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变频器常见问题解答
行业新闻 >  添加时间:2008-1-28
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 Modulation(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6~7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1.2~1.5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60~6Hz,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0.5~3Hz.
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PG反馈功能的变频器,精度有提高。但速度精度的植取决於PG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,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
 
 
 
 
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 Modulation(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6~7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1.2~1.5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60~6Hz,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0.5~3Hz.
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PG反馈功能的变频器,精度有提高。但速度精度的植取决於PG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,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。
 
 
问些基本的问题,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。
 
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。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。  
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、η、cosφ、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1.05~1.1)
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130%~150%(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/ηcos
PM:电动机输出功率
η:电动机的效率(约取0.85)
cosφ: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1.05~1.10)
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1.05~1.10
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5~7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。
I1CN≥IK/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 Kg=1.3~1.5
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(N·m2)
TL:负载转矩(N·m)
η,cosφ,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1.05~1.10)
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30%~50%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、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:Q∝n ,H∝n2,P∝n3;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 =Q·H/(η c·η b)×10-3得出。其中,P、Q 、H 、η c 、η 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(η c·η 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50%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=45×11×(100%-69%)×300=46035kW·h 
 
  W2=45×13×(95%-20%)×300 =131625kW·h 
 
  W = W1+W2=46035+131625=177660kW·h 
 
  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=22×11×[1-(46/50)3]×300=16067kW·h 
 
  W2=22×13×[1-(20/50)3]×300=80309kW·h 
 
  Wb = W1+W2=16067+80309=96376 kW·h 
 
  挡板开度时的节电量为:W1=22×(1-98%)×11×300=1452kW·h 
 
  W2=22×(1-70%)×11×300=21780kW·h 
 
  Wd = W1+W2=1452+21780=23232 kW·h 
 
  相比较节电量为:W= Wb-Wd=96376-23232=73144 kW·h 
 
  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(h) 消耗电网输出的电能(kW·h) 
 
  阀门节流调节 电机变频调速 
 
  47 2 33.2×2=66.4 28.39×2=56.8 
 
  40 8 30×8=240 21.16×8=169.3 
 
  30 4 27×4=108 13.88×4=55.5 
 
  20 10 23.9×10=239 9.67×10=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 kW·h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,是一种理想的调速控制方式。既提高了设备效率,又满足了生产工艺要求,并且因此而大大减少了设备维护、维修费用,还降低了停产周期。直接和间接经济效益十分明显,设备一次性投资通常可以在9个月到16个月的生产中全部收回。
 
        一台变频器可以带多台电动机吗? 请说明理由,如果可以,变频器的容量应该如何选择?各台电机怎么保护?
变频器一拖多的各电机保护:各台电机前一般根据电机功率配一个小型空气开关,一只交流接触器以及一个热继电器,如果空气开关带热保护则可不用热继电器,如果是N台电机同时起动,同时停止则可不用接触器。
感谢大家的参与,变频器一拖多在某些行业应用非常广泛,一台变频器带七八台甚至十来台电机是家常便饭,比如在化纤工业中,一台计量泵变频器带多台计量泵电机,一台导丝盘变频器带多台导丝盘电机,同一台变频器所带的这些电机功率都是相同的。
这就带来了变频器的容量应该如何选择,各台电机怎么保护的问题。
 
 
 
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