转子变频介绍

U 1 (10kV/6kV)
P1 = (1 − s ) PM
P 2 = (1 − s ) PM
Ps
= sPM
SAVER 转子变频调速装置
YRCT
sP M
由于转差功率的回馈， 由于转差功率的回馈，减少了电机从电网吸收这部分功 率，从而使电机从电网吸取的功率P1等于电机输出的轴功率 2， 从而使电机从电网吸取的功率 等于电机输出的轴功率P 因此，转子变频调速是一种高效调速。 因此，转子变频调速是一种高效调速。
1、电机转速下降可节约大量电能 、 风机泵类负载，功率与转速的立方成正比， 风机泵类负载，功率与转速的立方成正比，即：
P n = PN nN
3
例如，电机以 的额定转速运行， 例如，电机以80%的额定转速运行，即n= 0.8 nN ， 的额定转速运行 则由上式得P 可见， 则由上式得 = 0.83PN =0.512 PN。可见，电机需输出 功率只有额定功率的51.2%，即可以节约额定功率的 ， 功率只有额定功率的 48.8%。所以，转速下降能节约可观的电能。 。所以，转速下降能节约可观的电能。
定子绕组 转子绕组 M
2KM
U
L1
L2
+
逆变器
U2
C PF
U1
1KM 内反馈电动机 启动 整流 斩波 逆变
SAVER转子变频系统原理图
转子变频调速原理外反馈
6kV/10kV FU 3KM
定子绕组 转子绕组 M
2KM
U
L1
L2
+
C PF
U2 U1
1KM 普通绕线电机 启动 整流 斩波 逆变
SAVER转子变频系统原理图
SAVER系列转子变频调速系统
系统构成系统构成-外反馈
转子变频调 速系统
6kV/10kV
DCS等远方控制 DCS等远方控制 普通绕线电动机
逆变变压器
转子变频调速系统连接图
1 — 定子电缆 4 — 控制(直流电源)电缆 控制(直流电源)
2 — 转子电缆 5 — 低压电源电缆
3 — 反馈电缆 6 — 远控电缆
移相隔离变压器
三相高压 电动机
M
交－直－交方式/ 交－直－交方式/电流型
定子变频（高压） 定子变频（高压）技术特点
优点
调速效率高 机械特性硬 调速性能好 调速范围宽
缺点
二元控制，系统复杂 二元控制， 需变压器， 需变压器，体积庞大 控制高压， 控制高压，故障率高
转子变频调速原理内反馈
6kV/10kV FU 3KM
升压变压器
低压变频器
高－低－高方式
整流器 逆变器
3—10kV
功率单元A4 功率单元A4
功率单元B3 功率单元B3 功率单元C3 功率单元C3
功率单元B4 功率单元B4 功率单元4 功率单元4 功率单元A5 A5 功率单元B5 功率单元B5 功率单元C5 功率单元C5
M
交－直－交方式/ 交－直－交方式/电压型
60 50 40 30 20 10 0 阀门调节 转速调节 50% 75% 100%
阀门调节
调速调节
调速 Vs 调阀
流量(%） 功率（%） 转速（%） 功率（% ） 节电率（%） 75% 50 % 87% 70 % 75% 50 % 42.20 % 12.5 % 44.8 % 57.5 %
电机调速的方法和基本原理
PB
PT
工作原理： 工作原理： 电动机带动输入轴 旋转， 旋转，液体被离心 式泵轮甩出。 式泵轮甩出。这种 高速液体进入涡轮 后即推动涡轮旋转 ，将从泵轮获得的 能量传递给输出轴 。最后液体返回泵 轮﹐形成周而复始 的流动。 的流动。
输入轴 液力耦合器结构图
密封
液力耦合器技术特点
优点
无级调速 隔离冲击 费用低廉
n0 − n s= n0
60 f n = n0 − sn0 = n0 (1 − s ) = (1 − s ) p
60 f n= (1 − s ) p
ห้องสมุดไป่ตู้
定子变频调速原理
降压变压器
功率单元A1 功率单元A1 功率单元B1 功率单元B1 功率单元C1 功率单元C1 功率单元A2 功率单元A2 功率单元B2 功率单元B2 功率单元C2 功率单元C2 功率单元A3 功率单元A3
(4)转子变频调速—转速公式
U d = (1 − α )U β
由于 U d = 2.34 sE r 0 = sU d 0 故
s = (1 − α )
Uβ Ud0
又
n = n0 (1 − s )
Uβ n = n0 1 − (1 − α ) Ud0
