变频器基本结构与控制简介.doc

1、变频器基本结构与控制简介1 变频器简介 1.1 变频器的基本结构 变频器是把工频电源(50Hz 或 60Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备，其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆变成交流电。对于如矢量控制变频器这种需要大量运算的变频器来说，有时还需要一个进行转矩计算的 CPU 以及一些相应的电路。 1.2 变频器的分类 变频器的分类方法有多种，按照主电路工作方式分类，可以分为电压型变频器和电流型变频器；按照开关方式分类，可以分为 PAM 控制变频器、PWM 控制变频器和高载频 PWM

2、控制变频器；按照工作原理分类，可以分为 V/f 控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等；按照用途分类，可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。 2 变频器中常用的控制方式 2.1 非智能控制方式 在交流变频器中使用的非智能控制方式有 V/f 协调控制、 转差频率控制、矢量控制、直接转矩控制等。 (1) V/f 控制 V/f 控制是为了得到理想的转矩-速度特性，基于在改变电源频率进行调速的同时，又要保证电动机的磁通不变的思想而提出的，通用型变频器基本上都采用这种控制方式。V/f 控制变频器结构非常简单，但是这种变频器采用开环控制方式，不能达到较高的控

3、制性能，而且，在低频时，必须进行转矩补偿，以改变低频转矩特性。 (2) 转差 频率控制 转差频率控制是一种直接控制转矩的控制方式，它是在 V/f 控制的基础上，按照知道异步电动机的实际转速对应的电源频率，并根据希望得到的转矩来调节变频器的输出频率，就可以使电动机具有对应的输出转矩。这种控制方式，在控制系统中需要安装速度传感器，有时还加有电流反馈，对频率和电流进行控制，因此，这是一种闭环控制方式，可以使变频器具有良好的稳定性，并对急速的加减速和负载变动有良好的响应特性。 (3) 矢量控制 矢量控制是通过矢量坐标电路控制电动机定子电流的大小和相位，以达到对电动机在 d、q、0 坐标轴系中的励磁电流

4、和转矩电流分别进行控制，进而达到控制电动机转矩的目的。通过控制各矢量的作用顺序和时间以及零矢量的作用时间，又可以形成各种 PWM 波，达到各种不同的控制目的。例如形成开关次数最少的PWM 波以减少开关损耗。目前在变频器中实际应用的矢量控制方式主要有基于转差频率控制的矢量控制方式和无速度传感器的矢量控制方式两种。 基于转差频率的矢量控制方式与转差频率控制方式两者的定常特性一致，但是基于转差频率的矢量控制还要经过坐标变换对电动机定子电流的相位进行控制，使之满足一定的条件，以消除转矩电流过渡过程中的波动。因此，基于转差频率的矢量控制方式比转差频率控制方式在输出特性方面能得到很大的改善。但是，这种控制

5、方式属于闭环控制方式，需要在电动机上安装速度传感器，因此，应用范围受到限制。 无速度传感器矢量控制是通过坐标变换处理分别对励磁电流和转矩电流进行控制，然后通过控制电动机定子绕组上的电压、电流辨识转速以达到控制励磁电流和转矩电流的目的。这种控制方式调速范围宽，启动转矩大，工作可靠，操作方便，但计算比较复杂，一般需要专门的处理器来进行计算，因此，实时性不是太理想，控制精度受到计算精度的影响。 (4) 直接 转矩控制 直接转矩控制是利用空间矢量坐标的概念，在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩，通过检测定子电阻来达到观测定子磁链的目的，因此省去了矢量控制等复杂的变换计算，系统

6、直观、简洁，计算速度和精度都比矢量控制方式有所提高。即使在开环的状态下，也能输出 100%的额定转矩，对于多拖动具有负荷平衡功能。 (5) 最优 控制 最优控制在实际中的应用根据要求的不同而有所不同，可以根据最优控制的理论对某一个控制要求进行个别参数的最优化。例如在高压变频器的控制应用中，就成功的采用了时间分段控制和相位平移控制两种策略，以实现一定条件下的电压最优波形。 (6)其他非智能控制方式 在实际应用中， 还有一些非智能控制方式在变频器的控制中得以实现，例如自适应控制、滑模变结构控制、差频控制、 环流控制、 频率控制等。 2.2 智能控制方式 智能控制方式主要有神经网络控制、模糊控制、专

