变频器基础课 第 3 讲|变频器铭牌与关键参数:额定电流、过载能力、载波、加减速时间

浏览量:0 次 发布时间:2025-11-13 18:50 作者:明扬工控商城 下载docx

最近更新:变频器基础课 第 1 讲|三相异步电机转速和频率是什么关系?变频器到底在“变什么”?


导读:上一讲我们聊了“变频器到底在变什么”。真正落到选型与现场调试时,工程师每天打交道最多的,其实是:铭牌数据 + 几个关键参数——额定电流、过载能力(过载倍数)、载波频率、加减速时间。这一讲,我们就从一块小小的铭牌开始,一步步讲清楚这些参数的含义、典型范围,以及在现场应该怎样设,既安全又不至于“浪费性能”。


一、先看变频器铭牌:那几行小字都在说什么?

不同品牌的变频器铭牌和“技术参数表”略有差异,但核心信息高度类似,一般包括:

  • 型号 / 系列:决定功能等级、控制方式(V/f、矢量)、防护等级等。
  • 电源输入:额定电压范围(如 3×380…480 V)、频率(50/60 Hz)、相数(单相/三相)。
  • 输出额定电流:某电压等级下对应的 连续输出电流,是最关键的选型依据之一。
  • 适配电机功率:例如 “适配电机 7.5 kW”,只是参考值,真正看的是输出电流。
  • 过载能力:如 “150% 60 s / 200% 3 s”,说明短时允许的过载范围和时间。
  • 防护等级:IP20、IP21、IP55、IP66 等,决定能否直接安装在现场、有无防尘防水能力。
  • 环境条件:允许工作温度、海拔、湿度等,超出范围需要降容或选更高等级。

小结一句:变频器选型时,铭牌上最要命的是“输出额定电流 + 过载能力”,功率(kW)只是个大概方向。


二、额定电流:选型时真正要对齐的是“电流”,不是“功率”

2.1 驱动的“额定电流”是什么?

一般来说,变频器都会给出一个或多个“额定电流”:

  • 额定输出电流(IN / I2N):在额定环境温度下,能够长期连续输出而不触发热保护的电流。
  • 输入电流:在某电机功率和工况下预计的供电侧电流,多用于配电与选型断路器、线缆截面。
  • 不同“工况等级”下的电流:很多品牌会给出“普通负载(Normal Duty)”和“重载(Heavy Duty)”两套额定电流。普通负载允许的过载倍数较小,重载模式下电流额定值有所降低,但允许更高的过载倍数。

例如:同一台驱动公告里,经常能看到类似说明:

  • 普通工况:IN 连续,110% 过载 60 s / 10 min
  • 重载工况:IH 连续,150% 过载 60 s / 10 min,200% 过载 3 s

重点:变频器的“多少千瓦”只是厂家按典型电机电流倒推出来的参考值。真正选型时,要把电机铭牌上的额定电流变频器的额定输出电流一一对比。

2.2 选型时,额定电流怎么对齐?

一个工程上比较通用、保守的做法是:

  1. 看电机铭牌,记下 Imotor(额定电流),以及它的电压等级。
  2. 在变频器技术手册中,找到对应电压和应用等级(普通/重载)的输出额定电流
  3. 确保:
    • 普通工况:Idrive ≥ Imotor,再根据启动方式、负载类型适当留一点余量(例如 10~20%)。
    • 重载工况:即便电机长期接近满载,仍要保证变频器热容量足够,一般会选到“重载额定电流 ≥ 电机额定电流”的档位。

不要只按功率对号入座:同是“7.5 kW”,不同品牌、不同系列,额定电流差别可能不小,电机则受效率等级、极数影响电流大小,电流一旦配小,过载报警会频繁出现。

2.3 保护参数:电机额定电流一定要写进去

大多数变频器都有“电机额定电流”参数(通常对应电机热保护 tHr 或类似参数),需要你把电机铭牌上的额定电流正确输入进去,驱动器内部的热模型才知道什么时候该报警、什么时候该跳闸保护。这个参数通常不要瞎加大,否则等于把电机的“保险丝”调粗了。


三、过载能力:150% 一分钟、200% 几秒,啥意思?

