变压变频调速的基本控制方式

图6-23 电流滞环跟踪控制时的电流波形a) 电流波形b) 电压波形

图6-25 电压空间矢量定义三个定子电压空间矢量A0u ，B0u ，C0u ，使它们的方向始终处于各相绕组的轴线上，而大小则随时间按正弦规律脉动，时间相位互相错开的角度也是°。三相定子电压空间矢量的合成空间矢量s u 是一个旋转的空间矢量，它的幅倍，当电源频率不变时，为电气角速度作恒速旋转。当某一相电压为最大值时，合成电压矢量在该相的轴线上。合成空间矢量C0B0A0s u u u u ++=可以定义定子电流和磁链的空间矢量s I 和s Ψ。电压与磁链空间矢量的关系

用合成空间矢量表示的定子电压方程式：R s u =很低时，定子电阻压降所占的成分很小，可忽略不计，则定子合成电压与合成磁链

d s

Ψ或?

≈dt s s u Ψ。

当电动机由三相平衡正弦电压供电时，电动机定子磁链幅值恒定，以恒速旋转，磁链矢量顶端的运动轨迹呈圆形（称为磁链圆）。

6-26 旋转磁场与电压空间矢量的运动轨迹六拍阶梯波逆变器与正六边形空间旋转磁场种工作状态，6种工作状态是有效的，因为逆变器这时并没有输出电压，称为“零矢量”

对于六拍阶梯波的逆变器，在其输出的每个周期中3/π时刻就切换一次工作状态（即换相）刻内则保持不变。随着逆变器工作状态的切换，电压空间矢量的幅值不变，而相位直到一个周期结束。在一个周期中6形成一个封闭的正六边形，如图6-28所示。

由电压空间矢量运动所形成的正六边形轨迹也可以看作是异步电动机定子磁设定子磁链空间矢量为1Ψ，在第一个3

π期间，施加的电压空间矢量为内，产生一个增量依此类推，可以写成 Ψ?的通式，i Ψ的方向决定于所施加的电压

图6-31 逼近圆形时的磁链增量轨迹表示由电压空间矢量1u 和2u 的线性组合构成新的电压矢量θθsin cos s j u + 中，1t 处于1u ，2t 处于2u ，s u 与矢量

图6-32 电压空间矢量的线性组合用相电压表示合成电压空间矢量的定义，把相电压的时间函数和空间相位分开γ

20)(j C e t u ，?=120γ，当各功率开关处于不同状态时，线电压可取值为???? ??+=???

???? ??+?

?? ??+=01030201322321T t U j e T t T t U e U d j d j d ππd

U T t ???

?022，

s sin =

θu d θ

sin ，由旋转磁场所需的频率决定，0T 与21t t +未必相等，来填补。为了减少功率器件的开关次数，使0。把逆变器的一个工作周期用6个电压空间矢量划分成，如图所示的Ⅰ、Ⅱ、……Ⅵ，每个扇区对应的时间均为变器中一个扇区仅包含两个开关工作状态，实现SVPWM 的小区间。按照上述方法插入若干个线性组合的新电压空

第Ⅰ扇区内一段T0区间的开关序列与逆变器三相电压波形

交流变频调速技术发展的现状及趋势

交流变频调速技术发展的现状及趋势概述交流电动机变频调速技术是在近几十年来迅猛发展起来的电力拖动先进技术，其应用领域十分广泛。为了适应科技的发展，将先进技术推广到生产实践中去，交流变频调速技术已成为应用型本科、高职高专电类专业的必修或选修课程。变频调速技术概述，常用电力电子器件原理及选择，变频调速原理，变频器的选择，变频调速拖动系统的构建，变频技术应用概述，变频器的安装、维护与调试和变频器的操作实验。在理论上以必需、够用为原则；精心选材，努力贯彻少而精、启发式的教学思想；变频调速技术是一种以改变交流电动机的供电频率来达到交流电动机调速目的的技术。大家知道，从大范围来分，电动机有直流电动机和交流电动机。由于直流电动机调速容易实现，性能好，因此，过去生产机械的调速多用直流电动机。但直流电动机固有的缺点是，由于采用直流电源，它的滑环和碳刷要经常拆换，故费时费工，成本高，给人们带来不少的麻烦。因此人们希望，让简单可靠价廉的笼式交流电动机也能像直流电动机那样调速。这样就出现了定子调速、变极调速、滑差调速、转子串电阻调速和串极调速等交流调速方式；由此出现了滑差电机、绕线式电机、同步式交流电机。但其调速性能都无法和直流电动机相比。直到20世纪80年代，由于电力电子技术、微电子技术和信息技术的发展，才出现了变频调速技术。它的出现就以其优异的性能逐步取代其他交流电动机调速方式，乃至直流电动机调速系统，而成为电气传动的中枢。要学习交流电动机的变频调速技术，必须有电力拖动系统的知识。因此，先温习电力拖动系统的基础知识。电力拖动系统由电动机、负载和传动装置三部分组成。描写电力拖动系统的物理量主要是转速，n和转矩T（有时也用电流，因转矩和电动机的电枢电流成正比）。两者之间的关系式称为机械特性。交流电动机是电力拖动系统中重要的能量转换装置,用来实现将电能转换为机械能。长期以来人们一直在寻求对电动机转速进行调节和控制的方法,起初由于直流调速系统的调速性能优于交流调速系统,直流调速系统在调速领域内长期占居主导地位。变频调速是通过变频器来实现的，对于变频器的容量确定至关重要。合理的容量选择本身就是一种节能降耗措施。根据现有资料和经验，比较简便的方法有三种对于可调速的电力拖动系统，工程上往往根据电动机电流形式分为直流调速系统和交流调速系统两类。它们最大的不同之出主要在于交流电力拖动免除了改变直流电机电流流向变化的机械向器——整流子。 20世纪70年代后，大规模集成电路和计算机控制技术的发展，以及现代控制理论的应用，使得交流电力拖动系统逐步具备了宽的调速范围、高的稳速范围、高的稳速精度、快的动态响应以及在四象限作可逆运行等良好的技术性能，在调速性能方面可以与直流电力拖动媲美。在交流调速技术中，变频调速具有绝对优

