第5章 变频器在各类负载中的应用

变频器及应用技术,上海电机学院王侃夫,第5章,变频器在各类负载中的应用,恒转矩负载的变频调速重力负载的变频调速恒功率负载的变频调速二次方律负载的变频调速恒压供水系统变频节能,一、恒转矩负载的特点,1典型实例,a）带式输送机b）机械特性c）功率特性,2负载特点（1）转矩特点运动的阻力：F与转速无关；作用半径：与转速无关；负载的转矩：TLFr与转速无关。在调速过程中，TL常数（2）功率特点,3对拖动系统的要求,a）变频调速系统b）对机械特性的要求c）对动态响应的要求,二、变频调速的要害低频运行与起动,1重载低频运行的对策,a）转矩提升b）转差补偿c）矢量控制,2起动特点及对策,a）传输带b）起动特点c）起动频率d）S形加速,三、上、下限频率的预置要点,1上限频率尽量接近于额定频率：fHfN,2尽量提高下限频率（1）有利于电动机的散热。（2）提高在下限频率下运行的稳定性（尤其是无反馈矢量控制方式）。,四、恒转矩负载的调速范围,1调速范围和负荷率的关系,有效转矩线,2满足调速范围的方法（1）负载数据TL140Nm，nmax720r/min，nmin80r/minnnmax/nmin=9，传动比：2负载转矩的折算值TL140/270Nm（2）解决方法如A%70%，则n11.69,a）=2b）=2.75,减小负荷率，增大调速范围,一、重力负载及其特点,1重力负载的特点（1）需要电磁抱闸,位能负载实例a）斜坡传输b）起重机械,（2）拖动系统的状态,电动机的状态a）重物下降b）拖动系统的状态,2重力负载的四象限运行,（1）重物上升,重物上升时的工作点,（2）空钩（包括轻载）下降,空钩下降时的工作点,（3）重载下降,重载下降时的工作点,二、提升装置的防溜钩,1电磁制动器的接法,a）工频运行时b）变频运行时,2变频运行时防溜钩的方法,3应急措施举例,（1）制动单元损坏后的应急措施,（2）变频器跳闸时的防溜钩,（3）停电防滑行装置1）变频调速系统,变频调速系统的强力制动,2）非变频调速系统,非变频调速拖动系统的强力制动,三、大车的控制特点,1大车示意图,大车的拖动系统和馈电特点,2下垂特性及其预置,a）存在问题b）下垂特性c）下垂特性的预置,一、恒功率负载的特点,恒功率负载及其特性a）卷径很小时b）卷径增大时c）卷径最大时,2主要特点（1）功率特点PLF常数（2）转矩特点TLF（3）转速特点n1/r,1典型实例,二、恒功率负载的系统容量,1主要矛盾,额定频率以下带卷绕机,2解决方法,提高频率带卷绕机a）二倍频带卷绕机b）三倍频带卷绕机,三、卷绕机械变频调速要点,1闭环控制,卷绕的闭环控制,2转矩控制（在有反馈矢量控制模式下）,a）控制系统示意图b）转矩与转速,3功能预置要点（1）上限频率因为：1）主要着眼于减小系统容量；2）拖动系统在最高频率下停留时间极短。所以：上限频率可预置为：fH（23）fN（2）转矩提升因为：1）当被卷物的卷径最大时，负载的阻转矩也最大，而运行频率则最低；2）在低频情况下，不存在轻载运行的工况；3）起动过程通常在轻载情况下进行。所以：“转矩提升”可以尽量提高，但必须注意在起动过程中是否发生“过电流”跳闸。（3）加、减速时间因为：1）在最轻负荷下起动；2）在最低频率下停机；3）起动和停机时惯性都小。所以：加、减速时间可预置得短一些。,一、二次方律负载的特点,1转矩特点,二次方律负载及其特性,2功率特点,二、风机变频调速要点,1变频器选型,（1）容量PNPMN（2）类型风机、水泵用变频器,2功能预置要点,（1）控制方式VF控制方式,风机、水泵用的Uf线a）艾默生变频器b）康沃变频器c）A-B变频器,（2）上限频率（或最高频率）,由于风机属于二次方律负载，故最高频率不允许超过电动机的额定频率（基本频率）。,设工作频率fX上升10%，即fX=1.1fN=1.150=55Hz则，转速也上升10%，于是，负载转矩TLX为TLX=（1.1）2TLN=1.21TLN可见，负载转矩将增大21%，使电动机处于严重过载状态。,（3）下限频率,风机频率太低时，实际意义不大，故下限频率通常预置位25Hz。,（4）起动功能,根据需要，可预置起动前的直流制动功能，以保证零速起动。,（5）加、减速时间与方式,1）加、减速时间因为：）风机的惯性较大；）起动与停机很不频繁。所以：加、减速时间应适当延长，使起动时的电动机电流和停止时的直流电压都限制在允许范围内。2）加、减速方式因为：风机在低速时阻转矩很小，而在频率较高时阻转矩增加较快。