变频器的计算方式
变频器的计算方式
变频器的一些输出频率与电压，功率等都有关系，
1.变频器输出频率与输出电压之间对应关系：变频器输出频率与输出电压为正比。举例：当输出频率由50Hz调整为30Hz时，实测的输出电压为232V。此时，输出频率为额定频率的60%，输出电压同样为输入电压的60%。
2.变频器输出频率与输入功率之间对应关系：变频器输出频率与输入功率的立方成正比。举例：当输出频率由50Hz调整为30Hz时，输入功率由额定值减少为P输入= 设：电动机额定功率=100KW则输入功率==21.6KW。
3.变频器输出频率与输入电流之间对应关系：变频器输出频率与输入电流的立方成正比。举例：当输出频率由50Hz调整为30Hz时，输入电流由额定值减少为P输入= 设：电动机额定电流=200A则输入功率==43.2A。
变频器节能计算
变频不是到处可以省电，有不少场合用变频并不一定能省电。作为电子电路，变频器本身也要耗电（约额定功率的3-5%）。一台1.5匹的空调自身耗电算下来也有20-30W,相当于一盏长明灯. 变频器在工频下运行，具有节电功能，是事实。但是他的前提条件是：第一,大功率并且为风机/泵类负载；第二，装置本身具有节电功能（软件支持）；第三，长期连续运行。这是体现节电效果的三个条件。除此之外，无所谓节不节电，没有什么意义。 变频节能 什么是变频器 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。 PWM和PAM的不同点是什么 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。 电压型与电流型有什么不同 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。 为什么变频器的电压与电流成比例的改变 异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，那么磁通就过大，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。这种控制方式多用于风机、泵类节能型变频器。
最新变频器节电率的计算整理
几种典型负载的节电率计算方法 （1）各种风机、泵类因为P∝n的三次方，节电效果显著，应首先应用变频器，具体值见表1。表1 应用变频器节电效果 计算时可用
式中P％——实际消耗功率百分值； s——实际转速百分值； K——系数，K＝0.0001。 节电率N％＝1-P％ 举例，转速n为90％时，相应频率值为45Hz，则P％＝0.0001×（90）3＝73％。所以N％＝1 －73％＝27％。一般风机、泵类节电率在30％以上。 （2）空压机、挤出机、搅拌机因为P∝n，所以节电率与允许减速范围成正比，N％＝n％。 （3）波动负载如破碎机、粉碎机、冲床、落料机、剪切机等9这种负载具有周期波动性，且波动功率较大，控制方式以闭环为好，相对节电率也大些，功率波动负载如图所示。
（4）阶梯负载如间歇工作有储气罐的空压机、定容积水箱、水池、水塔等，工作时间t1是满负载PH，一定压力后自动卸载，电动机空载Po时间为t1，采用降速降流量，用适当延长工作时间t1、缩短空载时间t2的方法来实现节电。经实际运行，约有15％～20％的节电率。而且t2 （5）间歇负载如高位水箱、水池、水塔等。工作时间t1为满负载，不工作时间为t2，且t2≥t1，现采用降速降流量，延长工作时间t1，缩短不工作时间t2，这样改变后节电效果也明显，约有20％～30％的节电率。间歇工作负载的功率变化情况（Po＝0）如图所示。 （6）人为的负载转移来实现节电这种情况往往发生在中央空调系统的冷却泵、冷冻泵或其他同类地方。平常开一台泵，电动机 处于满负载或超负载，而且压力、流量也无富余度，使用变频器后没办法实现节电。但各用泵较多，一般是1：1（五星级宾馆大都如此），这时只有采用人为的负载转移方法来实现节电，见表2。 变频器调整必须知道的几个参数 变频器功能参数很多，一般都有数十甚至上百个参数供用户选择。实际应用中，没必要对每一参数都进行设置和调试，多数只要采用出厂设定值即可。但有些参数由于和实际使用情况有很大关系，且有的还相互关联，因此要根据实际进行设定和调试。 因各类型变频器功能有差异，而相同功能参数的名称也不一致，为叙述方便，本文以富士变频器基本参数名称为例。由于基本参数是各类型变频器几乎都有的，完全可以做到 触类旁通。 一加减速时间 加速时间就是输出频率从0上升到最大频率所需时间，减速时间是指从最大频率下降到0所需时间。通常用频率设定信号上升、下降来确定加减速时间。在电动机加速时须限制频率设定的上升率以防止过电流，减速时则限制下降率以防止过电压。 加速时间设定要求：将加速电流限制在变频器过电流容量以下，不使过流失速而引起变频器跳闸；减速时间设定要点是：防止平滑电路电压过大，不使再生过压失速而使变频器跳闸。加减速时间可根据负载计算出来，但在调试中常采取按负载和经验先设定较长加减速时间，通过起、停电动机观察有无过电流、过电压报警；然后将加减速设定时间逐渐缩短，以运转中不发生报警为原则，重复操作几次，便可确定出最佳加减速时间。 二转矩提升 又叫转矩补偿，是为补偿因电动机定子绕组电阻所引起的低速时转矩降低，而把低频率范围f/V增大的方法。设定为自动时，可使加速时的电压自动提升以补偿起动转矩，使电动机加速顺利进行。