第10章 變頻器應用實例

1、變頻器原理與應用（第2版）第11章第10章 變頻器應用實例10.1 10.1 變頻調速技術在風機上的應用變頻調速技術在風機上的應用 10.1.1 10.1.1 風機變頻調速驅動機理風機變頻調速驅動機理 風機應用廣泛，但常用的方法則是調節(jié)風門或擋板開度的大小來調整受控對象，這樣，就使得能量以風門、擋板的節(jié)流損失消耗掉了。采用變頻調速可以節(jié)能30%60%。負載轉矩TL和轉速n L之間的關系可用下式表示： (10-1) 則功率PL和轉速n L之間的關系為： (10-3)上三式中，PL、TL分別為電動機軸上的功率和轉矩。 KT、KP分別為二次方律負載的轉矩常數(shù)和功率常數(shù)。20LTLnKTT30LPLn

2、KPP變頻器原理與應用（第2版）第11章10.1.2 10.1.2 風機變頻調速系統(tǒng)設計風機變頻調速系統(tǒng)設計 1. 風機容量選擇 風機容量的選擇，主要依據(jù)被控對象對流量或壓力的需求，可查閱相關的設計手冊。 2. 變頻器的容量選擇 選擇變頻器容量與所驅動的電動機容量相同即可。 3. 變頻器的運行控制方式選擇 依據(jù)風機在低速運行時，阻轉矩很小，不存在低頻時帶不動負載的問題，采用Uf控制方式即可。 4.變頻器的參數(shù)預置 上限頻率，下限頻率，加、減速時間，加、減速方式，回避頻率，起動前的直流制動。變頻器原理與應用（第2版）第11章5.5.風機變頻調速系統(tǒng)的電路原理圖風機變頻調速系統(tǒng)的電路原理圖 考慮到

3、變頻器一旦發(fā)生故障，也不能讓風機停止工作，應具有將風機由變頻運行切換為工頻運行的控制。 圖10-3 所示為風機變頻調速系統(tǒng)的電路原理圖變頻器原理與應用（第2版）第11章風機用變頻器的功能代碼風機用變頻器的功能代碼 以變頻器為森蘭BT12S系列為例，變頻器的功能預置為：F01=5 頻率由X4、X5設定。F02=1 使變頻器處于外部FWD控制模式。F28=0 使變頻器的FMA輸出功能為頻率。F40=4 設置電機極數(shù)為4極。FMA為模擬信號輸出端，可在FMA和GND兩端之間跨接頻率表。F69=0 選擇X4、X5端子功能。即用控制端子的通斷實現(xiàn)變頻器的升降速。X5與公共端CM接通時，頻率上升；X5與公

4、共端CM斷開時，頻率保持。X4與公共端CM接通時，頻率下降；X4與公共端CM斷開時，頻率保持。這里我們使用S1和S2兩個按鈕分別與X4和X5相接，按下按鈕S2使X5與公共端CM接通，控制頻率上升；松開按鈕S2，X5與公共端CM斷開，頻率保持。同樣，按下按鈕S1使X4與公共端CM接通，控制頻率下降；松開按鈕S1，X4與公共端CM斷開，頻率保持。變頻器原理與應用（第2版）第11章風機變頻調速系統(tǒng)的電路原理圖說明風機變頻調速系統(tǒng)的電路原理圖說明 1.主電路 三相工頻電源通過斷路器Q接入，接觸器KM1用于將電源接至變頻器的輸入端R、S、T，接觸器KM2用于將變頻器的輸出端U、V、W接至電動機，KM3用

