变频器应用实例.ppt

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第10章变频器应用实例,10.1变频调速技术在风机上的应用10.1.1风机变频调速驱动机理风机应用广泛，但常用的方法则是调节风门或挡板开度的大小来调整受控对象，这样，就使得能量以风门、挡板的节流损失消耗掉了。

采用变频调速可以节能30%60%。

负载转矩TL和转速nL之间的关系可用下式表示：

（10-1）则功率PL和转速nL之间的关系为：

（10-3）上三式中，PL、TL分别为电动机轴上的功率和转矩。

KT、KP分别为二次方律负载的转矩常数和功率常数。

变频器原理与应用第10章,10.1.2风机变频调速系统设计,1.风机容量选择风机容量的选择，主要依据被控对象对流量或压力的需求，可查阅相关的设计手册。

2.变频器的容量选择选择变频器容量与所驱动的电动机容量相同即可。

3.变频器的运行控制方式选择依据风机在低速运行时，阻转矩很小，不存在低频时带不动负载的问题，采用Uf控制方式即可。

4.变频器的参数预置上限频率，下限频率，加、减速时间，加、减速方式，回避频率，起动前的直流制动。

变频器原理与应用第10章,5.风机变频调速系统的电路原理图,考虑到变频器一旦发生故障，也不能让风机停止工作，应具有将风机由变频运行切换为工频运行的控制。

图10-3所示为风机变频调速系统的电路原理图,变频器原理与应用第10章,风机用变频器的功能代码,以变频器为森兰BT12S系列为例，变频器的功能预置为：

F01=5频率由X4、X5设定。

F02=1使变频器处于外部FWD控制模式。

F28=0使变频器的FMA输出功能为频率。

F40=4设置电机极数为4极。

FMA为模拟信号输出端，可在FMA和GND两端之间跨接频率表。

F69=0选择X4、X5端子功能。

即用控制端子的通断实现变频器的升降速。

X5与公共端CM接通时，频率上升；X5与公共端CM断开时，频率保持。

X4与公共端CM接通时，频率下降；X4与公共端CM断开时，频率保持。

这里我们使用S1和S2两个按钮分别与X4和X5相接，按下按钮S2使X5与公共端CM接通，控制频率上升；松开按钮S2，X5与公共端CM断开，频率保持。

同样，按下按钮S1使X4与公共端CM接通，控制频率下降；松开按钮S1，X4与公共端CM断开，频率保持。

变频器原理与应用第10章,风机变频调速系统的电路原理图说明,1.主电路三相工频电源通过断路器Q接入，接触器KM1用于将电源接至变频器的输入端R、S、T，接触器KM2用于将变频器的输出端U、V、W接至电动机，KM3用于将工频电源直接接至电动机。

注意接触器KM2和KM3绝对不允许同时接通，否则会造成损坏变频器的后果，因此，KM2和KM3之间必须有可靠的互锁。

热继电器KR用于工频运行时的过载保护。

变频器原理与应用第10章,风机变频调速系统的电路原理图说明,2.控制电路设置有“变频运行”和“工频运行”的切换，控制电路采用三位开关SA进行选择。

当SA合至“工频运行”方式时，按下起动按钮SB2，中间继电器KA1动作并自锁，进而使接触器KM3动作，电动机进入工频运行状态。

接下停止接钮SB1，中间继电器KA1和接触器KM3均断电，电动机停止运行。

当SA合至“变频运行”方式时，按下起动按钮SB2，中间继电器KA1动作并自锁，进而使接触器KM2动作，将电动机接至变频器的输出端。

KM2动作后使KM1也动作，将工频电源接至变频器的输入端，并允许电动机起动。

同时使连接到接触器KM3线圈控制电路中的KM2的常闭触点断开，确保KM3不能接通。

接下按钮SB4，中间继电器KA2动作，电动机开始加速，进入“变频运行”状态。

KA2动作后，停止按钮SB1失去作用，以防止直接通过切断变频器电源使电动机停机。

在变频运行中，如果变频器因故障而跳闸，则变频器的“30B-30C”保护触点断开，接触器KM1和KM2线圈均断电，其主触点切断了变频器与电源之间，以及变频器与电源之间的连接。