如采用手动补偿时，根据负载特性，尤其是负载的起动特性，通过试验可选出较佳曲线。对于变转矩负载，如选择不当会出现低速时的输出电压过高，而浪费电能的现象，甚至还会出现电动机带负载起动时电流大，而转速上不去的现象。 三电子热过载保护 本功能为保护电动机过热而设置，它是变频器内CPU根据运转电流值和频率计算出电动机的温升，从而进行过热保护。本功能只适用于“一拖一”场合，而在“一拖多”时， 则应在各台电动机上加装热继电器。 概述 在许多情况下, 使用变频器的目的是调速, 尤其是对于在工业中大量使用的风扇、鼓风机和泵类负载来说, 设计选型往往以最大工况来选。与实际的工况存在较大的可调整空间。在运行中根据实际运行需要，按照流量、杨程等调节电动机的转速，从而改变电动机的输出转矩和输出功率，以代替传统上利用挡板和阀门进行的流量和扬程的控制, 节能效果非常明显。同时分析变频器在选型、应用中的注意事项。 1变频调速原理 三相异步电动机转速公式为: 式中：n-电动机转速，r/min； f-电源频率，Hz； p-电动机对数 s-转差率, 从上式可见交流电动机的调速可以概括为改变极对数，控制电源频率以及通过改变参数如定子电压、转子电压等使电机转差率发生变化等几种方式。变频器效率维持在94%~96%，变频调速是一种高效率、高效能的调速方式，使异步电动机在整个工作范围内保持正常的小转差率下运转，实现无极平滑调速。 1.1变频工作原理 异步电动机的额定频率称为基频，即电网的频率，在我国为50Hz。电机定子绕组内部感应电动势为 式中-定子绕组感应电动势，V； -气隙磁通，Wb； -定子每相绕组匝数； -基波绕组系数。 在变频调速时，如果只降低定子频率，而定子每相电压保持不变，则必然会造成增大。由于电机制造时，为提高效率减少损耗，通常在，时，电动机主磁路接近饱和，增大势必使主磁路过饱和，将导致励磁电流急剧增大，铁损增加，功率因素降低。 若在降低频率的同时降低电压使保持不变则可保持不变从而避免了 主磁路过饱和现象的发生。这种方式称为恒磁通控制方式。此时电动机转矩为 π 式中-电动机转矩，N.m； —电源极对数； —磁极对数； —转差率； —转子电阻； —转子电抗； 由于转差率较小，则有 其中 由此可知：若频率保持不变则；若转矩不变则； 电动机临界转差率其中 电动机最大转矩=常数 最大转速降=常数 由此可知：保持常数，最大转矩和最大转矩处的转速降落均等于常数， 与频率无关。因此不同频率的各条机械特性曲线是平行的，硬度相同。 一、变频调速与节流调节的计算 流量q v 与转速成正比，即q v2/q v1=n 2/n 1；扬程H 与转速的平方成正比，即H 1/H 2=（n 2/n 1）2；功率与转速的立方成正比功率。如（1）式所述。 31 23 1212)()(v v v q q n n p p q P ===存在的关系与流量泵与风机的功率 （1） 根据v q 、H 值可以计算泵与风机的功率，即：η ρ102H q P V = （2） 式中P ─功率，kW ；v q ─流量，m 3/s ；H ─扬程，m ；ρ─密度，kg/m 3；η─使用工况效率%； 泵与风机的变频节能计算 (1) 变频调速调节与节流调节 对风机、水泵常用阀门、挡板进行节流调节，增加了管路的阻尼，电机仍旧以额定速度运行，这时能量消耗较大，如果对风机、泵类设备进行调速控制，不需要再用阀门、挡板进行节流调节，将阀门、挡板开到最大，管路阻尼最小，能耗也大为减少。节能量可用GB12497《三相异步电动机经济运行》强制性国家标准实施监督指南中的计算公式，即对风机、泵类、采用挡板调节流量对应电机输入功率P L 与流量q v 的关系： )(])( 55.045.0[2 kW p q q P e ve V L += （3） 式中 P L ─额定流量时电机输入功率，kW ；q ve ─额定流量，m 3/s ； 若流量的调节范围（0.5～1）q ve ,由上面的公式及下面的公式可得电机调速调节流量相比节流调节流量所要节约的节电率（Ki ）为： ] )(55.045.0[)( 1/)( 23 3 ve v b ve v L b ve v e L L q q q q P q q P P p p Ki +- =-=?= ηη （4） 式中Ki ─节电率；ηb ─调速机构效率。 从上式分析，节流调速时由于q v /q ve <1，平方后更小于1，乘以0.55再加上0.45仍小于1，却节流后电机的负载变小了，消耗的功率也比额定功率小。当挡板或阀门全关时，泵与风景空载运行，消耗的功率最少，等于0.45Pc 。由（1）式可知采用电机变速调节后，电机消耗的功率与实际流量和额定流量比值的三次方成正比，由于变频调速效率高，本身的损耗相比很小，在变频器内部，逆变器功率器件的开关损耗最大，其余是电子元器件的热损耗和风机损耗，变频器的效率一般为95%～98%。采用变频调速，泵与风机的效率几乎不变，其特性近似满足相似定律，即满足（1）式的关系。因此（4）式能较准确地计算泵与风机电机变频调速调节相比节流调节所要节约的节电率。 例5.1 某厂离心风机125kW ，实际用风量为0.7，年工作4800h ，准备投资15万元改造为变频器驱动，变频器的效率为96%，估算节电率和投资回收期。 解：由题意知q v /q ve =0.7，由式（4）得节电率为 5.0) 7.055.045.0(96.07.012 3 =?+?