摘要 针对不同负荷采用变频器控制时所需变频器的种类、容量的不同，结合变频器控制技术中变频器容量计算与选择，简要阐述了变频器在不同条件下与电机的匹配方法。
关键字 变频器；电机；最优匹配计算

0 引言
交流电机变频调速经历近20年的发展及应用，已逐步被人们接受并成为当代电机调速的主流。由于变频器具有积小、重量轻、精度高、工艺先进、功能与保护齐全、可靠性高、操作简便、通用性强、易形成闭环控制等优点，优于以往的变极调速、调压调速、滑差调速、串级调速、整流子电机调速、液力耦合调速等，因而深受许多行业的欢迎。由于交流笼型电机没有直流电机的滑环和炭刷，极大地提高了系统可靠性,故变频调速也逐渐地替代了直流调速。变频调速器作为一种高效节能的调速装置，以其较高的性价比，而在工厂得到了越来越广泛的应用。但在实际应用中，变频器的容量计算与选择给用户带来了较大困难，也是变频器使用中比较棘手的问题。针对不同负荷、环境，需要选择不同类型、容量的变频器，下面简要阐述不同场合下，变频器与所控制电机的匹配问题。
1 变频器的控制原理
变频器拖动电动机分为单台电动机由单台变频器驱动，和两台（或两台以上）电动机由一台变频器驱动二种方式。
2 变频器的选择依据
采用变频器的异步电动机调速，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最大电流值来选择变频器。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。
3 变频器与控制电机的匹配
3.1 一台变频器供一台电动机使用（即一拖一）
1）恒定负载连续运行时变频器的匹配计算
当采用低频低压起动或由软起动器起动，而变频器只用来完成变频调速时，只要求变频器的额定电流稍大于电动机的额定电流，即
IFN≥1.1IMN， （1）
式中：IFN为变频器额定电流；
IMN为电动机额定电流。
当直接起动时，对三相电动机而言，由电动机的额定数据可知，起动电流是额定电流的5~7 倍。因而可用式（2）来计算变频器的频定电流。
IFN≥Imst / kFg （2）
式中：Imst为电动机在额定电压、额定频率时的起动电流;kFg 为变频器的过载倍数。
2）周期性变化负载连续运行时变频器的匹配计算
很多情况下电动机的负载具有周期性变化的特点。显然，在此情况下，按最小负载选择变频器的容量，将出现过载，而按最大负载选择，将是不经济的。由此推知，变频器的容量可在最大负载与最小负载之间适当选择，以便变频器得到充分利用而又不到过载。
首先求出平均负载电流Iav，再预选变频器的容量，关于Iav的计算如式（3）所示。
Iav= （I1t1+I2t2+...+Ijtj+...）÷（t1+t2+...+tj +...） （3）
式中：Ij 为第j 段运行状态下的平均电流，tj 为第j 段运行状态下对应的时间。
考虑到过渡过程中，电动机从变频器获得的电流要比稳定运行时大，而上述Iav没有反映过渡过程中的情况。因此，变频器的容量按式（1）IFN≥（1.1~1.2）IMN选用。Iav修正后预选，若过渡过程在整个工作过程中占较大比重，则系数应选偏大的值。
3）非周期性变化负载连续运行时变频器的匹配计算
这种情形一般难以作出负载电流图，可按电动机在输出最大转矩时的电流计算变频器的额定电流，应按I FN≥IM(max)/kFg计算〔IM(max)为电动机在输出最大转矩时的电流〕。
4）加减速时变频器匹配计算
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％～150％(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。
5）频繁加减速运转时变频器的匹配选定
根据加速、恒速、减速等各种运行状态下的电流值，按式（4）确定。
I1CN＝【(I1t1+I2t2+...+I5t5)/(t1+t2+...t5)】K0 （4）
式中：I1CN为变频器额定输出电流；
I1、I2、...I5为各运行状态平均电流；
t1、t2...t5为各运行状态下的持续时间；
K0为安全系数(运行频繁时取1.2，其它条件下为1.1)。
3.2 一台变频器同时供多台电动机使用
除了要考虑一拖一的几种情形外，还可以根据以下三种情况区别对待。
1）各台电动机均由低频低压起动，在正常运行后不要求其中某台因故障停机的电动机重新直接起动，这时变频器容量按式（5）计算。
IFN≥IMst(max)+ΣIMN （5）
式中：IMst(max)为最大电动机的起动电流；
ΣIMN为其余各台_____电动机的额定电流之和。
2）一部分电动机直接起动，另一部分电动机由低频低压起动时，除了使电动机运行的总电流不超过变频器的额定输出电流之外，还要考虑所有直接起动电动机的起动电流，按式（6）计算。
IFN≥(ΣIMst‘+ΣIMN‘)/ kFg （6）
式中：ΣIMst’为所有直接起动电动机在额定电压，额定频率下的起动电流总和；
ΣIMN’为全部电动机额定电流的总和。
上述是变频器容量选择的一般原则和步骤。生产实际中，还需要针对具体生产机制的特殊要求，灵活处理，很多情况下，也可根据经验或供应商提供的建议，采用一些比较实用的方法。
4 变频器起动加速能力的校验
在电动机起动（加速）的过程中电动机不仅要负担稳速运行的负载转矩，还要负担加速转矩，如果生产机械对起动（加速）时间无特殊要求，可适当延长起动（加速）时间来避让峰值电流。若生产机械对起动（加速）时间有一定要求，就要慎重考虑。如前所述，变频器的允许电流与过程时间成反变关系。如果电动机起动（加速）时，其电流小于变频器的过载能力，则预选容量通过，如果电动机起动（加速）时，其电流已达到变频器的过载能力，而要求的加速时间又与变频器过载能力规定的时限发生冲突，这时，变频器的容量应在预选容量的基础上增容。
5 结语
结合实际工作中可能遇到的几种情况，总结了在不同电动机负载电流下变频器最佳匹配计算方法，为变频器最佳匹配及合理选择提供了一些有益的参考。