变频调速技术在水泵控制系统中的应用
集团企业公司编码：（LL3698-KKI1269-TM2483-LUI12689-ITT289-
变频调速技术在水泵控制系统中的应用变频调速（ＶａｒｉａｂｌｅＶｅｌｏｃｉｔｙＶａｒｉａｂｌｅＦｒｅｑｕｅｎｃｙ节能技术是一项集现代先进电力电子技术和计算机技术于一体的高效节能技术。自８０年代世界各国将其投入工业应用以来，它显示出了强劲的竞争力，其应用领域也在迅速扩展。现在凡是可变转速的拖动电机，只要采用该项技术就能取得非常显着的节能效果。国家科委十分重视这一技术的推广工作，已在１９９５年将其列入国家级重点推广的科技成果项目。
随着我国工业生产的迅速发展，电力工业虽然有了长足进步，但能源的浪费却是相当惊人的。据有关资料报导，我国风机、水泵、空气压缩机总量约４２００万台，装机容量约１．１亿千瓦。但系统实际运行效率仅为３０～４０％，其损耗电能占总发电量的３８％以上。这是由于许多风机、水泵的拖动电机处于恒速运转状态，而生产中的风、水流量要求处于变工况运行；还有许多企业在进行系统设计时，容量选择得较大，系统匹配不合理，往往是“大马拉小车”，造成大量的能源浪费。因此，搞好风机、水泵的节能工作，对国民经济的发展具有重要意义。
１水泵调速运行的节能原理
图１为水泵调速时的全扬程特性（Ｈ－Ｑ）曲线。用阀门控制时，当流量要求从Ｑ减小到Ｑ１，必须关小阀门。这时阀门的磨擦阻力变大，阻力曲线从Ｒ移到Ｒ′，扬程则从Ｈ０上升到Ｈ１，运行工况点从Ａ点移到Ｂ点。
用调速控制时，当流量要求从Ｑ减小到Ｑ１，由于阻力曲线Ｒ不变，泵的特性取决于转速。如果把速度从Ｎ１００降到Ｎ８０，运行工况点则从Ａ点移到Ｃ点，扬程从Ｈ０下降到Ｈ２。
根据离心泵的特性曲线公式：
Ｐ＝ＱＨｒ／１０２η１
式中：Ｐ——水泵使用工况轴功率（ｋＷ
Ｑ——使用工况点的水压或流量（ｍ３／ｓ；
Ｈ——使用工况点的扬程（ｍ）；
ｒ——输出介质单位体积重量（ｋｇ／ｍ３；
η——使用工况点的泵效率（％）。
可求出运行在Ｂ点泵的轴功率和Ｃ点泵的轴功率分别为：
ＰＢ＝Ｑ１Ｈ１ｒ／１０２η２
ＰＣ＝Ｑ１Ｈ２ｒ／１０２η３
两者之差为：
Δρ＝ＰＢ－ＰＣ＝Ｑ１Ｈ１－Ｈ２ｒ／１０２η４
也就是说，用阀门控制流量时，有ΔＰ功率被损耗浪费掉了，且随着阀门不断关小，这个损耗还要增加。而用转速控制时，根据流量Ｑ、扬程Ｈ、功率Ｐ和转速Ｎ之间的关系，有：
由（５）式可知，流量Ｑ与转速Ｎ的一次方成正比；扬程Ｈ与转速Ｎ的平方成正比；轴功率Ｐ与转速Ｎ的立方成正比，即功率与转速成３次方的关系下降。如果不是用关小阀门的方法，而是把电机转速降下来，那么在转运同样流量的情况下，原来消耗在阀门的功率就可以全避免，从而获得图１中ＢＣ区域大小的节能效果，这就是水泵调速节能原理。
变频调速的基本原理是根据交流电动机工作原理中的转速关系：Ｎ＝６０ｆ１－ｓ／ｐ６
式中：ｆ——水泵电机的电源频率（Ｈｚ）；
ｐ——电机的极对数；
由（６）式可知，均匀改变电动机定子绕组的电源频率ｆ，就可以平滑地改变电动机的同步转速。电动机转速变慢，轴功率就相应减少，电动机输入功率也随之减少。这就是水泵变频调速的节能作用。
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
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
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文件编号：KG-AO-8521-58 变频调速技术在水泵控制系统中的 应用 使用备注：本文档可用在日常工作场景，通过对目的、要求、方式、方法、进度等进行具体的部署，从而使得组织内人员按照既定标准、规范的要求进行操作，使日常工作或活动达到预期的水平。下载后就可自由编辑。 变频调速（ＶａｒｉａｂｌｅＶｅｌｏｃｉｔｙＶａｒｉａｂｌｅＦｒｅｑｕｅｎｃｙ节能技术是一项集现代先进电力电子技术和计算机技术于一体的高效节能技术。自８０年代世界各国将其投入工业应用以来，它显示出了强劲的竞争力，其应用领域也在迅速扩展。现在凡是可变转速的拖动电机，只要采用该项技术就能取得非常显著的节能效果。国家科委十分重视这一技术的推广工作，已在１９９５年将其列入国家级重点推广的科技成果项目。 随着我国工业生产的迅速发展，电力工业虽然有了长足进步，但能源的浪费却是相当惊人的。据有关资料报导，我国风机、水泵、空气压缩机总量约４２００万台，装机容量约１．１亿千瓦。但系统实际运