-=Ki 由式（3）得：P L =（0.45+0.55×0.72 ）×125=90(kW) 1、变频器容量的选择 变频器容量的选择是一个重要且复杂的问题，要考虑变频器容量与电动机容量的匹配，轻易偏小会影响电动机有效力矩的输出，影响系统的正常运行，甚至损坏装置，而容量偏大则电流的谐波分量会增大，也增加了设备投资。 1。1变频器容量选择的步骤： 变频器容量选择可分三步： （1）了解负载性质和变化规律，计算出负载电流的大小或作出负载电流图I＝f （t）。 （2）预选变频器容量及其他 （3）校验预选变频器。必要时进行过载能力和起动能力的校验。若都通过，则预选的变频器容量便选定了；否则从（2）开始重新进行，直到通过为止。 在满足生产机械要求的前提下，变频器容量越小越经济。 1。2基于不用电动机负载电流下变频器容量的选择 一般地说，变频器的容量有三种表示方法：①额定电流；②适配电动机的额定功率。③额定视在功率。不管是哪一种表示方法，归根到底还是对变频器额定电流的选择，应结合实际情况根据电动机有可能向变频器吸收的电流来决定。通常变频器的过载能力有两种：①1。2倍的额定电流，可持续1分钟；②1。5倍的额定电流，可持续1分钟；而且变频器的答应电流与过程时间呈反时限的关系。如1。2（1。5）倍的额定电流可持续1min；而1。8（2。0）倍的额定电流，可持续0。5min。这就意味着：①不论任何时候向电动机提供在1min（或0。5min）以上的电流都必须在某些范围内。②过载能力这个指标，对电动机来说，只有在起动（加速）过程中才有意义，在运行过程中，实际上等同于不答应过载。 下面讨论如何根据电动机负载电流的情况来选择变频器的容量。 1。2。1一台变频器只供一台电动使用，即一拖一。 在计算出负载电流后，还应考虑三个方面的因素：①用变频器供电时，电动机电流的脉动相对工频供电时要大些；②电动机的起动要求。即是由低频低压起动，还是额定电压、额定频率直接起动。③变频器使用说明书中的相关数据是用该公司的标准电机测试出来的。要注重按常规设计生产的电机在性能上可能有一定差异，故计算变频器的容量时要留适当余量。 （1）恒定负载连续运行时变频器容量的计算。 变频器调速节能的计算方法 一﹑概述 据统计，全世界的用电量中约有60%是通过电动机来消耗的。由于考虑起动、过载、安全系统等原因，高效的电动机经常在低效状态下运行，采用变频器对交流异步电动机进行调速控制，可使电动机重新回到高效的运行状态，这样可节省大量的电能。生产机械中电动机的负载种类千差万别，为便于分析研究，将负载分为平方转矩﹑恒转矩和恒功率等几类机械特性，本文仅对平方转矩﹑恒转矩负载的节能进行估算。所谓估算，即在变频器投运前，对使用了变频器后的节能效果进行的计算预测。变频器一旦投运后，用电工仪表测量系统的节能量更为准确。现假定，电动机系统在使用变频器调速前后的功率因数基本相同，且变频器的效率为95%。 在设计过程中过多考虑建设前，后长期工艺要求的差异，使裕量过大。如火电设计规程SDJ-79规定，燃煤锅炉的鼓风机,引风机的风量裕度分别为5%和5~10%，风压裕度为10%和10%~15%，设计过程中很难计算管网的阻力，并考虑长期运行过程中可能发生的各种问题，通常总把系统的最大风量和风压裕量作为选型的依据，但风机的系列是有限的，往往选不到合适的风机型号就往上靠，大20%~30%的比较常见。生产中实际操作时，对于离心风机﹑泵类负载常用阀门、挡板进行节流调节，则增加了管路系统的阻尼，造成电能的浪费；对于恒转矩负载常用电磁调速器﹑液力耦合器进行调节，这两种调速方式效率较低，而且，转速越低，效率也越低。由于电机的电流的大小随负载的轻重而改变,也即电机消耗的功率也是随负载的大小而改变，因此要想精确地计算系统的节能是困难的，在一定程度上影响了变频调速节能的实施。本文介绍用以下的公式来进行节能的估算。 二、节能的估算 1﹑风机﹑泵类平方转矩负载的变频调速节能风机﹑泵类通用设备的用电占电动机用电的50%左右,那就意味着占全国用电量的30%。采用电动机变频调速来调节流量，比用挡板﹑阀门之类来调节，可节电20%~50%，如果平均按30%计算，节省的电量为全国总用电量的9%，这将产生巨大的社会效益和经济效益。生产中，对风机﹑水泵常用阀门、挡板进行节流调节，增加了管路的阻尼，电机仍旧以额定速度运行，这时能量消耗较大。如果用变频器对风机﹑泵类设备进行调速控制，不需要再用阀门、挡板进行节流调节，将阀门、挡板开到最大，管路阻尼最小，能耗也大为减少。节能量可用GB12497《三相异步电动机经济运行》强制性国家标准实施监督指南中的计算公式，即： 对风机、泵类，采用挡板调节流量对应电机输入功率PL与流量Q的关系的三次方成正比，即，再与采用挡板调节流量对应电机输入功率PL相减后再除以节省的功率与系统调速前后的速差成正比，速差越大，节能越显著。 恒转矩负载变频调速一般都用于满足工艺需要的调速，不用变频调速就得采用其他方式调速，如调压调速﹑电磁调速﹑绕线式电机转子串电阻调速等。由于这些调速是耗能的低效调速方式，使用高效调速方式的变频调速后，可节省因调速消耗的转差功率，节能率也是很可观的。 3、电磁调速系统 电磁调速系统由鼠笼异步电机、转差离合器、测速电机和控制装置组成，通过改变转差离合器的激磁电流来实现调速。转差离合器的本身的损耗是由主动部分的风阻?磨擦损耗及从动部分的机械磨擦损所产生的。如果考虑这些损耗与转差离合器的激磁功率相平衡，且忽略不计的话，转差离合器的输入?输出功率可由下式计算： 电动机轴输出功率式中：T2—转差离合器的输出转矩 n2 –-转差离合器的输出轴转速 电动机的输出功率，即为转差离合器的输入功率。