7、家系统、学习控制等。在变频器的控制中采用智能控制方式在具体应用中有一些成功的范例。 (1) 神经 网络控制 神经网络控制方式应用在变频器的控制中，一般是进行比较复杂的系统控制，这时对于系统的模型了解甚少，因此神经网络既要完成系统辨识的功能，又要进行控制。而且神经网络控制方式可以同时控制多个变频器，因此在多个变频器级联时进行控制比较适合。但是神经网络的层数太多或者算法过于复杂都会在具体应用中带来不少实际困难。 (2) 模糊控制 模糊控制算法用于控制变频器的电压和频率，使电动机的升速时间得到控制，以避免升速过快对电机使用寿命的影响以及升速过慢影响工作效率。模糊控制的关键在于论域、隶属度以及模糊级别

8、的划分，这种控制方式尤其适用于多输入单输出的控制系统。 (3) 专家系 统 专家系统是利用所谓“专家” 的经验进行控制的一种控制方式，因此，专家系统中一般要建立一个专家库，存放一定的专家信息，另外还要有推理机制，以便于根据已知信息寻求理想的控制结果。专家库与推理机制的设计是尤为重要的，关系着专家系统控制的优劣。应用专家系统既可以控制变频器的电压，又可以控制其电流。(4) 学习 控制 学习控制主要是用于重复性的输入，而规则的 PWM 信号( 例如中心调制 PWM)恰好满足这个条件，因此学习控制也可用于变频器的控制中。学习控制不需要了解太多的系统信息，但是需要 12 个学习周期，因此快速性相对较差

9、，而且，学习控制的算法中有时需要实现超前环节，这用模拟器件是无法实现的，同时，学习控制还涉及到一个稳定性的问题，在应用时要特别注意。 3 变频器控制的展望 随着电力电子技术、微电子技术、计算机网络等高新技术的发展，变频器的控制方式今后将向以下几个方面发展。 (1) 数字控制 变频器的实现 现在，变频 器的控制方式用数字处理器可以实现比较复杂的运算，变频器数字化将是一个重要的发展方向，目前进行变频器数字化主要采用单片机 MCS51 或80C196MC 等， 辅助以 SLE4520 或 EPLD 液晶显示器等来实现更加完善的控制性能。 (2) 多种控制方式的结合 单一的控制方式有着各自的优缺点，并

10、没有“万能” 的控制方式，在有些控制场合，需要将一些控制方式结合起来，例如将学习控制与神经网络控制相结合，自适应控制与模糊控制相结合，直接转矩控制与神经网络控制相结合，或者称之为“ 混合控制”，这样取长补短，控制效果将会更好。 (3) 远程控制的 实现 计算机网络的发展，使“天涯若咫尺”，依靠计算机网络对变频器进行远程控制也是一个发展方向。通过 RS485 接口及一些网 络协议对变频器进行远程控制，这样在有些不适合于人类进行现场操作的场合，也可以很容易的实现控制目标。 (4) 绿色 变频器 随着可持续发展战略的提出，对于环境的保护越来越受到人们的重视。变频器产生的高次谐波对电网会带来污染，降低

11、变频器工作时的噪声以及增强其工作的可靠性、安全性等等这些问题，都试图通过采取合适的控制方式来解决，设计出绿色变频器。 4 结束语 变频器的控制方式是一个值得研究的问题，依靠致力于这项工作的有识之士的共同努力，使国产变频器早日走向世界市场并且成为一流的产品。 1、什麽是变频器？ 变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。 2、PWM 和 PAM 的不同点是什麽？ PWM 是英文 Pulse Width Modulation(脉冲宽度调制)缩写，按一定规律改变脉冲列的脉冲宽度，以调节输出量和波形的一种调值方式。PAM 是英文 Pulse Amplitude Mod

12、ulation(脉冲幅度调制)缩写，是按一定规律改变脉冲列的脉冲幅度，以调节输出量值和波形的一种调制方式。 3、电压型与电流型有什麽不同？ 变频器的主电路大体上可分为两类:电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容;电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波石电感。 4、为什麽变频器的电压与电流成比例的改变？ 非同步电动机的转矩是电机的磁通与转子内流过电流之间相互作用而产生的，在额定频率下，如果电压一定而只降低频率，那麽磁通就过大，磁回路饱和，严重时将烧毁电机。因此，频率与电压要成比例地改变，即改变频率的同时控制变频器输出电压，使电动机的磁通保持一定，避免弱磁

13、和磁饱和现象的产生。这种控制方式多用於风机、泵类节能型变频器。 5、电动机使用工频电源驱动时,电压下降则电流增加;对於变频器驱动,如果频率下降时电压也下降，那麽电流是否增加？ 频率下降(低速) 时,如果输出相同的功率,则电流增加,但在转矩一定的条件下,电流几乎不变。 6、采用变频器运转时，电机的起动电流、起动转矩怎样？ 采用变频器运转，随著电机的加速相应提高频率和电压，起动电流被限制在 150%额定电流以下(根据机种不同，为 125%200%)。用工频电源直接起动时，起 动电流为 67 倍，因此，将产生机械电气上的冲击。采用变频器传动可以平滑地起动( 起动时间变长)。起动电流为额定电流的 1.

