变频调速技术的应用与分析
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１ 变频 调速 原理 ．
的变化控制 ， 实现对电动机磁通和转矩的控制。其方式
三相异步 电动机转速公式为：
ｒ＝ ０ （ ｓ ／ ｔ ６ｆ １一 ｐ
主要分为： ｆ ｕ 控制方式、 ／ 矢量控制方式和直接转矩控制 方 式三种。ｕｆ控制方式简单容易 ， 急加 、 速或 负载 ／ 但 减
损耗 ， 备使 用寿 命 也 会 缩短 。（ ） 用 阀 门控 制 系 设 ３采
统时 ， 阀门磨损严重 ， 更换频繁 ， 加大了维修费用 ， 同时 也降低 了整个 系统 的可靠性 。（ ） ４ 由于 电机 全速运 行， 加剧了泵的磨损和气蚀 ， 使泵 的使用寿命缩短 。针
对这些 问题 ， 交流变 频调 速系统 予 以解 决 。
过 大时 ， 易引起 电流 能力不 足 ， 速 范 围窄且 精 度 不 容 调
从上式可见 ， 改变供 电频率 电动机 的极对数 Ｐ
及转 差率 ｓ 均可 达到 改变 电动机转 速 的 目的 。现有 的 调速 方法有 变频 调 速 、 变极 对 数 调 速 、 串级 调 速 、 绕线
高； 矢量控制和直接转矩控制都是高性能控制方式 ， 前 者的稳定性好于后者 ， 的动 态性则优于前 者 。 后者
供水 压力 段 ， 均能将 能量 损失 降低到最 小 ， 运行 工 且使 况平 稳 可靠 。
３ ２ 发 电厂 的应用 ．
化， 即设备负荷变小时 ， 电动机仍要全速运行 ， 样就 这 不可避免地在调节风门、 挡板时造成大量的能量损耗。 （） ２ 控制精度受到限制 ， 造成大量的能源浪费和设备
系统 的主流 。在交 流调 速 技 术 中 ， 频 调 速 具有 绝对 变
频控制 ， 以此实现供水流量的变负荷调节 ， 达到恒压供 水 的 目的 。变 频恒 压供 水 系统原 理 如 图 １所 示 ， 主要
由 Ｐ Ｃ、 Ｌ 变频 器 、Ｉ 节器 等组 成 。测 量元 件 采用 压 ＰＤ调
优势 ， 且它 的调速性 能 与可靠性 不断 完善 ， 并 价格 不断
风机和泵类设备 的使用寿命 。（ ） ４ 保护功能齐全 ， 设 有过压 、 低压 、 欠相 、 过载 和瞬 间停 电等多种 保护 ， 出 输 电压稳 定 。
４２ 与其他调 速方 法的 比较 ．
Ｐ ／ ２ ｎ／ ２ １Ｐ ＝（ １凡 ）
式中， Ｑ为流量 ； 日为扬程； Ｐ为轴功率 ； 为转速。 ， ｌ 从公 式 中可 以看 出 ， 流量与 转速成 正 比 ； 扬程 与转 速的平方成正 比； 而轴功率与转速 的立方成正 比。由
ｌ
能效果 明显 ， 可以使风机泵类设备的轴功率随效率的 立方近似成正比降低 ， 还可以通过 比例调压或 自动降
／ ＝（＇ ） １／ ｌ ， １
压， 使电机保持最佳励磁 ， 改善功率 因数 ， 平均节电率 可达 ２％ 一 ０ 。 （ ） 动性 能优越 且 损耗 小 。避 免 ０ ５％ ３起 了电机 在直 接起动 时产 生 的强 电流 冲击 ， 而延 长 了 从