所以：采用半S方式为宜。,tS,tD,tS,tA,S形时间tS可以按升速时间tA或降速时间tD的20%30%来预置。如tA=tD=30s，则tS可预置69s。,三、水泵变频调速要点,1与风机的不同点,（1）加、减速时间因为：1）为了彻底消除水锤效应，加、减速时间不应太短；2）因为在很低速时，管路内的水压可能形成回流，故加、减速时间也不宜太长。所以：取tAtD1020s（2）加、减速方式因为：为了避免回流，水泵在低速段的滞留时间不宜太长。所以：也以采用半S形加、减速方式为好。2下限频率因为：1）供水系统有静扬程，频率太低，将无法供水。2）在多台水泵“并联”的情况下，管路内有一定压力。频率太低，变频泵将难以供水。所以：需要预置下限频率，通常为，fL2535Hz。,水泵下限频率需要考虑的因素a）单台泵供水b）多台泵供水,恒压供水系统,变频器及应用技术,一、恒压供水,1.目的,恒压供水系统,变频器及应用技术,2.变频恒压供水的构成,a）基本接线b）睡眠与唤醒,恒压供水系统,变频器及应用技术,二、案例,1#泵,2#泵,水箱,YTZ-150差动变压器式远传压力表,开泵时，1#泵变频起动，变频器输出频率由0Hz上升，1#泵转速由零开始随频率上升。压力控制器（PXW-5BE-8V）接受到压力传感器020mA信号，经与设定压力比较、调节后输出控制电压给变频器。若变频器频率达到50Hz，但压力仍小于设定值，1#泵由变频切换成工频，变频器频率由50Hz下降至0Hz，2#泵变频起动，2#泵转速由零开始随频率上升。当压力大于设定值时，1#泵停机，2#泵继续变频运行。当压力再次小于设定值时，2#泵由变频切换成工频，变频器频率由50Hz下降至0Hz，1#泵变频起动。这样循环下去，两台泵轮流变频工作来完成恒压供水，既可以延长泵的使用寿命，又不会发生其中一个泵因经常不用而锈死的情况。,1.变频“一拖二”构成,恒压供水系统,变频器及应用技术,2.接线图,恒压供水系统,变频器及应用技术,3.PLC电气原理图,4.PLC控制流程图,5.PLC梯形图（部分）,一、节能的空间,1.没有浪费，何谈节能,无节能空间实例a）不必调速b）不允许减速,2.工频运行的浪费,（1）空气压缩机泄载在工频运行时，如储气罐的压力偏高，通过泄载阀泄放部分空气。,空气压缩机的泄载,（2）锅炉给水泵回流要求锅炉汽包的水位恒定。工频运行时，通过调节阀门开度，改变回流量，达到调节锅炉汽包的水位的目的。,锅炉给水泵的回流调节,二、变速运行可以节能,1恒转矩负载,恒转矩负载的变速运行a）全速运行b）低速运行c）功率特性,2二次方律负载,二次方律负载的变速运行a）全速运行b）变速运行c）功率特性,三、“大马拉小车”的节能,1降低电压可以节能,解决大马拉小车的基本途径a）从最佳工作点看b）从机械特性看,2额定频率时的节能对策,变频器的处理方法a）工频拖动系统b）基本频率的预置c）变频拖动系统,3低频运行时的节能对策,（1）二次方律负载的低速运行,低频大马拉小车a）风机示意图b）机械特性,（2）低减压频比节能,低减压频比节能a）低减压频比b）机械特性,四、多余能量的充分利用,1多台变频器共母线,2回馈单元,入电能回馈单元a）能耗电路b）回馈单元,五、节能效益,1.故障减少的效益,（1）电刷与换向器,带换向器的电动机a）直流电动机b）三相整流子电动机,（2）电刷和滑环,带滑环的电动机a）同步电动机b）串级调速c）电磁调速电动机,2.产品质量提高的效益,（1）浆纱机变频调速可使各单元张力一致,（2）无心磨床一面观察火花，一面调节频率，可提高光洁度,无心磨床a）观察火花b）调节频率,国电常州电厂双引双送变频调速节能改造,国电常州发电有限公司一期工程安装二台600MW超临界发电机组，二台机组分别于06年5月及11月顺利通过168小时满负荷试运行。锅炉是哈尔滨锅炉厂有限责任公司引进英国三井巴布科克能源公司（MitsuiBabcockEnergyLimited）技术生产的超临界、变压运行燃煤直流锅炉。1.送风每台锅炉风烟系统配有二台50%容量、型号为FAF26.6-14-1动叶可调式轴流送风机，正常运行方式为二台均投入运行，无备用送风机，依靠送风机动叶开度的调节，调整送风机的出力。2.引风每台锅炉风烟系统配有二台50%容量，型号为AN35e6(V19+4)静叶可调轴流式风机。正常运行方式为二台均投入运行，无备用引风机，依靠引风机挡板开度的调节，调整引风机的出力。,应用实例,1.2#炉送风机、引风机变频