变频器应用技术交流 廖兴万 * 内容大纲 变频器概述 交流异步电机调速方式 变频器的工作原理 变频器的控制方式 节能原理与应用举例 变频器管理注意事项 变频器概述 第一部分 引言:什么是变频器? 顾名思义，变频器就是要改变电压或电流的频率，以改变交流异步电动机转速的机器。 英文名称：Inverter，一般译作逆变器。 学术解释：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。  变频技术的发展过程  变频技术是应交流电机无级调速的需要而诞生的。  20世纪60年代后半期开始，电力电子器件从SCR(晶闸管)、GTO(门极可关断晶闸管)、GTR（电力晶体管）、 MOSFET（电力场效晶体管）发展到今天的IGBT(绝缘栅双极型晶体管)、HVIGBT(耐高压绝缘栅双极型晶闸管)、IGCT(集成门极换流晶闸管)、IPM（智能功率模块），器件的更新促使电力变换技术的不断发展。  20世纪70年代开始，脉宽调制变压变频(PWM—VVVF)调速研究引起了人们的高度重视。  20世纪80年代，作为变频技术核心的PWM模式优化问题吸引着人们的浓厚兴趣，并得出诸多优化模式，其中以鞍形波PWM模式效果最佳。  20世纪80年代后半期开始，美、日、德、英等发达国家的VVVF变频器已投入市场并广泛应用。 20世纪90年代，变频技术从V/F控制发展到矢量控制和直接转矩控制，从开环控制到闭环控制，　2000年以后，变频技术结合ＰＬＣ技术，逐步向智能模糊控制方向发展。 我国变频器的应用现状 20世纪90年代初中国企业界才开始认识并认识并尝试使用变频器，得到认可并大量使用是最近几年的事。 变频器从一开始进入我国，国外品牌就占据大部分市场份额，同时，国内变频器的研制和生产也在向前发展，目前，国产变频器正在被更国的国内外客户认可和选用。 当今，变频器的应用几乎涵盖了国民经济的各个行业，特别是在建材、钢铁、有色金属、采油、石化、纺织等领域应用广泛。采用变频器调速，除了替代过去的老式调速，更多的是用于老式调速无法胜任的新的调速领域。 变频调速效果 变频器的发展趋势 向专用型方向发展 向人性化方向发展 易用性不断提高 功率结构模块化 智能化 减小谐波影响 我国变频器应用的大环境 在我国60%的发电量是通过电动机消耗的，因此调速传动是一个重要行业，一直得到国家重视，目前已有一定规模。 1998年1月1日实施的《中华人民共和国节约能源法》第39条，已将变频调速列入通用节能技术加以推广。  即将出台的限制性政策规定：对新建和扩建工程需要调速运行的风机和水泵，一律不准采用挡板和阀门调节流量；对采用挡板和阀门调节流量的要分期、分批、有步骤地进行调速改造。  变频器在我们炼油厂的使用 在石化系统，我们茂石化和九江石化应用变频器最早。 在八十年代末期，我厂首先在润滑油重质车间使用获得成功。目前安装台数已达到258台，总容量16359kW,其中有10台高压变频器。平均节电率达到20-30%之间，有的高达50%，全年节电量在2000万kWh左右。但这两年来，随着炼量的大幅提升，许多装了变频器的机泵都提量，接近满负荷甚至超负荷运行，节电效果明显下降。 目前使用的变频器都是进口的。主要以富士变频器为主，兼用了山垦、西门子、日电等品牌。 变频器的投用，取得明显的控制和节能效果，变频器的投用率和完好率现已作为电气车间和有关车间经济考核指标。目前，通过大家的共同努力，变频器的投用率和完好率已从去年的90％、70％分别提高到现在的98.5％、86％。 