同时“30B-30A”触点闭合，接通报警扬声器HA和报警灯HL进行声光报警。

同时，时间继电器KT得电，其触点延时一段时间后闭合，使KM3动作，电动机进入工频运行状态。

变频器原理与应用第10章,10.1.3节能计算,以一台工业锅炉使用的30kW鼓风机为例。

一天24小时连续运行，其中每天10小时运行在90%负荷（频率按46Hz计算,挡板调节时电机功耗按98%计算），14小时运行在50%负荷（频率按20Hz计算，挡板调节时电机功耗按70%计算）；全年运行时间在300天为计算依据。

则变频调速时每年的节电量为：

W1=30101（46/50）3300=19918kWhW2=30141（20/50）3300=117936kWhWb=W1W2=19918117936=137854kWh挡板开度时的节电量为：

W1=30（198%）10300=1800kWhW2=30（170%）14300=37800kWhWd=W1W2=180037800=39600kWh相比较节电量为：

W=WbWd=13785439600=98254kWh每度电按0.6元计算，则采用变频调速每年可节约电费58952元。

一般来说，变频调速技术用于风机设备改造的投资，通常可以在一年左右的生产中全部收回。

变频器原理与应用第10章,10.2空气压缩机的变频调速及应用,10.2.1空气压缩机变频调速机理空气压缩机是一种把空气压入储气罐中，使之保持一定压力的机械设备，属于恒转矩负载，其运行功率与转速成正比：

（10-4）式中，PL为空气压缩机的功率，TL为空气压缩机的转矩，nL为空气压缩机的转速。

传统的工作方式为进气阀开、关控制方式，即压力达到上限时关阀，压缩机进入轻载运行；压力抵达下限时开阀，压缩机进入满载运行。

这种频繁地加减负荷过程，不仅使供气压力波动，而且使空气压缩机的负荷状态频繁地变换。

由于设计时压缩机不能排除在满负荷状态下长时间运行的可能性，所以只能按最大需求来选择电动机的容量，故选择的电动机容量一般较大。

在实际运行中，轻载运行的时间往往所占的比例是非常高的，这就造成巨大的能源浪费。

变频器原理与应用第10章,10.2.2空气压缩机加、卸载供气控制方式存在的问题,1空气压缩机加、卸载供气控制方式的能量浪费1）压缩空气压力超过Pmin所消耗的能量当储气罐中空气压力达到Pmin后，加、还要使其压力继续上升，直到Pmax。