交流及变频调速技术 一、选择题；（20分） 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） ( 对 )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。( 错 )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。 ( 对 )3. 变频器调速主要用于三相异步电动机。
变频技术的发展趋势及 其应用 公司内部编号：（GOOD-TMMT-MMUT-UUPTY-UUYY-DTTI-
变频技术的发展趋势及其应用 0引言 在工业生产及国计民生中电机的使用十分广泛，电机的传动方式一般分为直流电机传动及交流电机传动。过去由于交流电机实现调速较困难或某些调速方式低效不够理想，因而长期以来在调速领域大多采用直流电机，而交流电动机的优点在调速领域中未能得到发挥。交流电动机的调速方式一般有以下三种。 1）变极调速是通过改变电动机定子绕组的接线方式以改变电机极数实现调速，这种调速方法是有级调速，不能平滑调速，而且只适用于鼠笼电动机。 2）改变电机转差率调速其中有通过改变电机转子回路的电阻进行调速，此种调速方式效率不高，且不经济。其次是采用滑差调速电机进行调速，调速范围宽且能平滑调速，但这种调速装置结构复杂（一般由异步电机、滑差离合器和控制装置三部分组成），滑差调速电机是在主电机转速恒定不变的情况下调节励磁实现调速的，即便输出转速很低，而主电机仍运行在额定转速，因此耗电较多，另外励磁和滑差部分也有效率问题和消耗问题。较好的转差率调速方式是串级调速。3）变频调速通过改变电机定子的供电频率，以改变电机的同步转速达到调速的目的，其调速性能优越，调速范围宽，能实现无级调速。 目前我国生产现场所使用的交流电动机大多为非调速型，其耗能十分惊人。如采用变频调速，则可节约大量能源。这对提高经济效益具有十分重要的意义。 1变频调速技术的发展 上世纪50年代末，由于晶闸管（SCR）的研究成功，电力电子器件开始运用于工业生产，可控整流直流调速便成了调速系统中的主力军。但由于直流电机结构复
水泵，众所周知，它是用来输送液体动力元件，国民经济许多部门要用到它。其品种规格繁多，对它分类方法也各不相同，按其工作原理可以分为三大类：叶片式水泵，容积式水泵，其他类型水泵。 目前市场主要产品为离心泵，是叶片泵一种，亦为应用最为广泛泵型。此种泵工作原理是靠叶轮高速旋转时叶片拨动液体旋转，使液体获离心力而完成水泵输水过程，这种泵称为离心泵。其应用领域涉及生活热水供水、污水排水、工业应用、商业建筑暖通空调循环、冷却水输送等各个方面。离心泵是一种重要设备，它运转需要消耗大量动力！据统计，全世界20%电能是消耗水泵系统上。而事实上，采取必要技术措 施及控制手段，其中30%-50%能耗是可以节省下来。 一：定速泵与变速泵： 传统供热、空调系统，是按单独质调节运行方式选择循环水泵，选泵原则是泵流量不能小于外网所需流 量，一般外网理论流量 1.1?1.2倍，扬程按管路及用户总阻力 1.05?1.10倍进行选择，这时对应轴功率已大于100%。可见按定流量运行方式，水泵运行电耗是很大。带来调节效果十分理想。 水泵按定流量运行方式，当部分负荷状态下，系统所需流量降低，为适应其流量变化，需减小阀门开度调节以改变系统特性曲线，即消耗多余压头，浪费了大量电能！ 改变阀门开度完成对水泵运行点调节，我们还可以采用改变泵转速方法： 由可以看岀：当泵转速改变后泵性能曲线将同时改变，而转速将随频率］Hz ］改变而改变。对循环水泵性能分析可知：水泵流量、扬程和轴功率均与水泵叶轮转速之间存着一定比例关系： 如由此可以看岀，水泵扬程与电机转速平方成正比，水泵轴功率与电机转速立方成正比。即当水泵流量 降低20%时候，电机转速应降低20%，水泵电耗将降低50% ;当水泵流量降低50%时候，电机转速就降低50%，水泵电耗降低87.5%。当系统需要流量降低时，降低转速，相应水泵流量降低，水泵轴功率降低, 节约电能效果显著。，采用变速调节，也避免了采用阀门调节时不必要阀门压头损耗。 二：速度控制原理： 当流量降低时，控制器将检测压力信号（传感器电机电流或转速状态）。此时，控制器将向变频器发岀一个信 号，使其降低输岀（较低频率）直至压力回到要求水平（设定点）。反之，当流量再次升高时，控 制器将检测到压力降低。控制器将向变频器发出一个信号，使其提高输出（较高频率）直至压力回到要求
