1.13 中、高壓變頻器外圍設備的選擇

選定變頻器后，下一步是根據實際需要選擇與變頻器配合工作的各種外圍設備，以便保證變頻調速系統的正常工作，對電動機和變頻器進行必要的保護，減少對其他設備的影響。

1.13.1 變頻器的外圍設備

不但要正確選擇變頻器，還要對它的外圍設備也要進行正確的選擇，只有這樣，才能使變頻調速系統正常運行。

變頻器的外圍設備如圖1-67所示。

圖1-67 中、高壓變頻器的外圍設備

1.避雷器FV

用于吸收由電源侵入的感應雷擊電涌，保護與電源相連接的全部設備。

2.電源側真空斷路器QF

用于通斷電源，在出現過電流或短路事故時，自動快速切斷電源，防止發生過載或短路時的大電流燒毀變頻器及線路事故，斷路器也是過電流的后備保護。如果需要進行接地保護，也可以采用漏電保護式斷路器。在檢修用電設備時，QF起隔離電源的作用。

3.電源側真空接觸器KM1

用作變頻器電源開關，在變頻器跳閘時，將變頻器電源切斷。在使用制動電阻的情況下，發生短路時將變頻器電源切斷。對于電網停電后的重新上電，可以防止自動再投入，以保護設備及人身安全。

4.過載繼電器KOL

使用一臺變頻器驅動多臺電動機時，要對電動機進行過載保護，而且還要對不能使用變頻器內電子熱保護的電動機進行熱保護，見1.13.4有關內容。

普通電動機是以在電網電源下運行為前提而設計的，因此能夠在電網電源驅動下進行長期的連續運行。但是，將這樣的電動機改為由變頻器驅動并連續運轉時，由于變頻器輸出的諧波影響，即使電動機在額定轉速以下運行且電流在額定電流以下，僅由風扇冷卻也難以滿足要求。尤其是當負載為恒轉矩負載時，電動機在額定轉速以下運行時，電動機的電流基本上等于額定電流，與電網電源驅動相比，電動機的溫升會變大，甚至出現燒損電動機的可能。所以當電動機連續工作在低速區域時，以電動機額定電流為基準而選定的保護用過載繼電器并不能為電動機提供保護，在選擇過載繼電器時應該加以注意。如果變頻器具有電子熱保護功能，則不需要設置外部過載繼電器為電動機提供保護。

5.交流電抗器ACL1和ACL2

ACL1用于抑制變頻器輸入側的諧波電流，改善功率因數。根據電網電壓允許的畸變程度確定是否選擇，一般情況建議選用ACL1。ACL2用于改善變頻器輸出電流的波形，抑制變頻器的發射干擾和感應干擾，減小電動機的噪聲，ACL2的選用根據系統需要情況確定。

6.制動電阻R_B

在制動轉矩不能滿足要求時選用，用于頻繁制動或快速停車的場合，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，實現再生運行。

7.真空接觸器KM2和KM3

用于變頻器和工頻電網之間的切換運行（見2.8節），在這種方式下，KM3是必不可少的，KM2和KM3之間的聯鎖可以防止變頻器的輸出端誤接到工頻電網上，一旦誤接，將損壞變頻器。如果不需要變頻器與工頻電網的切換功能，可以不要KM2和KM3。

8.直流電抗器DCL

用于改善功率因數，抑制電流尖峰。

9.無線電噪聲濾波器FL-Z

用于減小變頻器對外界產生的無線電干擾。

10.輸出濾波器FL-T

用于抑制變頻器產生的無線電干擾，其可分為電源端用濾波器和負載端用濾波器。

另外，還有電涌吸收器、電涌抑制器和用于頻率設定的頻率設定器。

上述變頻器的外圍設備中，只有真空斷路器QF是必選的，其他設備可根據系統需要進行選擇。

11.電動機

電動機的選擇可參考1.13.8～1.13.10節內容。

1.13.2 真空斷路器的選擇

690V、3kV、6kV、10kV系統中使用的真空斷路器（見圖1-67中的QF）用于電源的通斷，即在包括中、高壓電動機在內的變頻調速主電路中出現過電流或短路事故時自動快速切斷電源，且是主電路過電流的后備保護。一般按正常工作條件、短路條件和環境條件綜合考慮選用。由于真空斷路器通斷的是變頻調速主電路，還需要考慮變頻器對真空斷路器選擇的影響。為使真空斷路器正常運行，需配置必要的繼電保護或微機型保護。

