变频器（Variable Frequency Drive, VFD）是一种通过改变电机供电频率和电压来控制交流电动机转速的电力电子设备。在工业自动化中，正确选择变频器容量至关重要，直接影响系统可靠性、能效和成本。本文详细阐述不同工况下变频器容量的计算方法与选择原则，帮助工程师合理选型。

1. 引言

采用变频器驱动异步电动机调速时，通常应根据电动机的额定电流或实际运行中的最大电流来选择变频器。变频器的额定电流是关键参数，容量应按运行中可能出现的最大工作电流确定。运行方式不同，计算方法也不同。

2. 连续运转时变频器容量的计算

变频器输出脉冲电流，脉动值大于工频供电，因此需留有余量。变频器应满足以下三个条件：

条件1：PCN ≥ K × PM / (η × cosφ)，其中PM为电动机输出功率，η为效率（取0.85），cosφ为功率因数（取0.75），K为电流波形修正系数（PWM方式取1.05~1.1）。

条件2：ICN ≥ K × IM，IM为电动机额定电流。

条件3：PCN ≥ √3 × UM × IM × 10⁻³，UM为电动机电压。

若按实际最大电流选择，容量可适当缩小。

3. 加减速时变频器容量的选择

变频器最大输出转矩由最大输出电流决定。短时加减速时，变频器允许130%~150%额定电流，因此可增大输出转矩；反之，若需较小加减速转矩，可降低容量。由于电流脉动，应将最大输出电流降低10%后再选定。

4. 频繁加减速运转时变频器容量的选定

根据加速、恒速、减速等各状态电流值，按下式计算：

I1CN = [(I1t1 + I2t2 + … + I5t5) / (t1 + t2 + … + t5)] × K0

其中I1CN为变频器额定输出电流，I1~I5为各状态平均电流，t1~t5为对应时间，K0为安全系数（频繁时取1.2，其他取1.1）。

5. 一台变频器传动多台电动机（成组传动）

当多台电机并联运行时，若部分电机先启动，再追加投入，追加电机将产生大启动电流，因此变频器容量需更大。以变频器短时过载能力150%、1min为例，若加速时间在1min内，需满足：

PCN ≥ (K × PM × nT) / (η × cosφ) + (Ks × IM × ns) / (1.5 × 1000)

若加速时间超过1min，则：

PCN ≥ (K × PM × nT) / (η × cosφ) + (Ks × IM × ns) / (1.5 × 1000) × (tA / 60)

其中nT为并联电机台数，ns为同时启动台数，Ks为启动电流倍数，IM为电机额定电流，tA为加速时间。

若电机可随时挂接或退出，变频器额定输出电流为：

IICN ≥ IMN × J + IMQ × K

其中IMN为电机额定输入电流，IMQ为最大一台电机启动电流，K为安全系数（1.05~1.10），J为其余电机台数。

6. 电动机直接起动时变频器容量的计算

三相异步电动机直接工频启动电流为额定电流5~7倍。对于功率小于10kW的电机，可按下式选取：

I1CN ≥ IK / Kg

其中IK为堵转电流，Kg为变频器允许过载倍数（1.3~1.5）。若电机电流不规则变化，可使最大转矩时电流限制在变频器额定输出电流内。

7. 大惯性负载起动时变频器容量的计算

变频器过载容量通常为125%、60s或150%、60s。若需更大过载容量，必须增大变频器容量。计算公式为：

PCN ≥ (K × (GD² × nM) / (375 × tA) + TL × nM / 9550) / (η × cosφ)

其中GD²为换算到电机轴上的转动惯量（N·m²），TL为负载转矩（N·m），nM为电机额定转速（r/min），tA为加速时间（s），K为电流波形修正系数（1.05~1.10）。

8. 轻载电动机时变频器的选择

即使实际负载小，也不宜选用比按电机额定功率选择的变频器容量小的型号，原因包括：

• 电机空载时也流过30%~50%额定电流的励磁电流。
• 启动电流与电压、频率相关，与负载转矩无关，容量小可能无法启动。
• 电机容量大时，漏抗百分比变小，输出电流脉动增大，可能触发过流保护。
• 变频器启动转矩通常小于工频启动，低速区转矩可能不足。

因此，需根据负载的启动转矩和低速区转矩要求，适当加大变频器和电机容量。

以上介绍了不同工况下变频器容量的计算方法。实际选型时，应充分利用变频器的过载能力，同时避免装置超温。部分制造商（如ABB）提供定额确定软件，用户可输入负载图获得推荐定额。