变频调速技术的作用和节能原理

一、变频调速技术的作用和节能原理 1、变频节能：为了保证生产的可靠性，各种生产机械在设计配用动力驱动时，都留有一定的富余量。电机不能在满负荷下运行，除达到动力驱动要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成电能的浪费，在压力偏高时，可降低电机的运行速度，使其在恒压的同时节约电能。当电机转速从 N1 变到 N2时，其电机轴功率（P）的变化关系如下： P2／ P1 = （N2/N1）3 ，由此可见降低电机转速可得到立方级的节能效果。 2、动态调整节能：迅速适应负载变动，供给最大效率电压。变频调速器在软件上设有 5000次/秒的测控输出功能，始终保持电机的输出高效率运行。 3、通过变频自身的V/F功能节电：在保证电机输出力矩的情况下，可自动调节V/F曲线。减少电机的输出力矩，降低输入电流，达到节能状态。 4、变频自带软启动节能：在电机全压启动时，由于电机的启动力矩需要，要从电网吸收 7 倍的电机额定电流，而大的启动电流即浪费电力，对电网的电压波动损害也很大，增加了线损和变损。采用软启动后，启动电流可从0 -- 电机额定电流，减少了启动电流对电网的冲击，节约了电费，也减少了启动惯性对设备的大惯量的转速冲击，延长了设备的使用寿命。 5、提高功率因数节能：电动机由定子绕组和转子绕组通过电磁作用而产生力矩。绕组由于其感抗作用。对电网而言，阻抗特性呈感性，电机在运行时吸收大量的无功功率，造成功率因数很低。采用变频节能调速器后，由于其性能已变为： AC－－ DC －－AC，在整流滤波后，负载特性发生了变化。变频调速器对电网的阻抗特性呈阻性，功率因数很高，减少了无功损耗根据负载转速的变化要求，通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的，以获得合理的电机运行工况。在不同的转速情况下，均保持较高的运行效率，不仅降低了电能消耗，同时能改善启动性能，保护电机及负载设备免受瞬

矢量控制变频器工作原理

矢量控制是20世纪70年代由前西德Blaschke等人首先提出来的对交流电动机的一种新的控制思想和控制技术，也是交流电动机的一种理想的调速方法。矢量控制的基本思想是将异步电动机的定子电流分为产生磁场的电流分量（励磁电流）和与其相垂直的产生转矩的电流分量（转矩电流）并分别加以控制。由于在这种控制方式中必须同时控制异步电动机定子电流的幅值和相位，即控制定子电流矢量，因此这种控制方式称为矢量控制方式。矢量控制方式使对异步电动机进行高性能的控制成为可能。采用矢量控制方式的交流调速系统不仅在调速范围上可以与直流电动机相匹敌，而且可以直接控割异步毫乏t产生的转矩。所以已经在许多需要进行精密控制的领域得到了应用。由于在进行矢量控制时需要准确地掌握对象电动机的有关参数，这种控制有式芝云主要用于厂家指定的变频器专用电动机的控制。但是，随着变频调速理论和技术的发曩以及现代控制理论在变频器中的成功应用，目前在新型矢量控制变频器中已经增加了自调整（autotuning）功能。带有这种功能的变频器在驱动异步电动机进行正常运转之前可以自动地对电动机的参数进行辨识并根据辨识结果调整控制算法中的有关参数，从而使得对普通的异步电动机进行有效的矢量控制也成为可能。艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台，正品现货、优势价格、迅捷配送，是一站式采购的工业品商城！具有10年工业用品电子商务领域研究，以强大的信息通道建设的优势，以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力，为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路器、继电器、PLC、工控机、仪器仪表、气缸、五金工具、伺服电机、劳保用品等一系列自动化的工控产品。如需进一步了解台达变频器、三菱变频器、西门子变频器、安川变频器、艾默生变频器的选型，报价，采购，参数，图片，批发等信息，请关注艾驰商城https://www.360docs.net/doc/6f6152213.html,/

变频调速技术与应用试卷A卷

湖北交通职业技术学院2011-2012学年第二学期变频调速技术与应用试题（A 卷）一、 1、正弦波脉冲宽度调制英文缩写是（A ）。 A ：PWM B ：PAM C ：SPWM D ：SPAM 2、对电动机从基本频率向上的变频调速属于（ A ）调速。 A ：恒功率 B ：恒转矩 C ：恒磁通 D ：恒转差率 3、下列哪种制动方式不适用于变频调速系统（ C ）。 A ：直流制动 B ：回馈制动 C ：反接制动 D ：能耗制动 4、对于风机类的负载宜采用（ A ）的转速上升方式。 A ：直线型 B ：S 型 C ：正半S 型 D ：反半S 型 5、N2系列台安变频器频率控制方式由功能码（C ）设定。 A ：F009 B ：F010 C ：F011 D ：F012 6、型号为N2-201-M 的台安变频器电源电压是（ A ）V 。 A ： 200 B ：220 C ：400 D ：440 7、三相异步电动机的转速除了与电源频率、转差率有关，还与（B ）有关系。 A ：磁极数 B ：磁极对数 C ：磁感应强度 D ：磁场强度 8、目前，在中小型变频器中普遍采用的电力电子器件是（D ）。 A ：SCR B ：GTO C ：MOSFET D ：IGBT 9、IGBT 属于（B ）控制型元件。 A ：电流 B ：电压 C ：电阻 D ：频率 10、变频器的调压调频过程是通过控制（ B ）进行的。 A ：载波 B ：调制波 C ：输入电压 D ：输入电流二：填空题（每空2分，20分） 1. 目前变频器中常采用 IGBT 作为主开关器件。 2. 三相异步电动机拖动恒转矩负载进行变频调速时，为了保证过载能力和主磁通不变，则U1应随f1 U1\F1=常数按规律调节。 3. 矢量控制的规律是 3/2变换、矢量旋转变换、坐标变换。 4. 变频调速系统的抗干扰措施有：合理布线，消弱干扰源，隔离干扰，准确接地三：判断题（10分） ( 1 )1. 变频器的主电路不论是交-直-交变频还是交-交变频形式，都是采用电力电子器。 ( 0 )2.电流型变频器多用于不要求正反转或快速加减速的通用变频器中。 ( 0 )3. 变频器调速主要用于三相异步电动机。 ( 1 )的智能化表现为可以实现控制、保护、接口3大功能，构成混合式功率集成电路。 ( 1 )5.转差率是指三相异步电动机同步转速与转子转速的差值比上同步转速 ( 1 )6. 通过通讯接口可以实现变频器与变频器之间进行联网控制。 ( 1 )7.电磁转矩的基本公式为9550M P T n = ( 1 )8.电动机的反电动势E1=1114.44f k N m N Φ ( 1 )9.交-交变频由于输出的频率低和功率因数低，其应用受到限制。 ( 0 )脉宽调制型变频，是靠改变脉冲频率来控制输出电压。