5、于將工頻電源直接接至電動機。注意接觸器KM2和KM3絕對不允許同時接通，否則會造成損壞變頻器的后果，因此，KM2和KM3之間必須有可靠的互鎖。熱繼電器KR用于工頻運行時的過載保護。變頻器原理與應用（第2版）第11章風機變頻調速系統(tǒng)的電路原理圖說明風機變頻調速系統(tǒng)的電路原理圖說明 2. 控制電路 設置有“變頻運行”和“工頻運行”的切換，控制電路采用三位開關SA進行選擇。當SA合至“工頻運行”方式時，按下起動按鈕SB2，中間繼電器KA1動作并自鎖，進而使接觸器KM3動作，電動機進入工頻運行狀態(tài)。接下停止接鈕SB1，中間繼電器KA1和接觸器KM3均斷電，電動機停止運行。當SA合至“變頻運行”方式時，

6、按下起動按鈕SB2，中間繼電器KA1動作并自鎖，進而使接觸器KM2動作，將電動機接至變頻器的輸出端。KM2動作后使KM1也動作，將工頻電源接至變頻器的輸入端，并允許電動機起動。同時使連接到接觸器KM3線圈控制電路中的KM2的常閉觸點斷開，確保KM3不能接通。接下按鈕SB4，中間繼電器KA2動作，電動機開始加速，進入“變頻運行”狀態(tài)。KA2動作后，停止按鈕SB1失去作用，以防止直接通過切斷變頻器電源使電動機停機。 在變頻運行中，如果變頻器因故障而跳閘，則變頻器的“30B-30C”保護觸點斷開，接觸器KM1和KM2線圈均斷電，其主觸點切斷了變頻器與電源之間，以及變頻器與電源之間的連接。同時“30B

7、-30A”觸點閉合，接通報警揚聲器HA和報警燈HL進行聲光報警。同時，時間繼電器KT得電，其觸點延時一段時間后閉合，使KM3動作，電動機進入工頻運行狀態(tài)。變頻器原理與應用（第2版）第11章10.1.3 10.1.3 節(jié)能計算節(jié)能計算 以一臺工業(yè)鍋爐使用的30 kW鼓風機為例。一天 24小時連續(xù)運行，其中每天10小時運行在90%負荷（頻率按46Hz計算,擋板調節(jié)時電機功耗按98%計算），14小時運行在50%負荷（頻率按20Hz計算，擋板調節(jié)時電機功耗按70%計算）；全年運行時間在300天為計算依據(jù)。則變頻調速時每年的節(jié)電量為：W1=30101（46/50）3300=19918kWh W2=301

8、41（20/50）3300=117936kWh Wb = W1W2=19918117936=137854 kWh 擋板開度時的節(jié)電量為：W1=30（198%）10300=1800kWh W2=30（170%）14300=37800kWh Wd = W1W2=180037800=39600 kWh 相比較節(jié)電量為：W = WbWd98254 kWh 每度電按0.6元計算，則采用變頻調速每年可節(jié)約電費58952元。一般來說，變頻調速技術用于風機設備改造的投資，通?？梢栽谝荒曜笥业纳a(chǎn)中全部收回。 變頻器原理與應用（第2版）第11章10.2 10.2 空氣壓縮機的變頻調速及

9、應用空氣壓縮機的變頻調速及應用 10.2.1 10.2.1 空氣壓縮機變頻調速機理空氣壓縮機變頻調速機理 空氣壓縮機是一種把空氣壓入儲氣罐中，使之保持一定壓力的機械設備，屬于恒轉矩負載，其運行功率與轉速成正比： (10-4)式中，PL為空氣壓縮機的功率，TL為空氣壓縮機的轉矩，nL為空氣壓縮機的轉速。 傳統(tǒng)的工作方式為進氣閥開、關控制方式，即壓力達到上限時關閥，壓縮機進入輕載運行；壓力抵達下限時開閥，壓縮機進入滿載運行。這種頻繁地加減負荷過程，不僅使供氣壓力波動，而且使空氣壓縮機的負荷狀態(tài)頻繁地變換。由于設計時壓縮機不能排除在滿負荷狀態(tài)下長時間運行的可能性，所以只能按最大需求來選擇電動機的容量