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。
风机水泵的变频调速节能分析 节能降耗、增加效益是全社会应为之努力的方向。我国的电动机用电量占全国发电量 的60％～70％，风机、水泵设备年耗电量占全国电力消耗的1/3。应用于风机、水泵等设备的传统方法是通过调节出口或入口的挡板、阀门开度来控制给风量和给水量，其输出功 率大量消耗在挡板、阀门地截流过程中。另外，由于在通常的设计中为了满足峰值需求， 水泵选型的裕量往往过大，也造成了不应有的浪费。根据风机、水泵类的转矩特性，采用 变频调速器来调节流量、风量，将大大节约电能。下面就分析一下在风机水泵类负载中使 用变频器所能达到的效果。 一，通过变频调速达到的一次节能。 下面以水泵为例来说明，由图1可以看到： 流量Q正比于转速n 压力H正比于n2 转矩T正比于n2 功率P正比于n3 图1 水泵流量、压力、功率曲线…
在普通的水泵流量控制中使用阀门来调节，如图2所示： 图2 阀门控制水泵流量 管道阻力h与流量Q的关系为h正比于RQ2，其中R为阻力系数 电机在恒速运行时，流量为100%情况下（工作点为A），水泵轴功率相当于Q1AH1O 所包容的面积。 电机在恒速运行时，采取调节阀门的办法获得70%的流量（工作点为B），将导致 管阻增大，水泵轴功率相当于Q2BH2O所包容的面积，所以轴功率下降不大。 采用变频调速控制流量时，由于管道特性没有改变，水泵特性发生变化（工作点为C），轴功率与Q2CH3O所包容的面积成正比。故其节能量与CBH2H3所包容的面积成正比， 输入功率大大减小。如图3所示： 图3 变频调节水泵流量
正如前面提到的，轴功率P与转速n的三次方成正比。采用变频器进行调速，当流量 下降到80%时，转速也下降到80%，而轴功率N将下降到额定功率的51.2%,如果流量下降到60%,轴功率N可下降到额定功率的21.6%,当然还需要考虑由于转速降低会引起的效 率降低及附加控制装置的效率影响等.即使这样,这个节能数字也是很可观的,因此在装有风机水泵的机械中,采用转速控制方式来调节风量或流量,在节能上是个有效的方法。 二，变频调速所实现的二次节能 变频调速自动根据负载情况调整输出电压，通过对电机的最佳励磁，有效地降低了无 功损耗，提高系统功率因数，降低电机工作噪音, 延长电机使用寿命。 电动机的总电流(IS)为电机励磁电流(IM)与电机力矩电流(IT)的矢量和, IS和IM夹角的余弦值即为电动机的功率因数; 电机励磁电流决定于加在电机线圈上的电压, 在工频状态下, 交流电压为380V恒定不变, 因此励磁电流也不会改变; 在变频状态下, 变频器自动检测负载力矩, 根据实际负载决定输出电压, 因此在负载较低的时候自动降低输出电压, 以维持最高的功率因数. 由于变频器自动降低了电机励磁电流, 使得输出总电流明显低于工频工作的总电流, 节约了线路中的损耗和无功功率的损失; 这个功能在丹佛斯VLT系列变频器中称为AEO功能(Automatic Energy Optimization, 自动节能功能). 声明：上海津信电气有限公司拥有此篇技术文档的所有权，任何人如需转载，必须表明出处。
变频调速技术与应用复习 注明：第五章不考 第一章 1、变频器主要是由主电路、控制电路组成。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 2、变频就是改变供电频率,通过改变交流电频率的方式实现交流电控制的技术就叫变频技术 3、变频技术的核心是变频器，它通过对供电频率的转换来实现电动机运转速度率的自动调节，把50Hz的固定电网频改为30—130 Hz的变化频率。同时，还使电源电压适应范围达到142—270V，解决了由于电网电压的不稳定而影响电器工作的难题。 4、变频器通常包含2个组成部分：整流器（rectifier）和逆变器（Inverter）。其中，整流器将输入的交流电转换为直流电，逆变器将直流电再转换成所需频率的交流电。 