变频器基本知识及应用.ppt

变频器讲座 变频器基本知识及应用 创捷 创捷 变频器在风机 水泵等控制系统中应用 引言 创捷 创捷 优势体现 一 鼠笼型异步电动机的基本结构 二 鼠笼型异步电动机的工作原理 三 鼠笼型异步电动机的机械特性 创捷 一 鼠笼型异步电动机的基本结构 三相异步电动机结构示意图1 机座 2 定子铁心 3 定子绕组 4 转子铁心 5 转子绕组 创捷 二 鼠笼型异步电动机的工作原理 创捷 三 鼠笼型异步电动机的机械特性 创捷 创捷 一 变频器的工作原理 二 变频器的内部结构 四 变频器的使用 三 变频器的分类 一 变频器的工作原理 1 变频器的基本概念 创捷 创捷 创捷 2 变频器的工作特性 能量守恒 创捷 3 变频器的控制方式 二 变频器的内部结构 创捷 创捷 实际构造 变频器实体 创捷 创捷 三 变频器的分类 PAM脉幅调制 通过调节直流母线电压的幅值来实现的 PWM脉宽调制 通过调节脉冲占空比来实现的 通用变频器 高性能变频器 矢量变频器 及专用变频器 如艾默生TD2100供水专用节能变频器 依据电动机的标准等级来划分的 如0 4KW 37KW P型和G型等 三相输入或单相输入 220V 380V等 创捷 四 变频器的使用 1 变频器的选型 通用变频器 V F 风机 水泵矢量变频器 轧钢机 2 频器的安装及接线 以艾默生的变频器举例说明 1 环境温度 10 40 2 环境湿度 20 90 RH 无结露3 振动 小于5 9m s2 0 6G 4 气体杂质 无腐蚀性 爆炸性气体 无金属粉尘 少尘埃 1 变频器与电机的距离变频器在裕量方面已经作了充分考虑 基本能满足100m内的接线距离要求 2 变频器与控制室的距离1 采用电压信号 0 10V 使用屏蔽电缆在20 30m 用双绞线距离更短2 采用电流信号 4 20mA 用屏蔽电缆 可达80 100m3 用RS232通讯口距离限制在15 20m4 采用RS485通讯口距离可达1200m 波特率为9600bps 创捷 创捷 创捷 3 变频器的参数设置及调试 运行方式分为五种 按优先级依次为 点动运行 闭环运行 PLC运行 多段速运行 普通运行 创捷 4 变频器使用中的相关问题 谢谢 苏州市创捷工业控制技术有限公司 地址 苏州新区金山路3号 邮编 215011 电话 0512 68086418 一 变频器在风机控制系统中的应用 二 变频器在水泵控制系统中的应用 三 变频器在中央空调系统中的应用 创捷 创捷 一 变频器在风机控制系统中的应用 风机 水泵 空气压缩机 创捷 1 风机的基本参数及特性曲线 1 风机的基本参数 风量Q表示单位时间流过风机的空气量 其单位为 风压H表示当空气流过风机时 风机给予每空气的总能量 它总是由静风压和动风压组成 其单位为 轴功率风机工作时有效总功率 其单位为kW效率风机轴上的功率因有部分损失而不能全部传递给空气 它是评价风机工作优劣的主要指标之一 电动机功率式中 为传动机构的效率 直接传动时 皮带传动为0 9 0 95 齿轮传动为0 9 0 97 总效率 创捷 2 风机的特性曲线 H Q曲线 风机特性 表示当转速恒定时 风压H与风量Q之间关系的特性 创捷 2 风机的节能原理 调节风机风量主要有调节挡板和调节转速这两种方法 后者有明显的节电效果 曲线1为风机在恒速下的风压 风量 H Q 特性曲线 曲线2为恒速下的功率 风量 P Q 特性曲线 曲线3为管网风阻特性曲线 挡板全开 采用调节挡板的方法来调节调节风量 使管网阻力曲线由曲线3变为曲线4 就是说 减小挡板开度增加了管网阻力 此时 系统的工作点由原来的A点移至B点 可以看出 风量虽然降低了 但风压增加了 轴功率P2与面积BH2OQ2成正比 它与P1相比 减少不多 采用调节转速来调节风量的方法 风机转速由原来的n1降到n2 根据风机参数的比例定律 可以画出在转速n2下的风压 风量 H Q 特性曲线5 风机工作在C点 可见 在满足同样风量Q2的情况下 风压将大幅度降低到H3 轴功率P2 与面积CH3OQ2成正比 也明显降低 所节约的功率与面积AH1OQ1和CH3OQ2之差成正比 Q H O 1 2 3 4 5 B C A Q1 Q2 创捷 由流体力学可知 风量Q与转速n的一次方成正比 风压H与转速n的平方成正比 轴功率P与转速n的三次方成正比 即 当所需风量减少 风机转速降低时 其功率案转速的三次方下降 如所需风量为额定风量的80 则转速也下降为额定转速的80 而轴功率下降为额定功率的51 2 当所需风量为额定风量的50 时 