14、21.5 倍，起动转矩为 70%120%额定转矩；对於带有转矩自动增强功能的变频器，起动转矩为 100%以上，可以带全负载起动。7、V/f 模式是什麽意思？ 频率下降时电压 V 也成比例下降，这个问题 已在回答 4 说明。V 与 f 的比例关系是考虑了电机特性而预先决定的，通常在控制器的存储装置(ROM)中存有几种特性，可以用开关或标度盘进行选择。 8、按比例地改 V 和 f 时，电机的转矩如何变化？ 频率下降时完全成比例地降低电压，那麽由於交流阻抗变小而直流电阻不变,将造成在低速下产生地转矩有减小的倾向。因此，在低频时给定 V/f,要使输出电压提高一些,以便获得一定地起动转矩,这种补偿称增强

15、起动。可以采用各种方法实现,有自动进行的方法、选择 V/f 模式或调整电位器等方法。 9、在说明书上写著变速范围 606Hz，即 10:1，那麽在 6Hz 以下就没有输出功率吗？在 6Hz 以下仍可 输出功率，但根据电机温升和起动转矩的大小等条件，最低使用频率取 6Hz 左右，此时电动机可输出额定转矩而不会引起严重的发热问题。变频器实际输出频率(起动频率)根据机种为 0.53Hz. 10、对於一般电机的组合是在 60Hz 以上也要求转矩一定，是否可以？ 通常情况下时不可以的。在 60Hz 以上(也有 50Hz 以上的模式) 电压不变，大体为恒功率特性，在高速下要求相同转矩时，必须注意电机与变频

16、器容量的选择。 11、所谓开环是什麽意思？ 给所使用的电机装置设速度检出器(PG) ，将实际转速反馈给控制装置进行控制的，称为“闭环”，不用 PG 运转的就叫作“开环” 。通用变频器多为开环方式，也有的机种利用选件可进行 PG 反馈。 12、实际转速对於给定速度有偏差时如何办？ 开环时，变频器即使输出给定频率，电机在带负载运行时，电机的转速在额定转差率的范围内(1%5%)变动 。对於要求调速精度比 较高，即使负载变动也要求在近於给定速度下运转的场合，可采用具有 PG 反馈功能的变频器( 选用件)。 13、如果用带有 PG 的电机， 进行反馈後速度精度能提高吗？ 具有反馈功能的变频器，精度有提高

17、。但速度精度的植取决於本身的精度和变频器输出频率的解析度。14、失速防止功能是什麽意思？ 如果给定的加速时间过短，变频器的输出频率变化远远超过转速( 电角频率)的变化，变频器将因流过过电流而跳闸，运转停止，这就叫作失速。为了防止失速使电机继续运转，就要检出电流的大小进行频率控制。当加速电流过大时适当放慢加速速率。减速时也是如此。两者结合起来就是失速功能。 15、 有加速时间与减速时间可以分别给定的机种，和加减速时间共同给定的机种，这有什麽意义？ 加减速可以分别给定的机种，对於短时间加速、缓慢减速场合，或者对於小型机床需要严格给定生产节拍时间的场合是适宜的，但对於风机传动等场合，加减速时间都较长

18、，加速时间和减速时间可以共同给定。 16、 什麽是再生制动？ 电动机在运转中如果降低指令频率，则电动机变为非同步发电机状态运行，作为制动器而工作，这就叫作再生（电气）制动。 17 、是否能得到更大的制动力？ 从电机再生出来的能量贮积在变频器的滤波电容器中，由於电容器的容量和耐压的关系18、请说明变频器的保护功能? 保护功能可分为以下两类： （1） 检知异常状态后自动地进行修正动作，如过电流失速防止，再生过电压失速防止。 （2） 检知异常后封锁电力半导体器件 PWM 控制信号，使电机自动停车。如过电流切断、再生过电压切断、半导体冷却风扇过热和瞬时停电保护等。 新手，刚接触变频器 问些基本的问题，

19、向大家求教 1。变频器接的电机是一般的电机还是特定的变频电机 2，如果接的是一般的电机那变频器可以接变频电机吗 3，变频电机可以直接接到电源上吗 4，频率变化的范围是多少啊Answer调频技术对电机的要求主要是三个方面： 第一，绝缘等级； 第二，强制冷却； 第三，转子轴承。 如果超过基频向上调速，还要考虑电机结构的机械强度。 笼统地说，将普通电机代替调频电机，采用调频传动。从原理上说，行。从实际产品上说，可能行可能不行。即不可靠。现在国外的品牌的电机已经不分了，国内的还分，但是国内的一些名牌电机制造商也已经把普通的电机的绝缘等级提高到了“F”级。打引号是说这个 F 级是相当于 F 级。不是真正

