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 满载和部分负载能效算法

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楼主    2019-08-08 09:25:44
主题:满载和部分负载能效算法 精华帖 

1       满载能效计算

在许多应用中,通过可调速驱动替代传统驱动实现节能。在部分负载运行中,可以通过可调速驱动系统实现显著的节能效果,特别应用于泵和风机类二次平方转矩负载特性。这种类型系统在宽调速范围内产生较低损耗,因此实现节能。为了能够量化这些节省的能量,需要以负载与速度为参量的变频器和电机功率损耗与效率的精确信息。

1.1  能效的定义

效率的定义是输出有功功率与输入有功功率的比。通过功率损耗PL,效率可表达为:

1.2  满载的变频器能效

变频器的满载能效是指变频器驱动电机在额定工作点。为计算额定工作点的效率,变频器输出有功率及损耗功率必须给出。

有功功率的公式为:

SINMIACS变频器在矢量模式下,且在边沿调制模式下的输出电压约等于进线电压。输出电流等于变频器额定电流。Cosφmotor对应工作于额定工作点的电机的功率因数。所以满载下的变频器输出功率可近似表达为:

变频器的功率损耗在满载时在设备数据中可以查到

变频器满载的能效计算基于有功功率Pout-100和功率损耗算出。


此公式是以进线电压和所连接电机功率因数为变量,实现在满载状态下的SINAMICS变频器能效的计算。

在典型的电机功率因数为0.88(功率范围在100kW-1000kW的4极异步电机)下计算满载时的SINAMCS变频器的能效如下:

在工厂设置开关频率下G130和G150能效:97.7~98.3%

在工厂设置开关频率下S150能效:96~96.5%

1.3  部分负载时变频器的能效

下面小节描述一个相对简单的变频器运行在部分负载情况下的计算功率损耗和能效的方法。它需要一些很少的设备数据。此方法可适用于在任何SINAMICS设备,比如S120模块和G130、G150。

功率总损耗PL-100有3部分功率损耗组成:

固定功率损耗(与负载条件无关)

与电流相关的功率损耗(正比于输出电流)

与功率相关的功率损耗(正比于有功功率)

固定的功率损耗PL-const与负载无关


功率损耗出现在所有的电源模块(BLM,SLM,ALM)以及电机模块和变频器上。固定功率损耗主要由风扇和风扇变压器的功率损耗,直流母线上流过平衡电阻的电流和电容漏电流引起的功率损耗以及电路板的功率损耗组成的。

与电流相关的功率损耗正比于输出电流,由下面两部分组成:

A与电流相关的导通功率


此类损耗发生在所有电机模块和变频器中,包括电机侧逆变器中功率半导体(IGBT)的导通损耗,其正比于输出电流(=电机电流)。正比于输出电流。Iout/Iout-rated定义为部分负载电流与满载电流的比。

B与电流相关的开关损耗


此类损耗发生在所有电机模块和变频器中,包括电机侧逆变器中功率扁导体(IGBT)的开关损耗,正如与电流相关的导通损耗一样,其正比于输出电流(=电机电流)。此外,部分负载工作点下的脉冲频率和直流母线电压也将决定此类损耗。其中,VDC-rated是额定或给定直流母线电压,fp-rated是工厂设定或给定脉冲频率,Iout/Iout-rated定义为部分负载电流与满载电流的比:

功率损耗正比于输出功率,也有下面两部分组成:

A 与功率相关的导通损耗


此类损耗发生在所有整流模块中,包括进线整流器中的功率半导体的导通损耗,其正比于输出有功功率。Pout/Pout-100定义为部分负载工作点下的输出有功功率与全载下的输出有功功率之比。

B功率开关损耗


此类损耗发生在所有有源整流ALM和SINAMCS S150变频器中,包括进线侧整流器中功率扁导体(IGBT)的开关损耗,正如与电流相关的导通损耗一样,其正比于输出电流(=电机电流)。此外,部分负载工作点下的脉冲频率和直流母线电压也将决定此类损耗。其中,VDC-rated是额定或给定直流母线电压,fp-rated是工厂设定或给定脉冲频率Pout/Pout-100定义为部分负载工作点下的输出有功功率与全载下的输出有功功率之比。上面提出的恒定常数即,在各自的设备数据中可以查到。

总的功率损耗就是所有功率损耗的总和


能效公式如下:

针对公式中的常数以及各种装置的特征曲线可参考选型样本以及工程师手册中给出的值。

 


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