第七章 变频器在调速系统中的应用

1、学习目标学习目标1.熟悉和了解变频器在生产中的应用。2.能够分析变频器各种应用电路。3.应用所学知识能够设计简单的变频器调速控制电路。7.1 变频技术应用综述变频技术应用综述 变频技术的应用分为两类，一类用于交流调速系统，一类用于为其它设备提供静止电源。变频器最典型的用途是电力拖动系统的节能和提高产品质量。随着电力电子技术、计算机技术和自动控制理论的不断发展，电气传动技术日新月异。交流电动机调速系统广泛取代直流电动机调速系统已经成为现实。交流电动机调速技术是节能、改善工艺流程以及提高产品质量、推动技术进步的必要手段之一。7.1 变频技术应用综述变频技术应用综述7.2 变频器在风机控制中的应用变

2、频器在风机控制中的应用 风机是工矿企业中应用比较广泛的机械，如锅炉的燃烧系统，矿山通风系统以及造纸烘干系统等。传统的风机控制是全速运行，风机提供固定的风压、风量。但生产工艺往往需要对风压和风量以及温度等技术指标进行调节控制，若全速运行必然导致电能的大量浪费。因此，采用变频器实施对风机的控制具有重要的节能意义。7.2 变频器在风机控制中的应用变频器在风机控制中的应用7.2.1风机负载的机械特性风机负载的机械特性1二次方律负载2风量调节方法3风机容量选择4变频器容量选择7.2 变频器在风机控制中的应用变频器在风机控制中的应用7.2.2变频器的设置变频器的设置1变频器控制方式设置(1)操作模式设置(

3、2)变频器控制方式设置(3) U/f控制曲线的选择7.2 变频器在风机控制中的应用变频器在风机控制中的应用2变频器参数设置(l)上限频率(2)下限频率(3)升、降速时间(4)升、降速方式(5)回避频率(6)起动前的直流制动7.2 变频器在风机控制中的应用变频器在风机控制中的应用7.2.3风机变频调速系统电路组成风机变频调速系统电路组成7.2 变频器在风机控制中的应用变频器在风机控制中的应用7.2.4节能效益分析节能效益分析如果，一台工业锅炉所使用的30 kW引风机，一天24 h连续运行。采用变频调速，在大风量时，频率按46 Hz计算，每天有10 h；在小风量时，频率按20 Hz计算，每天有14

4、 h。用挡板调节风量，在大风量时，电动机功率消耗按额定功率的98%计算，每天同样有1O h；在小风量时电动机功率消耗按额定功率的70%计算，每天也有14 h。全年运行时间以300天计算：请读者自行计算变频调速的节电效果。7.3变频器在恒压供求系统中的应用变频器在恒压供求系统中的应用7.3.1供水系统的主要参数供水系统的主要参数1.流量2.压力3.全扬程4.损失扬程与实际扬程5.管阻7.3变频器在恒压供求系统中的应用变频器在恒压供求系统中的应用7.3变频器在恒压供求系统中的应用变频器在恒压供求系统中的应用7.3.2供水系统的特性供水系统的特性1.水泵的扬程特性2.管道的阻力特性7.3变频器在恒压

5、供求系统中的应用变频器在恒压供求系统中的应用7.3.3 供水系统流量的调节方法供水系统流量的调节方法1.管道阀门调节2.水泵转速调节 将管道阀门调节与水泵转速调节两种方法相比较，可知，采用调节水泵转速的方法调节水的流量，降低了电动机使用功率，从而达到了节能的目的。7.3变频器在恒压供求系统中的应用变频器在恒压供求系统中的应用7.3.4恒压供水的控制目标恒压供水的控制目标当供水能力Qg大于用水需求量Qn时，水压上升(p)； 当供水能力Qg小于用水需求量Qn时，水压下降(p)； 当供水流量Qg等于用水需求量Qn时，水压恒定(p)。7.3变频器在恒压供求系统中的应用变频器在恒压供求系统中的应用7.3