轴功率可以下降为额定功率的12 5 当然 转速降低时 效率也会有所降低 同时还应考虑控制装置的附加损耗等影响 即使如此 这种方法的节电效果也非常可观的 注 因为当转速低于额定转速的40 50 时 风机的效率将明显下降 故风机的速度变化范围不宜过大 通常 最低转速不小于额定转速的50 一般调速范围在70 100 之间为宜 创捷 3 应用实例 车间通风机中变频变压调速系统的应用 1 引言 某一车间的冷却风机选用离心式通风机配鼠笼式异步电动机恒转速拖动运行 采用手动调节风机进风口挡板的大小来改变风量 调节困难 不能实现恒温自动调节 因挡板阻力大 噪声高 增加了风筒及附件的磨损 加大维修工作量 工频运行时 存在启动电流过大 最主要是风机是依据满负荷工作需要来选型 实际应用中大部分时间并非工作于满负荷状态 从而导致运行效率低 损耗高 造成能量的严重浪费 现对原系统进行技术改造 在出风口安装一只温度传感器 检测风口温度 并将温度信号转换成4 20mA的电流信号 这作为变频器的反馈信号 而变频器内置的PID综合给定信号与反馈信号 输出不同的电压和频率来控制风机的转速 来改变风机的风量 从而达到对风机恒温控制 创捷 2 变频调速系统 1 系统组成 恒温闭环变频调速系统由主电路断路器 变频器 温度传感器 电动机及冷却风机等组成 其技术指标在风机调速范围内电动机的温度控制精度为 创捷 创捷 2 系统工作原理 3 变频和工频的软切换 变频运行K2闭合 风机由变频器供电运行 处于变频调风状态 当出现变频器故障 传感器故障时 要求将变频器切换 且自动将风机与电网直接相连 K1闭合 使风机运行于全速状态 在变频与工频切换过程中 必须解决两种运行的切换问题 即变频器必须先由运行状态减速到零 然后再断开K2 投入K1 这种切换方式由变频器内部结构决定 当变频器处于运行状态时 三极管导通 继电器闭合 用其触点闭锁K2动作 当变频器处于停止状态时 三极管截止 继电器断开 此时允许K1动作 实现软切换 3 变频器的具体应用 1 接线图 温度设定信号为0 10V 使用变频器VCI GND端子 温度反馈信号为4 20mA 运用变频器CCI端子 P24作为温度传感器的电源 即变频器内置PID给定通道频率和反馈通道频率都是外部端子给出 变频器运行命令 启停 正 反转 由FWD REV控制 复位信号由多功能端子X1控制 创捷 4 效果分析 1 通风机改造后 在满足正常生产对风量需要的前提下 节电率约在44 2 变频器改造后 实现了软起动 取消了起动时的限流电抗器 起动电流大大减小 低于额定电流 避免了起动电流对电网和电动机的冲击 3 变频器的功率因数高 不需要功率补偿 去掉了原有的并在电动机输入侧的电容器 4 经测试 变频器输出谐波含量很小 低于4 5 实现了生产对风量的自动控制 提高了设备自动化控制程度和设备的可靠性 6 设备磨损减轻 维护费用降低 延长了维护周期 工作强度减少 7 变频运行后设备噪声降低 改善了工作环境 创捷 2 变频器参数设置 FH 00 电动机极数 FH 01 额定功率 FH 02 额定电流 创捷 二 变频器在水泵控制系统中的应用 1 水泵的基本参数 特性曲线及节能原理 1 水泵的基本参数 流量表明管道内水流速度的量 符号是Q 常用单位是1 供水流量是供水系统所能提供的流量 其大小决定于水泵本身的结构及转速 阀门的开度和水管的粗细等 2 用水流量是用户所需的流量 其大小决定于用户的用水情况 阀门开度和转速都不变的情况下 流量的大小主要取决于用户的用水情况 是进行控制的主要对象 扬程是供水系统把水从一个位置 上扬 到另一个位置时 水位的变化量 数值上等于对应的水位差 符号是H 常用单位是m 1 全扬程所有扬程的总和 数值上等于从水泵的吸入口到最高供水高度之间的水位差 符号为HT 2 基本扬程也叫实际扬程 是供水系统能够正常供水所需要的最小扬程 数值上等于从供水源的水平面到能够正常供水的最低水位之间的水位差 HS表示 3 损失扬程是供水系统在管道中损失的扬程 包括从水泵吸入口到水池水面之间的 吸入损失扬程 和 排水侧的 排水损失扬程 HL表示 三者关系为 HT HS HL 创捷 2 水泵的特性曲线及节能原理 水泵的特性与风机的特性基本相同 在此略水泵节能原理与风机也类似 在此略 创捷 2 应用实例 变频技术在恒压供水控制系统中的应用 恒压供水调速系统实现水泵电动机无级调速 依据用水量的变化 实际上为供水管网的压力变化 自动调节系统的运行参数 在用水量发生变化时保持水压恒定以满足用水要求 是当今先进 