这一过程中需要电源提供压缩机能量。

2）减压阀减压消耗的能量气动元件的额定气压在Pmin左右，高于Pmin的气体在进入气动元件前，其压力需要经过减压阀减压至接近Pmin。

3）卸载时调节方法不合理所消耗的能量当压力达到Pmax时，但空气压缩机的电机还是要带动螺杆做回转运动。

2.加、卸载供气控制方式其他损失1）供气压力的波动，从而供气压力精度达不到工艺要求，会影响产品质量甚至造成废品。

再加上频繁调节进气阀，会加速进气阀的磨损，增加维修量和维修成本。

2）频繁地打开和关闭放气阀，会导致放气阀的寿命大大缩短。

变频器原理与应用第10章,10.2.3空气压缩机变频调速的设计,空气压缩机采用变频调速技术进行恒压供气控制时，系统原理框图如图10-4所示。

图10-4系统原理框图,变频器原理与应用第10章,10.2.3空气压缩机变频调速的设计,空气压缩机变频调速系统电路原理图如图10-5所示。

图10-5空气压缩机变频调速系统电路原理图,变频器原理与应用第10章,10.2.4空气压缩机变频调速的安装调试,1.安装：

为防止电网与变频器之间的干扰，在变频器的输入侧最好接一个电抗器。

安装时控制柜与压缩机之间的主配线不要超过30m，主配线与控制线要分开走线，且保持一定距离。

控制回路的配线采用屏蔽双绞线，接线距离应在20m以内。

另外控制柜内要装有换气扇，变频器接地端子要可靠接地，不与动力接地混用。

2.调试：

完成变频器的功能设定及空载运行后，可进行系统联动调试。

调试的主要步骤：

1）将变频器接入系统。

2）进行工频控制运行。

3）进行变频控制运行，其中包括开环与闭环控制两部分调试：

开环：

主要观察变频器频率上升的情况，设备的运行声音是否正常，空压机的压力上升是否稳定，压力变送器显示是否正常，设备停机是否正常等。

如一切正常。

闭环：

主要依据变频器频率上升与下降的速度和空压机压力的升降相匹配，不要产生压力振荡，还要注意观察机械共振点，将共振点附近的频率跳过去。

对PID参数的进行整定。

变频器原理与应用第10章,10.2.5空压机变频调速后的效益,1.节约能源使运行成本降低空气压缩机的运行成本由三项组成：

初始采购成本、维护成本和能源成本。

其中能源成本大约占压缩机运行成本的80%。

通过变频技术改造后能源成本降低20%，再加上变频起动后对设备的冲击减少，维护和维修量也跟随降低，所以运行成本将大大降低。

2.提高压力控制精度变频控制系统具有精确的压力控制能力，有效地提高了产品的质量。

3.全面改善压缩机的运行性能变频器从0Hz起动压缩机，它的起动加速时间可以调整，从而减少起动时对压缩机的电器部件和机械部件所造成的冲击，增强系统的可靠性，使压缩机的使用寿命延长。

此外，变频控制能够减少机组起动时电流波动，这一波动电流会影响电网和其它设备的用电，变频器能够有效的将起动电流的峰值减少到最低程度。

根据压缩机的工况要求，变频调速改造后，电机运转速度明显减慢，因此有效地降了空压机运行时的噪音。

变频器原理与应用第10章,10.3变频器在供水系统的节能应用,10.3.1恒压供水的控制目的对供水系统的控制，归根结底是为了满足用户对流量的需求。

所以，流量是供水系统的基本控制对象。

而流量的大小又取决于扬程，但扬程难以进行具体测量和控制。

考虑到在动态情况下，管道中水压的大小与供水能力（由流量Qg表示）和用水需求（用水量Qu表示）之间的平衡情况有关。

当供水能力Qg用水需求Qu，则压力上升（p）；当供水能力Qg用水需求Qu，则压力下降（p）；当供水能力Qg=用水需求Qu，则压力不变（p=常数）。

可见，供水能力与用水需求之间的矛盾具体反映在流体压力的变化上。

因此，压力就成为控制流量大小的参变量。

就是说，保持供水系统中某处压力的恒定，也就保证了使该处的供水能力和用水流量处于平衡状态，恰到好处的满足了用户所需的用水流量，这就是恒压供水所要达到的目的。

变频器原理与应用第10章,10.3.2水泵调速节能原理,图10-6为水泵的流量调节曲线。

曲线2和曲线4为扬程特性，曲线2为水泵转速较高的情况，曲线4为水泵转速降低的情况。

曲线1曲线3为管阻特性，曲线1为开大管路阀门管阻较小的情况，曲线3为关小管路阀门管阻较大的情况。

图10-6水泵的流量调节曲线可以看出，采用调节转速的方法来调节流量，电动机所取用的功率将大为减少。

变频器原理与应用第10章,10.3.3变频调速恒压供水系统,水泵的机械特性可表示为：

TL=TO+Kn2（10-7）式中，TO为损耗转矩；K为系数；TL为水泵的阻转矩。

图10-7变频调速恒压供水系统的组成框图,变频器原理与应用第10章,10.3.3变频调速恒压供水系统,如果管网系统采用多台水泵供水，变频器可控制其顺序循环运行，并且可以实现所有水泵电机变频软启动。

现以两台水泵为例，说明系统按顺序运行过程，如图10-8所示。

图10-8两台水泵供水时顺序运行过程,变频器原理与应用第10章,10.3.4变频调速恒压供水系统设计,1.设备选择原则选择水泵和电机的依据是供水规模（供水流量）。

系统设计还应遵循以下的原则：

蓄水池容量应大于每小时最大供水量。

水泵扬程应大于实际供水高度。

水泵流量总和应大于实际最大供水量。

变频器原理与应用第10章,2.设计实例,某居民小区共有10栋楼，均为7层建筑，总居住560户，住宅类型为表1中的3型，设计恒压供水变频调速系统。

（1）设备选用如下：

1）根据表1确定用水量标准为0.19m3人日；2）根据表2确定每小时最大用水量为105m3h；3）根据7层楼高度可确定设置供水压力值为0.36Mpa。

4）根据表3确定水泵型号为65LG36-202共3台，水泵自带电动机功率7.5kW,选用三恳SAMCO-vm05变频器SPF-7.5K，配接SWS供水基板，容量7.5kW,变频器原理与应用第10章,2.原理图,变频调速恒压供水系统采用SAMCO-vm05变频器，内置有PID调节器，配置有SWS供水控制基板，可直接驱动多个电磁接触器，可以方便地组成恒压供水控制系统。