20、意 义的 F 级绝缘。其目的也是 为了电机能适应变频器的控制应用。所以说，普通电机能不能代替变频电机，关键还是看电机制造商的技术条件是不是满足变频控制要求。而不是一概而论地说 YES 或者 NO。 一、普通异步电动机都是按恒频恒压设计的，不可能完全适应变频调速的要求。以下为变频器对电机的影响 1、电动机的效率和温升的问题 不论那种形式的变频器，在运行中均产生不同程度的谐波电压和电流，使电动机在非正弦电压、电流下运行。拒资料介绍，以目前普遍使用的正弦波 PWM 型变频器为例，其低次谐波基本为零，剩下的比载波频率大一倍左右的高次谐波分量为：2u+1（u 为调 制比）。 高次谐波会引起电动 机定子铜

21、耗、转子铜（铝）耗、铁耗及附加损耗的增加，最为显著的是转子铜（铝）耗。因为异步电动机是以接近于基波频率所对应的同步转速旋转的，因此，高次谐波电压以较大的转差切割转子导条后，便会产生很大的转子损耗。除此之外，还需考虑因集肤效应所产生的附加铜耗。这些损耗都会使电动机额外发热，效率降低，输出功率减小，如将普通三相异步电动机运行于变频器输出的非正弦电源条件下，其温升一般要增加 10%-20%。 2、电动机绝缘强度问题 目前中小型变频器，不少是采用 PWM 的控制方式。他的载波频率约为几千到十几千赫，这就使得电动机定子绕组要承受很高的电压上升率，相当于对电动机施加陡度很大的冲击电压，使电动机的匝间绝缘承

22、受较为严酷的考验。另外，由 PWM 变频器产生的矩形斩波冲击电压叠加在电动机运行电压上，会对电动机对地绝缘构成威胁，对地绝缘在高压的反复冲击下会加速老化。 3、谐波电磁噪声与震动 普通异步电动机采用变频器供电时，会使由电磁、机械、通风等因素所引起的震动和噪声变的更加复杂。变频电源中含有的各次时间谐波与电动机电磁部分的固有空间谐波相互干涉，形成各种电磁激振力。当电磁力波的频率和电动机机体的固有振动频率一致或接近时，将产生共振现象，从而加大噪声。由于电动机工作频率范围宽，转速变化范围大，各种电磁力波的频率很难避开电动机的各构件的固有震动频率。 4、电动机对频繁启动、制动的适应能力 由于采用变频器供

23、电后，电动机可以在很低的频率和电压下以无冲击电流的方式启动，并可利用变频器所供的各种制动方式进行快速制动，为实现频繁启动和制动创造了条件，因而电动机的机械系统和电磁系统处于循环交变力的作用下，给机械结构和绝缘结构带来疲劳和加速老化问题。 5、低转速时的冷却问题 首先，异步电动机的阻抗不尽理想，当电源频率较底时，电源中高次谐波所引起的损耗较大。其次，普通异步电动机再转速降低时，冷却风量与转速的三次方成比例减小，致使电动机的低速冷却状况变坏，温升急剧增加，难以实现恒转矩输出。 二、变频电动机的特点 1、电磁设计 对普通异步电动机来说，再设计时主要考虑的性能参数是过载能力、启动性能、效率和功率因数。

24、而变频电动机，由于临界转差率反比于电源频率，可以在临界转差率接近 1 时直接启动，因此，过载能力和启动性能不在需要过多考虑，而要解决的关键问题是如何改善电动机对非正弦波电源的适应能力。方式一般如下： 1） 尽可能的减小定子和转子电阻。 减小定子电阻即可降低基波铜耗，以弥补高次谐波引起的铜耗增 2）为抑制电流中的高次谐波，需适当增加电动机的电感。但转子槽漏抗较大其集肤效应也大，高次谐波铜耗也增大。因此，电动机漏抗的大小要兼顾到整个调速范围内阻抗匹配的合理性。 3）变频电动机的主磁路一般设计成不饱和状态，一是考虑高次谐波会加深磁路饱和，二是考虑在低频时，为了提高输出转矩而适当提高变频器的输出电压。