此可见 ， 在其他运行条件不变的情况下 ， 通过下调电机 的运行速度， 其节能效果十分显著。风机与水泵 的用 电量 占发 电厂的很大一部分 ， 如果在这方面能节能将 会大大提高发 电厂的经济效益。 除了 上述应用 ， 变频调速技术在石油、 化工等许多其 他工业领域均有很多应用， 。 研究具有现实意义。 可见 其
ｎｖｒｉ ｆ ｃｅｃ ｎ ｅｈ ｏｏｙ Ｄ ｌ ｎ１ ２ Ｃ ｉａ ｉｅｓｙｏ ｉ ｅａｄＴ ｃｎｌｇ ， ａｉ ０４，ｈｎ ） ｔ Ｓ ｎ ａ １ ６
Ａｂｓｒ ｃ ： ｒ ｂｅｆ ｑ ｅ ｃ ｐ ｅ ｅｕａｉｎｔｃ ｎｑ ｅｉ ａｓ ｅ ｄｒｇ ｌｔ ｎｗａ ａ ｓｗ ｄ ｌ ｓｄ ａ ｄ ｈ ｓｆ ｅｄ — ｔ ａ ｔ Ｖａｉ ｌ ｒ ｕ ｎ ｙ ｓｅ ｄｒｇ ｌｔ ｈ ｉｕ ｓ ｐ ｅ ｅ ｕａｉ ｙｔ ｔ ｉｅｙ ｕ ｅ ｎ ａ ｎ ｅ ａ ｅ ｏ ｅ ｏ ｈ ｉ ｉ
ｖ ｌｐｍｅ ｔ． ｅ ｐ ｐ ｒｐ ｅ ｅ ｔ ｈ ｓ ｆｔｅ ｖ ｒａ ｌ ｒ ｑ ｅ ｃ ｐｅ ｄ ｒ ｇ ｌｔｏ ｅ ｈ ｉ ｕ ｎ ｉ ｄ ｓｒ ｅｄ ａ ｄ ａ ａｙｓ ｓ ｅｏ ｎ Ｔｈ ａ ｅ ｒ ｓ ｎ ｓｔ ｅ ｕ ｅｏ ａｉ ｂ ｅｆｅ ｕ ｎ ｙｓ ｅ ｅ ａｉｎ ｔｃ ｎ ｑ ｅ ｉ ｎ ｕ ｔｙ ｆ ｌ ｎ ｎ ｌ ｅ ｈ ｕ ｉ
收稿 日期：０ １ ０ ０ ２ １ — ７— ５
变极对数调速方法是用改变定子绕组的接线方式 来改变笼型电动机定子极对数达到调速 目的， 特点是
具有较硬的机械特性 ， 稳定性 良好 ； 接线简单 ， 控制方 便 ， 是此调 速方法 只能 实 现有 级 调 速 ， 差较 大 ， 但 级 不
能获得 平滑 调速 。 （ 转第 ８ 下 ３页 ）
交流变频调速有以下的优势 ： １ 自动化程度高 ， （）
以从零 到超 电机转 速 的范 围 内任 意 调 整转 速 。 （ ） ２ 节
在 发 电厂 中 ， 风机 和水泵是 最 主要 的耗 电设备 ， 且
容量大、 耗电多， 加上这些设备都是长期连续运行和常 常处于低负荷及变负荷运行状态 ， 其节能潜力巨大。 通过流体力学基本定律可知： Ｑ ／ ２ ｌｎ ｌ Ｑ ＝ｎ／ ２
Ｋｅ ｒ ｓ：ａｉｂｅｆｅ ｕ ｎ ｙｓ ｅ ｄ ｒｇ ｌｔ ｎ；ｐ ｌ ａｉｎ； ｃ ｎｑ ｅ ａ ｖ ｎａ ｅ ｙ ｗｏ ｄ ｖ ｒ ｌ ｒ ｑ ｅ ｃ ｐ ｅ ｅ ｕａｉ ａ ｐｉ ｔ ｔ ｈ ｉｕ ｄ ａ ｔｇ ａ ｏ ｃ ｏ ｅ
１ 引 言
随着工 业化 的程 度 越来 越 高 ， 电动机 在 工 程 中 的
耗较 小 。
２ ２ 变频 调速 方式 ．
目前实 现变频 调速 的方 式 分 为 两 种 ： 一直 一交 交 变频 和交 一交变频 。首先 将输 出 的交 流 电通过 整流 变
使用也随之增多。如何使 电动机根据实 际需求来运 行， 实现调速成为现有的一个问题。变频调速是集 电 力 电子技术 、 微电子技术 、 控制技术于一体的产物。其 更是具有高效率 、 宽范围和高精度等特点 ， 目 是 前运用