变频调速的基本原理

变频器多段速度控制 1．变频调速的原理异步电机的转速n可以表示为式中，n2为同步转速，Δn1为转差损失的转速，p为磁极对数，s为转差率，f为电源的频率。可见，改变电源频率就可以改变同步转速和电机转速。频率的下降会导致磁通的增加，造成磁路饱和，励磁电流增加，功率因数下降，铁心和线圈过热。显然这是不允许的。为此，要在降频的同时还要降压。这就要求频率与电压协调控制。此外，在许多场合，为了保持在调速时，电动机产生最大转矩不变，亦需要维持磁通不变，这亦由频率和电压协调控制来实现，故称为可变频率可变电压调速（VVVF），简称变频调速。实现变频调速的装置称为变频器。变频器一般由整流器、滤波器、驱动电路、保护电路以及控制器（MCU／DSP）等部分组成。首先将单相或三相交流电源通过整流器并经电容滤波后，形成幅值基本固定的直流电压加在逆变器上，利用逆变器功率元件的通断控制，使逆变器输出端获得一定形状的矩形脉冲波形。在这里，通过改变矩形脉冲的宽度控制其电压幅值；通过改变调制周期控制其输出频率，从而在逆变器上同时进行输出电压和频率的控制，而满足变频调速对U/f协调控制的要求。PWM的优点是能消除或抑制低次谐波，使负载电机在近似正弦波的交变电压下运行，转矩脉冲小，调速范围宽。 2．电机调速的分类按变换的环节分类（1）交-直-交变频器，则是先把工频交流通过整流器变成直流，然后再把直流变换成频率电压可调的交流，又称间接式变频器，是目前广泛应用的通用型变频器。

（2）可分为交-交变频器，即将工频交流直接变换成频率电压可调的交流，又称直接式变频器按直流电源性质分类（1）电压型变频器电压型变频器特点是中间直流环节的储能元件采用大电容，负载的无功功率将由它来缓冲，直流电压比较平稳，直流电源内阻较小，相当于电压源，故称电压型变频器，常选用于负载电压变化较大的场合。（2）电流型变频器电流型变频器特点是中间直流环节采用大电感作为储能环节，缓冲无功功率，即扼制电流的变化，使电压接近正弦波，由于该直流内阻较大，故称电流源型变频器（电流型）。电流型变频器的特点（优点）是能扼制负载电流频繁而急剧的变化。常选用于负载电流变化较大的场合。按主电路工作方法电压型变频器、电流型变频器按照工作原理分类可以分为V/f控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等按照开关方式分类可以分为PAM控制变频器、PWM控制变频器和高载频PWM控制变频器按照用途分类可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。此外，变频器还可以按输出电压调节方式分类，按控制方式分类，按主开关元器件分类，按输入电压高低分类。按变频器调压方法 PAM变频器是一种通过改变电压源Ud 或电流源Id的幅值进行输出控制的。 PWM变频器方式是在变频器输出波形的一个周期产生个脉冲波个脉冲，其等值电压为正弦波，波形较平滑。

PWM变频控制技术

PWM 变频控制技术变频调速原理变频器工作原理：变频器是利用电力半导体器件的通断作用把电压、频率固定不变的交流电变成电压、频率都可调的交流电源。在诸多交流异步电动机调速技术中，如调压调速、变极调速、串级调速、滑差调速、变频调速等，其中由于变频调速具有的优点：（1）调速时平滑性好，效率高；（2）调速范围较大，精度高；（3）起动电流低，对系统及电网无冲击，节电效果明显；（4）易于实现过程自动化；因此，变频调速技术是当前应用最广泛的一种调速技术。在中小功率的变频调速系统中使用最多的变压变频调速，简称U/F 控制，相应的变频调速控制器为电压源型变频调速器（VSI ）。由电机学知识可知异步电动机的转速与电源频率有以下关系： )1(60s p f n -= （2-1）式中：n —电机的转速（r/min ）； p —磁极对数； s —转差率（％）； f —电源频率（Hz ）。从式（2-1）可以看出，改变电源频率就可以改变电机转速。另外，根据的电势公式知道，外加电压近似地与频率和磁通的乘积成正比。即 φf C E U 1≈∝ （2-2）式中C 1为常数。因此有： f U f E =∝φ （2-3）若外加电压不变，则磁通随频率而改变，如频率下降，磁通会增加，造成磁路饱和，励磁电流增加，功率因数下降，铁心和线圈过热，显然这是不允许的。为此，要在降频的同时还要降压，这就要求频率与电压协调控制。此外，在很多场合为了保持在调速时，电动机产生最大转矩不变，也需要维持磁通不变，这亦由频率和电压协调控制来实现。通过改变异步电动机的供电频率，从而可以任意调节电机转速,实现平滑的无级调速。 SPWM 模式下交直交变频器工作原理 SPWM 波形就是在进行脉宽调制时，使脉冲系列的占空比按正弦规律来安排。当正弦值为最大值时，脉冲的宽度一也最大，而脉冲间的间隔则最小。反之，当正弦值较小时，脉冲的宽度也小，而脉冲间的间隔则较大，如图所示。这样的电压脉冲系列可以使负载电流中的谐波成分大为减小，