25、 2、结构设计 再结构设计时，主要也是考虑非正弦电源特性对变频电机的绝缘结构、振动、噪声冷却方式等方面的影响，一般注意以下问题： 1）绝缘等级，一般为 F 级或更高，加强对地绝缘和线匝绝缘强度，特别要考虑绝缘耐冲击电压的能力。 2）对电机的振动、噪声问题，要充分考虑电动机构件及整体的刚性，尽力提高其固有频率，以避开与各次力波产生共振现象。 3）冷却方式：一般采用强迫通风冷却，即主电机散热风扇采用独立的电机驱动。 4）防止轴电流措施，对容量超过 160KW 电动机应采用轴承绝缘措施。主要是易产生磁路不对称，也会产生轴电流，当其他高频分量所产生的电流结合一起作用时，轴电流将大为增加，从而导致轴承损

26、坏，所以一般要采取绝缘措施。 5）对恒功率变频电动机，当转速超过 3000/min 时，应采用耐高温的特殊润滑脂，以补偿轴承的温度升高。变频电机可在 0.1HZ-130HZ 范围长期运行， 普通电机可在：2 极的为 20-65hz 范围长期运行. 4 极的为 25-75hz 范围长期运行. 6 极的为 30-85hz 范围长期运行. 8 极的为 35-100hz 范围长期运行.1、电动机的效率和温升的问题 不论那种形式的变频器，在运行中均产生不同程度的谐波电压和电流，使电动机在非正弦电压、电流下运行。拒资料介绍，以目前普遍使用的正弦波 PWM 型变频器为例，其低次谐波基本为零，剩下的比载波频率

27、大一倍左右的高次谐波分量为：2u+1（u 为调 制比）。 高次谐波会引起电动 机定子铜耗、转子铜（铝）耗、铁耗及附加损耗的增加，最为显著的是转子铜（铝）耗。因为异步电动机是以接近于基波频率所对应的同步转速旋转的，因此，高次谐波电压以较大的转差切割转子导条后，便会产生很大的转子损耗。除此之外，还需考虑因集肤效应所产生的附加铜耗。这些损耗都会使电动机额外发热，效率降低，输出功率减小，如将普通三相异步电动机运行于变频器输出的非正弦电源条件下，其温升一般要增加 10%-20%。 2、电动机绝缘强度问题 1。变频器接的电机是一般的电机还是特定的变频电机 -都可以，一般接普通电机的多。 2，如果接的是一般

28、的电机那变频器可以接变频电机吗- 可以。 3，变频电机可以直接接到电源上吗 -可以，风机另接，不 过大材小用了。 4，频率变化的范围是多少啊 -如果你问的是变频器的频率变化的范围一般 0-400HZ, 如果你问的是变频电机的频率变化,那不同电机是不一样的,主要是轴承等机械方面的问题.变频启动适用的场合为电气设备转速经常变化； 软启动各自适用的场合为电气设备只是为了启动时避开启动电流的要求。软启动启动时启动力矩也会减小,而变频器启动则可以横转矩启动变频器的容量计算及选择采用变频器驱动异步电动机调速。在异步电动机确定后，通常应根据异步电动机的额定电流来选择变频器，或者根据异步电动机实际运行中的电流

29、值( 最大值)来选择变频器。当运行方式不同时，变频器容量的计算方式和选择方法不同，变频器应满足的条件也不一样。选择变频器容量时，变频器的额定电流是一个关键量，变频器的容量应按运行过程中可能出现的最大工作电流来选择。变频器的运行一般有以下几种方式。 2 连续运转时所需的变频器容量的计算 由于变频器传给电动机的是脉冲电流，其脉动值比工频供电时电流要大，因此须将变频器的容量留有适当的余量。此时，变频器应同时满足以下三个条件： 式中：PM、 cos、UM、IM 分别为电动机输出功率、效率( 取 0.85)、功率因数( 取0.75)、电压(V)、 电流(A)。 K：电流波形的修正系数(PWM 方式取 1

30、.051.1) PCN：变频器的额定容量 (KVA) ICN：变频器的额定电流(A) 式中 IM 如按电动机实际运行中的最大电流来选择变频器时， 变频器的容量可以适当缩小。 3 加减速时变频器容量的选择 变频器的最大输出转矩是由变频器的最大输出电流决定的。一般情况下，对于短时的加减速而言，变频器允许达到额定输出电流的 130150( 视变频器容量)，因此，在短时加减速时的输出转矩也可以增大；反之，如只需要较小的加减速转矩时，也可降低选择变频器的容量。由于电流的脉动原因，此时应将变频器的最大输出电流降低 10后再进行选定。 4 频繁加减速运转时变频器容量的选定 根据加速、恒速、减速等各种运行状态