Ｈ ＯＳｕ。ｎ Ｗ Ｎ ｅｅ Ａ ｈ ｎｒ ｇ ， Ａ Ｇｎ － ｉ ｏ ｆ （ ． ｉｏｉｇＨ ｄａｌ ｎ ｙｒｐｗ ｒ ｕｖｒ ｅｉｎＩｓｔｔ，ｈｎ ａｇ１ ０ ， ｈｎ ；． ａｉ — １ Ｌａｎｎ ｙｒｕｉ ａｄＨ ｄｏｏ ｅ ｒｅｙＤ ｓ ｕｔｕｅ Ｓｅｙｎ ０ ６ Ｃ ｉａ２ Ｄ ｌ ｎＵ ｃ Ｓ ｇ ｉ １ ０ ａ
式电动机转子串电阻调速、 定子调压调速和液力耦合 器调速方式等。变频调速则属于无转差调速 ， 能量损
３ 变频调速技术的应 用
现在大量工业设备 的拖动 ， 仍采用交流 电动机恒
＜ 气 开 关） ２ １ ． ｏ２ 电 （０ ２ Ｎ ． ）
７ ９
速传 动 的方 案运 行 ， 如 风机 与水 泵 最 主要 的调 节手 例 段靠 调节 风 门、 门开度 的大小 来调整 ， 阀 无论生 产 的需 求大 小 ， 要全 速运行 ， 能随 工况 的变 化来进 行相应 都 不
１６ ２ ） １０ ４
摘 要： 变频调速 技 术 因其 高效 率、 范 围和 高精 度 等特 点 ， 目前 运 用广 泛 且 最有 发展 前途 的 一 种调 速 方 式。 宽 是
着重介 绍 了变频 调速技 术在 工业领 域 中的一 些应 用及对 其优 势进 行分 析 ， 简单介 绍 了变频 调 速 的 工作 原 理及 并
主， 以直流电动机为动力源 ， 且以电动机为控制 目标的 系统称 为直流 调速 系统 。随着 电子 电力 器件 的发 明不 断完善 ， 及以矢量控制为代表的各种交流调速控制理 论 的深入发展 ， 计算机功能的不断强大 ， 使交流调速系 统在调 速领域 中 的 比重 逐 渐 加大 ， 目前 已经 成 为调 速
４ 变频调速的优势
２ 世纪 ６ ０ Ｏ年 代 以 前 的调 速 系 统 以 直 流 机 组 为
的调节 ， 这样不仅对机械造成磨损， 还造成了能量的大 量浪费 ， 变频调速技术的应用有助解决此类问题 ．
３ １ 恒压 供水 系统 的应用 ． 恒 压供水 是利 用高 压变频 器对水 泵 电动 机进行 变
图 １ 恒 压供 水 系统 原 理
在 变频恒 压供 水 的方 式 下 ， 以正确 推算 当天 可 可
能的供水量 ， 合理调配工频车运行车次。人为控制变 频机组运行频率在合理 的范 围内， 使每台水泵都处于 各 自的高效区运行 ， 压缩富裕水头 ； 根据供水量的变化 情况 和 变频机 组 的实 际运 行频 率 ， 时调整 ， 及 使不 同 的
７ ８
＜ 电气开关＞ ２ １ ． ｏ２ （０ ２ Ｎ ． ）
文章 编号 ：０ ４— ８ Ｘ（ ０ ２ ０ ０ ７ ０ １０ ２ ９ ２ １ ）２— ０ ８— ３
变频调速技术的应用与分析
郝淑荣 王鹤菲 ， （ ．辽 宁省 水利 水 电勘 测设 计研 究 院， 宁 沈 阳 １００ ；．大连 理 工 大 学， 宁 大连 １ 辽 １０６ ２ 辽
力传感器装在 出水 口处， 变频器 内部 内嵌式可 编程控 制器 通过 将测 量 水 压 与 给 定值 进 行 比较 ， 通 过 ＰＤ 并 Ｉ
进行 调 整 ， 调整 结果 转 换 为频 率 调 节信 号传 送 至 变 将 频器 ， 至达 到供水 压力 给定值 。 直
输出
Ｖ
降低 ， 特别是变频调速节电显著 ， 而且易于实现过程 自 动化 ， 深受工业用户的喜爱。