3.1 概念:短时间“超力气”能力

变频器规格书上的“过载能力”,常见几种写法:

  • 150% 60 s / 200% 3 s:说明可在额定电流基础上,短时间输出更高电流(例如 1.5 倍额定电流持续 60 秒、2 倍电流持续 3 秒),用于启动重载、克服短时冲击。
  • 110% 60 s:普通风机/水泵应用下,过载需求较小,允许 10% 过载 1 分钟即可。
  • Normal Duty vs Heavy Duty:一些产品上会明确区分这两种模式,Normal Duty 适合风机水泵,Heavy Duty 适合输送机、搅拌机等重载。

注意,这类过载能力通常有周期限制,例如“60 s / 600 s”(10 分钟周期),不是你想长时间 150% 就长时间给。

3.2 过载与电机保护、驱动保护的区别

要分清 3 个层面:

  1. 电机热保护:依据你设定的电机额定电流和热模型,保护电机不要长时间过热烧毁。
  2. 驱动过流 / 过载保护:变频器自己也有 IGBT 和母线的极限电流值,超过就会过流跳闸甚至损坏。
  3. “过载能力”指标:是在不超过驱动自身极限、且在规定温升范围内,能短时拉多少电流的能力。

简单说:

  • 电机额定电流用来设置电机热保护;
  • 驱动额定电流 + 过载能力决定你能否平稳启动重负载、是否会动不动过流报警。

3.3 工程上的小经验

  • 风机水泵这类变转矩负载,正常情况下启动轻、运行平滑,“110% 60 s”基本够用。
  • 输送机、破碎机、搅拌机等恒转矩/重载负载,建议选支持“150% 60 s + 更高瞬时过载”的机型;大惯量卷扬/提升要更谨慎,必要时选更大一档容量。
  • 现场如果频繁出现“过流”“过载”故障,不要一上来就加大驱动容量,先确认:
    • 电机选型是否偏小?
    • 加减速时间是否过短、载波频率是否过高?
    • 机械是否卡滞、堵转?

四、载波频率(开关频率):别一味为了“安静”开太高

4.1 载波频率是什么?

变频器输出不是完美正弦波,而是用 IGBT 高速开关产生的 PWM 波。载波频率就是这个 PWM 的开关频率(单位 Hz 或 kHz),典型范围从几千赫兹到十几千赫兹。

  • 输出电压的“等效基波频率”决定电机转速(前两讲讲过);
  • 载波频率决定 PWM 的“颗粒度”和高频谐波特性,影响电机噪声、发热以及电缆上的电磁干扰。

4.2 载波频率的影响:噪声 vs 发热 vs 干扰

一般来说:

  • 载波频率高(比如 10~16 kHz):
    • 电机声音更“细腻”、啸叫频率更高,人耳听起来更安静;
    • 但 IGBT 开关损耗与电机铜损、铁损增加更明显,驱动和电机都更容易发热;
    • 长电缆、较高 dv/dt 情况下,更需要关注绝缘应力和谐波干扰。
  • 载波频率低(比如 2~4 kHz):
    • 电机会有比较明显的“啸叫”声,但发热相对较低;
    • 驱动器的输出电流更“粗”,对长电缆的绝缘冲击相对小一些;
    • 适合大功率、重载、长期工作场合。

所以,载波频率并非越高越好,而是在噪声、发热与可靠性之间做折中

  • 一般小功率、办公室/空调机房环境,可适当提高载波频率,换来更安静的运行。
  • 大功率电机或高环境温度下,建议使用较低载波频率,必要时配合输出电抗器、正弦波滤波器等手段治理噪声和 dv/dt。

4.3 现场设定的小建议

  • 按说明书建议值起步(很多驱动默认 4~8 kHz),在不影响电机温升和变频器温度的前提下微调。
  • 如果现场反映“电机太吵”,可以适当提高载波频率一档,观察驱动和电机温度变化。
  • 长电缆、大功率系统中,一般宁可略低载波 + 合理电缆 + 输出电抗器,也不要只靠拉高载波去“压噪声”。