1.按正常工作條件選擇

（1）按工作電壓選擇

選用的真空斷路器，其額定電壓應符合所在回路的系統標稱電壓，其允許最高工作電壓U_max不應小于所在回路的最高運行電壓U_P，即

U_max≥U_P

（2）按工作電流選擇

真空斷路器具有長期運行過電流保護功能，為了不使其誤動作，選擇時必須考慮以下因素：變頻器內部有大容量濾波電容，在接通電源瞬間，其充電電流可高達額定電流的2～3倍；變頻器電流諧波分量很大，當基波電流達到額定值時，實際電流有效值要比額定電流大得多；變頻器本身過載能力較強，一般為120%～150%額定電流、1min。

綜合以上因素，斷路器的額定電流應選為

I_QE=（1.3～1.4）I_CN

式中 I_QE——真空斷路器的額定電流（A）；

I_CN——變頻器的額定電流（A）。

在電動機要求實現工頻和變頻器的切換控制的電路中，斷路器應按電動機在工頻下的起動電流來選擇。

（3）按開斷電流（或斷流容量）選擇

真空斷路器的開斷電流應滿足如下要求：

I_br≥I_sct 或 Sbr≥S_sct

式中 I_br——斷路器的額定開斷電流（kA）；

I_sct——斷路器觸點開始分離瞬間的短路電流有效值（kA）；

S_br——斷路器的額定斷流容量（MV·A）；

S_sct——斷路器觸點開始分離瞬間的短路容量（MV·A）。

按開斷電流（或斷流容量）選擇真空斷路器時，宜取斷路器實際開斷時間（繼電保護動作時間與斷路器固有分閘時間之和）的短路電流作為選擇條件。

2.按環境條件選擇

應按真空斷路器安裝地點的環境條件校核，如溫度、濕度、污穢、海拔、地震烈度等。

3.按短路熱穩定選擇

真空斷路器按正常工作條件選出后，一般還要按三相短路進行熱穩定校核^[4]。

4.真空斷路器的繼電保護配置

真空斷路器通斷的變頻調速回路設備，特別是旋轉電動機在正常運行時，不可避免地會發生事故，因此真空斷路器要對電動機進行保護或后備保護配置，及時減輕或排除故障和事故。

傳統的機電型保護比較經濟實惠，微機型保護由于可靠性較高得到日益廣泛的應用。3～10kV電動機的繼電保護配置見表1-14。^[4]

表1-14 3～10kV電動機的繼電保護配置

繼電保護裝置的好壞一般用選擇性、快速性、靈敏性和可靠性來衡量，它的整定計算可見參考文獻4。

1.13.3 真空接觸器的選擇

真空接觸器的功能是為了控制方便和在變頻器出現故障時切斷主電源，并防止掉電及故障后的再起動。真空接觸器根據連接的位置不同，其型號的選擇也不盡相同。下面分別介紹各種情況下真空接觸器的選擇。^[1]

1.輸入側真空接觸器的選擇

為控制方便和發生故障（可能是變頻器自身故障，也可能是控制電路故障）時自動切換變頻器電源，通常在功率較大的變頻器和真空斷路器之間接有真空接觸器（見圖1-67中的KM1）。