5、变频技术主要类型有以下几种： （1）交—直变频技术（即整流技术） （2）直—直变频技术（即斩波技术） （3）直—交变频技术 （4）交—交变频技术（即移相技术） 6、变频器类别 A)按变换环节分类交--交、交---直----交 B)按电压调制方式分类PAM、PWM C)按直流环节的储能方式分类电压型、电流型 7、1)PAM(脉冲幅度调制)2)PWM (脉冲宽度调制))3)SPWM(正弦脉宽调制) 8、变频技术的发展方向是 ①交流变频向直流变频方向转化控制技术由PWM（脉宽调制）向PAM（脉幅调制) 方向发展功率器件向高集成智能功率模块发展 9、变频的控制技术1、标量控制2、矢量控制3、DTC控制 第二章 10、各种电力电子器件均具有导通和阻断二种工作特性 11、晶闸管正常工作时的特性总结如下： 承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。 承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通。 晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用。 要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下。 12、晶闸管的基本特性 （1）正向特性 I G=0时，器件两端施加正向电压，只有很小的正向漏电流，为正向阻断状态。 正向电压超过正向转折电压U bo，则漏电流急剧增大，器件开通。 随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降低。 晶闸管本身的压降很小，在1V左右。 反向特性 反向特性类似二极管的反向特性。 反向阻断状态时，只有极小的反相漏电流流过。 当反向电压达到反向击穿电压后，可能导致晶闸管发热损坏。 13、通常取晶闸管的U DRM（断态重复峰值电压）和U RRM（反向重复峰值电压）中较小的标值作为该器件的额定电压。
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
财富广场中央空调水泵变频节能改造方案 一、概况 财富广场的中央空调主机为2台开利离心式水冷机组，制冷量700USRT，蒸发器流量为423.4M3/H，冷凝器流量为507.6M3/H；空调系统全年制冷平均开机月12个月，夏季每天运行12小时，秋冬季每天运行5小时，年累计运行3000小时。 配套冷冻泵为55KW 2台，流量450 M3/H，扬程32米，采用1用1备的工作方式，已安装了变频（50Hz运行，仅起软启动作用）；配套冷却泵为75KW 2台，流量750 M3/H，扬程28米，采用1用1备的工作方式，目前没有安装变频；多数时间内冷冻泵、冷却泵的进出水温差一般在3-5℃左右。 从初步了解的数据可以看到，该空调系统的设计工况偏离最佳工况点，主机能耗、水泵能耗增大，对冷冻和冷却水泵进行变频节能改造，合理调节水系统流量，使主机运行在最佳工况，保证中央空调系统在制冷负荷变化时，自动跟随、动态调节，可以有效实现系统主机和水泵的整体节能。 二、中央空调系统的设计依据 一般来说，中央空调系统的最大负载能力是按照天气最热，负荷最大的条件来设计的，存在着很大宽裕量，但实际上系统极少在这些极限条件下工作，根据有关资料统计，空调设备97%的时间运行在70%负荷以下波动，所以实际负荷总不能达到满负荷，特别是冷气需求量少的情况下，主机负荷量低，为了保证有较好的运行状态和较高的运行效率，主机能在一定范围根据负载的变化加载和卸载，但与之相配套的冷却水泵和冷冻水泵却仍在高负荷状态下运行，（泵功率是按峰值冷负荷对应水流量的1.2倍选配）这样会带来以下一系列问题： 1.水流量过大使冷水系统进水和回水温差降低，恶化了主机的工作条件、引 起主机热交换效率下降，造成额外的电能损失。 2.由于水泵压力过大，通常都是通过调整管道上的阀门开度来调节冷却水和
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
变频器技术应用题库与部分答案 《变频器技术应用》试题库 一、选择题 1、正弦波脉冲宽度调制英文缩写是（C）。 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（D）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（B）设定。 A：F009B：F010C：F011D：F012 6、型号为N2-201-M的台安变频器电源电压是（B）V。 A：200B：220C：400D：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 11、为了适应多台电动机的比例运行控制要求，变频器设置了（A）功能。 