通用变频调速技术应用

讲授者：王孝俭水利与建筑工程学院变频调速技术及其应用变频调速技术及其应用多年来，国家经贸委一直会同国家有关部多年来，国家经贸委一直会同国家有关部门致力于变频调速技术的开发及推广应用，在门致力于变频调速技术的开发及推广应用，在技术开发、技术改造方面给予了重点扶持，组技术开发、技术改造方面给予了重点扶持，组织了变频调速技术的评测推荐工作，并把推广织了变频调速技术的评测推荐工作，并把推广应用变频调速技术作为风机、水泵节能技改专应用变频调速技术作为风机、水泵节能技改专项的重点投资方向，同时鼓励单位开展统贷统项的重点投资方向，同时鼓励单位开展统贷统还方式，抓开发、抓示范工程、抓推广应用。还方式，抓开发、抓示范工程、抓推广应用。国家成力了风机水泵节能中心，开展信息咨询国家成力了风机水泵节能中心，开展信息咨询和培训。和培训。19951997年年3年间我国风机水泵变年间我国风机水泵变频调速技术改造投入资金频调速技术改造投入资金3.5亿元，改造总容量亿元，改造总容量达达100万万kW，可年节电，可年节电7亿亿kWh，平均投资回，平均投资回收期约收期约2年。年。绪绪 论论 19971997年朱榕基总理在国家经贸委上报的年朱榕基总理在国家经贸委上报的“关关于风机、水泵节能改造工作情况的报告于风机、水泵节能改造工作情况的报告”上明确上明确指示指示“这件事抓得好这件事抓得好”。19981998年年1 1月月1 1日实施的日实施的中华人民共和国节约能源法中华人民共和国节约能源法第第3939条，已将变条，已将变频调速列入通用节能技术加以推广。在国家经贸频调速列入通用节能技术加以推广。在国家经贸委委“九五九五”资源节能综合利用工作纲要资源节能综合利用工作纲要中，中，变频调速已被列入重点组织实施的变频调速已被列入重点组织实施的1010项资源节约项资源节约综合利用技术改造示范工程之一。综合利用技术改造示范工程之一。由国家经贸委由国家经贸委和国家计划委员会在和国家计划委员会在2001年制订了年制订了节约用电管节约用电管理办法理办法，着重推荐了变频调速技术，着重推荐了变频调速技术.变频器产生的最初用途是速度控制，但目前在国内变频器产生的最初用途是速度控制，但目前在国内应用较多的是节能。中国是能耗大国，能源利用率很低，应用较多的是节能。中国是能耗大国，能源利用率很低，而能源储备不足。在而能源储备不足。在20032003年的中国电力消耗中，年的中国电力消耗中，60-7060-70为动力电，而在总容量为为动力电，而在总容量为5.85.8亿千瓦的电动机总容量中亿千瓦的电动机总容量中，只有不到，只有不到20002000万千瓦的电动机是带变频控制的。据分万千瓦的电动机是带变频控制的。据分析，在中国，带变动负载、具有节能潜力的电机至少有析，在中国，带变动负载、具有节能潜力的电机至少有1.81.8亿千瓦。因此国家大力提倡节能措施，并着重推荐了亿千瓦。因此国家大力提倡节能措施，并着重推荐了变频调速技术。变频调速技术。研究显示，电力行业研究显示，电力行业20032003年的变频器市场规模就达年的变频器市场规模就达到到2.52.5亿元。因此，变频器的节能应用前景非常广阔亿元。因此，变频器的节能应用前景非常广阔。市场调查显示，市场调查显示，20032003年变频器在纺织与化纤行业的年变频器在纺织与化纤行业的市场规模超过了市场规模超过了1010亿元。亿元。此外，在食品、饮料、包装、造纸、机床、电梯等此外，在食品、饮料、包装、造纸、机床、电梯等行业，国内企业需要扩大生产规模，提高生产技术，因行业，国内企业需要扩大生产规模，提高生产技术，因此变频器的应用前景和发展潜力都不可小视。此变频器的应用前景和发展潜力都不可小视。一、变频调速技术的概念一、变频调速技术的概念二、变频调速技术的优点二、变频调速技术的优点三、变频调速技术的调速原理三、变频调速技术的调速原理四、变频调速器的分类四、变频调速器的分类五、变频器的主要性能指标五、变频器的主要性能指标六、变频器在各个领域的典型应用六、变频器在各个领域的典型应用 七、变频调速技术涉及的控制技术七、变频调速技术涉及的控制技术 八、变频调速技术的发展趋势八、变频调速技术的发展趋势 变频调速技术及其应用变频调速技术及其应用一、变频调速技术的概念一、变频调速技术的概念1 1、什么叫变频调速技术、什么叫变频调速技术 变频调速技术是一种以改变电机供电电变频调速技术是一种以改变电机供电电源频率和电压来达到电机调速目的的技术源频率和电压来达到电机调速目的的技术 目前，无论哪种机械调速，都是通过目前，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。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、液力偶合调速子串电阻调速、串极调速、液力偶合调速等交流调速方式。当然也出现了滑差电机、等交流调速方式。当然也出现了滑差电机、绕线式电机、同步电机、这些都是交流电绕线式电机、同步电机、这些都是交流电机。机。怎样实现变频调速？怎样实现变频调速？利用变频器实现变频调速。利用变频器实现变频调速。变频器采用大功率电力电子器件作为功率元件，变频器采用大功率电力电子器件作为功率元件，以单片机为核心进行控制，采用以单片机为核心进行控制，采用SPWM正弦脉宽正弦脉宽调制方式，是电力电子与计算机控制相结合的机调制方式，是电力电子与计算机控制相结合的机电一体化产品电一体化产品.