n = nN α = 1
（5） 功率传递关系 ）
三相异步电动机的调速
液力耦合 液力耦合器 耦合器 轴联机械调速方法（低效） 轴联机械调速方法（低效） 滑差离合器 定子调电压 定子调电压 转子串电阻 转子串电阻 定子变频 （定子侧） 高效调速 转子变频 （转子侧）
工业电机拖动 常用调速方法
电机调速方法
低效调速
液力耦合器调速原理
泵轮 涡轮 轴承 输出轴 负载 电动机
档板节流输入功率
档板控制（出口侧） 档板控制（出口侧）
80
输入功率相对额定输 输入的百分比
60
节电空间
40
SAVER系列
节能部分 变频器控制
转子变频调速输入功率
20
0
20
40
60
80
100
风量或流量（ %）
6、案例分析
100 90 80 70
对于一台1000kW的电机来说， 如经常需要运行在75%流量时， 其年(300天)节电量为： W=1000(kW)╳ 95%╳ 7200(h) ╳44.8% =3064320 kwh 即节电量306.42万度/年； 若0.45元/度节电费137.8万元/年 若经常运行在50%流量:： 节电量为 393.3 万度/年 节电费为176.9万元/年
SAVER系列转子变频调速系统 系列转子变频调速系统 SAVER系列转子变频调速系统 系列转子变频调速系统 介绍 介绍 系统组成
（1）系统组成 ）
SAVER系列转子变频调速系统
系统构成系统构成-内反馈
转子变频调 速系统
6kV/10kV
DCS等远方控制 DCS等远方控制
内反馈电动机
SAVER变频装置 SAVER变频装置
缺点
调速效率低 调速范围窄 调速精度差
定子变频调速原理
电 源
变 频 器
M
n=
60 f p (1- s)
电动机
主要类型
高-低-高方式 交-交方式 交-直-交方式
异步电动机转速公式
60 f n0 = p
n0 — 同步转速，即旋转磁场的转速。 f p s
— 电源频率（50Hz；0~50Hz） — 电机的磁极对数 — 转差率
2008］2306号文件 国家发改委 ［2008］2306号文件 “十一五”规划《纲要》提出了单位GDP能耗降 十一五”规划《纲要》提出了单位 十一五 能耗降 的指标， 低20%的指标，这是贯彻落实科学发展观，加快建设 的指标 这是贯彻落实科学发展观， 资源节约型、环境友好型社会的重大举措。 资源节约型、环境友好型社会的重大举措。……各地 各地 区要按照中央要求，切实加大节能资金投入， 区要按照中央要求，切实加大节能资金投入，引导企 业开展节能技术研发与改造， 业开展节能技术研发与改造，形成稳定可靠的工程技 术节能能力。中央财政继续加大资金投入， 术节能能力。中央财政继续加大资金投入，支持燃煤 工业锅炉改造、 工业锅炉改造、电机调速系统改造等十大重点节能工 程。
变频装置参数
电机额定电压： 电机额定电压：3kV/6kV/10kV 电机额定功率：200～ 电机额定功率：200～5600kW 平均节电率： 平均节电率：20 ～ 60% 视具体工况而定 调速范围：用户要求最低转速～99％ 调速范围：用户要求最低转速～99％额定转速 过载能力： 1.8倍的额定负载 过载能力：≥1.8倍的额定负载 调速精度： 99％ 调速精度：≥99％ 装置效率： 98％ 装置效率：≥98％ 额定功率因数： 额定功率因数：≥0.85 谐波含量：≤3％ 谐波含量： 启动电流：1～1.3倍（液阻）2.5～3倍额定电流（频敏） 启动电流： 1.3倍 液阻）2.5～ 倍额定电流（频敏）
风机水泵为什么要节能
风机泵类负载在各工矿企业中耗电很大， 风机泵类负载在各工矿企业中耗电很大， 而其负载特性是负载转矩与转速成平方关系 （T∝n2），轴功率与转速是三次方关系 ∝ ），轴功率与转速是三次方关系 （P∝n3），即速度的微小变化就可以换来功 ∝ ），即速度的微小变化就可以换来功 率的巨大变化， 率的巨大变化，因此特别适合以节电为目的的 调速运行。 调速运行。如果调速技术能应用在负载率低和 流量变动较大的风机泵类的电力拖动上可获得 非常显著的节电效益。 非常显著的节电效益。
环保 环保 港口 建材 港口 建材
工业70％ 工业70％ 70
风机水泵为什么要节能