由于真空接觸器本身沒有保護功能（只有失電壓保護），不存在誤操作問題。所以真空接觸器主觸點的額定電流I_KN可按稍大于變頻器的額定電流I_CN來選擇，即

I_KN=（1～1.1）I_CN

式中 I_KN——真空接觸器的額定電流（A）；

I_CN——變頻器的額定電流（A）。

變頻器的報警接點串聯在真空接觸器的控制回路中，當變頻器內部出現故障時，變頻器的報警接點動作（報警），從而使變頻器電源端的真空接觸器失電釋放，保護變頻器。

2.輸出側真空接觸器的選擇

變頻器本身有控制功能，當用一臺變頻器控制一臺電動機時，可不接真空接觸器KM2。但在下述情況下，變頻器和電動機之間需接真空接觸器（見圖1-67中的KM2）：

1）工頻電源和變頻器交替供電的場合，接線圖如圖1-67所示。因為輸出電流中含有較大的諧波成分，其電流有效值略大于工頻運行時的有效值，主觸點的額定電流一般大于1.1倍的電動機額定電流；接線時要注意，兩者供電的相序要一致，以確保電動機轉向不變，并且真空接觸器KM2和KM3要互鎖。也可以參考2.8節PLC控制的工頻與變頻切換電路相關內容。

2）一臺變頻器控制多臺電動機的場合。

3）變頻器輸出側U、V、W端禁止與電網連接，否則會造成電網能量“倒灌”入變頻器內而損壞變頻器。

另外，由于變頻器輸出電壓中含有大量的諧波分量，其輸出側U、V、W端不能接電容，否則會損壞變頻器。

3.工頻真空接觸器的選擇

工頻真空接觸器（見圖1-67中的KM3）的選擇應考慮電動機在工頻下的起動情況，其觸點電流通常按電動機額定電流再加大一個檔級來選擇。

1.13.4 熱繼電器的選擇

變頻器內部設有電子熱過載繼電器以保護電動機過載，其性能優于外加熱繼電器，普通的熱繼電器在非額定頻率下的保護功能并不理想。一般情況下無須裝設熱繼電器，只有在下列情況下，才用熱繼電器代替電子熱過載繼電器^[1]：

1）所用的電動機不是4極電動機。

2）所用的電動機為特殊電動機（非標準通用電動機）。

3）電動機頻繁起動。

4）一臺變頻器控制多臺電動機的場合。這是由于變頻器容量大，其內部的熱保護裝置不可能對單臺電動機進行過載保護。一臺變頻器控制多臺電動機時的熱繼電器保護接線可參見圖1-68中的FR₁、FR₂和FR₃。

5）工頻電源和變頻器交替供電時的過載保護。當電動機在工頻電源下運行時，需由外加熱繼電器進行過載保護（見圖1-67的FR）。

圖1-68 一臺變頻器控制多臺電動機的主電路

6）電子熱保護功能的準確度與工作頻率的范圍有關。當調速系統經常在規定頻率范圍外工作時，其準確度就差些，此時應配用普通熱繼電器。當變頻器選用外部熱繼電器對電動機實施過載保護時，以下事項應給予關注：

①熱繼電器應裝設于變頻器輸出端。如果裝于輸入端，由于低頻時輸入電流遠遠小于輸出電流而起不到保護作用。

②當普通熱繼電器用于變頻調速時，由于變頻器的輸出電流中含有大量諧波電流，可能引起熱繼電器誤動作，故一般應將熱繼電器的動作電流調大約10%左右。

③當變頻器與電動機之間的連線過長時，由于高次諧波的作用，熱繼電器可能誤動作。這時需在變頻器和電動機之間串聯交流電抗器抑制諧波或用電流傳感器代替熱繼電器。

1.13.5 電氣制動及制動電阻的計算選擇

變頻器的電氣制動方法有三種：能耗制動、直流制動和回饋制動。^[3]

當電動機的功率小于50kW時，變頻器的電氣制動一般可選能耗制動；當電動機的功率為50～100kW時，變頻器的電氣制動一般可選直流制動；當電動機的功率大于100kW時，變頻器的電氣制動一般可選回饋（再生）制動。

對于7.5kW及以下的小容量變頻器，一般在其制動單元中隨機出廠裝有制動電阻；大于7.5kW的變頻器對電動機進行電氣制動時，需通過計算選擇合適的制動電阻。

1.能耗制動

從高速到低速（或零速），電氣的頻率變化很快，但電動機的轉子帶有負載（生產機械），有較大的機械慣性，不可能很快停止，并會產生反電動勢E>U（端電壓），電動機處于發電狀態，其產生的反向電壓轉矩與原電動機狀態轉矩相反，而使電動機具有較強的制動轉矩，迫使轉子較快停下來。對于一般交-直-交變頻器的主電路，AC/DC整流電路是不可逆的，因此電動機產生的反電勢無法回饋到電網中去，結果造成主電路電容器兩端電壓升高（稱為泵升電壓）。當電壓超過設定上限值電壓（700V）時，制動電路導通，制動電阻上流過電流，從而將電能轉換為熱能消耗掉，電壓隨之下降，待到設定下限值（680V）時電路關斷。這就是制動單元的工作過程。這種制動方法不可控，制動轉矩有波動，但制動時間可以人為設定。