6、.5恒压供水变频调速系统控制原理恒压供水变频调速系统控制原理1恒压供水变频调遵系统构成7.3变频器在恒压供求系统中的应用变频器在恒压供求系统中的应用2压力传感器(1)压力变迸器SP (2)远传压力表P7.3变频器在恒压供求系统中的应用变频器在恒压供求系统中的应用3系统工作原理7.3变频器在恒压供求系统中的应用变频器在恒压供求系统中的应用7.3.6变频器选型及功能设置变频器选型及功能设置1变频器选型2控制方式设置3频率功能设置4暂停运行功能7.3变频器在恒压供求系统中的应用变频器在恒压供求系统中的应用7.3.7恒压供水变频调速系统实例分析恒压供水变频调速系统实例分析1多台水泵的切换2主电路说明7

7、.3变频器在恒压供求系统中的应用变频器在恒压供求系统中的应用3系统调节原理7.3变频器在恒压供求系统中的应用变频器在恒压供求系统中的应用4控制电路说明(1) PLC输入点(2) PLC输出点(3)信号处理器7.3变频器在恒压供求系统中的应用变频器在恒压供求系统中的应用7.4 变频器在中央空调控制系统中的应用变频器在中央空调控制系统中的应用7.4.1 中央空调系统构成中央空调系统构成1冷冻主机与冷却水塔2外部热交换系统7.4 变频器在中央空调控制系统中的应用变频器在中央空调控制系统中的应用7.4.2冷却水系统变频调速控制冷却水系统变频调速控制1系统的控制依据2冷却水循环系统闭环控制7.4 变频器

8、在中央空调控制系统中的应用变频器在中央空调控制系统中的应用7.4 变频器在中央空调控制系统中的应用变频器在中央空调控制系统中的应用7.4.3 冷冻水系统变频调速控制冷冻水系统变频调速控制 1.系统的控制依据 (1)压差控制 (2)温度控制 2.系统的控制方案 (1)压差为主温度为辅的控制 (2)温度为主压差为辅的控制7.4 变频器在中央空调控制系统中的应用变频器在中央空调控制系统中的应用7.4 变频器在中央空调控制系统中的应用变频器在中央空调控制系统中的应用7.4.4中央空调变频调速的节能作用中央空调变频调速的节能作用有关资料表明，我国现有电动机装机总容量约4亿多千瓦，其用电量占当年全国发电量

9、的60% - 70%。而风机、水泵设备装机总功率达1.6亿千瓦，年耗电量非常巨大，约占当年全国电力消耗总量的1/3。应用变频器后，其节电率一般在20% - 60%，投资回收期12年，企业和社会经济效益相当可观。所以，大力推广应用变频调速技术，不仅是当前推进企业节能降耗、提高产品质量的重要手段，而且也是实现经济增长方式转变和我国可持续发展战略的必然要求。7.5变频器在起重设备中的应用变频器在起重设备中的应用7.5.1变频调速起重设备系统的特点变频调速起重设备系统的特点1.起重机械起升机构的基本组成7.5变频器在起重设备中的应用变频器在起重设备中的应用2.起重机械起升机构的转矩分析（1）电动机的转

10、矩TM（2）重力转矩TG（3）摩擦转矩T07.5变频器在起重设备中的应用变频器在起重设备中的应用3.升降过程中电动机的工作状态（1）重物上升（2）轻载或空钩下降（3）重载下降7.5变频器在起重设备中的应用变频器在起重设备中的应用7.5.2 起升机构拖动系统的技术要求起升机构拖动系统的技术要求 1调速范围 2上升时的传动间隙 3制动方法 4溜钩问题 5点动功能 6电动机的选择 7变频器的选择 8制动电阻估算7.5变频器在起重设备中的应用变频器在起重设备中的应用 9再生电能的处理 (1)有源逆变器 (2)直流反馈7.5变频器在起重设备中的应用变频器在起重设备中的应用10公共直流母线7.5变频器在起

11、重设备中的应用变频器在起重设备中的应用 7.5.3 变频器在起置设备中的应用实例分析变频器在起置设备中的应用实例分析 1控制方案(1)控制方式(2)起动方式(3)制动方式(4)点动方式(5)调速要求7.5变频器在起重设备中的应用变频器在起重设备中的应用7.5变频器在起重设备中的应用变频器在起重设备中的应用2电路分析按钮SBI、SB2控制接触器KMI，由KMl控制变频器的电源。 PLC的输出端子Y4、Y5分别接人变频器输入端子S1、S2，控制电动机的正、反转及停车。 由接触器KMB控制制动电磁铁YB，KMB的动作是根据起重机械在升、降或停止过程中的需要来控制的7.5变频器在起重设备中的应用变频器