变频调速技术

变频调速技术是一种以改变交流电动机的供电频率来达到交流电动机调速目的的技术，电力拖动系统由电动机、负载和传动装置。直流电动机的工作原理：直流有2个独立绕组。定子和转子，定子绕组通入直流电，产生稳恒磁场，转子绕组通直流电，产生稳恒电流，定子的稳恒磁场和转子的电流相互作用，产生机械转矩，拖动转子旋转，且此机械转矩分别和定子的稳恒磁场和转子的电流成正比。直流电动机的调速特性：因为直流电机的定子路和转路相互独立，可以分别调节定子磁场的强弱和转子电流的大小，两者相互作用产生的机械转矩分别和定子的稳恒磁场和转子电流成正比。直流电动机的调速方法：调压调速，在额定转速以上弱磁调速，电枢电路串电阻r 调速。三相异步交流电动机原理：定子绕组通入相位差为120的三相对称的交流电，产生不变磁场，此旋转磁场切割笼型导体，在转子中感应出电流，旋转磁场和感电流作用，产生机械转矩，拖动转子旋转。方法。。调频，改变磁极对数，改变转差率。电力电子器件有哪些？SCR(可控硅)GTO(门极可关断晶闸管)IGBT(绝缘栅型双极型晶体管)IGCT(集成门极换流晶闸管)MOSFET(金属氧化物场效应管)SIT(静电感应晶体管)SITH （静电感应晶闸管）晶闸管导通时必须同时具备的两个条件：1晶闸管的阳极A和阴极K之间加正向电压2晶闸管的门极G和阴极K之间加正向触发电压，具有足够的门极电流。为什么说电力电子器件的发展是变频器发展的基础？变频器的逆变部分都基于允许通过电流大、耐受电压很高的器件。电力电子器件在逆变电路中主要用作开关使用，能够承受足够大的电压和电流而且可以频繁的开关，控制方便。晶闸管的特性，单向导电和正向导通，没有自关断能力。 IGBT的特性。1输入阻抗高，开关速度快，用作变频器件会使变频器的载波频率也较高。2开关波形比较平滑，电动机基本无电磁噪声，电动机的转矩增大3驱动电路简单，已经集成化4通态电压低，能承受高电压、大电流等5能耗小6增强了对常见故障的自处理能力，故障率大为减少。在瞬间断电时，驱动电源的电压衰减较慢，整个管子不易因进入放大区而损坏。交流异步电动机变频调速原理。变频调速的最大特点是由三相异步电动机的转速公式n=（1-s）*60f/p知道，调节了三相交流电的频率，也就调节了同步转速，也就调节了异步电动机转子的转速。特点：电动机从高速到低速，其转速差率失踪保持最小的数值，因此变频调速时，异步电动机的功率因数都很高。变频调速系统的控制方式。1在基频以下调速：保持气隙磁场最大值φm不变，让频率f1从基频f1N往下调，必须同时降低E1，使E1/f1保持不变，为变量，但定子绕组的感应电势不容易控制。可以通过控制U1/f1=常量的方式来控制E1/f1不变，达到调频调速的目的2在基频以上调速：让频率f1从基频f1N往上调时，不可能继续保持E1/f1的值不变，因电压U1不能超过额定电压U1N。这时，只能保持电压U1不变，结果是：使气隙磁通最大值φm随频率升高而降低，电动机的同时转速升高，最大转矩减少，输出功率基本不变。所以，基频以上调速属于弱磁恒功率调速。 SPWM型脉冲调制原理。在开关原件的控制端加上两种信号:三角载波uc和正弦调制波ur，当正弦调制波ur的值在某点上大于三角载波uc的值时，开关元件导通，输出矩形脉冲；反之，开关元件截止。改变正弦调制波ur的幅值，可以改变输出电压脉冲的宽窄，从而改变输出电压的相应时间间隔内的平均值的大小；改变正弦调制波ur的频率，可以改变输出电压的频率。变频器多采用SPWM控制原因：对于三厢逆变器，必须要有一个能产生相位上互差120°的三相变频变幅的正弦调制波发生器。载波三角波可以共享。逆变器输出三相频率和幅值都可以调节的脉冲波。

变频调速系统技术原理及应用

变频调速系统技术原理及应用 0 引言随着工业自动化技术的飞速发展，人们对自动化监控系统的要求越来越高，如要求界面简单明了，易于操作，实时性好，开发周期短，便于修改、扩充、升级。这些要求促使工控组态软件应运而生，组态是指通过专用的软件定义系统的过程，工控组态软件是利用系统软件提供的工具，通过简单形象的组态工作，构成系统所需的软件。国外软件商推出了各种工业控制软件包，如美国Wonderware 公司的In-Touch，美国Intellution 公司的iFIX，德国西门子公司的WinCC；国产工控组态软件则以北京亚控科技发展有限公司出品的“Kingview （组态王）”组态软件为代表[1]。 PLC 作为现代工业控制的三大支柱（PLC、机器人和CAD/CAM）之一，编程、操作简易方便，程序修改灵活，功能强大。被广泛应用于冶金、矿业、机械、轻工等领域，加速了机电一体化的进程。科威公司生产的EASY系列嵌入式PLC 是将PLC 内核构建于控制器内，运用PLC 语言开发用户所需产品，能提高开发速度，降低开发费用，提高控制器的稳定性[2]。嵌入式PLC 又称客制式PLC，即根据用户的控制需要定制硬件，以PLC 的应用方式解决对象控制问题的专用PLC。EASY嵌入式PLC软件平台具有开发通用、专用PLC 的基本功能，支持CAN bus现场总线、支持通用HMI、组态软件包。变频器技术是一门综合性的技术，它建立在控制技术、电力电子技术、微电子技术和计算机技术的基础上。与传统的交流拖动系统相比，利用变频器对交流电动机进行调速控制，可以实现大范围内的高效连续精确调速控制。其完善的保护功能既能保护变频器，又能保护电机及相关用电设备[3]。富士系列变频器是高性能和多功能的理想结合，动态转矩矢量控制能在各种运行条件下实现对电动机的最佳控制。强大的功能和鲜明的特点使其广泛应用于工业场合。 1 Kingview组态软件 Kingview（组态王）完全基于网络概念，支持客户机- 服务器模式和Internet/Intranet 浏览器技术，并且是一种可伸缩的柔性结构，根据网络规模大小，可以将不同站点设计成I/O 服务器、报警服务器、数据服务器、登录服务器、校时服务器、客户机等，在系统扩展和变化时，有着极大的灵活性。组态王设计成全冗余结构，在五个层面上提供了冗余：I/O通道冗余、双设备冗余、双网冗余、双机冗余及双系统冗余。组态王被设计成一个完全意义上的软件平台，允许用户进行功能扩展和发挥，它也是一个ActiveX容器，无须编程即可将第三方控件直接连入组态王中[4]。