2.直流制動

在異步電動機定子三相或兩相繞組上加直流電壓，此時變頻器的輸出頻率為零，定子產生靜止的恒定磁場，轉動著的轉子切割此磁場的磁力線產生制動轉矩，迫使電動機轉子較快地停止，電動機儲存的動能轉換為電能消耗于異步電動機的轉子電路。

3.回饋（再生）制動

當電動機功率較大（≥100kW）且設備GD²（飛輪轉矩）較大時，或是反復短時連接工作時，從高速到低速的降速幅度較大，頻率突減，電動機處于發電狀態，反電動勢E>U（端電壓）；或是電動機在某一個頻率下運行到停車的過程中，電動機也處于發電狀態，反電動勢E>U（端電壓）；或是位能負載如下行膠帶輸送機運行時，實際轉速大于同步轉速，這時也出現電動機處于發電狀態，反電動勢E>U（端電壓）。以上這些情況若制動時間較短，為減少制動過程的能量損耗，將動能轉變為電能回饋到電網中去以達到節能效果，可采用有源逆變技術使能量回饋電網的制動裝置。對已運行的變頻調速系統進行改造時，可采用圖1-12所示方案，將再生電能逆變為與電網同頻率、同相位的交流電回饋給電網。對于新建項目，可采用圖1-14所示方案，采用電流追蹤型PWM整流器組成方式，實現功率的雙向流動，其動態響應速度快，可以完全控制交流側和直流側之間的無功功率和有功功率的交換。

在變頻調速系統中，電動機的減速是通過降低變頻器輸出頻率而實現的。當需要電動機比自由減速更快地進行減速時，可以加快變頻器輸出頻率的降低速率，使其輸出頻率對應的速度低于電動機的實際轉速，對電動機進行再生制動。在此情況下，異步電動機處于發電運行狀況，負載的機械能將被轉換為電能并且被饋還給變頻器。如果這部分回饋能量較大，則有可能使變頻器的過電壓保護設備動作并切斷變頻器輸出，從而使變頻器處于自由減速狀態，無法達到快速停車的目的。為了避免上述現象出現，使上述能量在直流中間回路的其他部分消耗掉，可利用制動電阻來耗散這部分能量，使電動機的制動能力提高。

中、高壓變頻調速時的制動電阻一般可參考如下步驟來選擇：

1）制動轉矩的計算。制動轉矩T_B（N·m）可按下式計算^[3]：

式中 ——電動機的飛輪轉矩（N·m²）；

——負載折算到電動機軸上的飛輪轉矩（N·m²）；

T_L——負載轉矩（N·m）；

n₁——減速開始時的速度（r/min）；

n₂——減速結束時的速度（r/min）；

t_s——減速時間（s）。

2）制動電阻阻值的計算。在進行再生制動時，即使不加耗電的制動電阻，電動機內部也會有20%的銅耗被轉換為制動轉矩。考慮到這個因素，可以先初步計算制動電阻的預選值：

式中 U_C——直流回路電壓（V）；

T_B——制動轉矩（N·m）；

T_M——電動機額定轉矩（N·m）。

如果系統所需制動轉矩T_B<0.2T_M，即制動轉矩在額定轉矩的20%以下時，則不需要加制動電阻，此時僅電動機內部的有功損耗作用，就可以使直流回路的過電壓限制在過電壓保護設備的動作水平以下。