对于恒转矩负载，T= T1 = T2=常数，所以，转差离合器的效率：电磁调速电机为鼠笼式电机，由于输入功率和转矩均保持不变，鼠笼式电机的功率保持不 - - - 变频器基础知识入门 1、什么是变频器？ 变频器一般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的不同点是什么？ PWM是英文PulseWidthModulation（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PulseAmplitudeModulation（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么不同？ 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，其直流回路的滤波是电感。 4、为什么变频器的电压与电流成比例的改变？ 异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，那么磁通就过大，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。这种控制方式多用于风机、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；对于变频器驱动，如果频率下降时电压也下降，那么电流是否增加？ 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，随着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；对于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模式是什么意思？ 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，那么由于交流阻抗变小而直流电阻不变，将造成在低速下产生的转矩有减小的倾向。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、在说明书上写着变速范围60~6Hz，即10：1，那么在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、对于一般电机的组合是在60Hz以上也要求转矩一定，是否可以？ 通常情况下是不可以的。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、所谓开环是什么意思？ 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、实际转速对于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。对于要求调速精度比较高，即使负载变动也要求在接近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，进行反馈后速度精度能提高吗？ 具有PG反馈功能的变频器，精度有提高。但速度精度的值取决于PG本身的精度和变频器输出频率的分辨率。 14、失速防止功能是什么意思？ 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 变频调速节能量的计算方法 一、概述 据统计，全世界的用电量中约有60%是通过电动机来消耗的。由于考虑起动、过载、安全系统等原因，高效的电动机经常在低效状态下运行， 采用变频器对交流异步电动机进行调速控制，可使电动机重新回到高效的 运行状态，这样可节省大量的电能。生产机械中电动机的负载种类千差万别，为便于分析研究，将负载分为平方转矩、恒转矩和恒功率等几类机械 特性，本文仅对平方转矩、恒转矩负载的节能进行估算。所谓估算，即在 变频器投运前，对使用了变频器后的节能效果进行的计算预测。变频器一 旦投运后，用电工仪表测量系统的节能量更为准确。现假定，电动机系统 在使用变频器调速前后的功率因数基本相同，且变频器的效率为95%在设计过程中过多考虑建设前，后长期工艺要求的差异，使裕量过大。如火电设计规程SDJ-79规定，燃煤锅炉的鼓风机，引风机的风量裕度分别为5%和5~10%风压裕度为10°%^ 10%~15%设计过程中很难计算管网的阻力，并考虑长期运行过程中可能发生的各种问题，通常总把系统的最大风量和风压裕量作为选型的依据，但风机的系列是有限的，往往选不到合适的风机型号就往上靠，大20%~30的比较常见。生产中实际操作时，对于离心风机、泵类负载常用阀门、挡板进行节流调节，则增加了管路系统的阻尼，造成电能的浪费；对于恒转矩负载常用电磁调速器、液力耦合器进行调节，这两种调速方式效率较低，而且，转速越低，效率也越低。由于电机的电流的大小随负载的轻重而改变，也即电机消耗的功率也是随负载的大小而改变，因此要想精确地计算系统的节能是困难的，在一定程度上影响了变频调速节能的实施。本文介绍用以下的公式来进行节能的估算。 二、节能的估算 1、风机、泵类平方转矩负载的变频调速节能风机、泵类通用设备的用电占电动机用电的50%左右,那就意味着占全国用电量的30%采用电动机变频调速来调节流量，比用挡板、阀门之类来调节，可节电20%~50%如果平均按30%+算，节省的电量为全国总用电量的9%这将产生巨大的社会效益和经济效益。