变频水泵节能原理及分析

变频水泵节能原理及分析 Revised as of 23 November 2020

前言离心式水泵在我国当前的工农业生产和人民日常生活中起到很大的作用，水泵使用三相异步电动机进行拖动，其流量和压力等控制对象大多采用管道阀门截流的调节方式。这种人为增加管阻的调节方式虽然满足了生产生活所需的对流量的控制，但是浪费了大量的电能，不是一种经济的运行方式。在电力能源越发短缺的今天，找寻并普及一种既经济又方便的水泵运行方式，对节能工作有着重大的意义。 1、离心式水泵工作特性离心式水泵工作原理离心式水泵是一种利用水的离心运动的抽水机械。由泵壳、叶轮、泵轴、泵架等组成。起动前应先往泵里灌满水，起动后旋转的叶轮带动泵里的水高速旋转，水作离心运动，向外甩出并被压入出水管。水被甩出后，叶轮附近的压强减小，在转轴附近就形成一个低压区。这里的压强比大气压低得多，外面的水就在大气压的作用下，冲开底阀从进水管进入泵内。冲进来的水在随叶轮高速旋转中又被甩出，并压入出水管。叶轮在动力机带动下不断高速旋转，水就源源不断地从低处被抽到高处。泵类负载特性分析为适应用户用水量的变化，调节出水流量，现通常采用两种方法来完成流量的连续调节。一种是利用控制阀或节流阀进行节流，以改变出水流量；另一种是泵的调速控制，调节泵的转速来改变出水流量。图1为水泵调速时的全扬程特性（H—Q）曲线。

图1 水泵调速时的H-Q曲线在上图中，曲线n0表示，管路中阀门开度不变时，水泵在额定转速下的扬程—流量曲线。R1表示水泵转速不变时，全扬程与流量之间的关系曲线，又称管阻特性曲线。H0为供水量Q接近0时，所需的扬程等于实际扬程，其物理意义是：如果全扬程小于实际扬程，系统将不能供水。由上图可知，水泵的扬程特性曲线和管网的管阻特性曲线有交叉点，这个点就是水泵工作时既满足扬程特性又满足管阻特性，供水系统工作于平衡状态，系统稳定运行。在使用管道阀门控制时，当流量要求从QA减小到QB，就必须减小阀门开度。这时供水管道的阻力变大，管阻特性曲线从R1移到R2，扬程则从HA上升到HB，运行工况点从A点移到B点。在使用水泵调速控制时，当流量要求从QA减小到QB，由于阀门开口度不变，管道的阻力曲线R不变，此时水泵的特性取决于其转速。如果把速度从n0降到n1，运行工况点则从A点移到C点，扬程从HA下降到HC。根据离心泵特性曲线公式：其中：P——为泵使用的工况点轴功率（KW）； Q——为使用工况点的水压或流量（m2/s）； H——为使用工况点的扬程（m）； ρ——为输出介质的密度（kg/m3）； η——为使用工况点的泵的效率（%）。由公式1，可得出在使用阀门调节时，水泵运行在B点的轴功率，和用转速调节时，水泵运行在C点的轴功率分别为：

变频调速技术ACS6000概述

变频调速技术现代工业生产过程中，各种设备的传动部件大都离不开电动机，且电动机的传动在许多场合要求能够调速。电动机的调速运行方式很多，以电动机类型分大致可分为直流调速与交流调速两种，而交流调速方式又可分为变极调速、改变转差率调速和变频调速等几种方式。 20世纪70年代后，大规模集成电路和计算机控制技术的发展，以及现代控制理论的应用，使得交流电力拖动系统逐步具备了宽的调速范围、高的稳速范围、高的稳速精度、快的动态响应以及在四象限作可逆运行等良好的技术性能，在调速性能方面可以与直流电力拖动媲美。在交流调速技术中，变频调速具有绝对优势，并且它的调速性能与可靠性不断完善，价格不断降低，特别是变频调速节电效果明显，而且易于实现过程自动化，深受工业行业的青睐。 1. 交流变频调速的优异特性 (1) 调速时平滑性好，效率高。低速时，特性静关率较高，相对稳定性好。 (2) 调速范围较大，精度高。 (3) 起动电流低，对系统及电网无冲击，节电效果明显。 (4) 变频器体积小，便于安装、调试、维修简便。 (5) 易于实现过程自动化。 (6) 必须有专用的变频电源，目前造价较高。 (7) 在恒转矩调速时，低速段电动机的过载能力大为降低。 2. 与其它调速方法的比较这里仅就交流变频调速系统与直流调速系统做一比较。在直流调速系统中，由于直流电动机具有电刷和整流子，因而必须对其进行检查，电机安装环境受到限制。例如：不能在有易爆气体及尘埃多的场合使用。此外，也限制了电机向高转速、大容量发展。而交流电机就不存在这些问题，主要表现为以下几点：第一，直流电机的单机容量一般为12-14MW，还常制成双电枢形式，而交流电机单机容量却可以数倍于它。第二，直流电机由于受换向限制，其电枢电压最高只能做到一千多伏，而交流电机可做到6-10kV。第三，直流电机受换向器部分机械强度的约束，其额定转速随电机额定功率而减小，一般仅为每分钟数百转