A：频率增益B：转矩补偿C：矢量控制D：回避频率 12、为了提高电动机的转速控制精度，变频器具有（B）功能。A：转矩补偿B：转差补偿C：频率增益D：段速控制 13、变频器安装场所周围振动加速度应小于（C）g。 A：1B：C：D： 14、变频器种类很多，其中按滤波方式可分为电压型和（A）型。A：电流B：电阻C：电感D：电容 15、N2系列台安变频器操作面板上的SEQ指示灯在（）发光。A：F10=0B：F10=1C：F11=0D：F11=1 16、N2系列台安变频器操作面板上的显示屏幕可显示（b）位数字或字母。 A：2B：3C：4D：5 17、在U/f控制方式下，当输出频率比较低时，会出现输出转矩不足的情况，要求变频器具有（C）功能。 A：频率偏置B：转差补偿C：转矩补偿D：段速控制 18、变频器常用的转矩补偿方法有：线性补偿、分段补偿和（B）
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]。
变频器节能节电原理及其应用 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 家庭用空调只有0.5HP、1HP、2HP、3HP等，而工厂和宾馆的空调容量要大的多，节电明显。 北京丽都假日饭店动力中心是一个集中供冷、供热的工厂，安装有 20吨/小时蒸汽锅炉3台，300万大卡溴化锂制冷机4台，负责动力厂周围的丽都假日饭店、燕翔饭
浅谈水泵变频调速节能 摘要：水泵采用变频调速控制，节能效果显著，具有明显的经济效益和社会效益。本文就变频调速原理、水泵变频调速节能原理和节能效果方面，进行了一定 阐述，供大家参考。 关键词：节能；调速；变频器；水泵 1、引言 随着环境、能源形势的日益严峻，国际、国家的环境、能源政策法规越来越 严厉，近年来国家出台了一系列相关政策，鼓励各企事业单位采用低能耗产品， 采取积极手段进行节能技术改造。 据统计风机、水泵每年耗电量约占全国用电量的31%，占全国工业用电量的40%～45%。这是由于许多风机、水泵的拖动电机处于恒速运转状态，而生产中 的风、水流量要求处于变工况运行；还有许多企业在进行系统设计时，容量选择 得较大，系统匹配不合理，往往是“大马拉小车”，造成大量的能源浪费。因此， 搞好风机、水泵的节能工作，对国民经济的发展具有重要意义。特别是把用挡板 和节流阀调节风量、流量的控制改为转速控制，可节省大量电能。 2、变频调速的原理 交流异步电动机（以下简称电动机）的转速为 式中 n——电动机转速，r/min n0——电动机同步转速，r/min p——电动机极对数 s——转差率 f——电源频率，Hz 因此，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某 些参数如定子电压、转子电压等使电机转差率s发生变化等几种方式，这样交流 电机就有很多不同的调速方法。其中变频器就是基于改变控制电源频率来对电机 进行调速。 3、水泵变频调速节能原理 在生产中，许多设备的能耗都与电机的转速有关，其中风机、水泵最为突出，这些设备一般都是根据生产中可能出现的最大负荷条件，如最大流量和扬程进行 选择的，但实际生产中所需的流量往往比设计的最大流量小的多，如果所用的电 动机是不能调速的，通常只能通过调节阀门的开度来控制流量其结果在阀门上会 造成很大的能量损耗，如果不用阀门调节，而是让电机调速运行，那么，当需要 的流量减少时，电动机的转数降低，消耗的能量将会明显减少。 图1 水泵的特性曲线 图1为水泵调速时的特性（H－Q）曲线。用阀门控制时，当流量要求从减小到，必须关小阀门。这时阀门的磨擦阻力变大，阻力曲线从移到，扬程则从上升到，运行工况点从A点移到B点。 用调速控制时，当流量要求从减小到（这里=），由于阻力曲线不变，泵的特 性取决于转速。如果把速度从（为工频对应的转速）降到（为频率对应的转速），运行工况点则从A点移到C点，扬程从下降到。 根据离心泵的特性曲线公式：