生产中，对风机、水泵常用阀门、挡板进行节流调节，增加 了管路的阻尼，电机仍旧以额定速度运行，这时能量消耗较大。如果用变 频器对风机、泵类设备进行调速控制，不需要再用阀门、挡板进行节流调节，将阀门、挡板开到最大，管路阻尼最小，能耗也大为减少。节能量可 用GB12497《三相异步电动机经济运行》强制性国家标准实施监督指南中的计算公式，即： 能量可用GB12497《三相异步电动机经济运行》强制性国家标准实施监督指南中的计算公式，即： 变频器节能效率计算公司内部编号：（GOOD-TMMT-MMUT-UUPTY-UUYY-DTTI- 概述 在许多情况下, 使用变频器的目的是调速, 尤其是对于在工业中大量使用的风扇、鼓风机和泵类负载来说, 设计选型往往以最大工况来选。与实际的工况存在较大的可调整空间。在运行中根据实际运行需要，按照流量、杨程等调节电动机的转速，从而改变电动机的输出转矩和输出功率，以代替传统上利用挡板和阀门进行的流量和扬程的控制, 节能效果非常明显。同时分析变频器在选型、应用中的注意事项。 1变频调速原理 三相异步电动机转速公式为: 60f n= 式中：n-电动机转速，r/min； f-电源频率，Hz； p-电动机对数 s-转差率, 从上式可见交流电动机的调速可以概括为改变极对数，控制电源频率以及通过改变参数如定子电压、转子电压等使电机转差率发生变化等几种方式。变频器效率维持在94%~96%，变频调速是一种高效率、高效能的调速方式，使异步电动机在整个工作范围内保持正常的小转差率下运转，实现无极平滑调速。 变频工作原理 异步电动机的额定频率称为基频，即电网的频率，在我国为50Hz 。电机定子绕组内部感应电动势为 U 1≈U 1=4.44U 1UU 1 1 式中U 1-定子绕组感应电动势，V ； 1-气隙磁通，Wb ； U -定子每相绕组匝数； U 1-基波绕组系数。 在变频调速时，如果只降低定子频率U 1，而定子每相电压保持不变，则必然会造成1增大。由于电机制造时，为提高效率减少损耗，通常在U 1=U U ，U 1=U U 时，电动机主磁路接近饱和，增大1势必使主磁路过饱和，将导致励磁电流急剧增大，铁损增加，功率因素降低。 若在降低频率的同时降低电压使U 1U 1?保持不变则可保持1不变从而避免了主磁路过饱和现象的发生。这种方式称为恒磁通控制方式。此时电动机转矩为 T =U 1UU 12π(U 2U +UU 22U 2)(U 1U 1)2 式中T -电动机转矩，； U 1—电源极对数； U —磁极对数； U —转差率； U 2—转子电阻； U 2—转子电抗； 压缩机变频节能改造及节能量分析 冯东升 （上海电机系统节能工程技术研究中心有限公司，上海 200063） 摘要：本文从压缩机的变频调速原理出发，介绍了压缩机系统的变频改造方案，并主要阐述了变频改造后的节能量计算方法，最后通过实例进行了节能效果分析，结果表明该技术节能效果显著，值得推广。 关键词: 压缩机 变频改造 节能 The Analysis of Frequency Conversion Energy Saving In Compressor Feng dong-sheng (Shanghai Engineering Research Center of Motor System EnergySaving Co.,Ltd., Shanghai 200063,China) Abstract: This paper start with the frequency control of compressor, mainly introduces the project of frequency conversion and method of calculating energy saving in compressor. Results show that , the technology is advanced and worth promoting. Key words: compressor;frequency conversion; energy-saving 1 概述 压缩机作为基础工业装备，广泛的应用于机械制造、冶金、石油化工、矿山、纺织等工业生产的各个领域中。空压机的种类有很多，常见的主要有活塞式、螺杆式、离心式等几种。由于压缩机通常是长期连续的运转方式，因此在各种工矿企业内属于耗电量较多的重点用电设备之一。 在国民经济可持续发展的战略之下，能源作为国家的重要物质基础，节能和绿色生产已成为国家十二五规划的重点，工业企业在保证正常的生产条件下，如何实现节能已势在必行，空压机作为重点耗能设备，已经成为了关键词。 电动机知识 变频器容量问题如何解决 由于变频器的开关器件是大功率的晶体管，其过流能力比晶闸管小，所以其容量选择正确与否直接与其使用安全有关。与电动机的功率和负载相匹配。相同容量的变频器驱动电动机的能力因电动机所带负载性质的不同而不同，相同功率的电动机，因负载性质不同所需的变频器的容量也不相同。其中平方转矩负载(风机)所需的变频器的容量较恒转矩负载的低。通常情况下变频器已直接地给出了适合驱动电动机的额定功率或其视在功率，在化工行业对于风机、水泵这类平方转矩负载，可按电动机功率来选择相应的变频器。而在下列情况下还必须增大变频器的容量：①电动机短时间起动机械惯量较大的负载; ②要求电动机频繁进行加、减速; ③在希望的加减速时间内，电机最大电流大于变频器的过载容量(当l min内达1.5倍额定电流时)。