在由制動晶體管和制動電阻組成的放電回路中，其最大電流受制動晶體管本身允許電流I_C的限制，即制動電阻所能選擇的最小值R_min為

因此，制動電阻R_B應由條件R_min<R_B<R_BO決定。

3）制動電阻平均損耗P_ro（kW）的計算。制動中，電動機自身損耗的功率相當于20%額定值的制動轉矩，因此可按下式求得電動機制動時制動電阻上的平均功率：

4）制動電阻額定功率P_o（kW）的計算。電動機減速模式不同時，制動電阻額定功率的選擇是不同的。圖1-69給出了減速模式，圖1-70給出了制動電阻的功率增加特性示意圖。

設m為功率增加系數，m與減速時間的關系如圖1-70a所示。設D為制動電阻使用率，D=t_s/T，m與D的關系如圖1-70b所示。

圖1-69 減速模式

圖1-70 制動電阻的功率增加特性示意圖

在選擇制動電阻時，應根據電動機的減速模式，首先根據圖1-70求出功率增加系數m，并利用前面求得的制動電阻的平均消耗功率P_ro決定制動電阻的額定功率P_o：

P_o>P_ro/m

根據上面計算得到的R_BO和P_o，可選用相應變頻器的選配件或在市場上選擇符合要求的標準電阻器。

由于制動電阻的標稱功率比實際消耗的功率小得多，并且制動電阻的通電時間難以估算，所以電阻在實際運行過程中的實際通電時間若超過預想的通電時間，將導致過熱而損壞。因此，制動電阻應設有過熱保護，可以采用熱繼電器，也可以自行設計保護電路。

1.13.6 交流和直流電抗器的選擇

電抗器按電源性質分為交流電抗器和直流電抗器，交流電抗器根據使用目的不同，可分為輸入電抗器和輸出電抗器。交流或直流電抗器抑制了變頻器對于電網以及電網對于變頻器的大部分干擾，通常輸入側電抗器總是需要的。

1.變頻器輸入（交流）電抗器的選擇

輸入電抗器串聯在電網電源與變頻器輸入端之間，如圖1-67中ACL1所示，又稱進線電抗器，其主要用來抑制輸入電流的高次諧波，可有效保護變頻器整流單元，改善三相電源的不平衡性，提高輸入電源的功率因數和實現變頻器驅動與電源之間的匹配。

如下場合應設置輸入電抗器：

1）供電變壓器的容量大于500kV·A或10倍變頻器的容量，且變頻器安裝位置離供電變壓器的距離在10m以內。

2）在同一電源上有晶閘管交流裝置共同使用，或進線電源端接有通過開關切換以調整功率因數的電容補償裝置的場合。

3）需要改善變頻器輸入側功率因數（用電抗器可提高到0.75～0.85）的場合。

4）存在大的電壓畸變或電源電壓不平衡時。

由于電力電子器件的影響，變頻器的輸入電壓和電流波形存在畸變，即除了基波以外，還存在著諧波。變頻器的功率因數計算必須用電源的有功功率和無功功率的比值來表示，變頻器的功率因數因系統而異，在某些情況下可能很差，因此必須采用適當的措施加以改善，以達到提高整個交流調速系統的運行效率的目的。

為了改善變頻器的輸入功率因數，可以在變頻器輸入端接入電抗器來減少諧波。對于大容量變頻器而言，有時也采用在變頻器內部的整流電路和平滑電容之間接入直流電抗器的方法來代替輸入電抗器。

2.輸入電抗器的容量計算

在選擇輸入電抗器時，一般選用變頻器廠家推薦的型號或按下式計算其電感量L：

L=ΔU_L/（2πfI_e）=（0.02～0.04）U_dx/（2πfI_e）^[1]

式中 L——輸入電抗器的電感量（H）；

U_dx——交流輸入相電壓（V）；

f——電網頻率（Hz）；

ΔU_L——電抗器的額定電壓降（V）；

I_e——電抗器的額定電流（A）。

電抗器額定電流I_e的計算方法如下：

1）單相變頻器配置的輸入電抗器的額定電流為

I_e=I_fe

式中 I_fe——變頻器的額定電流（A）。

2）三相變頻器配置的輸入電抗器的額定電流為

I_e=0.82I_fe

3.變頻器輸出（交流）電抗器的選擇

輸出電抗器串聯在變頻器輸出端和電動機之間，如圖1-67中ACL2所示。它的主要作用是補償長線分布電容的影響，抑制變頻器輸出諧波產生的不良影響，起到減小變頻器噪聲和抑制電動機電壓振動（突變）的作用，有助于減少變頻器的過電流和過電壓故障。