文章编号:1002-3704(1999)05-0042-02 文献标识码:B 中图分类号:TM 921.51 于京燕 北京同仁堂制药二厂 交流变频调速技术的优势与应用 对于可调速的电力拖动系统,工程上往往根据电动机电流制型式分为直流调速系统和交流调速系统两类。它们最大的不同处主要在于交流电力拖动免除了直流电机电流流 向变化的机械换向器 整流子。在二十世纪70年代以后,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。 在各个工业领域中,交流调速比重已逐渐增大,世界各国的设计研究工作已把重点转向交流调速技术,它在工业自动化领域中的地位日趋重要。 一、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,特性静差率较高,相对稳定往好。 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。二、交流变频调速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与整流子,因而必须对其进行维修检查,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至14兆瓦,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至10千伏。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到一千多转,而交流电机可达到每分钟数千转。第四,直流电机的体积、重量、价格比同等容量的交流电机要大。最后,特别要指出的是交流调速系统在节约能源方面有着很大的优势。一方面,交流拖动的负荷在总用电量中占一半或一半以上的比重,这类负荷实现节能,可以获得十分可现的节电效益。另一方面,交流拖动本身存在可以挖掘的节电潜力。在交流 行业交流
水泵变频运行的特性曲线(一） 1 引言 水泵冷油泵采用变频调速可以达到很好的节能效果，这在同行业中已经有很多人写了大量的论文进行论述。但其结果却有很多不尽人意的地方,有很多结论甚至是错误的和无法解释清楚的，本文以简易的图解分析法来进行进一步的解释和分析。 2 水泵罗茨真空泵变频运行分析的误区 2。1 有很多人在水泵变频运行的分析中都习惯引用风机水泵中的比例定律流量比例定律Ｑ１／Q２=n1/n２ 扬程比例定律 H１／H2=(n1／ｎ2）2 轴功率比例定律Ｐ1／P2=（n1/ｎ２)３ 并由此得出结论：水泵的流量与转速成正比，水泵的扬程与转速的平方成正比，水泵的输出功率与转速的3次方成正比。 以上结论确实是由风机和水泵的比例定律中引导出来的，但是却无法解释如下问题: (1) 为什么水泵变频运行时频率在30~3５Hz以上时才出水？ (2) 为什么水泵在不出水时电流和功率极小,一旦出水时电流和功率会有一 个突跳,然后才随着转速的升高而升高？ 2。2 绘制水泵的性能特性曲线和管道阻力曲线 很多人绘制出水泵的性能特性曲线和管道阻力曲线如图1所示.
图１水泵的特性曲线 图1中，水泵液下排污泵在工频运行的特性曲线为Ｆ1,额定工作点为A，额定流量ＱA，额定扬程ＨA,管网理想阻力曲线R1=Ｋ1Q与流量Q成正比.采用节流调节时的实际管网阻力曲线R2，工作点为Ｂ，流量Q B，扬程ＨB。采用变频调速且没有节流的特性曲线F２,理想工作点为C,流量Q C，扬程H C;这里ＱＢ=Q C。 按图1中所示曲线，要想用调速的方法将流量降到零,必须将变频器的频率也降到零,但这与实际情况是不相符的。实际水泵变频调速时,频率降到30～３５Hz 以下时就不出水了，流量已经降到零。 2．3 变频泵与工频泵并联 变频泵与工频泵并联运行时，由于工频泵出口压力大,变频泵出口压力小,因此怀疑变频泵是否会不出水?是否工频泵的水会向变频泵倒灌？
变频器的节能技术分析 三相交流电机的结构简单、运行可靠、价格低廉，在冶金、建材、矿山、 化工、纺织、橡胶、机械等工业领域发挥着巨大作用。三相电机调速系统的种 类很多，但效率最高、性能最好、应用最广的是变频调速，它可以构成高动态 性能的交流调速系统来取代直流调速系统。变频调速是以变频器向交流电机供电，实现对交流电机的宽范围内无级调速。变频器可把固定电压、固定频率的 交流电变换为可调电压、可调频率的交流电。变频调速代替直流电机，能够降 低成本，提高运行的可靠性，变频调速可使每台电机节能30%-----70%，而且 在恒转矩条件下，能降低轴上的输出功率，既提高了电机效率，又可获得节能 效果。 那么变频器中应用的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. 其次变频器的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。 然后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。