＜ 电气开关＞ ２ １ ． ｏ２ （０ ２ Ｎ ． ）
８ ３
６ 预 防和 防范 措 施
为 预 防主变低 压侧 不平衡 电流 导致 电容器短 路现 象再 次 发生类 似故 障 ， 高对 故 障 的抑制 能 力 提 出 了 提
以下 的几点措 施 ：
［］ ． 国 力出 社’ｏ Ｍ・ 中 电 版 ２ 北京 ｏ・
的变化控制 ， 实现对电动机磁通和转矩的控制。其方式
三相异步 电动机转速公式为：
ｒ＝ ０ （ ｓ ／ ｔ ６ｆ １一 ｐ
主要分为： ｆ ｕ 控制方式、 ／ 矢量控制方式和直接转矩控制 方 式三种。ｕｆ控制方式简单容易 ， 急加 、 速或 负载 ／ 但 减
损耗 ， 备使 用寿 命 也 会 缩短 。（ ） 用 阀 门控 制 系 设 ３采
统时 ， 阀门磨损严重 ， 更换频繁 ， 加大了维修费用 ， 同时 也降低 了整个 系统 的可靠性 。（ ） ４ 由于 电机 全速运 行， 加剧了泵的磨损和气蚀 ， 使泵 的使用寿命缩短 。针
对这些 问题 ， 交流变 频调 速系统 予 以解 决 。
过 大时 ， 易引起 电流 能力不 足 ， 速 范 围窄且 精 度 不 容 调
从上式可见 ， 改变供 电频率 电动机 的极对数 Ｐ
及转 差率 ｓ 均可 达到 改变 电动机转 速 的 目的 。现有 的 调速 方法有 变频 调 速 、 变极 对 数 调 速 、 串级 调 速 、 绕线
高； 矢量控制和直接转矩控制都是高性能控制方式 ， 前 者的稳定性好于后者 ， 的动 态性则优于前 者 。 后者
供水 压力 段 ， 均能将 能量 损失 降低到最 小 ， 运行 工 且使 况平 稳 可靠 。
３ ２ 发 电厂 的应用 ．
化， 即设备负荷变小时 ， 电动机仍要全速运行 ， 样就 这 不可避免地在调节风门、 挡板时造成大量的能量损耗。 （） ２ 控制精度受到限制 ， 造成大量的能源浪费和设备
系统 的主流 。在交 流调 速 技 术 中 ， 频 调 速 具有 绝对 变
频控制 ， 以此实现供水流量的变负荷调节 ， 达到恒压供 水 的 目的 。变 频恒 压供 水 系统原 理 如 图 １所 示 ， 主要
由 Ｐ Ｃ、 Ｌ 变频 器 、Ｉ 节器 等组 成 。测 量元 件 采用 压 ＰＤ调
优势 ， 且它 的调速性 能 与可靠性 不断 完善 ， 并 价格 不断
风机和泵类设备 的使用寿命 。（ ） ４ 保护功能齐全 ， 设 有过压 、 低压 、 欠相 、 过载 和瞬 间停 电等多种 保护 ， 出 输 电压稳 定 。
４２ 与其他调 速方 法的 比较 ．
Ｐ ／ ２ ｎ／ ２ １Ｐ ＝（ １凡 ）
式中， Ｑ为流量 ； 日为扬程； Ｐ为轴功率 ； 为转速。 ， ｌ 从公 式 中可 以看 出 ， 流量与 转速成 正 比 ； 扬程 与转 速的平方成正 比； 而轴功率与转速 的立方成正 比。由
ｌ
能效果 明显 ， 可以使风机泵类设备的轴功率随效率的 立方近似成正比降低 ， 还可以通过 比例调压或 自动降
／ ＝（＇ ） １／ ｌ ， １
压， 使电机保持最佳励磁 ， 改善功率 因数 ， 平均节电率 可达 ２％ 一 ０ 。 （ ） 动性 能优越 且 损耗 小 。避 免 ０ ５％ ３起 了电机 在直 接起动 时产 生 的强 电流 冲击 ， 而延 长 了 从