4.變頻器輸出電抗器的容量計算

在選擇輸出電抗器時，一般可選用變頻器廠家推薦的型號或按下式計算其電感量L^[1]：

式中 L——輸出電抗器的電感量（H）；

U_x——交流輸入相電壓（V）；

I_max——流過電抗器的最大電流（A），其值可取變頻器的額定電流。

5.變頻器直流電抗器的選擇

交流電源經變頻器整流電路整流后輸出的直流電壓中總是有紋波的，為抑制紋波，使輸出的直流電接近于理想直流電，同時，當電網三相電壓不平衡率大于3%時，為保護變頻器不受過大電流峰值的作用而損壞，還須在變頻器直流側（變頻器整流環節與逆變環節之間的回路上）串聯一只直流電抗器，如圖1-67中的DCL。由于其體積較小，所以許多變頻器已將直流電抗器直接裝在變頻器內。如果同時配用交流電抗器和直流電抗器，則可將變頻調速系統的功率因數提高至0.95。

直流電抗器可選用變頻器廠家推薦的型號，或按同樣變頻器輸入電抗器電感量的2～3倍選取^[1]，即

L=（2～3）L_AC

式中 L_AC——變頻器輸入電抗器的電感量（mH）。

1.13.7 EMC濾波器的選擇

通常將諧波中1kHz以下的稱為諧波，1MHz左右的稱為電磁噪聲。變頻器對外的諧波干擾分為直接傳導、感應和輻射三種。除了直流和交流電抗器抑制的干擾以外，還有一些干擾，為了降低無線電干擾，可采用FIL濾波器。由于變頻器輸出的是千赫級的高頻脈沖，其輸出電纜與地及電動機與地之間存在分布電容，所以會產生諧波電流，該電流的存在使得即使變頻器的絕緣正常，剩余電流斷路器也會跳閘。此時必須使用具有抑制諧波能力的剩余電流斷路器，才會取得滿意的效果。^[3]

1.輸入側噪聲濾波器

輸入側噪聲濾波器實質是由電容和電感組成的復合電路，它對諧波的濾除作用優于單純的電抗器。如果需要加裝濾波器，建議選用變頻器廠家推薦的型號。輸入側噪聲濾波器的安裝位置在變頻器之前、其他電器之后；如果裝設了輸入側交流電抗器，則濾波器應該在電抗器之后。

2.輸出側噪聲濾波器

PWM電壓波形的開關翼部通過寄生電容產生一個高頻脈沖噪聲電流，通過存在于電動機電纜和電動機內的寄生電容，使變頻器成為一個噪聲源。針對變頻器輸出側的高頻干擾，可采用的對策有兩種：一是減少和抑制高頻載波的成分；二是阻斷載波干擾的傳播途徑。加裝輸出側噪聲濾波器屬于第一種對策，即減少載波成分。

輸出側噪聲濾波器通常是由電感、電容和電阻組成的復合電器，選擇時建議選用變頻器廠家推薦的規格型號。輸出側噪聲濾波器安裝在變頻器輸出側最靠近變頻器的位置^[3]。

與阻斷載波干擾的傳播途徑的對策相比，加裝輸出濾波器的成本較高，因此應該只在阻斷方式難以發揮作用時采用。

1.13.8 變頻調速電動機的選用

對于中、高壓變頻調速系統使用的電動機（見圖1-67中的M），首先根據電力拖動系統的要求進行選擇，不僅要根據用途和使用狀況合理選擇電動機的結構型式、安裝方式和連接方式，還要根據溫升情況和使用環境選擇合適的通風方式和防護等級。^[4]然后根據驅動負載所需功率選擇電動機的容量，并對電動機發生故障時造成的短路、單相接地及過載進行保護，對電動機裝設過電流、電流速斷或縱差保護設備。^[4]同時，還要考慮變頻器性能對電動機輸出功率的影響。