交流变频调速技术的优势与应用

交流变频调速技术的优势与应用交流变频调速的方法是异步电机最有发展前途的调速方法。随着电力电子技术的不断发展，性能可靠、匹配完善、价格便宜的变频器会不断出现，这一技术会得到更为广泛、普遍的应用。对于可调速的电力拖动系统，工程上往往根据电动机电流形式分为直流调速系统和交流调速系统两类。它们最大的不同之出主要在于交流电力拖动免除了改变直流电机电流流向变化的机械向器——整流子。 20世纪70年代后，大规模集成电路和计算机控制技术的发展，以及现代控制理论的应用，使得交流电力拖动系统逐步具备了宽的调速范围、高的稳速范围、高的稳速精度、快的动态响应以及在四象限作可逆运行等良好的技术性能，在调速性能方面可以与直流电力拖动媲美。在交流调速技术中，变频调速具有绝对优势，并且它的调速性能与可靠性不断完善，价格不断降低，特别是变频调速节电效果明显，而且易于实现过程自动化，深受工业行业的青睐。 1. 交流变频调速的优异特性 (1) 调速时平滑性好，效率高。低速时，特性静关率较高，相对稳定性好。 (2) 调速范围较大，精度高。 (3) 起动电流低，对系统及电网无冲击，节电效果明显。 (4) 变频器体积小，便于安装、调试、维修简便。 (5) 易于实现过程自动化。 (6) 必须有专用的变频电源，目前造价较高。 (7) 在恒转矩调速时，低速段电动机的过载能力大为降低。 2. 与其它调速方法的比较交流电动机的调速方法有三种：变极调速、改变转差率调速和变频调速。其中，变频调速最具优势。这里仅就交流变频调速系统与直流调速系统做一比较。在直流调速系统中，由于直流电动机具有电刷和整流子，因而必须对其进行检查，电机安装环境受到限制。例如：不能在有易爆气体及尘埃多的场合使用。此外，也

变频调速器的节能节电技术原理及其应用技术

变频调速器的节能节电技术原理及其应用技术什么叫变频调速技术，它是一种以改变电机频率和改变电压来达到电机调速目的的技术。大家都知道，目前，无论哪种机械调速，都是通过电机来实现的。从大范围来分，电机有直流电机和交流电机。过去的调速，多数用直流电机，由于直流机调速容易实现。但直流机固有的缺点：滑环和碳刷要经常拆换，给人们带来太大的麻烦。因此有人就想，如果把可靠简单的笼式交流电机用来调速那该多好！因而就出现了定子调速、变极调速、滑差调速、转子串电阻调速、串极调速、液力偶和调速等交流调速方式。当然也出现了滑差电机、绕线式电机、同步机、这些都是交流电机。到20世纪80年代，由于电力电子技术、微电子技术和信息技术的发展，才出现了对交流机来说最好的变频调速技术，它一出现就以其优异的性能逐步取代其它交流电机调速方式，乃至直流电机调速，而成为电气传动的中枢。因而说变频调速是时代的产物，只有在技术高度发展的今天，才能实现。为什么说它是基于电力电子、微电子、信息技术发展的产物？一是它的逆变部分都基于电流很大、电压很高的SCR、GTR、IGBT、GTO、MCT等电力电子器件来完成的。什么叫逆变：就是直流变交流（DC－AC）那么交流变直流就叫整流（AC －DC）。二是它的控制部分和负载状态的检测是由CPU（32位计算机）来完成，这是微电子器件发展的结果。三是内置4－20mA 接口和RS485 接口可以和仪表、DCS 相接，通过总线Profibus、Interbus 通讯。调速节能原理从二个方面来说明： 1、风机水泵的节电原理就是用调速控制代替挡风板或节流阀控制风流量，这是一个节电的有效途径。在用档风板控制额定风量Q1=100%输出时，则轴功率N1与面积AH1 OQ1成正比，若风量减半Q2 =50%输出时，则轴功率N2与面积BH2 OQ2成正比，它比N1减少不多，这是因为需要克服档风板阻力增大风压所致。如果采用调速控制同样风量减半输出时，转数由n1降至n2，按风机参数比例定律画出n2时的特性曲线，C点为新的工矿点，这时轴功率N2与面积CH3OQ2成正比，在满足同样风量Q2情况下，轴功能降低很多，节省的功率耗损△N与面积BH2H3C成正比，可见节电效果十分显著。 2、流体力学的观点流量∝转速，压力∝转速^2，轴功率∝转速^3，若转速下降20%，则功率下降到51.2% ；若转速下降50%，则轴功率下降到12.5% ，即使考虑调速装置本身的损耗等因素，节电也是相当可观的。为此，许多行业、如钢铁、有色、石油、石化、化工、纺织、机械、电力、建材、医药、煤炭、造纸、卷烟、酒店、自来水等行业都在许多设备中采用交流电机变频调速技术，产生节电及增产的效果，下面举几个例子：实例1、空调类负载

变频器的远程控制及调速原理

变频器远程控制及调速原理 -----唐玉龙一、变频器的远程控制什么是变频器远程控制器在许多变频器的应用现场，电机与操作室距离较远。如将变频器安装在现场，不便于工人的观察与操作；如安装在操作室内，则动力线拉的距离太远，成本高，且对变频器本身及系统中其他设备造成干扰。针对上述应用情况，我们开发研制了变频器远程控制器产品。变频器远程控制器是一种实现变频器远程操作的智能仪表，通过RS485网络远程控制变频器的启动、停止、加速、减速、正反转，并实时显示变频器的工作频率、转速等运行状态信息。单机通讯距离可达1200米(9600bps)，有效减少变频器的干扰。这样就可将变频器安装在电动机附近，通过屏蔽通讯线接到远端操作室内仪表盘上的变频器远程控制器上，在操作室内就能观察和操作变频器的运行状态。另外，变频器远程控制器还可接外置操作按钮，有手动/自动切换及监听等功能,可接入计算机控制系统，便于工程使用。二、变频器远程控制器的种类和功能我们研发的变频器远程控制器根据变频器的不同可分为标准型和加强型；根据通讯方式的不同可分为有线通讯、无线通讯；根据不同的通讯协议也分别有相应的产品。如果没有通讯接口或无法知道其通讯协议的变频器，可在变频器一端接上我们的远端转换器，将模拟信号和开关信号通过485网络传送到远程控制器上。这样对没有通讯口或无法知道通讯协议的变频器也都能使