此可见 ， 在其他运行条件不变的情况下 ， 通过下调电机 的运行速度， 其节能效果十分显著。风机与水泵 的用 电量 占发 电厂的很大一部分 ， 如果在这方面能节能将 会大大提高发 电厂的经济效益。 除了 上述应用 ， 变频调速技术在石油、 化工等许多其 他工业领域均有很多应用， 。 研究具有现实意义。 可见 其
ｎｖｒｉ ｆ ｃｅｃ ｎ ｅｈ ｏｏｙ Ｄ ｌ ｎ１ ２ Ｃ ｉａ ｉｅｓｙｏ ｉ ｅａｄＴ ｃｎｌｇ ， ａｉ ０４，ｈｎ ） ｔ Ｓ ｎ ａ １ ６
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收稿 日期：０ １ ０ ０ ２ １ — ７— ５
变极对数调速方法是用改变定子绕组的接线方式 来改变笼型电动机定子极对数达到调速 目的， 特点是
具有较硬的机械特性 ， 稳定性 良好 ； 接线简单 ， 控制方 便 ， 是此调 速方法 只能 实 现有 级 调 速 ， 差较 大 ， 但 级 不
能获得 平滑 调速 。 （ 转第 ８ 下 ３页 ）
交流变频调速有以下的优势 ： １ 自动化程度高 ， （）
以从零 到超 电机转 速 的范 围 内任 意 调 整转 速 。 （ ） ２ 节
在 发 电厂 中 ， 风机 和水泵是 最 主要 的耗 电设备 ， 且
容量大、 耗电多， 加上这些设备都是长期连续运行和常 常处于低负荷及变负荷运行状态 ， 其节能潜力巨大。 通过流体力学基本定律可知： Ｑ ／ ２ ｌｎ ｌ Ｑ ＝ｎ／ ２
Ｋｅ ｒ ｓ：ａｉｂｅｆｅ ｕ ｎ ｙｓ ｅ ｄ ｒｇ ｌｔ ｎ；ｐ ｌ ａｉｎ； ｃ ｎｑ ｅ ａ ｖ ｎａ ｅ ｙ ｗｏ ｄ ｖ ｒ ｌ ｒ ｑ ｅ ｃ ｐ ｅ ｅ ｕａｉ ａ ｐｉ ｔ ｔ ｈ ｉｕ ｄ ａ ｔｇ ａ ｏ ｃ ｏ ｅ
１ 引 言
随着工 业化 的程 度 越来 越 高 ， 电动机 在 工 程 中 的
耗较 小 。
２ ２ 变频 调速 方式 ．
目前实 现变频 调速 的方 式 分 为 两 种 ： 一直 一交 交 变频 和交 一交变频 。首先 将输 出 的交 流 电通过 整流 变
使用也随之增多。如何使 电动机根据实 际需求来运 行， 实现调速成为现有的一个问题。变频调速是集 电 力 电子技术 、 微电子技术 、 控制技术于一体的产物。其 更是具有高效率 、 宽范围和高精度等特点 ， 目 是 前运用
Ｈ ＯＳｕ。ｎ Ｗ Ｎ ｅｅ Ａ ｈ ｎｒ ｇ ， Ａ Ｇｎ － ｉ ｏ ｆ （ ． ｉｏｉｇＨ ｄａｌ ｎ ｙｒｐｗ ｒ ｕｖｒ ｅｉｎＩｓｔｔ，ｈｎ ａｇ１ ０ ， ｈｎ ；． ａｉ — １ Ｌａｎｎ ｙｒｕｉ ａｄＨ ｄｏｏ ｅ ｒｅｙＤ ｓ ｕｔｕｅ Ｓｅｙｎ ０ ６ Ｃ ｉａ２ Ｄ ｌ ｎＵ ｃ Ｓ ｇ ｉ １ ０ ａ
式电动机转子串电阻调速、 定子调压调速和液力耦合 器调速方式等。变频调速则属于无转差调速 ， 能量损
３ 变频调速技术的应 用
现在大量工业设备 的拖动 ， 仍采用交流 电动机恒
＜ 气 开 关） ２ １ ． ｏ２ 电 （０ ２ Ｎ ． ）