10、，故選擇的電動機容量一般較大。在實際運行中，輕載運行的時間往往所占的比例是非常高的，這就造成巨大的能源浪費。9550LLLnTP 變頻器原理與應用（第2版）第11章10.2.2 10.2.2 空氣壓縮機加、卸載供氣控制方式存在的問題空氣壓縮機加、卸載供氣控制方式存在的問題 1空氣壓縮機加、卸載供氣控制方式的能量浪費 1) 壓縮空氣壓力超過Pmin所消耗的能量 當儲氣罐中空氣壓力達到Pmin后，加、還要使其壓力繼續(xù)上升，直到Pmax。這一過程中需要電源提供壓縮機能量。 2）減壓閥減壓消耗的能量 氣動元件的額定氣壓在Pmin左右，高于Pmin的氣體在進入氣動元件前，其壓力需要經(jīng)過減壓閥減壓至接近P

11、min。 3) 卸載時調節(jié)方法不合理所消耗的能量 當壓力達到Pmax時，但空氣壓縮機的電機還是要帶動螺桿做回轉運動 。2. 加、卸載供氣控制方式其他損失 1) 供氣壓力的波動，從而供氣壓力精度達不到工藝要求，會影響產(chǎn)品質量甚至造成廢品。再加上頻繁調節(jié)進氣閥，會加速進氣閥的磨損，增加維修量和維修成本。 2) 頻繁地打開和關閉放氣閥，會導致放氣閥的壽命大大縮短。 變頻器原理與應用（第2版）第11章10.2.310.2.3空氣壓縮機變頻調速的設計空氣壓縮機變頻調速的設計 空氣壓縮機采用變頻調速技術進行恒壓供氣控制時，系統(tǒng)原理框圖如圖11-4所示。 圖10-4 系統(tǒng)原理框圖變頻器原理與應用（第2版）第

12、11章10.2.310.2.3空氣壓縮機變頻調速的設計空氣壓縮機變頻調速的設計 空氣壓縮機變頻調速系統(tǒng)電路原理圖如圖11-5所示。 圖10-5 空氣壓縮機變頻調速系統(tǒng)電路原理圖變頻器原理與應用（第2版）第11章10.2.4 10.2.4 空氣壓縮機變頻調速的空氣壓縮機變頻調速的安裝調試安裝調試 1. 安裝：為防止電網(wǎng)與變頻器之間的干擾，在變頻器的輸入側最好接一個電抗器。安裝時控制柜與壓縮機之間的主配線不要超過30m，主配線與控制線要分開走線，且保持一定距離?？刂苹芈返呐渚€采用屏蔽雙絞線，接線距離應在20m以內。另外控制柜內要裝有換氣扇，變頻器接地端子要可靠接地，不與動力接地混用。 2. 調試：

13、完成變頻器的功能設定及空載運行后，可進行系統(tǒng)聯(lián)動調試。調試的主要步驟：1） 將變頻器接入系統(tǒng)。2） 進行工頻控制運行。3） 進行變頻控制運行，其中包括開環(huán)與閉環(huán)控制兩部分調試： 開環(huán)：主要觀察變頻器頻率上升的情況，設備的運行聲音是否正常，空壓機的壓力上升是否穩(wěn)定，壓力變送器顯示是否正常，設備停機是否正常等。如一切正常。 閉環(huán)：主要依據(jù)變頻器頻率上升與下降的速度和空壓機壓力的升降相匹配，不要產(chǎn)生壓力振蕩，還要注意觀察機械共振點，將共振點附近的頻率跳過去。 對PID參數(shù)的進行整定。 變頻器原理與應用（第2版）第11章10.2.5 空壓機變頻調速后的效益空壓機變頻調速后的效益 1. 節(jié)約能源使運行成