合理的节能型供水系统 恒压供水控制系统应用广泛 如高层建筑 城乡居民小区 企事业等生活用水 各类工业需要恒压控制的用水 中央空调系统 自来水厂增压系统 农田灌溉 污水处理 创捷 1 恒压供水控制系统的结构及工作原理 上述系统具有控制水泵出口总管压力恒定 变流量供水功能 系统通过安装在出水总管上的压力传感器 实时将压力非电量信号转换为电信号 输入PID调节器 信号经运算处理后与设定的信号进行比较运算 得出最佳的运行工况参数 从而输出变频器的频率设定值 实时的控制水泵流量 并使出口压力恒定 以提高系统的稳定性及供水的质量 创捷 2 控制方式 1 变频恒压变流量供水无论流量如何变化 都使水泵运行扬程保持不变 即只需在水泵出口设定一个压力控制值 比较简单易行 但它不是最经济的供水调节方式 尤其在管阻压力大 管路曲线陡曲的情况下 其局限性就显而易见 2 变频变压变流量供水控制原理与恒压供水相同 只是压力设置不同 它使水泵扬程不确定 而是沿管路特性曲线移动 避免流量减少时扬程的浪费 显然优于恒压供水 在恒压供水系统中 变频调速一般采用两种供水方式 变频恒压变流量供水和变频变压变流量供水 创捷 3 变频器的具体应用 这个应用与前面风机的应用类似 在此略 创捷 4 运行效果分析 创捷 三 变频器在中央空调系统中的应用 中央空调是现代化的物业不可缺少的设施 它能带给人们舒适宜人的生活和办公环境 由于中央空调运行周期长 设备功率大 电能消耗巨大 致使用户需要支付很大的电费开支 因此中央空调的节能改造显得尤为重要 通常 中央空调系统在设计时采用最大需求进行配备制冷设备和制冷能力 并且留10 20 设计余量 由于环境温度的变化和用户冷量需求的变化 形成制冷系统长期处于 大马拉小车 的工作状态 存在较大的富余 所以节能的潜力就较大 造成空调系统不必要的过多消耗电能 因此 进行节电改造是十分有必要的 创捷 1 中央空调系统的构成及工作过程 1 冷冻机组即空调主机 这是中央空调的 制冷源 通往各个房间的循环水由冷冻机组进行 内部热交换 降温为 冷冻水 2 冷却水塔为冷冻机组提供 冷却水 3 外部热交换 系统由两个循环水系统组成 4 冷却风机 1 冷冻水循环系统由冷冻泵及冷冻水管道组成 从冷冻机组流出的冷冻水由冷冻泵加压送入冷冻水管道 在各房间内进行热交换 带走房间内的热量 使房间内的温度下降 从冷冻机组流出 进入房间的冷冻水简称为 出水 流经所有的房间后回到冷冻机组的冷冻水简称为 回水 2 冷却水循环系统由冷却泵 冷却水管道及冷却塔组成 冷冻机组进行热交换 使水温冷却的同时 必将释放大量的热量 该热量被冷却水吸收 使冷却水温度升高 冷却泵将升了温的冷却水压入冷却塔 使之在冷却塔中与大气进行热交换 然后再将降了温的冷却水 送回到冷冻机组 如此不断循环 带走了冷冻机组释放的热量 流进冷冻机组的冷却水简称为 进水 从冷冻机组流回冷却塔的冷却水简称为 回水 1 室内风机安装于所有需要降温的房间内 用于将由冷冻水冷却了的冷空气吹入房间 加速房间内的热交换 2 冷却塔风机用于降低冷却塔中的水温 加速将 回水 带回的热量散发到大气中去 可以看出 中央空调系统的工作过程是一个不断地进行热交换地能量传递过程 冷冻水和冷却水循环系统是能量的主要传递者 因此 对冷冻水和冷却水循环系统的控制便是中央控制系统的重要部分 创捷 2 中央空调的节能改造 中央空调的拖动系统主要是由风机 水泵组成 这类负载消耗的能量与流量成立方比的关系 所以在保证流量需求的前提下 采用变频调速的方式来调节流量 可以大大降低电力能量的损耗 创捷 1 冷冻水循环系统的改造 冷冻水的回水温度和出水温度之差说明了冷冻水从用户端带走热量的大小 所以通过温差可以做出冷量需求的判断 利用温差作为冷冻水流量的控制依据 进行节能控制 但由于冷冻主机的出水温度是冷冻机组的 冷冻 的结果 常常是比较稳定的 故实际上 只需根据回水温度的检测 进行控制就可以了 回水温度高 说明房间温度高 应提高冷冻泵的转速 加快冷冻水的循环速度 反之 回水温度低 说明房间温度低 可降低冷冻水的转速 减缓冷冻水的循环速度 实现回水的恒温度控制 从而节约了能源 创捷 创捷 如果冷冻水循环系统由三台水泵组成 采用变频调速时 可有两种方案 1 起动1号泵 进行恒温度控制 2 当工作频率上升至设定的切换上限值通常可小于50HZ 如48HZ 时 起动2号泵 1号泵和2号泵同时进行变频调速 实现恒温度控制 3 当工作频率又上升至切换上限值时 起动3号泵 三台泵同时进行变频调速 实现恒温度控制 4 当三台泵同时运行 而