怎么样正确使用变频器？

当今变频器产业得到飞速发展变频器产品的产业化规模日趋壮大交流变 频器自20 世纪60 年代左右问世到20 世纪80 年代在主要工业化国家已广泛 使用而从20 世纪90 年代以来随着人们节能环保意识的加强变频器的应用 越来越普及下面例举使用变频调速的10 个理由来说明变频器应用在国外日趋 普及的基本认识: (1) 控制电机的启动电流 当电机通过工频直接启动时它将会产生7 到8 倍的电机额定电流这个电 流值将大大增加电机绕组的电应力并产生热量从而降低电机的寿命而变频调 速则可以在零速零电压启动(当然可以适当加转矩提升) 一旦频率和电压的关系 建立变频器就可以按照V/F 或矢量控制方式带动负载进行工作使用变频调速 能充分降低启动电流提高绕组承受力用户最直接的好处就是电机的维护成本 将进一步降低电机的寿命则相应增加 (2) 降低电力线路电压波动 在电机工频启动时电流剧增的同时电压也会大幅度波动电压下降的幅 度将取决于启动电机的功率大小和配电网的容量电压下降将会导致同一供电网 络中的电压敏感设备故障跳闸或工作异常如PC 机传感器接近开关和接触 器等均会动作出错而采用变频调速后由于能在零频零压时逐步启动则能最 大程度上消除电压下降 (3) 启动时需要的功率更低 电机功率与电流和电压的乘积成正比, 那么通过工频直接启动的电机消耗的 功率将大大高于变频启动所需要的功率在一些工况下其配电系统已经达到了最 高极限其直接工频启动电机所产生的电涌就会对同网上的其他用户产生严重的 影响, 从而将受到电网运行商的警告, 甚至罚款如果采用变频器进行电机起停, 就不会产生类似的问题 (4) 可控的加速功能 变频调速能在零速启动并按照用户的需要进行光滑地加速而且其加速曲线 也可以选择(直线加速S 形加速或者自动加速) 而通过工频启动时对电机或相连 的机械部分轴或齿轮都会产生剧烈的振动这种振动将进一步加剧机械磨损和损 耗降低机械部件和电机的寿命另外变频启动还能应用在类似灌装线上以 防止瓶子倒翻或损坏 (5) 可调的运行速度 运用变频调速能优化工艺过程并能根据工艺过程迅速改变还能通过远控 PLC 或其他控制器来实现速度变化 (6) 可调的转矩极限 通过变频调速后能够设置相应的转矩极限来保护机械不致损坏从而保证 工艺过程的连续性和产品的可靠性目前的变频技术使得不仅转矩极限可调甚 至转矩的控制精度都能达到3 5 左右在工频状态下电机只能通过检测电 流值或热保护来进行控制而无法像在变频控制一样设置精确的转矩值来动作 (7) 受控的停止方式 如同可控的加速一样, 在变频调速中, 停止方式可以受控并且有不同的停 止方式可以选择(减速停车自由停车减速停车直流制动) 同样它能减少对 机械部件和电机的冲击从而使整个系统更加可靠寿命也会相应增加 (8) 节能 离心风机或水泵采用变频器后都能大幅度地降低能耗这在十几年的工程经 验中已经得到体现由于最终的能耗是与电机的转速成立方比所以采用变频后 投资回报就更快厂家也乐意接受 (9) 可逆运行控制 在变频器控制中要实现可逆运行控制无须额外的可逆控制装置只需要改 变输出电压的相序即可这样就能降低维护成本和节省安装空间 (10) 减少机械传动部件 由于目前矢量控制变频器加上同步电机就能实现高效的转矩输出, 从而节省 齿轮箱等机械传动部件, 最终构成直接变频传动系统从而就能降低成本和空间, 提高稳定性 深圳市创杰电气有限公司 2005-05-26 变频调速器的应用场合 引言 交流变频调速器经历近20 年的发展及应用已逐步被人们接受并成为当代电机调速的主流由于变 频器体积小重量轻精度高工艺先进功能丰富保护齐全可靠性高操作简便通用性强易 形成闭环控制等优点它优于以往的任何调速方式如变极调速调压调速滑差调速串级调速整 流子电机调速液力耦合调速等因而深受钢铁有色石油石化化工化纤纺织机械电力 建材煤炭医药造纸卷烟城市供水及污水处理等行业的欢迎 1.1 空调类负载 写字楼商场和一些超市厂房都有中央空调在夏季的用电高峰空调的用电量很大在炎热天 气北京上海深圳空调的用电量均占峰电40%以上因而用变频装置拖动空调系统的冷冻泵冷 水泵风机是一项非常好的节电技术目前全国出现不少专做空调节电的公司其中主要技术是变频 调速节电 1.2 破碎机类负载 冶金矿山建材应用不少破碎机球磨机该类负载采用变频后, 效果显著 1.3 大型窑炉煅烧炉类负载 冶金建材烧碱等大型工业转窑(转炉)以前大部分采用直流整流子电机滑差电机串级调速 或中频机组调速由于这些调速方式或有滑环或效率低近年来不少单位采用交流变频控制效果 极好 