14、本降低 空氣壓縮機的運行成本由三項組成：初始采購成本、維護成本和能源成本。其中能源成本大約占壓縮機運行成本的80%。通過變頻技術改造后能源成本降低20%，再加上變頻起動后對設備的沖擊減少，維護和維修量也跟隨降低，所以運行成本將大大降低。 2. 提高壓力控制精度 變頻控制系統(tǒng)具有精確的壓力控制能力，有效地提高了產(chǎn)品的質量。 3. 全面改善壓縮機的運行性能 變頻器從0Hz起動壓縮機，它的起動加速時間可以調整，從而減少起動時對壓縮機的電器部件和機械部件所造成的沖擊，增強系統(tǒng)的可靠性，使壓縮機的使用壽命延長。此外，變頻控制能夠減少機組起動時電流波動，這一波動電流會影響電網(wǎng)和其它設備的用電，變頻器能夠有

15、效的將起動電流的峰值減少到最低程度。根據(jù)壓縮機的工況要求，變頻調速改造后，電機運轉速度明顯減慢，因此有效地降了空壓機運行時的噪音。變頻器原理與應用（第2版）第11章10.3 變頻器在供水系統(tǒng)的節(jié)能應用變頻器在供水系統(tǒng)的節(jié)能應用 10.3.1 10.3.1 恒壓供水的控制目的恒壓供水的控制目的 對供水系統(tǒng)的控制，歸根結底是為了滿足用戶對流量的需求。所以，流量是供水系統(tǒng)的基本控制對象。而流量的大小又取決于揚程，但揚程難以進行具體測量和控制?？紤]到在動態(tài)情況下，管道中水壓的大小與供水能力（由流量Qg表示）和用水需求（用水量Qu表示）之間的平衡情況有關。 當供水能力Qg用水需求Qu，則壓力上升（p）；

16、 當供水能力Qg用水需求Qu，則壓力下降（p）； 當供水能力Qg = 用水需求Qu，則壓力不變（p = 常數(shù)）。 可見，供水能力與用水需求之間的矛盾具體反映在流體壓力的變化上。因此，壓力就成為控制流量大小的參變量。就是說，保持供水系統(tǒng)中某處壓力的恒定，也就保證了使該處的供水能力和用水流量處于平衡狀態(tài)，恰到好處的滿足了用戶所需的用水流量，這就是恒壓供水所要達到的目的。變頻器原理與應用（第2版）第11章10.3.2 10.3.2 水泵調速節(jié)能原理水泵調速節(jié)能原理 圖10-6為水泵的流量調節(jié)曲線。 曲線2和曲線4為揚程特性，曲線2為水泵轉速較高的情況，曲線4為水泵轉速降低的情況。曲線1曲線3為管阻特

17、性，曲線1為開大管路閥門管阻較小的情況，曲線3為關小管路閥門管阻較大的情況。 圖10-6 水泵的流量調節(jié)曲線 可以看出，采用調節(jié)轉速的方法來調節(jié)流量，電動機所取用的功率將大為減少。變頻器原理與應用（第2版）第11章10.3.3 10.3.3 變頻調速恒壓供水系統(tǒng)變頻調速恒壓供水系統(tǒng) 水泵的機械特性可表示為： TL = TO + Kn2 （10-7）式中，TO為損耗轉矩；K為系數(shù)；TL為水泵的阻轉矩。 圖10-7 變頻調速恒壓供水系統(tǒng)的組成框圖 變頻器原理與應用（第2版）第11章10.3.3 10.3.3 變頻調速恒壓供水系統(tǒng)變頻調速恒壓供水系統(tǒng) 如果管網(wǎng)系統(tǒng)采用多臺水泵供水，變頻器可控制其順序

18、循環(huán)運行，并且可以實現(xiàn)所有水泵電機變頻軟啟動?，F(xiàn)以兩臺水泵為例，說明系統(tǒng)按順序運行過程，如圖10-8所示。 圖10-8 兩臺水泵供水時順序運行過程變頻器原理與應用（第2版）第11章10.3.4 10.3.4 變頻調速恒壓供水系統(tǒng)設計變頻調速恒壓供水系統(tǒng)設計 1. 設備選擇原則選擇水泵和電機的依據(jù)是供水規(guī)模（供水流量）。系統(tǒng)設計還應遵循以下的原則： 蓄水池容量應大于每小時最大供水量。 水泵揚程應大于實際供水高度。 水泵流量總和應大于實際最大供水量。 變頻器原理與應用（第2版）第11章2. 2. 設計實例設計實例 某居民小區(qū)共有10棟樓，均為7層建筑，總居住560戶，住宅類型為表1中的3型，設計恒