它将随着功率元件和计算机技术的它将随着功率元件和计算机技术的发展，结构上做到体积小，重量轻；性能上优于发展，结构上做到体积小，重量轻；性能上优于以往的变极调速、串阻调速、串极调速、滑差电以往的变极调速、串阻调速、串极调速、滑差电机调速等交流电机调速方式机调速等交流电机调速方式,并且将会逐步以这种并且将会逐步以这种崭新的调速技术取代直流电机调速崭新的调速技术取代直流电机调速.用交流异步电用交流异步电机取代直流电机，将使调速系统更加简单机取代直流电机，将使调速系统更加简单。2、什么是变频器、什么是变频器?变频器的全称为变频变压调速器。变频器是变频器的全称为变频变压调速器。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。为另一频率的电能控制装置。3 3、变频调速是时代的产物、变频调速是时代的产物 到到2020世纪世纪8080年代，由于电力电子技术，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，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。发展的今天，才能实现。一是它的逆变部分都基于电流很大、电压很高一是它的逆变部分都基于电流很大、电压很高的电力电子器件来完成的。什么叫逆变：就是直流的电力电子器件来完成的。什么叫逆变：就是直流变交流（变交流（DCAC）那么交流变直流就叫整流（）那么交流变直流就叫整流（ACDC）。）。双极型：双极型：SCRSCR（晶闸管）（晶闸管）GTR GTR（电力晶体管）、（电力晶体管）、GTOGTO（门极可关断晶闸管）、（门极可关断晶闸管）、SITHSITH（静电感应晶闸（静电感应晶闸管）等。管）等。单极型：单极型：SITSIT（静电感应晶体管）、（静电感应晶体管）、MOSFETMOSFET（功率场控晶体管）等。（功率场控晶体管）等。复合型：复合型：IGBTIGBT（绝缘栅双极型晶体管）（绝缘栅双极型晶体管）、MCTMCT（MOSMOS控制晶闸管）等。控制晶闸管）等。为什么说变频调速是基于电力电子、微电为什么说变频调速是基于电力电子、微电子、信息技术发展的产物？子、信息技术发展的产物？二是它的控制部分和负载状态的检测是由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，这是微电子器件位计算机）来完成，这是微电子器件发展的结果。以发展的结果。以32位高速微处理器为基础的数字位高速微处理器为基础的数字控制模板有足够的能力实现各种控制算法。控制模板有足够的能力实现各种控制算法。三是内置三是内置420mA接口和接口和RS485等等各种接各种接口口可以和仪表、可以和仪表、计算机、可编程序控制器、计算机、可编程序控制器、DCS相接，通过总线相接，通过总线Profibus、Interbus通讯。通讯。具有远程控制的功能，容易对系统实现自动控具有远程控制的功能，容易对系统实现自动控制。制。二、变频调速技术的优点二、变频调速技术的优点1、变频调速技术的三大优点、变频调速技术的三大优点（1）具有显著的节电效果。）具有显著的节电效果。（2）具有卓越的调速性能。）具有卓越的调速性能。高速响应、低噪声、大范围、高精度平滑高速响应、低噪声、大范围、高精度平滑无级调速。无级调速。（3）在国民经济各领域的广泛适用性。）在国民经济各领域的广泛适用性。由于变频调速技术的三大优点，使变频调速由于变频调速技术的三大优点，使变频调速技术为节能降耗、改善控制性能、提高产品的技术为节能降耗、改善控制性能、提高产品的产量和质量提供了至关重要的手段。产量和质量提供了至关重要的手段。2、变频调速器的优良性能、变频调速器的优良性能 目前变频调速器已全部采用了数字化技目前变频调速器已全部采用了数字化技术术,并且日趋小型化、高可靠性和高精度。从并且日趋小型化、高可靠性和高精度。从应用角度看，除了具有变频调速技术的三大应用角度看，除了具有变频调速技术的三大优点外还具有如下的优良性能：优点外还具有如下的优良性能：（1 1）体积小、重量轻、占地面积小；）体积小、重量轻、占地面积小；（2 2）保护功能完善，能自诊断显示故障所）保护功能完善，能自诊断显示故障所在，维护简便；在，维护简便；（3 3）操作方便、简单；）操作方便、简单；（4 4）内设功能多，可满足不同工艺要求；）内设功能多，可满足不同工艺要求；（5）具有通用的外部接口端子，可同计算）具有通用的外部接口端子，可同计算机、机、PLC联机，便于实现自动控制；联机，便于实现自动控制；（6）软起动、软停机，具有电流限定和转）软起动、软停机，具有电流限定和转差补偿控制；差补偿控制；（7）电动机直接在线起动，起动转矩大，）电动机直接在线起动，起动转矩大，起动电流小，减小对电网和设备的冲击，并具起动电流小，减小对电网和设备的冲击，并具有转矩提升功能，节省软起动装置；有转矩提升功能，节省软起动装置；（8）功率因数高，节省电容补偿装置；）功率因数高，节省电容补偿装置；（9）与鼠笼式；转子电动机结合，使调速）与鼠笼式；转子电动机结合，使调速系统维护更加简单经济。系统维护更加简单经济。2、变频调速器的优良性能、变频调速器的优良性能 1、变频调速原理变频调速原理由电工学可知，三相异步电动机的转速表达由电工学可知，三相异步电动机的转速表达式如下：式如下：n=60f(1-s)/p式中：式中：f为电源频率；为电源频率；p为电机的极对数；为电机的极对数；n为电为电机的转速；机的转速；s为转差率，为转差率，s=(n0-n)/n0。电机转速的单位为转每分（电机转速的单位为转每分（r/min)（1）变极调速：）变极