变频器应用实例

2.3空气压缩机变频调速的设计
空气压缩机采用变频调速技术进行恒压供气控制时， 系统原理框图如图4所示。
图4 系统原理框图
2.4空气压缩机变频调速的设计
空气压缩机变频调速系统电路原理图如图5所示。
图5 空气压缩机变频调速系统电路原理图
2.5 空气压缩机变频调速的安装调试
1. 安装：为防止电网与变频器之间的干扰，在变频器的输入侧最好接一个电 抗器。安装时控制柜与压缩机之间的主配线不要超过30m，主配线与控制线 要分开走线，且保持一定距离。控制回路的配线采用屏蔽双绞线，接线距离 应在20m以内。另外控制柜内要装有换气扇，变频器接地端子要可靠接地， 不与动力接地混用。
3) 卸载时调节方法不合理所消耗的能量
当压力达到Pmax时，但空气压缩机的电机还是要带动螺杆做回转运
动。 2. 加、卸载供气控制方式其他损失
1) 供气压力的波动，从而供气压力精度达不到工艺要求，会影响产 品质量甚至造成废品。再加上频繁调节进气阀，会加速进气阀的磨 损，增加维修量和维修成本。
2) 频繁地打开和关闭放气阀，会导致放气阀的寿命大大缩短。
之间的平衡情况有关。
当供水能力Qg＞用水需求Qu，则压力上升（p↑）； 当供水能力Qg＜用水需求Qu，则压力下降（p↓）； 当供水能力Qg = 用水需求Qu，则压力不变（p = 常数）。
可见，供水能力与用水需求之间的矛盾具体反映在流体压力的变化 上。因此，压力就成为控制流量大小的参变量。就是说，保持供水 系统中某处压力的恒定，也就保证了使该处的供水能力和用水流量 处于平衡状态，恰到好处的满足了用户所需的用水流量，这就是恒 压供水所要达到的目的。
考虑到变频器一旦发生故障，也不能让风机停止工作，应具有将风 机由变频运行切换为工频运行的控制。
图3 所示为风机变频调速系统的电路原理图
风机用变频器的功能代码
以变频器为森兰BT12S系列为例，变频器的功能预置为： F01=5 频率由X4、X5设定。 F02=1 使变频器处于外部FWD控制模式。 F28=0 使变频器的FMA输出功能为频率。 F40=4 设置电机极数为4极。 FMA为模拟信号输出端，可在FMA和GND两端之间跨接频率表。 F69=0 选择X4、X5端子功能。即用控制端子的通断实现变频器的升降
速。 X5与公共端CM接通时，频率上升；X5与公共端CM断开时，频率保持。 X4与公共端CM接通时，频率下降；X4与公共端CM断开时，频率保持。 这里我们使用S1和S2两个按钮分别与X4和X5相接，按下按钮S2使X5与公
共端CM接通，控制频率上升；松开按钮S2，X5与公共端CM断开，频 率保持。同样，按下按钮S1使X4与公共端CM接通，控制频率下降； 松开按钮S1，X4与公共端CM断开，频率保持。
Байду номын сангаас
风机变频调速系统的电路原理图说明
1.主电路 三相工频电源通过断路器Q接入，接触器KM1用于将电
源接至变频器的输入端R、S、T，接触器KM2用于将变频 器的输出端U、V、W接至电动机，KM3用于将工频电源直 接接至电动机。注意接触器KM2和KM3绝对不允许同时接 通，否则会造成损坏变频器的后果，因此，KM2和KM3之 间必须有可靠的互锁。热继电器KR用于工频运行时的过 载保护。
W1=30×10×[1－（46/50）2]×300=13824kW·h W2=30×14×[1－（20/50）2]×300=105840kW·h Wb = W1＋W2=13824＋105840=119664 kW·h 挡板开度时的节电量为：
W1=30×（1－98%）×10×300=1800kW·h W2=30×（1－70%）×14×300=37800kW·h Wd = W1＋W2=1800＋37800=39600 kW·h 相比较节电量为：W = Wb－Wd=119664－39600=80064 kW·h
1.4 节能计算
以一台工业锅炉使用的30 kW鼓风机为例。一天 24小时连续运行， 其中每天10小时运行在90%负荷（频率按46Hz计算,挡板调节时电机 功耗按98%计算），14小时运行在50%负荷（频率按20Hz计算，挡板 调节时电机功耗按70%计算）；全年运行时间在300天为计算依据。 则变频调速时每年的节电量为：