1.電動機最大輸入功率的確定

首先要根據機械對轉速（最高，最低）和轉矩（起動，連續及過載）的要求，確定機械要求的最大輸入功率（即電動機額定功率的最小值），負載的功率可按下式計算：

P_L=T_Ln/9550

式中 P_L——電動機軸上輸出的有效機械功率（kW），即負載的功率；

n——電動機轉子轉速（r/min）。

計算最大輸入功率時，機械轉速取電動機的額定轉速，轉矩取設備在起動、連續運行、過載或最高速等狀態下的最大連續轉矩。

選配泵類負載電動機時，需考慮機泵與所配電動機是否相匹配；一是要避免出現“大馬拉小車”現象；二是要盡可能達到最大的節能效果，一般設計裕量應控制在10%左右。通用的標準電動機用于變頻調速時，由于變頻器的性能會降低電動機的輸出功率，最后還需適當增大電動機的容量，留有一定裕量。

2.電動機極數的確定

電動機的極數決定了它的同步轉速，要求電動機同步轉速盡可能地覆蓋它的整個調速范圍；然后，根據同步轉速確定電動機的極數。為了充分利用設備潛能，避免浪費，可允許電動機短時間超出同步速度，但必須小于電動機允許的最大速度。

通用變頻器是針對交流異步電動機設計的，而且多數通用變頻器的預置電動機模型都是4極電動機模型。因此，使用通用變頻器時，選擇4極籠型異步電動機是合適的。當選擇4極籠型異步電動機配備減速比有困難時，也可以選擇2極、6極或8極電動機。

3.散熱能力的影響

通用的標準異步電動機的散熱能力是按照額定轉速下進行自扇風冷設計的，外殼冷卻依靠端部的風扇葉片，內部空氣流通依靠轉子兩端的風葉，葉片都固定在轉子軸上跟隨轉子轉動。當轉速降低時，端部風扇葉片逐步失去散熱能力，內部風葉也逐步失去使空氣流通的能力。

對于風機、泵類等二次方律負載，隨著轉速降低，轉矩也降低，發熱程度降低，因此這類負載選擇普通籠型電動機是適合的，但不要在40%同步轉速以下長期運行。

對于膠帶輸送機這類恒轉矩負載，電動機調速運行時，其發熱不變，但在低速運行時的散熱能力降低，可采用另加恒速冷卻風扇的辦法或采用較高絕緣等級的電動機，以保證低速時的允許輸出轉矩。

4.超過額定轉速的影響

目前變頻器的頻率范圍一般是0～120Hz，當負載要求的最高轉速超過同步轉速不多時，或者超過我國異步電動機額定工作頻率50Hz不多時，可適當增大電動機的容量，以增加電動機的輸出功率，進而保證超額轉速下的輸出轉矩。但由于電動機軸承機械強度和發熱等因素的限制，電動機最高轉速不能超過同步轉速的10%。

1.13.9 調速運行頻率變化對電動機的影響

變頻調速用電動機通常先按正常工作條件、短路條件和環境條件綜合進行選擇，一般均選擇4極電動機，基頻工作點設計在50Hz。除此以外，還需考慮調速中頻率變化對電動機的影響。

1.考慮低頻對電動機的影響

變頻調速電動機在0～50Hz（轉速為0～1489r/min）范圍內做恒轉矩運行。

電動機在25Hz以下運行時，一般稱為低頻運行。這時電動機的轉速大幅降低，電動機冷卻風扇風量不足，電動機溫度將升高。如果采用普通電動機（指非專用的變頻電動機），則電動機不能承受額定負載。當必須減輕負載運行而負載又不能減輕時，就必須更換更大容量的電動機，變頻器的容量也要隨之換大。

另外，低頻運行時，變頻器輸出波形中的高次諧波含量將會增多，會明顯增加輸出導線和電動機的溫升，并對周圍用電設備產生電子干擾。干擾嚴重時，還有可能造成變頻器的控制信號失常，甚至停機。