五、加速 / 减速时间:电机和机械都要“消化得了”

5.1 参数含义

  • 加速时间(ACC):从 0 Hz 加速到最高频率(或某一设定频率)所需的时间。
  • 减速时间(DEC):从最高频率减速到 0 Hz 所需时间。

很多变频器说明书都会画一条简单的频率–时间斜线:ACC 越小,斜率越陡,加速越“猛”;DEC 越小,减速越“狠”。

5.2 对系统的影响

  • 加速时间太短:
    • 电机要在很短时间内带动整个负载加速,启动电流会拉得很高;
    • 容易触发变频器电流限幅甚至过流跳闸;
    • 机械冲击大,联轴器、皮带、齿轮受力冲击明显。
  • 减速时间太短:
    • 电机和负载的动能必须在短时间内“塞”回直流母线,导致母线电压抬高;
    • 如果没有制动电阻/制动单元,就容易出现直流过压(OV)报警甚至跳闸;
    • 高惯量负载(大风机、大飞轮)尤其敏感。

所以,加减速时间既关系到电机电流/驱动保护,又关系到机械冲击与系统稳定

5.3 典型取值范围(仅做工程经验参考)

  • 风机 / 水泵:常见加速时间 5~30 s,减速时间 10~60 s;高惯量大风机有时甚至要 60 s 以上,必要时配制动电阻。
  • 一般输送机:加速 2~10 s,减速 2~10 s,按物料不滑落、不撒料为准。
  • 重载、提升、张力场合:按工艺要求做细致计算,并结合电机电流监视、过压报警记录调试,必要时使用“S 形加减速曲线”。

很多厂家的调试指南会建议:先用相对“保守”的较长加减速时间,确认系统稳定,而后逐步缩短,直到找到“既不报警又能接受的最快响应”。


六、工程师速查表:这 4 个参数怎么设比较稳?

项目 关键点 现场设定建议
额定电流 驱动输出电流能力 & 电机热保护基准 选型时看 输出电流 ≥ 电机铭牌电流,并按负载类型适当留余量;
参数里“电机额定电流”按铭牌原值填,不要随意放大。
过载能力 短时承受重载的能力(如 150% 60 s、200% 3 s) 风机水泵用普通过载等级即可;
输送机、搅拌机等重载建议选 150%/60 s 以上等级;
频繁过载报警先查工况和参数,再考虑放大一档驱动。
载波频率 PWM 开关频率,影响噪声、发热和 EMI 从厂家默认值起步(如 4~8 kHz);
噪声敏感的小功率场合可略调高;
大功率/高温/长电缆场合尽量偏低,配合输出电抗器。
加减速时间 从 0 到最高频率、从最高到 0 的时间 初调时宁可设长一点,避免过流/过压;
在监视电流和母线电压的前提下逐步缩短;
高惯量、大负载减速太快时要考虑制动电阻。

七、小结:铭牌和这几个参数,就是现场的“硬约束”

  1. 铭牌不是装饰品:变频器铭牌和技术数据表上的“额定电流 + 过载能力”决定了它能带多重的负载、能扛多大的冲击,比“多少千瓦”更关键。
  2. 载波频率 = 噪声 ↔ 发热的平衡杆:安静不是白来的,载波开太高,驱动和电机都要用寿命买单,特别是大功率、恶劣环境下要慎重。
  3. 加减速时间 = 给电机和机械留的“缓冲”:太猛就报警、烧件,太温柔系统又响应慢;最好的设定,是在监控电流、母线电压、机械冲击后“调出来”的,而不是看心情乱写。

这一讲如果你能做到:看一眼变频器铭牌,就能说得出它大概能带多大的电机、是不是重载型;面对一台“老是过流、过压”的现场设备,能想到先去查电流、载波、加减速和过载参数,而不是第一反应“换大一号”,那这节课就值回票价了。


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