图10-9变频调速恒压供水系统的原理图,变频器原理与应用第10章,2.原理图说明,控制要点说明：

MF为冷却风机，SA为选择开关，系统用户可方便地进行自动运转和手工运转的切换；给定压力是通过操作面板设置的；压力反馈用的压力传感器采用远传压力表，价格低廉，电路中的P为远传压力表；中间继电器KM*是为了进行手动-自动电路之间的互锁并在发生瞬时停电时起作用；中间继电器RD是当电路自动工作变频运行时，防止储水池水位过低，水泵抽不到水而进行保护的。

当水池水位低于要求值时，与RD线圈串联的OM触点断开，RD失电，使FR与DCM断路，水泵电机停转。

同时MBS与DCM接通，运转中的电机全部停止。

当由市电工频电源驱动电机时，电机回路中串接有热敏继电器进行过载保护；对于变频器和市电可切换驱动的电机而言，必须使用电磁接触器触点互锁，防止双方的电磁接触器同时接通损坏变频器。

变频器原理与应用第10章,3.系统主要电器的选择,1）QM2断路器选择IQN（1.31.4）IN=（1.31.4）16.423（A）QM2选30A式中，IN为变频器的输出电流，等于16.4A。

2）QM1断路器选择IQN2.5IMN=2.513.6=34AQM1选40A式中IMN电动机的额定电流，等于13.6A。

3）接触器的选择接触器的选择应考虑到电动机在工频下的起动情况，其触点电流通常可按电动机的额定电流再加大一个挡次来选择，由于电动机的额定电流IMN=13.6A，所以接触器的触点电流选20A即可。

变频器原理与应用第10章,4.安装与配线注意事项,1）变频器的输入端R、S、T和输出端U、V、W是绝对不允许接错的，否则将引起两相间的短路而将逆变管迅速烧坏。

2）变频器都有一个接地端子“E”用户应将此端子与大地相接。

当变频器和其它设备，或有多台变频器一起接地时，每台设备都必须分别和地线相接，不允许将一台设备接地端和另一台的接地端相接后再接地。

3）在进行变频器的控制端子接线时，务必与主动力线分离，也不要配置在同一配线管内，否则有可能产生误动作。

4）压力设定信号线和来自压力传感器的反馈信号线必须采用屏蔽线，屏蔽线的屏蔽层与变频器的控制端子ACM连接，屏蔽线的另一端的屏蔽层悬空。

（5）变频器功能参数设置，按说明书结合供水要求进行具体设置。

变频器原理与应用第10章,10.3.5经济效益分析,从流体力学原理知道，水泵供水流量与电机转速及电机功率有如下关系：

Q1/Q2=n1/n2（10-8）H1/H2=（n1/n2）2（10-9）P1/P2=（n1/n2）3（10-10）上三式中，Q为供水流量，H为扬程，P为电机轴功率，n为电机转速。

本设计系统共有3台7.5kW的水泵电机，假设按每天运行16小时，其中4小时为额定转速运行，其余12小时为80%额定转速运行，一年365天节约电能为：

W=7.5121（80/100）3365=16031kWh若每1kWh电价为0.60元，一年可节约电费：

0.6016031=9618.6元可见，对传统供水系统进行改造，按现在的市场价格，一年即可收回投资。

以后多年运行经济效益十分可观。

变频器原理与应用第10章,本章小结,本章列举了风机、空气压缩机、供水、中央空调和液态物料提升机等多种应用实例，每个例子都有系统方案选择、设备选用、电路原理图及安装调试的详细说明，方便用户参照这些例子开发新的变频器应用项目。

采用变频调速系统，可以根据生产和工艺的要求适时进行速度调节，必然会提高产品质量和生产效率。

变频调速系统可实现电机软起动和软停止，使起动电流小，且减少负载机械冲击。

还具有容易操作、便于维护、控制精度高等优点。

通过一些应用例子的节能计算，可以清楚地看出，变频调速具有显著的节能效果，一般进行老设备改造，一到两年即可收回投资。

变频器原理与应用第10章,