上述情况下不能简单地按电动机功率来选配变频器。轻载的电动机不可随意配小容量变频器。电动机大马拉小车，功率输出不足，电动机虽然允许配接比电动机标称功率略小的变频器，但是电动机的容量越大，其电感越小，由谐波引起的脉动电流分量将增大。所以当异步电动机的负荷较小希望采用容量小一点的变频器时，一方面要考虑到大容量电动机的空载电流较大，一旦加载后总的负荷电流是否超过变频器的额定电流，另一方面就是必须注意到上述脉动电流将会增大的情况。变频器V/f图形的正确选定。对于50Hz，380V 的交流异步电动机，在实际运行当中应按实际需要和电动机允许的工作范围去选择合适的Vif图形。在化工行业，变频器主要用于泵类的调速，因此，选择Vif图形时，通常应满足在额定电压在380V时，输出频率和最大输出频率均为50Hz这一条 3、电磁调速系统 电磁调速系统由鼠笼异步电机、转差离合器、测速电机和控制装置组成，通过改变转差离合器的激磁电流来实现调速。转差离合器的本身的损耗是由主动部分的风阻?磨擦损耗及从动部分的机械磨擦损所产生的。如果考虑这些损耗与转差离合器的激磁功率相平衡，且忽略不计的话，转差离合器的输入?输出功率可由下式计算： 电动机轴输出功率 式中：T2—转差离合器的输出转矩 n2 –-转差离合器的输出轴转速 电动机的输出功率，即为转差离合器的输入功率。对于恒转矩负载，T= T1 = T2=常数，所以，转差离合器的效率： 电磁调速电机为鼠笼式电机，由于输入功率和转矩均保持不变，鼠笼式电机的功率保持不变。损耗以有功的形式表达出来，损耗功率通过转差离合器涡流发热并由电枢上的风叶散发出去。 由损耗功率公式(10)可以清楚看到，电磁调速电机的转速越低，浪费能源越大，然而生产机械的转速通常不在最大转速下运行，变频调速是一种改变旋转磁场同步速度的方法，是不耗能的高效调速方式，因此改用变频调速的方式会有非常好的节能效果，节省的能量直接可用(10)式计算。 4?液力偶合器调速系统 液力偶合器是通过控制工作腔内工作油液的动量矩变化，来传递电动机能量，电动机通过液力偶合器的输入轴拖动其主动工作轮，对工作油进行加速，被加速的工作油再带动液力偶合器的从动工作涡轮，把能量传递到输出轴和负载。液力偶合器有调速型和限矩型之分，前者用于电气传动的调速，后者用于电机的起动，系统中的液力偶合器在电机起动时起缓冲作用。由于液力偶合器的结构与电磁转差离合器类似，仿照电磁调速器效率的计算方法，可得： 同样，用(12)式可计算将液力耦合器调速改造为变频调速后的节能量。 5?绕线式电机串电阻调速系统 绕线式电机最常用改变转子电路的串接电阻的方法调速，随着转子串接电阻的增大，不但可以方便地改变电机的正向转速，在位能负载时，还可使电机反向旋转和改变电机的反向转速，因此这种调速方式在起重﹑冶金行业应用较多。 对于绕线式电机，无论在起动?制动还是调速中，采用转子串电阻方式均会带来电能损耗。这种损耗随着转速的降低，转差率S的增大而增大，另外，随着串接电阻的增大，机械特性变软，难以达到调速的静态指标。 摘要：降低厂用电率，降低发电成本，提高上网电能的竞争力，已成为各火电厂努力追求的经济目标。近几年电网的负荷峰谷差越来越大，频繁的调峰任务使部分辅机仍然运行在工频状态下，造成大量电能流失。本文着重介绍了高压变频器的工作原理及实际运行情况的详细节能分析，使我们对其节能效果以及典型风机水泵节能计算有了更进一步认识。因此得出结论高压变频调速技术的日趋成熟，在电力系统中广泛应用，节能效果明显。 关键词：调速高压变频器功率单元IGBT 节电率 一、引言 众所周知，高压电动机的应用极为广泛，它是工矿企业中的主要动力，在冶金、钢铁、化工、电力、水处理等行业的大、中型厂矿中，用于拖动风机、泵类、压缩机及各种大型机械。其消耗的能源占电动机总能耗的70%以上，而且绝大部分都有调速的要求，由于高压电机调速方法落后，浪费大量能源而且机械寿命降低。上世纪90年代，由于变频调速技术在低压电动机应用得非常成功，人们开始研究高压电动机变频技术的应用，设计了高-高电压源型变频技术方案。该方案采用多电平电路型式（CMSL），由若干个低压PWM 变频功率单元，以输出电压串联方式（功率单元为三相输入、单相输出）来实现直接高压输出的方法。经过我厂多方调研、比较，最后选择同利德华福电气技术合作。本文将从HARSVERT-A系列高压变频器的工作原理及实际运行状况两方面分析豫新发电厂引风机、凝结水泵的节能情况。 二、高压变频器的工作原理 （一）变频器的结构：现以6kV五级单元串联多电平的高压变频器为例。 1．系统主回路：部是由十五个相同的功率单元模块构成，每五个模块为一组，分别对应高压回路的三相，单元供电由干式移相变压器进行供电，原理如图1。 图1：变频器的结构 2．功率单元构成：功率单元是一种单相桥式变换器，由输入干式变压器的副边绕组供电。经整流、滤波后由4个IGBT以PWM方法进行控制（如图2所示），产生设定的 节能原理及计算方法 一、节能原理 风机和水泵，前者工作介质为液体，均属于流体机械设备。下面以风机为例说明它们的工作特性。特别是离心式风机及水泵，工作特性基本相同。以下就以风机为例说明他们的调速工作原理。 风机的工作特性图如下： 风机的工作特性图 由上图可以看出，风机工作的位置，即风机的风量是由风机特性曲线（风压特性）和管网特性曲线（风阻特性）决定的，无论是改变风机的特性曲线，或者是改变管网特性曲线，都可以达到改变风量的目的。 