低頻運行時，還會大大增加電動機的電磁噪聲。

2.考慮高頻對電動機的影響

變頻調速電動機在50～100Hz（轉速為1480～2800r/min）范圍內做恒功率運行。

變頻器能輸出50Hz以上的頻率，但普通籠型電動機是以在工頻下運轉為前提而制造的，如果頻率過高，將造成軸承損壞，風扇損壞，定子繞組端子綁扎松脫、變形等。因此，如果在工頻以上頻率使用，必須確認電動機最高允許頻率范圍。

3.考慮變頻調速對異步電動機輸出轉矩的影響

異步電動機只有在額定頻率（如50Hz）下，才有可能達到額定輸出轉矩，否則電動機的額定輸出轉矩都不可能用足。例如，當頻率調到25Hz時，電動機輸出轉矩的能力約為額定轉矩的90%；當頻率調到20Hz時，電動機輸出轉矩的能力約為額定轉矩的80%；當頻率調到10Hz時，輸出轉矩約為額定轉矩的50%；當頻率調到6Hz以下時，一般交流電動機的輸出轉矩能力極小（矢量控制系統除外），且有步進和脈動現象。

如果無論轉速高低都需要有額定輸出轉矩，則應選用功率較大的電動機降容使用。

1.13.10 變頻電動機的特點及使用場合

變頻電動機（即變頻器專用電動機）是用于變頻器的傳動電動機。^[1]

1.變頻電動機的類型

1）低噪聲電動機。在運行頻率區域內噪聲小、振動小。

2）恒轉矩式電動機。在低頻區域內提高了允許轉矩，如在5～50Hz范圍內，可以用額定轉矩連續運轉。

3）高速電動機。用于高速（高頻率）（如10000～300000r/min）場合的電動機。

4）帶測速發電機的電動機。這里是指用于閉環控制（抑制轉速變動）的電動機。

5）矢量控制用電動機。要求電動機慣量小。

2.變頻電動機的特點

1）散熱風扇由一個獨立的恒速電動機帶動，風量恒定，與變頻電動機的轉速無關。

2）機械強度設計能確保最高速使用時安全可靠。

3）磁路設計既能適合最高使用頻率的要求，也能適合最低使用頻率的要求。

4）絕緣結構設計比普通電動機更能經受高溫和較高沖擊電壓。

5）高速運行時產生的噪聲、振動、損耗等都不高于同規格的普通電動機。

變頻電動機的價格要比普通電動機高1.5～2倍。

3.變頻電動機的使用場合

在電動機變頻調速改造時，為了節約投資，異步電動機應盡量利用原有電動機，但有下列情況之一時，一定要選用專用的變頻電動機：

1）工作頻率大于50Hz，甚至高達200～400Hz（一般電動機的機械強度和軸承無法勝任）；工作頻率小于10Hz，負載較大且要長期持續工作（普通電動機靠機內的風葉無法滿足散熱要求，電動機會嚴重過熱，容易損壞電動機）。

2）調速比D≥10且頻繁變化（D=n_max/n_min）。

3）調速比D較大，工作周期短，轉動慣量GD²也大，正反轉交替運行且要求實現能量回饋制動的工作方式。

4）因傳動需要，用變頻電動機更合適的情況，如要求低噪聲、恒轉矩、閉環控制等。

1.13.11 Y系列電動機改成變頻電動機的方法

當電動機采用變頻調速時，其運行頻率一般為10～50Hz，此時若采用普通電動機，則在長期低速（低頻）運行中會嚴重發熱，縮短電動機的壽命。因此，變頻調速的電動機通常采用變頻電動機。但有時為了降低成本，充分利用原有設備，或者當購不到合適的變頻電動機時，則可將普通的具有6個接線端子的Y系列電動機改裝成變頻電動機。

改裝的方法^[1]：在普通電動機上加裝一臺強風冷電動機，以加強冷卻效果，降低電動機在低速運行時的溫升。強風冷電動機與被改裝電動機同軸，風葉仍為原電動機的冷卻風葉，強風冷電動機的功率和極數按以下要求選擇：

1）對于2極和4極的被改裝電動機，功率取被改裝電動機功率的3%，極數與被改裝電動機的極數相同。

2）對于6極及以上的被改裝電動機，功率取被改裝電動機功率的5%，極數選擇4極。