12、在起重设备中的应用SA是操作手柄。在正、反两个方向共设7挡转速。正转时采用接近开关SQR2作为限位控制；反转时采用接近开关SQR1作为隈位控制。SQFI、SQF2是吊钩最高限位控制开关。按钮SB3、SB4是作为正、反方向的点动控制。采用旋转编码器PG测量电动机转速，然后反馈给变频器，作为有速度传感器矢量控制方式的反馈信号。 7.6 变频器在电梯控制中的应用变频器在电梯控制中的应用7.6.1 电梯传动系统组成电梯传动系统组成配重的重量 =（载重量2 + 轿箱自重）k7.6 变频器在电梯控制中的应用变频器在电梯控制中的应用2.电梯工作过程3.对升降速的要求4.电动机工作状态（1）轿厢满载（2）轿厢

13、轻载5.电梯变频调速主电路(1)变频器输入侧(2)变频器输出侧(3)制动7.6 变频器在电梯控制中的应用变频器在电梯控制中的应用 6控制电路特点7.6 变频器在电梯控制中的应用变频器在电梯控制中的应用7.6.2变频调速电梯实例分析变频调速电梯实例分析7.6 变频器在电梯控制中的应用变频器在电梯控制中的应用1.整流与回馈电路2.逆变电路3.检测电路4.控制电路7.6 变频器在电梯控制中的应用变频器在电梯控制中的应用7.6.3 自动扶梯技术改造简介自动扶梯技术改造简介 1自动扶梯变频节能运行原理 2全自动扶梯节能改造方案 3对变频器的要求 4变频调速特点7.7变频器在唪酒灌装生产线上的应用变频器在

14、唪酒灌装生产线上的应用 7.7.1系统的组成系统的组成 1工艺流程及控制方案 2电气控制系统组成7.7变频器在唪酒灌装生产线上的应用变频器在唪酒灌装生产线上的应用7.7.2电气控制原理电气控制原理 1.模拟量控制方式 2.多挡速度控制方式7.7变频器在唪酒灌装生产线上的应用变频器在唪酒灌装生产线上的应用7.7.3变频器的选择及参数设置变频器的选择及参数设置1变频器容量选择2变频器参数设置(1)起动频率(2)加、减速时间(3)多挡速度设置(4)各段频率设置7.7变频器在唪酒灌装生产线上的应用变频器在唪酒灌装生产线上的应用7.8 变频器在龙门刨床上的应用变频器在龙门刨床上的应用7.8.1 龙门刨床

15、的机械运动龙门刨床的机械运动7.8 变频器在龙门刨床上的应用变频器在龙门刨床上的应用7.8.2 龙门刨床变频调速系统的组成龙门刨床变频调速系统的组成1刨床的机械特性2变频调速系统的组成7.8 变频器在龙门刨床上的应用变频器在龙门刨床上的应用3变频调速的特点(1)减小静差率(2)具有转矩限制功能(3)容易控制爬行距离(4)节能效果显著7.8 变频器在龙门刨床上的应用变频器在龙门刨床上的应用4对刨床的控制要求刨台转速变化的控制必须满足于刨台做往复运动的要求。刨床的切削速度以及返回速度必须便于调节。需设置点动功能，以利于工件在刨台上的位置调整。刨台的往复运动与横梁的位移及刀架的运行之间，必须要有可靠

16、的互锁。油泵电动机需要与刨台电动机互锁。因为，只有在油泵正常工作情况下才允许刨台往复运动。如果在刨台往复运动过程中，油泵电动机发生故障停机，则刨台不允许在切削中间位置停止，而必须等刨台返回到起始位置时才能停止运行。7.8 变频器在龙门刨床上的应用变频器在龙门刨床上的应用7.8.3刨台变频调速系统工作原理刨台变频调速系统工作原理1变频器的通、断电方式2刨台速度调节方式3往复运动的起动4故障处理5停机7.8 变频器在龙门刨床上的应用变频器在龙门刨床上的应用7.9高压变频器在炼铁厂除尘系统中的应用高压变频器在炼铁厂除尘系统中的应用1. 高压节能设备选型炼铁厂高炉除尘风机的电机型号 YKK560-6