图中：风机特性曲线 H A =kQ 1 2 K——风机特性系数； 管网特性曲线 H A =Hc-λQ 1 2 λ——管网特性系数。 （一）工频工作方式 工频工作方式是指泵的特性曲线保持不变，而改变管网特性曲线。通常采取的方式是保持风机的特性曲线不变，即不改变风机的转速，而用调节挡板改变出 风口的大小，达到改变风量的目的。如下图所示： 工频工作方式时风机的工作特性图 从图中可以看出，风机工作在A点时，风量为Q 1，风压为H 1 。保持风机的转 速不变，用挡板将风量调节为Q 2时，风压将上升到H 2 ，风机工作点变为B点。 由于挡板的节流作用，风道的阻力曲线变为OB。 风机工作在A点时，其功率为P A ＝H 1 ×Q 1 /102； 风机工作在B点时，其功率为P B ＝H 2 ×Q 2 /102。 虽然Q 2 采用变频器驱动异步电动机调速。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。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： 1、连续运转 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： ? ηcos M CN KP P ≥ (KVA) M CN KI I ≥ (A) 3103-?≥M M CN I U K P (KVA) 式中：P M 、η、cos φ、U M 、I M 分别为电动机输出功率、效率(取、功率因数(取、 电压(V)、电流(A)。 K ：电流波形的修正系数(PWM 方式取～ P CN ：变频器的额定容量(KVA) I CN ：变频器的额定电流(A) 2 频繁加减速运转 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： I 1CN ＝[(I 1t 1+I 2t 2+…+I S t S )/(t 1+t 2+…t S )]K 0 式中：I 1CN ：变频器额定输出电流(A) I 1、I 2、…I S ：各运行状态平均电流(A) t 1、t 2、…t S ：各运行状态下的时间 K 0：安全系数(运行频繁时取，其它条件下为 3 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 )]1(1[321-+≥S T S CN CN K n n P P )]1(1[32-+≥S T S M T CN K n n I n I 若电机加速在1mn 以上时 )]1(1[1-+≥S T S CN CN K n n P P )]1(1[-+ ≥S T S M T CN K n n I n I 式中：n T ：并联电机的台数 n S ：同时起动的台数 P CN1：连续容量(KVA) P CN1=KP M n T /ηcos φ P M ：电动机输出功率 η：电动机的效率(约取 cos φ：电动机的功率因数(常取 Ks ：电机起动电流/电机额定电流 I M ：电机额定电流 K ：电流波形正系数(PWM 方式取～ P CN ：变频器容量(KVA) 变频器节能效率计算标准化管理处编码[BBX968T-XBB8968-NNJ668-MM9N] 概述 在许多情况下, 使用变频器的目的是调速, 尤其是对于在工业中大量使用的风扇、鼓风机和泵类负载来说, 设计选型往往以最大工况来选。与实际的工况存在较大的可调整空间。在运行中根据实际运行需要，按照流量、杨程等调节电动机的转速，从而改变电动机的输出转矩和输出功率，以代替传统上利用挡板和阀门进行的流量和扬程的控制, 节能效果非常明显。同时分析变频器在选型、应用中的注意事项。 1变频调速原理 三相异步电动机转速公式为: 60f n= 式中：n-电动机转速，r/min； f-电源频率，Hz； p-电动机对数 s-转差率, 从上式可见交流电动机的调速可以概括为改变极对数，控制电源频率以及通过改变参数如定子电压、转子电压等使电机转差率发生变化等几种方式。变频器效率维持在94%~96%，变频调速是一种高效率、高效能的调速方式，使异步电动机在整个工作范围内保持正常的小转差率下运转，实现无极平滑调速。 变频工作原理 异步电动机的额定频率称为基频，即电网的频率，在我国为50Hz 。电机定子绕组内部感应电动势为 U 1≈U 1=4.44U 1UU 1 1 式中U 1-定子绕组感应电动势，V ； 1-气隙磁通，Wb ； U -定子每相绕组匝数； U 1-基波绕组系数。 在变频调速时，如果只降低定子频率U 1，而定子每相电压保持不变，则必然会造成1增大。由于电机制造时，为提高效率减少损耗，通常在U 1=U U ，U 1=U U 时，电动机主磁路接近饱和，增大 1势必使主磁路过饱和，将导致励磁电流急剧增大，铁损增 加，功率因素降低。 若在降低频率的同时降低电压使U 1U 1?保持不变则可保持1不变从而避免了主磁路过饱和现象的发生。这种方式称为恒磁通控制方式。此时电动机转矩为 T =U 1UU 12π(U 2U +UU 22 U 2)(U 1U 1)2 式中T -电动机转矩，； U 1—电源极对数； 误区1： 使用变频器都能节电一些文献宣称变频器是节电控制产品，给人的感觉是只要使用变频器都能节电。实际上， 变频器之所以能够节电，是因为其能对电动机进行调速。如果说变频调速器是节电控制产品的话，那么所有的调速设备也都可以说是节电控制产品。