用，真正实现变频器万能远程控制器的功能。二、交流异步电动机变频调速原理变频器是利用电力半导体器件的通断作用把电压、频率固定不变的交流电变成电压、频率都可调的交流电源。现在使用的变频器主要采用交—直—交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、再次整流（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成的。． -直部分交对于VD1-VD6六个整流二极管组成不可控全波整流桥。整流电路：由二极管的正向1200V，380V的额定电源，一般二极管反向耐压值应选1.414-2倍。电流为电机额定电流的（二）变频器元件作用：电容C1 整流电路输出是脉动的直流电压，必须加以滤波，是吸收电容, 可用来把某种数值的交变电压变换变压器是一种常见的电气设备，也可以改变交流电的数值及变换阻为同频率的另一数值的交变电压，抗或改变相位。压敏电阻：有三个作用,一过电压保护,二耐雷击要求,三安规测试需要. 热敏电阻：过热保护

变频调速的基本原理

变频调速的基本原理 1．电机调速的类型通常，家用电器用得最多的是单相异步电动机，靠电容或电阻来分相。电机在工作时常处于短时重复状态（开／停），如空调、冰箱等。这样势必带来起动频繁、噪声大、电机寿命短、温度稳定性差以及能耗高等一系列弊端。变频调速技术的应用不但给这些家电产品带来功能的增加、性能的改善，而且具有明显的节能效果和降噪效果，同时使整机寿命较传统家电有明显提高。异步电机调速有许多方法，如变极调速、变转差率调速和变频调速等。前两种转差损耗大，效率低，对电机特性来说都有一定的局限性。变频调速是通过改变定子电源的频率来改变同步频率实现电机调速的。在调速的整个过程中，从高速到低速可以保持有限的转差率，因而具有高效、调速范围宽（10～100％）和精度高等性能，节电效果可达到20～30％。变频调速有两种方法：一是交－直－交变频，适用于高速小容量电机；二是交－交变频。适用于低速大容量拖动系统。变频空调器按照其室内风扇电机、室外风机及压缩机的类型，可分为3A和3D变频空调器。对于室内、室外风机和变频压缩机均为交流（AC）形式的变频空调器，一般称之为3A变频空调器；而对于室

内、室外风机和变频压缩机均为三相直流无刷电机（DCBLM）形式的变频空调器，一般称之为3D变频空调器。后者价位远高于前者，仅物料成本就高于同功率的3A变频空调器近300元，而且开发难度较大，空调系统和控制器的配合复杂度较高。 2．变频调速的原理异步电机的转速n可以表示为式中，n2为同步转速，Δn1为转差损失的转速，p为磁极对数，s为转差率，f为电源的频率。可见，改变电源频率就可以改变同步转速和电机转速。频率的下降会导致磁通的增加，造成磁路饱和，励磁电流增加，功率因数下降，铁心和线圈过热。显然这是不允许的。为此，要在降频的同时还要降压。这就要求频率与电压协调控制。此外，在许多场合，为了保持在调速时，电动机产生最大转矩不变，亦需要维持磁通不变，这亦由频率和电压协调控制来实现，故称为可变频率可变电压调速（VVVF），简称变频调速。实现变频调速的装置称为变频器。变频器一般由整流器、滤波器、

变频调速及控制技术的发展趋势

变频调速及控制技术的发展趋势能源需求正极大地影响着全球经济发展。我国同样也面临着经济增长对能源需求的压力。九十年代我国高耗能产品的耗能量比发达国家高12-55%，能源综合利用效率仅为32%。我国迫切需要提高能源利用效率。电机是能源消耗大户之一。我国电机总装机容量已达4亿千瓦，年耗电量达6000亿千瓦时，占工业耗电量的80%，然而直到目前，我国各类在用电机80%以上还是中小型异步电动机，可见我国在电机节能领域有非常大的潜力。电机节能技术最受瞩目的就是变频调速技术。但是，我国变频调速技术研究虽然非常活跃，然而产业化仍很不理想，外国产品几乎占据了我国变频调速技术市场的60%。以下将着重介绍变频调速技术的最新发展概况。变频调速技术的现状 20世纪是变频调速技术由诞生到发展的时代。特别是20世纪90年代以后，IGBT、IGCT （集成门极换向性晶闸管）等新型电力电子器件的发展、DSP（数字信号处理器）和ASIC （专用集成电路）的快速发展以及新颖控制理论和技术（如磁场定向矢量控制、直接转矩控制等）的完善，使变频调速系统在调速范围、调速精度、动态响应、功率因数、运行效率和使用方便等性能指标超过了直流调速系统，达到取代直流调速的地步，受到各行业的欢迎并取得显著的经济效益。变频调速及控制技术的发展趋势 1．高压大功率的变频调速系统在我国低压变频调速装置已得到用户的认可，市场总量已达2000年的约40亿人民币，并显示出其节能效果。据统计，我国低压（690V以下）电机数量是高压电机的几十倍，但耗能仅为高压电机的八分之一。近来国际上高压大电流功率器件的出现以及并、串联技术的发展，使高压大功率的变频调速得以实现，其使用效果平均节能可达30%，有着十分明显的