17、800KW 10000V 54.7 A 993转/分LPH-10-6-800高压智能化节能设备，该设备采用西门子罗宾高的高压变频器，加上LPH-10-6-800控制主板及LP控制软件，减少了电网的谐波污染，不存在因谐波引起的电机发热、转矩脉动、噪音、共模电压等。7.9高压变频器在炼铁厂除尘系统中的应用高压变频器在炼铁厂除尘系统中的应用2系统结构图7.9高压变频器在炼铁厂除尘系统中的应用高压变频器在炼铁厂除尘系统中的应用3. 高压变频原理4.二次回路及控制7.9高压变频器在炼铁厂除尘系统中的应用高压变频器在炼铁厂除尘系统中的应用5. 节能原理分析1） 节能分析2）风机节能原理即风门调节与变频调节

18、的区别3）液力耦合器调速与变频调速的区别7.9高压变频器在炼铁厂除尘系统中的应用高压变频器在炼铁厂除尘系统中的应用6. 系统调试中的问题及解决办法1） 在高压变频器通电之前，对进线变压器进行耐压实验，可分三次以上不同的时间进行，完成之后，才能对高压变频器通电进行调试。调试时的速度由变频器直接输出，从10%到100%的额定速度，分段进行速度给定，这期间注意高压变频器及电机等设备运行情况。7.9高压变频器在炼铁厂除尘系统中的应用高压变频器在炼铁厂除尘系统中的应用当运行正常后，即可开始连接风机带负荷运行，速度也是由10%到100%的额定速度给定分阶段进行升、降速。在此阶段必须调节好高压变频器的升、降

19、速时间，不能过快，否则变频器会报故障而停机，甚至会烧坏IGBT模块。针对除尘风机情况，一般升速时间在70秒左右，降速时间在100秒左右，这样即保证了生产工艺要求的快速升降速度，又保护了变频器不会损坏。7.9高压变频器在炼铁厂除尘系统中的应用高压变频器在炼铁厂除尘系统中的应用2）变频器的速度输出是由外部给定的模拟信号来控制的，因此，在调试中必须确保模拟信号的稳定性。变频器设备会产生较大的电磁干扰信号，对于模拟信号的传输影响很大。因此，设计、施工时做好接地工作、选用屏蔽电缆之外，最好对信号电缆穿铁管加以屏蔽。信号类型选择电流信号而不要选用电压信号。7.10 防爆变频技术在钢缆皮带中的应用防爆变频技

20、术在钢缆皮带中的应用 起动平稳，可满载起动；调速方便，可实现运人、运料、验绳等多种速度；负力提升时能自动进入电气制动运行状态，再生能量通过回馈电网实现电气制动；处理事故或检修时可逆运行；必须设置可靠的各种安全保护装置；维护量小。7.10 防爆变频技术在钢缆皮带中的应用防爆变频技术在钢缆皮带中的应用7.10 防爆变频技术在钢缆皮带中的应用防爆变频技术在钢缆皮带中的应用7.10.1 本系统的构成本系统的构成1. 拖动部分1）本系统采用磁通矢量控制变频器2）变频软起动、软停止特性7.10 防爆变频技术在钢缆皮带中的应用防爆变频技术在钢缆皮带中的应用3）重载起动4）自动回馈制动5）实现无级调速6）可任

21、意调整的加、减速度：7）完善的保护和故障自诊断功能：8）针对煤矿采取特殊措施：7.10 防爆变频技术在钢缆皮带中的应用防爆变频技术在钢缆皮带中的应用2.控制部分1）隔爆兼本安型PLC控制箱：2）本质安全型操作集控台功能介绍（1）速度设定：（2）可逆运行7.10 防爆变频技术在钢缆皮带中的应用防爆变频技术在钢缆皮带中的应用7.10.2操作方式及流程操作方式及流程1.自动方式：2.手动方式：3.甩变频器或电机运行：7.10 防爆变频技术在钢缆皮带中的应用防爆变频技术在钢缆皮带中的应用7.11 变频技术在家用电器上的应用变频技术在家用电器上的应用7.11.1 家用变频空调家用变频空调7.11 变频技术在家用电器上的应用变频技术在家用电器上的应用1.室内机部分2室外机部分3变频空调控制原理7.11 变频技术在家用电器上的应用变频技术在家用电器上的应用7.11.2 变频洗衣机变频洗衣机1提高洗衣效果2节能3低噪声7.11 变频技术在家用电器上的应用变频技术在家用电器上的应用7.11.3变频