增加，所以在变频调速系统运行在低速区时，有可能会造成电动机带不动负载，选用时要根据减速造成力矩增加的比例，选用比原电动机功率大的电动机和变频器。例如原来1.5kW电动机，负载转矩9.18Nm，转速1460r/min，机械变速后转速降到720r/min，转矩就可达18.36Nm，而与之配套的电动机和变频器不可能输出18.36Nm的转矩。因此，变频调变速后电动机和变频器需增加的功率是

选用标准功率3.7kW或4kW的电动机和变频器才能保证在低速区时输出要求的转矩。

在我国将工频50Hz以下区间作为变频器的“恒力矩区”，即频率和转速成比例下降时，电动机为恒力矩特性。在50Hz以上区间为“恒功率区”，即频率和转速越高，电动机力矩越小。变频器的输出频率和拖动电动机的转速成正比，其输入的功率（机械功率）为：转速×转矩。为此，选择变频器时应根据以下原则：

①电动机功率在280kW以上应选择电流型变频器（多重化波形），75kW以下的电动机应选择电压型变频器（PWM波型），75kW～280kW的电动机可根据实际情况决定。

②根据拖动设备特性选择，机床类设备需要尽可能满足恒功率的硬特性，可选用专用电动机和配足变频器功率，尽可能选用矢量型变频器，并要求变频器带有制动单元。风机，水泵等减力矩负载要选用专用变频器，便于节能运行；对于只需恒力矩的传动系统，可选用通用型、矢量型或F型变频器均可。

变频器的正确选用对于机械设备及系统的正常运行至关重要的，选择变频器首先要满足机械设备的类型、负载转矩特性、调速范围、静态速度精度、启动转矩和使用环境的要求，然后决定选用何种控制方式和防护结构的变频器最合适。所谓合适是在满足机械设备的实际工艺生产要求和使用场合的前提下，实现变频器应用的最佳性价比。在实践中常将生产机械根据负载转矩特性的不同，分为三大类型：

①恒转矩负载。在恒转矩负载中，负载转矩T_L与转速n无关，在任何转速下T_L总保持恒定或基本恒定，负载功率则随着负载速度的增高而线性增加。多数负载具有恒转矩特性，但在转速精度及动态性能等方面要求一般不高，例如挤压机，搅拌机，传送带，厂内运输电车，吊车的平移机构，吊车的提升机构和提升机等。选型时可选F控制方式的变频器，最好采用具有恒转矩控制功能的变频器。起重机类负载的特点是启动时冲击很大，因此要求变频器有一定余量。同时，在重物下放肘，会有能量回馈，因此要使用制动单元或采用共用母线方式。

变频器拖动具有恒转矩特性的负载时，低速时的输出转矩要足够大，并且要有足够的过载能力。如果需要在低速下稳速运行，应考虑标准电动机的散热能力，避免电动机的温升过高。而对不均性负载（其特性是：有时负载有时轻，有时重）应按照重负载的情况来选择变频器容量，例如轧钢机械、粉碎机械、搅拌机等。

对于大惯性负载：如离心机、冲床、水泥厂的旋转窑，此类负载惯性很大，因此启动时可能会振荡，电动机减速时有能量回馈。应该选用容量稍大的变频器来加快启动，避免振荡，并需配有制动单元消除回馈电能。

长期低速运行的系统，由于电动机发热量较高，风扇冷却能力降低，因此必须采用加大减速比的方式或改用6级电动机，使电动机运转在较高频率附近。对于低速运行时要求有较硬的机械特性和一定的调速精度，但动态性能方面无较高要求时，可选用具有转矩控制功能的高功能型变频器，以实现恒转矩负载的调速运行。另外对于恒转矩负载下的电动机，如果采用通用标准电动机，则应考虑低速下电动机的强迫通风冷却，以避免电动机在低速运行时发热。

②恒功率负载。恒功率负载的特点是需求转矩T_L与转速n大体成反比，但其乘积即功率却近似保持不变。金属切削机床的主轴和轧机、造纸机、薄膜生产线中的卷取机、开卷机等，都属于恒功率负载。

负载的恒功率性质是针对一定的速度变化范围而言的，当速度很低时，受机械强度的限制，T_L不可能无限增大，在低速下转变为恒转矩性质。负载的恒功率区和恒转矩区对传动方案的选择有很大的影响。电动机在恒磁通调速时，最大允许输出转矩不变，属于恒转矩调速；而在弱磁调速时，最大允许输出转矩与速度成反比，属于恒功率调速。如果电动机的恒转矩和恒功率调速的范围与负载的恒转矩和恒功率范围相一致时，即所谓“匹配”的情况下，电动机的容量和变频器的容量均最小。

③流体类负载。在各种风机、水泵、油泵中，随叶轮的转动，空气或液体在一定的速度范围内所产生的阻力大致与速度n的2次方成正比。随着转速的减小，转矩按转速的2次方减小。这种负载所需的功率与速度的3次方成正比。各种风机、水泵和油泵都属于典型的流体类负载，由于流体类负载在高速时的需求功率增长过快，与负载转速的三次方成正比，所以不应使这类负载超工频运行。

流体类负载在过载能力方面要求较低，由于负载转矩与速度的平方成反比，所以低速运行时负载较轻（罗茨风机除外），又因为这类负载对转速精度没有什么要求，故选型时通常以价格为主要原则，应选择普通功能型变频器，只要变频器容量等于电动机容量即可（空压机、深水泵、泥沙泵、快速变化的音乐喷泉需加大容量），目前已有为此类负载配套的专用变频器可供选用。

（2）系统特性

①快速响应系统。所谓响应快是指实际转速对于转速指令的变化跟踪快，从负载变动和外界干扰引起的过渡性速度变化中恢复得快。要求响应快的典型负载有轧钢机、生产线设备、机床主轴、六角孔冲床等，针对快速响应系统最好选用转差频率控制的变频器。

②被控对象的动态，静态指标要求。变频调速系统在低速时应有较硬的机械特性，才能满足生产工艺对控制系统的动态、静态指标要求，如果控制系统采用开环控制，可选用具有无速度反馈的矢量控制方式的变频器。

对于调速精度和动态性能指标都有较高要求，以及要求高精度同步运行的系统，如轧钢、造纸、塑料薄膜加工线这一类负载，可选用带速度反馈的矢量控制方式的变频器。如果控制系统采用闭环控制，可选用能够四象限运行，F控制方式，具有恒转矩功能的变频器。对于电力机车，交流伺服系统，电梯，起重机负载，可选用具有直接转矩控制功能的专用变频器。

综上所述，在选用变频器时除了考虑技术性和可靠性外还应考虑经济性，一般不要留有太大功率余量，变频器与电动机两者的功率应相匹配，不但经济性好而且输出波型更好。