1.4 压缩机类负载 压缩机也属应用广泛类负载低压的压缩机在各工业部门都普遍应用高压大容量压缩机在钢铁(如 制氧机) 矿山化肥乙烯都有较多应用采用变频调速均带来启动电流小节电优化设备使用 寿命等优点 1.5 轧机类负载 在冶金行业过去大型轧机多用交-交变频器, 近年来采用交-直-交变频器轧机交流化已是一种 趋势尤其在轻负载轧机如宁夏民族铝制品厂的多机架铝轧机组采用通用型变频器满足低频带载启 动机架间同步运行恒张力控制操作简单可靠 1.6 卷扬机类负载 卷扬机类负载采用变频调速稳定可靠铁厂的高炉卷扬设备是主要的炼铁原料输送设备它 要求启制动平稳加减速均匀可靠性高原多采用串级直流或转子串电阻调速方式效率低可 靠性差用交流变频替代上述调速方式可以取得理想的效果 1.7 转炉类负载 转炉类负载, 用交流变频替代直流机组简单可靠运行稳定 1.8 辊道类负载 辊道类负载多在钢铁冶金行业采用交流电机变频控制可提高设备可靠性和稳定性 1.9 泵类负载 泵类负载量大面广包括水泵油泵化工泵泥浆泵砂泵等, 有低压中小容量泵, 也有高压 大容量泵 许多自来水公司的水泵化工和化肥行业的化工泵往复泵有色金属等行业的泥浆泵等采用变 频调速, 均产生非常好的效果 1.10 吊车翻斗车类负载 吊车翻斗车等负载转矩大且要求平稳正反频繁且要求可靠变频装置控制吊车翻斗车可满足 这些要求 1.11 拉丝机类负载 生产钢丝的拉丝机要求高速连续化的生产钢丝强度为200kg/mm2 调速系统要求精度高稳 定度高且要求同步 1.12 运送车类负载 煤矿的原煤装运列车或钢厂的钢水运送车等采用变频技术效果很好起停快速过载能力强正反 转灵活达到煤面平整重量正确(不多装或少装) 基本上不需要人工操作提高了原煤生产效率节 约了电能 1.13 电梯高架游览车类负载 由于电梯是载人工具要求拖动系统高度可靠又要频繁的加减速和正反转电梯动态特性和可靠 性的提高便增加了电梯乘坐的安全感舒适感和效率过去电梯调速直流居多近几年逐渐转为交流 电机变频调速无论是日本还是德国我国不少电梯厂都争先恐后的用变频调速来装备电梯如上海 三菱广州日立青岛富士天津奥的斯等均采用交流变频调速不少原来生产的电梯也进行了变频改 造 1.14 给料机类负载 冶金电力煤炭化工等行业给料机众多无论圆盘给料机还是振动给料机采用变频调速 效果均非常显著吉化公司染料厂硫酸生产线的圆盘给料机原为滑差调速低频转矩小故障多经 常卡转采用变频调速后由于是异步机可靠性高节电更重要的是和温度变送器闭环保证了输送 物料的准确不至于使氧化剂输送过量超温而造成事故保证了生产的有序性 1.15 堆取料机类负载 堆取料机是煤场码头矿山物料堆取的主要设备主要功能是堆料和取料实现自动堆料和半自 动取料提高了设备可靠性设备运行平稳无冲击和摇动现象取料过程按1/cos 规律回转调速 提高了斗轮回转取料效率和皮带运煤的均匀度很受工人欢迎 1.16 风机类负载 风机类负载系量大面广设备钢厂电厂有色矿山化工纺织化纤水泥造纸等行业 应用较多多数采用调节档板开度来调节风量浪费大量电能采用变频调速即可节电又减少机械 磨损延长设备寿命 1.17 搅拌机类载 化工医药行业搅拌机非常之多, 采用变频调速取代其它调速方式好处特多 1.18 纺丝机类负载 纺丝的工艺复杂, 工位多, 要求张力控制, 有的要求位置控制采用变频调速效果良好. 1.19 特种电源类负载 许多电源, 如实验电源飞机拖动电源(400Hz)都可用变频装置来完成, 好处是投资少见效快 体积小操作简单 1.20 聚酯切片类负载 聚酯切片是石化行业主要产品之一由于变频调速精度高便于多个控制点控制平稳可靠使用 变频调速后可以增加产品产量给企业带来极大好处许多企业在扩容时均采用变频调速技术 1.21 造纸机类负载 我国造纸工业的纸机要求精度高的多采用SCR 直流调速方式有的用滑差电机整流子电机由 于存在滑环和炭刷造成可靠性和精度不高导致造纸机械落后一般车速只有200m/min 左右难同国 外2000m/min 相比因而造纸机械的变频化已是大势所趋. 