风机泵类负载配套电动机是各工矿企业中 是耗电最大的设备，在常规情况下， 是耗电最大的设备，在常规情况下，风机和水 泵经常需要调节挡板和阀门（即节流调节）， 泵经常需要调节挡板和阀门（即节流调节）， 以满足流量和压力变化的需求， 以满足流量和压力变化的需求，因此在阀门和 档板上产生了大量能量损耗。 档板上产生了大量能量损耗。采用调速取代阀 门调节，能有效避免阀门损耗， 门调节，能有效避免阀门损耗，取得显著的节 能效果。 能效果。
（1）转子变频调速系统
10kV / 6kV
sPM
交直交变频器 YRCT
sP M
高压电机转子侧，通过变频器对转差功率进行控制的调速系统。 高压电机转子侧，通过变频器对转差功率进行控制的调速系统。
（2）转子变频基本原理
10kV / 6kV
f1
（1 s） M P
f 2 = sf 1
sE ro ， f 2 s PM Ef
2、水泵特性曲线及节电原理 、
HA
HA
3、风机特性曲线及节电原理 、 由于 P = kQH 所以，在相同风量 所以，在相同风量Q2情况 下，调速法比传统节流法 节约的功率 ∆P ∝ 面积 2H3C， 面积BH ， 即 ∆P ∝ ∆HQ2， 节约了大量电能。 节约了大量电能。
4、节电空间 、
100 （%）
（6）控制系统方框图 ）
（7）机械特性—转矩转速特性曲线及与Id 的关系 ）机械特性—
n = nN α = 1
转子变频与定子变频的对比
序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 项 目 SAVER转子变频调速系统 几百伏/2KV 0.148Pe 99％ 50—100% 硬 高 系统简洁、装置小 普通厂房 内馈、绕线 电磁隔离谐波小 较低，但不增加无功 易 低 大 较 低 定子变频调速系统 6kV/10kV Pe 94－97％ 20—100% 硬 高 系统复杂、装置大 防尘、空调 绕线、鼠笼变频电机 需加滤波装置 较高 难 高 中、小 较 高 控制电压 控制功率 装置效率 调速范围 机械特性 调速精度 装置尺寸 运行环境 适用电机 谐波分量 功率因数 维护难易 维护费用 适用容量 费用投入
电动机——用电大户
中国电监会统计：2009年电网总装机80000万kW 工业用电占全国总发电量的70% 电动机负载占总发电量的50% 风机泵类负载消耗40%
石化 石化 矿山 矿山 冶金 冶金
电力 电力
水利 水利
供水 供水 供热 供热
电动机 电动机
民用 农业 商业及其它 非工业领域
30％ 30％
电动机 拖 动 50％ 50％
f 1 ，E 3
s PM
I2 =
sEr 0 − E f Rr + s 2 X r 0
2 2
在转子电路引入与转子电势sE 同频率的附加电势E 在转子电路引入与转子电势 ro 同频率的附加电势 f ，通过调 节附加电势大小改变转子电流，从而改变电磁转矩，实现调速。 节附加电势大小改变转子电流，从而改变电磁转矩，实现调速。 在转子产生频率不断变化的附加电势，曾是一个复杂的技术难题。 在转子产生频率不断变化的附加电势，曾是一个复杂的技术难题。
（3）转子变频主电路原理图
U1 (10kV / 6kV)
转子变频装置
Id
L1
(1
)U
Ud
U
sEro ，f 2
YRCT
• 有源逆变引入 β ，经IGBT斩波变成 (1-α) Uβ ，即E fd ； 有源逆变引入U 斩波变成 • E fd 通过整流电路进入转子绕组，变为交流 f，频率为 f2； 通过整流电路进入转子绕组 变为交流E 进入转子绕组， • 转差功率由 f 2 经整流变为直流，经有源逆变变为 1 ，回馈电机。 经整流变为直流，经有源逆变变为f 回馈电机。
SAVER系列 SAVER系列 转子变频调速系统
温家宝总理
政府工作报告
目前，我国各类电动机总容量4.2亿千瓦，实际运行 目前，我国各类电动机总容量 亿千瓦， 亿千瓦 效率比国外低10−30个百分点，用电量约占全国用电总 效率比国外低 个百分点， 个百分点 量的60%。“十一五”期间要重点推广高效节能电动 。 十一五” 量的 机，在煤炭、电力、有色、石化等行业实施高效节能 在煤炭、电力、有色、 风机、水泵的优化改造，推广变频调速， 风机、水泵的优化改造，推广变频调速，使运行效率 提高2个百分点，年节电 亿千瓦时。 提高 个百分点，年节电200亿千瓦时。 个百分点 亿千瓦时