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