变频控制系统具有精确的压力控制能力，有效地提高了产品的质量。 3. 全面改善压缩机的运行性能
变频器从0Hz起动压缩机，它的起动加速时间可以调整，从而减少起动时 对压缩机的电器部件和机械部件所造成的冲击，增强系统的可靠性，使压缩 机的使用寿命延长。此外，变频控制能够减少机组起动时电流波动，这一波 动电流会影响电网和其它设备的用电，变频器能够有效的将起动电流的峰值 减少到最低程度。根据压缩机的工况要求，变频调速改造后，电机运转速度 明显减慢，因此有效地降了空压机运行时的噪音。
3.2 水泵调速节能原理
图6为水泵的流量调节曲线。 曲线2和曲线4为扬程特性，曲线2为水泵转速较高的情况，曲线4为水泵
转速降低的情况。曲线1曲线3为管阻特性，曲线1为开大管路阀门管阻较小 的情况，曲线3为关小管路阀门管阻较大的情况。
图6 水泵的流量调节曲线 可以看出，采用调节转速的方法来调节流量，电动机所取用的功率将大为 减少。
风机变频调速系统的电路原理图说明
2. 控制电路
设置有“变频运行”和“工频运行”的切换，控制电路采用三位开 关 中 频S间运A进继行行电状选器态择K。A。接1动当下作S停A并合止自至接锁“钮，工S进B频1而，运使中行接间”触继方器电式K器时M，K3动A按1作和下，接起电触动动器按机K钮M进S3B均入2断，工 电，电动机停止运行。当SA合至“变频运行”方式时，按下起动按 钮 动S机B接2，至中变间频继器电的器输K出A1端动。作K并M自2动锁作，后进使而K使M接1也触动器作KM，2将动工作频，电将电源 接至变频器的输入端，并允许电动机起动。同时使连接到接触器 K下 行M”按3线状钮圈态SB控。4，制KA中电2间动路继作中电后的器，KMK停2A的止2动常按作闭钮，触SB电点1动失断机去开开作，始用确加，保速以KM，防3进止不入直能“接接变通通频。过接运切 断变频器电源使电动机停机。 在变频运行中，如果变频器因故 障而跳闸，则变频器的“30B-30C”保护触点断开，接触器KM1和KM2 线圈均断电，其主触点切断了变频器与电源之间，以及变频器与电 源之间的连接。同时“30B-30A”触点闭合，接通报警扬声器HA和报 警灯HL进行声光报警。同时，时间继电器KT得电，其触点延时一段 时间后闭合，使KM3动作，电动机进入工频运行状态。
(1)
则功率PL和转速n L之间的关系为：
PL

P0

K
P
n
3 L
(3)
上三式中，PL、TL——分别为电动机轴上的功率和转矩。
KT、KP——分别为二次方律负载的转矩常数和功率常数。
1.2 风机变频调速系统设计
1. 风机容量选择
风机容量的选择，主要依据被控对象对流量或压力的需求，可 查阅相关的设计手册。 2. 变频器的容量选择
选择变频器容量与所驱动的电动机容量相同即可。 3. 变频器的运行控制方式选择
依据风机在低速运行时，阻转矩很小，不存在低频时带不动负载
的问题，采用U／f控制方式即可。
4.变频器的参数预置 上限频率，下限频率，加、减速时间，加、减速方式，回避频
率，起动前的直流制动。
1.3 风机变频调速系统的电路原理图
闭环：主要依据变频器频率上升与下降的速度和空压机压力的升降相匹配， 不要产生压力振荡，还要注意观察机械共振点，将共振点附近的频率跳过去。
对PID参数的进行整定。
2.6 空压机变频调速后的效益
1. 节约能源使运行成本降低 空气压缩机的运行成本由三项组成：初始采购成本、维护成本和能源成本。
其中能源成本大约占压缩机运行成本的80%。通过变频技术改造后能源成本 降低20%，再加上变频起动后对设备的冲击减少，维护和维修量也跟随降低， 所以运行成本将大大降低。 2. 提高压力控制精度
（2） 原理图
变频调速恒压供水 系统采用SAMCO-vm05 变频器，内置有PID调节 器，配置有SWS供水控 制基板，可直接驱动多个 电磁接触器，可以方便地 组成恒压供水控制系统。