19、壓供水變頻調速系統(tǒng)。（1） 設備選用如下：1）根據(jù)表1確定用水量標準為0.19m3人日；2）根據(jù)表2確定每小時最大用水量為105m3h；3）根據(jù)7層樓高度可確定設置供水壓力值為0.36 Mpa。4）根據(jù)表3確定水泵型號為65LG36-202共3臺，水泵自帶電動機功率7.5kW, 選用三懇SAMCO-vm05變頻器SPF-7.5K，配接SWS供水基板，容量7.5kW變頻器原理與應用（第2版）第11章（2 2） 原理圖原理圖 變頻調速恒壓供水系統(tǒng)采用SAMCO-vm05變頻器，內置有PID調節(jié)器，配置有SWS供水控制基板，可直接驅動多個電磁接觸器，可以方便地組成恒壓供水控制系統(tǒng)。圖10-9 變頻調

20、速恒壓供 水系統(tǒng)的原理圖 變頻器原理與應用（第2版）第11章（2 2） 原理圖說明原理圖說明 控制要點說明：MF為冷卻風機，SA為選擇開關，系統(tǒng)用戶可方便地進行自動運轉和手工運轉的切換；給定壓力是通過操作面板設置的；壓力反饋用的壓力傳感器采用遠傳壓力表，價格低廉，電路中的P為遠傳壓力表；中間繼電器KM*是為了進行手動-自動電路之間的互鎖并在發(fā)生瞬時停電時起作用；中間繼電器RD是當電路自動工作變頻運行時，防止儲水池水位過低，水泵抽不到水而進行保護的。當水池水位低于要求值時，與RD線圈串聯(lián)的OM觸點斷開，RD失電，使FR與DCM斷路，水泵電機停轉。同時MBS與DCM接通，運轉中的電機全部停止。當由

21、市電工頻電源驅動電機時，電機回路中串接有熱敏繼電器進行過載保護；對于變頻器和市電可切換驅動的電機而言，必須使用電磁接觸器觸點互鎖，防止雙方的電磁接觸器同時接通損壞變頻器。變頻器原理與應用（第2版）第11章（3 3）系統(tǒng)主要電器的選擇）系統(tǒng)主要電器的選擇 1）QM2斷路器選擇IQN （1.3 1.4）IN = （1.3 1.4）16.423（A） QM2選30A式中，IN為變頻器的輸出電流，等于16.4A。2）QM1斷路器選擇 IQN 2.5 IMN = 2.513.6 = 34A QM1選40A式中 IMN 電動機的額定電流，等于13.6A。3）接觸器的選擇 接觸器的選擇應考慮到電動機在工頻下

22、的起動情況，其觸點電流通?？砂措妱訖C的額定電流再加大一個擋次來選擇，由于電動機的額定電流IMN =13.6A，所以接觸器的觸點電流選20A即可。變頻器原理與應用（第2版）第11章（4 4） 安裝與配線注意事項安裝與配線注意事項 1）變頻器的輸入端R、S、T和輸出端U、V、W是絕對不允許接錯的，否則將引起兩相間的短路而將逆變管迅速燒壞。2）變頻器都有一個接地端子“E”用戶應將此端子與大地相接。當變頻器和其它設備，或有多臺變頻器一起接地時，每臺設備都必須分別和地線相接，不允許將一臺設備接地端和另一臺的接地端相接后再接地。3）在進行變頻器的控制端子接線時，務必與主動力線分離，也不要配置在同一配線管內，否則有可能產(chǎn)生誤動作。4）壓力設定信號線和來自壓力傳感器的反饋信號線必須采用屏蔽線，屏蔽線的屏蔽層與