1.22 洗熨设备类负载 较大宾馆的洗衣机和熨衣设备以往多采用机械调速或者变极调速, 只能提供一种速度或几种速度, 对需要多次反复洗熨的织物不甚理想采用变频调速, 大大提高洗衣机的效率 1.23 音乐喷泉类负载 非常招揽游人的音乐喷泉其水的高低和量的大小是靠变频控制的 1.24 磨床等机械类负载 磨床主轴电机转速很高,需要电源的频率也高,有200Hz 400Hz 甚至800Hz 以前主轴电机的电源多 由中频发电机组拖动中频机组体积大效率低噪声大故障多精度差 12.25 卷烟机类负载 卷烟行业过去进口的卷烟机不论莫林8 还是莫林10 均不是无级调速因而在卷烟行业主要 是解决无极调速和可靠性问题技术简单变频器用法简单收效极大 1.26 减振和降低噪音型负载 不少负载如大型空压机中频机组等噪声大振动大采用变频技术可以减振降噪达到标准 以内 1.27 印染机类负载 大部分印染机械都是多单元联合工作的设备工艺上要求各单元以相同的线速度同步运行并保持张 力恒定否则会断布缠布色度不均色彩度不够缩水率过大等质量问题以往的印染机械无论是 共电源方式或分电源方式都是采用直流调速系统 因为直流电机固有的缺点印染行业逐步采用交流变频技术圆网印花机由进布单元印花单元烘房 导带单元及落布单元四部分组成属于印染调速系统中复杂的一种采用变频调速形成速度链控制同 步性能好精度高可靠性高 1.28 注塑机类负载 注塑机是塑料加工成型的关键设备数量多耗电大过去的节电方式多为通过型(角型)转换Y 型(星型)来节电的效果一般采用变频调速不改变注塑机原来的结构控制油泵几个过程的压力或流 量(如锁模合模射胶保压脱模退模等), 可节电20% 52%, 较好的取代了过去的比例阀节流调 速方式, 大幅度降低能耗珠三角的不少注塑厂都进行了变频改造改造注塑机时要注意合模加速, 否 则产量降低;注意输入端和输出端的谐波干扰 1.29 污水处理等环保类负载 环境保护越来越被重视它关系到人类赖以生存的环境于是乎清洁能源绿色城市均出现了变 频调速可用在三个方面的环保类负载一是工业污水处理二是垃圾电厂三是工业排烟排气除尘 的控制 1.30 玻璃陶瓷制药饮料食品包装等生产线负载 玻璃陶瓷制药饮料食品包装等生产线采用变频调速均取得好的效果. 1.31 海上采油平台类负载 石油钻井采用交流电机变频调速要比直流调速好得多,尤其是在风沙灰尘大的地方因为交流电 机可靠海洋石油钻井平台, 需要变频调速装置. 1.32 潜油电泵类负载 潜油电泵采油是油田采油的一种方式潜油电泵多在1800m 以下的油井内工作, 多数采用工频全压 启动恒速运行, 有下述弊病: (1) 启动电流过大, 会损坏电机绝缘; (2) 产生冲击扭矩, 损坏机泵结构; (3) 泵突然产生较大吸力, 容易吸入砂子, 造成卡泵且无稳压系统和井下液面波动较大, 造成电 压电流不稳定使潜油电机过励磁和欠励磁, 引起故障 深圳市创杰电气有限公司 2005-05-24 变频器基础问答知识 1 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 2 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 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滤波石电感 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近于给定速度下运转的 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 具有反馈功能的变频器精度有提高但速度精度的植取决于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么 意义 加减速可以分别给定的机种对于短时间加速缓慢减速场合或者对于小型机床需要严格 给定生产节拍时间的场合是适宜的但对于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 什么是再生制动 电动机在运转中如果降低指令频率则电动机变为异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于电容器的容量和耐压的关系通 用变频器的再生制动力约为额定转矩的10%~20% 如采用选用件制动单元可以达到 50%~100% 18 转矩提升问题 自控系统的设定信号可通过变频器灵活自如地指挥频率变化控制工艺指标如在烟草行业 的糖料香料工序可由皮带称的流量信号来控制变频器频率使泵的转速随流量信号自动 变化调节加料量均匀地加入香精糖料也可利用生产线起停信号通过正反端子控制 变频器的起停及正反转成为自动流水线的一部分此外在流水生产线上当前方设备 有故障时后方设备应自动停机变频器的紧急停止端可以实现这一功能 深圳市创杰电气有限公司 2005-05-24

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