变频调速器只不过比其它调速设备效率和功率因数略高。 变频器能否实现节电，是由其负载的调速特性决定的。对于离心风机、离心水泵这类负载，转矩与转速的平方成正比，功率与转速的立方成正比。只要原来采用阀门控制流量，且不是满负荷工作，改为调速运行，均能实现节电。当转速下降为原来的80%时，功率只有原来的51.2%。可见，变频调速器在这类负载中的应用，节电效果最为明显。对于罗茨风机这类负载，转矩与转速的大小无关，即恒转矩负载。若原来采用放风阀放走多余风量的方法调节风量，改为调速运行，也能实现节电。当转速下降为原来的80%时，功率为原来的80%。比在离心风机、离心水泵中的应用节电效果要小得多。对于恒功率负载，功率与转速的大小无关。水泥厂恒功率负载，如配料皮带秤，在设定流量一定的条件下，当料层厚时，皮带速度减慢；当料层薄时，皮带速度加快。变频调速器在这类负载中的应用，不能节电。 与直流调速系统比较，直流电动机比交流电动机效率高、功率因数高，数字直流调速器与变频调速器效率不相上下，甚至数字直流调速器比变频调速器效率略高。所以，宣称使用交流异步电动机和变频调速器比使用直流电动机和直流调速器要节电，理论和实践证明，这是不正确的。 误区2：变频器的容量选择仅以电动机额定功率为依据 相对于电动机来说，变频调速器的价格较贵，因此在保证安全可靠运行的前提下，合理地降低变频调速器的容量就显得十分有意义。 变频调速器的功率指的是它适用的 4 极交流异步电动机的功率。由于同容量电动机，其极数不同，电动机额定电流不同。随着电动机极数的增多，电动机额定电流增大。变频调速器的容量选择不能仅以电动机额定功率为依据。同时，对于原来未采用变频器的改造项目，变频调速器的容量选择也不能仅以电动机额定电流为依据。这是因为电动机的容量选择要考虑最大负荷、富裕系数、电动机规格等因素，工业用电动机常常在50%～60%额定负荷下运行。若以电动机额定电流为依据来选择变频调速器的容量，留有富裕量太大，造成经济上的浪费，而可靠性并没有因此得到提高。 对于鼠笼式电动机，变频器的容量选择应以变频器的额定电流大于或等于电动机的最大正常工作电流 1.2 倍为原则。对于重载起动、高温环境、绕线式电动机、同步电动机等条件 现有一台250KW风机,现采用星--三角起动运行,工作电流太约在360A左右,如果改成变频器, 一个小时能节多少电,太概多长时间能收回成本. 变频器节能计算方法 例如：当从50Hz降至45Hz得 公式：P45/P50=45（3次方）/50（3次方） P45=0.729P50 （2）当从50Hz降至45Hz得 已知：单台冷却器在工频耗电功率为250KW/h。 （3）∵P45=0.729P50=0.729×250=182.28 KW/h （4）单台电机节能：250-182.25=67.75 KW/h;为原耗电量节约为67.75/250×100%=27.1% （5）年节能：250kw×24h×30d×12m×27.1%＝585360KW；按1KW/h电费0.45元计算年节约共计585360×0.45＝263412元。 2. 公式：P45/P50=45（3次方）/50（3次方） P45=0.729P50 我想知道这个叫什么公式,这个公式怎么来的? 公式：P45/P50=45（3次方）/50（3次方） 这个公式是由风机工作特性决定的，由于风机是二次方负载，轴功率与转速的三次方成正比。 风机水泵类负载使用高压变频器节能计算 风机水泵工作特性 风机水泵特性：H=H0-（H0-1）＊Q2 H－扬程 Q－流量 H0－流量为0 时的扬程 管网阻力：R＝KQ2 R－管网阻力 K－管网阻尼系数 Q－流量 注：上述变量均采用标么值，以额定值为基准，数值为1 表示实际值等于额定值 风机水泵轴功率P：P= KpQH/ηb P－轴功率 Q－流量； H－压力； ηb－风机水泵效率； Kp－计算常数； 流量、压力、功率与转速的关系： Q1/Q2 = n1/n2; H1/H2 =（n1/n2）2; P1/P2 =（n1/n2）3 ■变阀控制 变阀调节就是利用改变管道阀门的开度，来调节泵与风机的流量。变阀调节时，泵或风机的功率基本不变，泵或风机的性能曲线不变，而管道阻力特性曲线发生变化，泵或风机的性能曲线与新的管道阻力特性曲线的交点处就是新的工作点。 ■变频控制 变频调节就是利用改变性能曲线方法来改变工作点，变速调节中没有附加阻力，是比较理想的一种调节方法。通过变频器改变电源的工作频率，从而实现对交流变频器调整必须知道的几个参数
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H 1 ，所以P A 与为P B 的值变化不大，说明采用工频工作方式 时，改变风机的风量，风机的轴功率减小有限。 （二）变频工作方式 变频工作方式是指管网特性曲线保持不变，而改变风机的特性曲线。通常采取的方式是保持管网特性曲线不变，即不改变风机出口的大小，而改变风机的特性曲线，即改变风机的转速，达到改变风量的目的。如下图所示： 风机工作在A点时，其功率为P A ＝H 1 ×Q 1 /102； 风机工作在B点时，其功率为P B ＝H 2 ×Q 2 /102。 Q 2
H 1 ，所以P A 与为P B 的值变化较大，说明采用变工频工作方式 时，改变风机的风量，风机的轴功率减小很大，节能效果显著。
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