31、下的电流值，按下式确定： I1CN(I1t1+I2t2+I5t5)/(t1+t2+t5)K0 式中：I1CN：变频器额定输出电流(A) I1、I2、I5：各运行状态平均电流(A) t1、t2、t5：各运行状态下的时间 K0：安全系数(运行频繁时取 1.2，其它条件下为 1.1) 5 一台变频器传动多台电动机，且多台电动机并联运行，即成组传动 用一台变频器使多台电机并联运转时，对于一小部分电机开始起动后，再追加投入其他电机起动的场合，此时变频器的电压、频率已经上升，追加投入的电机将产生大的起动电流，因此，变频器容量与同时起动时相比需要大些。 以变频器短时过载能力为 150，1min 为例计算变频

32、器的容量，此时若电机加速时间在 1min 内， 则应满 足以下两式 若电机加速在 1mn 以上时 式中：nT ：并联电机的台数 ns：同 时起动的台数 PCN1：连续容量(KVA) PCN1=KPMnT/cos PM：电动机输出功率 ：电动机的效率(约取 0.85) cos：电动机的功率因数(常取 0.75) Ks：电机起动电流/电机额定电流 IM：电机额定电流 K：电流波形正系数(PWM 方式取 1.051.10) PCN：变频器容量(KVA) ICN：变频器额定电流(A) 变频器驱动多台电动机，但其中可能有一台电动机随时挂接到变频器或随时退出运行。此时变频器的额定输出电流可按下式计算： 式

33、中：IICN：变频器额定输出电流(A) IMN：电动机额定输入 电流(A) IMQ：最大一台电动机的起 动电流(A) K：安全系数，一般取 1.051.10 J：余下的 电动机台数 6 电动机直接起动时所需变频器容量的计算 通常，三相异步电动机直接用工频起动时起动电流为其额定电流的 57 倍，对于电动机功率小于 10kW 的电机直接起动时 ，可按下式选取变频器。 I1CNIK/Kg 式中：IK：在额定电压、额定频率下电机起动时的堵转电流(A)； Kg：变频器的允许过载倍数 Kg1.31.5 在运行中，如电机电流不规则变化，此时不易获得运行特性曲线，这时可使电机在输出最大转矩时的电流限制在变频器

34、的额定输出电流内进行选定。 7 大惯性负载起动时变频器容量的计算 通过变频器过载容量通常多为 125、60s 或 150、60s。需要超过此值的过载容量时，必 须增大变频器的容量。这种情况下，一般按下式计算变频器的容量： 式中：GD2：换算到电机 轴上的转动惯量值(Nm2) TL：负载转 矩(Nm) ，cos，nM 分别为电 机的效率(取 0.85)，功率因数(取 0.75)，额定转速(r/min) 。 tA：电机加速时间(s)由负载要求确定 K：电流波形的修正系数(PWM 方式取 1.051.10) PCN：变频器的额定容量 (KVA)8 轻载电动机时变频器的选择 电动机的实际负载比电动机的

35、额定输出功率小时，多认为可选择与实际负载相称的变频器容量，但是对于通用变频器，即使实际负载小，使用比按电机额定功率选择的变频器容量小的变频器并不理想，这主要是由于以下原因； 1) 电 机在空载时也流过额定电流的 3050的励磁电流。 2) 起 动时 流过的起动电流与电动机施加的电压、 频率相对应，而与负载转矩无关，如果变频器容量小，此电流超过过流容量，则往往不能起动。 3) 电 机容量大，则以变频器容量为基 变频器与节能器，工频，哪个更经济？不知你的负荷是不是稳定，假如不稳，我认为你还是用变频器控制的好水泵要是工作在额定状态,变频器节能基本上没有效果.只有在轻载状态,泵又不能停,恒压供水,才可

36、能节能. 用变频器是水泵选大了,泵工作在轻载状态.新式变频器有节能模式,当负载变小时,自动降低电压,达到节能效果. 节能器,根据我的经验,除非是大厂的产品,小厂的大部分都是吹牛.软起动器是一种集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置，国外称为 Soft Starter。它的主要构成是串接于电源与被控电机之间的三相反并联闸管及其电子控制电路。运用不同的方法，控制三相反并联闸管的导通角，使被控电机的输入电压按不同的要求而变化，就可实现不同的功能。软起动器和变频器是两种完全不同用途的产品。变频器是用于需要调速的地方，其输出不但改变电压而且同时改变频率；软起动器实际上是个调