７ ９
速传 动 的方 案运 行 ， 如 风机 与水 泵 最 主要 的调 节手 例 段靠 调节 风 门、 门开度 的大小 来调整 ， 阀 无论生 产 的需 求大 小 ， 要全 速运行 ， 能随 工况 的变 化来进 行相应 都 不
１６ ２ ） １０ ４
摘 要： 变频调速 技 术 因其 高效 率、 范 围和 高精 度 等特 点 ， 目前 运 用广 泛 且 最有 发展 前途 的 一 种调 速 方 式。 宽 是
着重介 绍 了变频 调速技 术在 工业领 域 中的一 些应 用及对 其优 势进 行分 析 ， 简单介 绍 了变频 调 速 的 工作 原 理及 并
主， 以直流电动机为动力源 ， 且以电动机为控制 目标的 系统称 为直流 调速 系统 。随着 电子 电力 器件 的发 明不 断完善 ， 及以矢量控制为代表的各种交流调速控制理 论 的深入发展 ， 计算机功能的不断强大 ， 使交流调速系 统在调 速领域 中 的 比重 逐 渐 加大 ， 目前 已经 成 为调 速
４ 变频调速的优势
２ 世纪 ６ ０ Ｏ年 代 以 前 的调 速 系 统 以 直 流 机 组 为
的调节 ， 这样不仅对机械造成磨损， 还造成了能量的大 量浪费 ， 变频调速技术的应用有助解决此类问题 ．
３ １ 恒压 供水 系统 的应用 ． 恒 压供水 是利 用高 压变频 器对水 泵 电动 机进行 变
图 １ 恒 压供 水 系统 原 理
在 变频恒 压供 水 的方 式 下 ， 以正确 推算 当天 可 可
能的供水量 ， 合理调配工频车运行车次。人为控制变 频机组运行频率在合理 的范 围内， 使每台水泵都处于 各 自的高效区运行 ， 压缩富裕水头 ； 根据供水量的变化 情况 和 变频机 组 的实 际运 行频 率 ， 时调整 ， 及 使不 同 的
７ ８
＜ 电气开关＞ ２ １ ． ｏ２ （０ ２ Ｎ ． ）
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变频调速技术的应用与分析
郝淑荣 王鹤菲 ， （ ．辽 宁省 水利 水 电勘 测设 计研 究 院， 宁 沈 阳 １００ ；．大连 理 工 大 学， 宁 大连 １ 辽 １０６ ２ 辽
力传感器装在 出水 口处， 变频器 内部 内嵌式可 编程控 制器 通过 将测 量 水 压 与 给 定值 进 行 比较 ， 通 过 ＰＤ 并 Ｉ
进行 调 整 ， 调整 结果 转 换 为频 率 调 节信 号传 送 至 变 将 频器 ， 至达 到供水 压力 给定值 。 直
输出
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降低 ， 特别是变频调速节电显著 ， 而且易于实现过程 自 动化 ， 深受工业用户的喜爱。
＜ 电气开关＞ ２ １ ． ｏ２ （０ ２ Ｎ ． ）
８ ３
６ 预 防和 防范 措 施
为 预 防主变低 压侧 不平衡 电流 导致 电容器短 路现 象再 次 发生类 似故 障 ， 高对 故 障 的抑制 能 力 提 出 了 提
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