plc控制变频器调速

基于 PLC 控制变频器调速实验报告电控学院电气

实训目的：本次实验针对电气工程及其自动化专业。通过综合实验，使学生对所学过的可编程控制器在电动机变频调速控制中的应用有一个系统的认识，并运用自己学过的知识，自己设计变频调速控制系统。要求用PLC控制变频器，通过光电编码器反馈速度信号达到电动机调速的精确控制，自己设计，自己编程，最后进行硬件、软件联机的综合调试，实现自己的设计思想。在整个试验过程中，摆脱以往由教师设计，检查处理故障的传统做法，由学生完全自己动手，互相查找处理故障，培养学生动手能力。学生实验应做到以下几点： 1. 通过电动机变频调速控制系统实验，进一步了解可编程控制器在电动机变频调速控制中的应用。 2. 通过系统设计，进一步了解PLC、变频器及编码器之间的配合关系。 3. 通过实验线路的设计，实际操作，使理论与实际相结合，增加感性认识，使书本知识更加巩固。 4. 培养动手能力，增强对可编程控制器运用的能力。 5. 培养分析，查找故障的能力。 6. 增加对可编程控制器外围电路的认识。实训主要器件：欧姆龙CPM2AH-40CDR可编程控制器（PLC），欧瑞F1000-G系列变频器，三相异步电机第一部分采样转速的采样采用的是欧姆龙的光电编码器，结合PLC的高速计数器端子，实现高精度的采样。。编码器是将信号（如比特流）或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。编码器把角位移或直线位移转换成电信号，前者成为码盘，后者称码尺．按照读出方式编码器可以分为接触式和非接触式两种．接触式采用电刷输出，一电刷接触导电区或绝缘区来表示代码的状态是1还是0；非接触式的接受敏感元件是光敏元件或磁敏元件，采用光敏元件时以透光区和不透光区来表示代码的状态是1还是0，通过1和0的二进制编码来将采集来的物理信号转换为机器码可读取的电信号用以通讯、传输和储存。欧姆龙（OMRON）编码器是用来测量转速的装置，光电式旋转编码器通过光电转换，可将输出轴的角位移、角速度等机械量转换成相应的电脉冲以数字量输出（REP）。它分为单路输出和双路输出两种。技术参数主要有每转脉冲数（几十个到

变频调速技术及应用复习提纲

复习提纲 1、根据公式，说明交流异步电动机和同步电动机调速的方法各有哪些？交流电机同步转速交流感应电机转速交流异步电动机调速的方法:(1)变频调速(2)变极调速(3)变转差率调速第一：改变感应电机的极对数p ，从而改变电动机的转速。这种方法只能一级一级地调速，不能平滑调节，而且电机体积较大，接线复杂，电机运行性能较差；第二：改变感应电机转差率s 。绕线式感应电动机通过在转子中外加调速电阻，实现改变转差率，使得转速改变。缺点是调速电阻需要消耗一定能量，绕线式电动机结构较复杂，适用于中小容量电动机；第三：改变电源频率f1。通过改变电源频率来改变交流电动机转速。是当前应用最广泛的交流调速技术。既适用于同步电机，也适用于感应电机。交流同步电机转速只有变频调速根据交流异步电机的转速公式 n=n1(1-s)=60f1/p(1-s) 可知：交流异步电动机有以下三种基本调速方法：（1）改变定子极对数p 调速。（2）改变电源频率f1调速。（3）改变转差率s 调速。 ()()116011=-=-f n n s s p 1160=f n p 1160=f n p

2、按电动机能量类型可将异步电机调速分为几种类型？（1）转差功率消耗型调速系统（2）转差功率馈送型调速系统（3）转差功率不变型调速系统 3、现代交流调速系统由哪些部分组成？现代交流调速系统的组成 4、目前应用最多、最广泛的交流调速方法是哪种？主要应用于哪些场合？变频调速：改变电源频率f1。通过改变电源频率来改变交流电动机转速。是当前应用最广泛的交流调速技术。既适用于同步电机，也适用于感应电机。5、叙述异步电动机工作原理、铭牌的意义、旋转方向等工作原理: 三相交流异步电动机工作原理：(1)当三相异步电机接入三相交流电源时，三相定子绕组流过三相对称电流产生的三相磁动势（定子旋转磁动势）并产生旋转磁场。(2)该旋转磁场与转子导体有相对切割运动,根据电磁感应原理,转子导体产生感应电动势并产生感应电流。（3）根据电磁力定律，载流的转子导体在磁场中受到电磁力作用，形成电磁转矩，驱动转子旋转，当电动机轴上带机械负载时，便向外输出机械能。电机的转速（转子转速）小于旋转磁场的转速，从而叫为异步电机。它和感应电机基本上是相同的。s=(ns-n)/ns。s为转差率，ns为磁场转速，n为转子转速。三相异步电动机的转速永远低于旋转磁场的同步转速，使转子和旋转磁场间有相对运动，从而保证转子的闭合导体切割磁力线，感生电流，产生转矩。转速的差异是异步电机运转的必要条件。在额定情况下，转子转速一般比同步转速低2-5%。

变频器调速原理

变频器调速基本原理 1、变频器概述。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。它的主电路都采用交—直—交电路。JP6C-T9/J9 系列低压通用变频器工作电压为：380～690V ，功率为0.75～800kW ，工作频率为0～400Hz ；JP6C-YZ 系列中压通用变频器工作电压为：1140～2300V ，功率为37～1000kW ，工作频率为0～400Hz ；JCS 系列高压变频器工作电压为：3KV / 6KV / 10KV ，功率为280～20000kW ，工作频率为0～60Hz ； 2、变频原理。从理论上我们可知，电机的转速N 与供电频率f 有以下关系： )1(*60s P f N -= 其中： p ——电机极数 S ——转差率由式(1)可知，转速n 与频率f 成正比，如果不改变电动机的极数，只要改变频率f 即可改变电动机的转速，当频率f 在0～50Hz 的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。 3、节能调速原理一般使用的风机、水泵类它们额定风量、水量都超过实际需要，又因工艺的需要，往往运行中要改变风量、水量，而目前多数采用档板或阀门来调节的，虽然方法简单，但实质是人为增加阻力的办法。因此浪费大量电能，属不经济的调节方式。从流体力学原理可知，风机的风量、水泵的流量与电机转速及电机功率的关系如下：当风机转速下降时，电动机的功率迅速降低，例风量下降到80％，转速亦下降到80％时，则轴功率下降到额定的51％，若风量下降到50％，轴功率将下降到额定的13％，其节电潜力非常大，并有下述曲线、阴影部分表示采用变频器调速方式的节电效果，其节电可达30-40％效果十分明显。对不同使用频率时的节电率N%可查表。上述原理也基本适用水泵，可见采用变频调速控制实现节电是有效的、惟一的途径。变频调速特点是效率高，无附加转差损耗，调速范围大、精度高、无级的。容易实现协调控制和闭环控制，可利用原有异步电动机对旧设备进行技术改造，它既保留了原有电动机，具有改造简单，可靠、耐用，维护方便的优点，即能达到节电的显著效果，又能恒压力的工艺需求，还能减小机械磨损。因此，可