37、压器，用于电机起动时，输出只改变电压并没有改变频率。变频器具备所有软起动器功能，但它的价格比软起动器贵得多，结构也复杂得多。变频器同时改变输出频率与电压，也就是改变了电机运行曲线上的 n0，使电机运行曲线平行下移。因此变频器可以使电机以较小的启动电流，同时使电机启动转矩达到其最大转矩，即变频器可以启动重载负荷。 软启动只改变输出电压，不改变频率，也就是不改变电机运行曲线上的 n0，而是加大该曲线的陡度，使电机特性变软。当 n0 不变时，电机的各个转矩（额定转矩、最大转矩、堵转转矩）均正比于其端电压的平方，因此用软启动大大降低电机的启动转矩，所以软启动并不适用于重载启动的电机。变频调速技术在风机

38、、泵类应用中的节能分析在工业生产和产品加工制造业中，风机、泵类设备应用范围广泛；其电能消耗和诸如阀门、挡板相关设备的节流损失以及维护、维修费用占到生产成本的 7%25%，是一笔不小的生产费用开支。随着经济改革的不断深入，市场竞争的不断加剧；节能降耗业已成为降低生产成本、提高产品质量的重要手段之一。 而八十年代初发展起来的变频调速技术，正是顺应了工业生产自动化发展的要求，开创了一个全新的智能电机时代。一改普通电动机只能以定速方式运行的陈旧模式，使得电动机及其拖动负载在无须任何改动的情况下即可以按照生产工艺要求调整转速输出，从而降低电机功耗达到系统高效运行的目的。 八十年代末， 该技术引入我国并得

39、到推广。现已在电力、冶金、石油、化工、造纸、食品、纺织等多种行业的电机传动设备中得到实际应用。目前，变频调速技术已经成为现代电力传动技术的一个主要发展方向。卓越的调速性能、显著的节电效果，改善现有设备的运行工况，提高系统的安全可靠性和设备利用率，延长设备使用寿命等优点随着应用领域的不断扩大而得到充分的体现。 二、综述 通常在工业生产、产品加工制造业中风机设备主要用于锅炉燃烧系统、烘干系统、冷却系统、通 风系统等场合，根据生 产需要对炉膛压力、风速、风量、温度等指标进行控制和调节以适应工艺要求和运行工况。而最常用的控制手段则是调节风门、挡板开度的大小来调整受控对象。这样，不论生产的需求大小，风机

40、都要全速运转，而运行工况的变化则使得能量以风门、挡板的节流损失消耗掉了。在生产过程中，不仅控制精度受到限制，而且还造成大量的能源浪费和设备损耗。从而导致生产成本增加，设备使用寿命缩短，设备维护、维修费用高居不下。 泵类设备在生产领域同样有着广阔的应用空间，提水泵站、水池储罐给排系统、工业水（油）循环系统、热交换系统均使用离心泵、轴流泵、齿轮泵、柱塞泵等设备。而且，根据不同的生产需求往往采用调整阀、回流阀、截止阀等节流设备进行流量、压力、水位等信号的控制。这样，不 仅造成大量的能源浪费，管路、阀门等密封性能的破坏；还加速了泵腔、阀体的磨损和汽蚀，严重时损坏设备、影响生产、危及产品质量。 风机、泵

41、类设备 多数采用异步电动机直接驱动的方式运行，存在启动电流大、机械冲击、电气保护特性差等缺点。不仅影响设备使用寿命，而且当负载出现机械故障时不能瞬间动作保护设备，时常出现泵损坏同时电机也被烧毁的现象。 近年来，出于 节能的迫切需要和对产品质量不断提高的要求，加之采用变频调速器（简称变频器）易操作、免维护、控制精度高，并可以实现高功能化等特点；因而采用变频器驱动的方案开始逐步取代风门、挡板、阀门的控制方案。 变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系： n =60 f（1-s）p，（式中 n、f、s、p 分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数）；通过改变电动机工

42、作电源频率达到改变电机转速的目的。变频器就是基于上述原理采用交-直- 交电源变换技术，电力电子、微电脑控制等技术于一身的综合性电气产品。 三、 节能分析通过流体力学的基本定律可知：风机、泵类设备均属平方转矩负载，其转速 n 与流量 Q，压力 H 以及轴功率 P 具有如下关系： Qn ，Hn2，Pn3；即，流量与转速成正比，压力与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。 以一台水泵为例，它的出口压头为 H0（出口压头即泵入口和管路出口的静压力差），额定转速为 n0,阀门全开时的管阻特性为 r0,额定工况下与之对应的压力为H1,出口流量为 Q1。流量-转速-压力关系曲线如下图所示。 在现场控制