2.2 空气压缩机加、卸载供气控制方式存在的问题
1．空气压缩机加、卸载供气控制方式的能量浪费
1) 压缩空气压力超过Pmin所消耗的能量 到当Pm储ax气。罐这中一空过气程压中力需达要到电P源m提in后供，压加缩、机还能要量使。其压力继续上升，直
2）减压阀减压消耗的能量
前气，动其元压件力的需额要定经气过压减在压P阀m减in左压右至，接高近于PmPinm。in的气体在进入气动元件
2. 调试：完成变频器的功能设定及空载运行后，可进行系统联动调试。调试 的主要步骤：
1） 将变频器接入系统。 2） 进行工频控制运行。 3） 进行变频控制运行，其中包括开环与闭环控制两部分调试：
开环：主要观察变频器频率上升的情况，设备的运行声音是否正常，空压 机的压力上升是否稳定，压力变送器显示是否正常，设备停机是否正常等。 如一切正常。
变频器应用实例
1 变频调速技术在风机上的应用
1.1 风机变频调速驱动机理
风机应用广泛，但常用的方法则是调节风门或挡板开度的大小来
调整受控对象，这样，就使得能量以风门、挡板的节流损失消耗掉
了。采用变频调速可以节能30%～60%。
负载转矩TL和转速n L之间的关系可用下式表示：
TL
T0

KT
n
2 L
式中，PL为空气压缩机P的L 功T9率5Ln5L，0 TL为空气压(缩4)机的转矩，nL为空气压缩
机的转速。
传统的工作方式为进气阀开、关控制方式，即压力达到上限时关 阀，压缩机进入轻载运行；压力抵达下限时开阀，压缩机进入满载 运行。这种频繁地加减负荷过程，不仅使供气压力波动，而且使空 气压缩机的负荷状态频繁地变换。由于设计时压缩机不能排除在满 负荷状态下长时间运行的可能性，所以只能按最大需求来选择电动 机的容量，故选择的电动机容量一般较大。在实际运行中，轻载运 行的时间往往所占的比例是非常高的，这就造成巨大的能源浪费。
每度电按0.6元计算，则采用变频调速每年可节约电费58952元。一般来 说，变频调速技术用于风机设备改造的投资，通常可以在一年左右 的生产中全部收回。
2 空气压缩机的变频调速及应用
2.1 空气压缩机变频调速机理
空气压缩机是一种把空气压入储气罐中，使之保持一定压力的机 械设备，属于恒转矩负载，其运行功率与转速成正比：
3.3 变频调速恒压供水系统
水泵的机械特性可表示为：
TL = TO + Kn2
（11-7）
式中，TO为损耗转矩；K为系数；TL为水泵的阻转矩。
图7 变频调速恒压供水系统的组成框图
3.4 变频调速恒压供水系统
如果管网系统采用多台水泵供水，变频器可控制其顺序循环运行， 并且可以实现所有水泵电机变频软启动。现以两台水泵为例，说明 系统按Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ→Ⅰ顺序运行过程，如图8所示。
图8 两台水泵供水时顺序运行过程
3.5 变频调速恒压供水系统设计
1. 设备选择原则 选择水泵和电机的依据是供水规模（供水流量）。 系统设计还应遵循以下的原则： ① 蓄水池容量应大于每小时最大供水量。 ② 水泵扬程应大于实际供水高度。 ③ 水泵流量总和应大于实际最大供水量。
4. 设计实例
某居民小区共有10栋楼，均为7层建筑，总居住560户， 住宅类型为表1中的3型，设计恒压供水变频调速系统。 （1） 设备选用如下： 1）根据表1确定用水量标准为0.19m3／人•日； 2）根据表2确定每小时最大用水量为105m3／h； 3）根据7层楼高度可确定设置供水压力值为0.36 Mpa。 4）根据表3确定水泵型号为65LG36-20×2共3台，水泵自带 电动机功率7.5kW, 选用三恳SAMCO-vm05变频器SPF-7.5K， 配接SWS供水基板，容量7.5kW
3 变频器在供水系统的节能应用
3.1 恒压供水的控制目的 对供水系统的控制，归根结底是为了满足用户对流量的需求。所
以，流量是供水系统的基本控制对象。而流量的大小又取决于扬程， 但扬程难以进行具体测量和控制。考虑到在动态情况下，管道中水
压的大小与供水能力（由流量Qg表示）和用水需求（用水量Qu表示）