交流异步电机调速方式 第二部分 三相异步电动机的机械特性  公式  1同步转速：n=60f/p  ;   2感应电动势：      E=4.44KNfΦm 当加在电动机上的电压U为额定电压时，电动机的电磁转矩T与转子转速n之间的关系，称为电动机的机械特性，即　　n=f（T）  三相异步电动机的机械特性 　曲线如图 特性曲线上几个特殊的转矩  起动转矩（TST） 在n=0（s=1），T= TST点，这点转矩称为起动转矩TST，也称为堵转转矩。当电动机的负载转矩大于TST时，电动机将不能起动。 额定转矩TN 在n=nN（s=sN），T=TN点，这点的转矩称为额定转矩TN。当电动机工作在额定转矩TN时，sN通常在0.02—0.06之间，转速在很小的范围内变化时，转矩即可在很大的范围内变化，即工作于额定转矩TN时，电动机具有很硬的机械特性。 最大转矩TM 在n=nL（s=sL），T=TM点，这点的转矩称为最大转矩TM。TM的大小象征着电动机的过载能力，用过载倍数λ表示，λ=TM/TN。在任何情况下，电动机的负载转矩都不能大于TM，否则电动机转速将急剧下降，致使电动机堵转停止，因此这一点称为临界转速点。临界转速nL的大小决定了L点的上下位置，从而反映了机械特性的硬度。  交流电动机调速的几种方式 交流电动机的三种调速方法： 变极调速 三相异步电动机的变极调速是有级调速，通过改变磁极对数p，可以得到2：1调速、3：2调速、4：3调速及三速电机等，调速的级数很少。由于磁极对数p取决于定子绕组的结构，而且笼型转子的极数能自动地保持与定子极数相等，所以此调速只适用于特制的笼型异步电动机，这种电动机结构复杂，成本高。  改变转差率调速 变转差率调速一般适用于绕线型异步电动机或转差电动机。具体的实现方法很多，比如：转子串电阻的串级调速、调压调速、电磁转差离合器调速等。随着s的增大，电动机的机械特性变软，效率降低。 变频调速 变频调速具有调速范围宽，调速平滑性好，调速前后不改变机械特性硬度，调速的动态特性好等特点。  变频调速时的机械特性  根据电动机理论，当f1较高时，忽略定子绕组电阻，最大电磁转矩TM∝（U1/ f1）2、临界转差率sL∝1/ f1、对应临界转速的转速差△n= sL n1 = sL60 f1/p为常数、起动转矩TST∝u12/f13；当f1较低时，定子绕组电阻的影响不可忽略，最大电磁转矩TM随着频率的减小而减小、转速差△n仍为常数、TST随着频率减小而减小。按照上述分析，可以大致了解变频调速的机械特性，如图1—3所示。 分两种情况，下面进行说明．   基频以下的恒磁通变频调速  调速时，通常以电动机的额定频率为基本频率，即基频。在基频以下调速时，须保持E1/f1恒定，即保持主磁通φm恒定。由于E1难以直接控制，由式（1-6）可知，f1较高时，保持E1/f1恒定，即可近似地保持主磁通φm恒定。由于TM∝（U1/ f1）2，保持U1/ f1恒定时，TM恒定，电动机带动负载的能力不变，而且此过程中，转速差△n基本不变，所以调速后的机械特性曲线平行地移动，电动机的输出转矩不变，属于“恒转矩”调速。 当f1较低时，若仍由U1/ f1恒定来代替E1/ f1恒定，会带来较大的误差，TM和TST随着频率的减小而减小，电动机带动负载的能力变小。此时，若仍由U1/ f1恒定来代替E1/ f1恒定，可采用电压补偿方法，即适当提高电压U1，目的是补偿定子阻抗压降，近似保持E1/ f1恒定，提高电动机带动负载的能力，其机械特性曲线如图1-3虚线所示。  基频以上的弱磁变频调速  由于电动机不能超过额定电压运行，所以频率由额定值向上升高时，定子电压不可能随之升高，只能保持在额定值不变。这样必然会使φm随着f1的升高而下降，类似于直流电动机的弱磁调速。 由于T
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