43、中，通常采用水泵定速运行出口阀门控制流量。当流量从 Q1 减小50%至 Q2 时，阀门开度减小使管网阻力特性由 r0 变为 r1，系统工作点沿方向 I 由原来的 A 点移至 B 点；受其节流作用压力 H1 变为 H2。水泵轴功率实际值（kW）可由公式：P =QH （ c b）10-3 得出。其中，P 、Q 、H 、 c 、 b 分别表示功率、流量、压力、水泵效率、 传动 装置效率，直接传动为 1。假设总效率（ c b）为 1，则水泵由 A 点移至 B 点工作时，电机节省的功耗为 AQ1OH1 和 BQ2OH2 的面积差。如果采用调速手段改变水泵的转速 n，当流量从 Q1 减小 50%至 Q2

44、时，那么管网阻力特性为同一曲线 r0，系统工作点将沿方向 II 由原来的 A 点移至 C 点，水 泵的运行也更趋合理。在阀门全开，只有管网阻力的情况下，系统满足现场的流量要求，能耗势必降低。此时，电机节省的功耗为 AQ1OH1 和 CQ2OH3 的面积差。比较采用阀门开度调节和水泵转速控制，显然使用水泵转速控制更为有效合理，具有显著的节能效果。 另外，从图中还可以看出：阀门调节时将使系统压力 H 升高，这将对管路和阀门的密封性能形成威胁和破坏；而转速调节时，系统压力 H 将随泵转速 n 的降低而降低，因此不会对系统产生不良影响。 从上面的比较不难得出：当现场对水泵流量的需求从 100%降至 5

45、0%时，采用转速调节将比原来的阀门调节节省 BCH3H2 所对应的功率大小，节能率在 75%以上。与此相类似的，如果采用 变频调速技术改变泵类、风机类设备转速来控制现场压力、温度、水位等其它过程控制参量，同 样可以依据系统控制特性绘制出关系曲线得出上述的比较结果。亦即，采用变频调速技术改变电机转速的方法，要比采用阀门、挡板调节更为节能经济，设备运行工况也将得到明显改善。 四、 节能 计算 对于风机、 泵类设备采用变频调速后的节能效果，通常采用以下两种方式进行计算： 1、根据已知 风机、 泵类在不同控制方式下的流量负载关系曲线和现场运行的负荷变化情况进行计算。 以一台 IS150-125-400

46、 型离心泵为例，额定流量 200.16m3/h，扬程 50m；配备Y225M-4 型电动机， 额定功率 45kW。泵在阀门调节和转速调节时的流量负载曲线如下图示。根据运行要求，水泵连续 24 小时运行，其中每天 11 小时运行在 90%负荷，13 小时运行在 50%负荷；全年运行时间 在 300 天。 则每年的节电量为：W1=4511（100% 69%）300=46035kWh W2=4513（95% 20%）300 =131625kWh W = W1W2=46035131625=177660kWh 每度电按 0.5 元计算，则每年可节约电费 8.883 万元。 2、根据风机、 泵类平方转矩负

47、载关系式：P / P0=（n / n0）3 计算，式中为 P0 额定转速 n0 时的功率；P 为转 速 n 时的功率。 以一台工业锅炉使用的 22 kW 鼓风机为 例。运行工况仍以 24 小时连续运行，其中每天 11 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），13 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=22111 （46/50）3300=16067kWh W2=22131（20/50）3300=80309kWh Wb = W1W2=1

48、606780309=96376 kWh 挡板开度时的节电量为：W1=22（198%）11300=1452kWh W2=22（170% ）11300=21780kWh Wd = W1W2=145221780=23232 kWh 相比较节电量为：W= WbWd=9637623232=73144 kWh 每度电按 0.5 元计算，则采用变频调速每年可节约电费 3.657 万元。 某工厂离心式水泵参数为：离心泵型号 6SA-8，额定流量 53. 5 L/s，扬程 50m；所配电机Y200L2-2 型 37 kW。对 水泵进行阀门节流控制和 电机调速控制情况下的实测数据记录如下：流 量 L/s 时 间（

49、h） 消耗电网输出的电能（ kWh） 阀门节流调节 电机变频调速 47 2 33.22=66.4 28.392=56.8 40 8 308=240 21.168=169.3 30 4 274=108 13.884=55.5 20 10 23.910=239 9.6710=96.7 合计 24 653.4 378.3 相比之下，在一天内变频调速可比阀门节流控制节省 275.1 kWh 的电量，节电率达 42.1%。五、 结束 语 风机、泵类 等设备采用变频调速技术实现节能运行是我国节能的一项重点推广技术，受到国家政府的普遍重视，中华人民共和国节约能源法第 39 条就把它列为通用技术加以推广。实践证明，变频器用于风机、泵类设备驱动控制场合取得了显著的节电效果，是一