变频器节能应用实例

变频器节能应用实例（精选6篇）

变频器节能应用实例 第1篇

变频器 (Variable-frequency Drive, VFD) 是应用变频技术与微电子技术, 通过改变电机工作电源频率和电压方式来控制交流电动机的电力控制设备。随着工业自动化程度的不断提高, 变频器也得到了非常广泛的应用。变频器在锅炉变频调速的送 (引) 风机控制系统的应用可以提高锅炉风量的较好控制水平, 又能达到节能的效果, 采用变频调速方式对风机进行调节, 是首选的方案。

1 变频器的控制方式与节能作用

1.1 变频器的控制方式

变频器的主要控制方式有:1U/f=C的正弦脉宽调制 (SPWM) 控制方式, 电压空间矢量 (SVPWM) 控制方式, 矢量控制 (VC) 方式, 直接转矩控制 (DTC) 方式, 矩阵式交-交控制方式。

1.2 变频器的节能作用

(1) 变频节能。变频装置节电的前提条件是:大功率电力拖动设备, 如大型风机/泵类负载;装置本身具有节电功能 (软件支持) ;长期连续运行。变频器正好适合电厂里的风机、水泵等大功率设备的应用。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。当电机不能在满负荷下运行时, 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。风机、泵类等设备传统的调速方法是通过调节入口或出口的挡板、阀门开度来调节给风量和给水量, 其输入功率大, 且大量的能源消耗在挡板、阀门的截流过程中。当使用变频调速时, 如果流量要求减小, 通过降低泵或风机的转速即可满足要求, 而与挡板及阀门的节流无关, 从而有效的节约了能源。

(2) 功率因数补偿节能。无功功率不但增加线损和设备的发热, 更主要的是功率因数的降低导致电网有功功率的降低, 大量的无功电能消耗在线路当中, 设备使用效率低下, 浪费严重, 使用变频调速装置后, 由于变频器内部滤波电容的作用, 从而减少了无功损耗, 增加了电网的有功功率。

(3) 软启动节能。电机硬启动对电网造成严重的冲击, 而且还会对电网容量要求过高, 启动时产生的大电流和震动时对挡板和阀门的损害极大, 对设备、管路的使用寿命极为不利。而使用变频节能装置后, 利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始, 最大值也不超过额定电流, 减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求, 延长了设备和阀门的使用寿命。节省了设备的维护费用。

2 实例分析

浙江春晖环保能源有限公司是以焚烧处理城市生活垃圾及城市生活污泥为主的环保企业, 目前日处理生活垃圾1000吨, 日处理生活污泥750吨, 焚烧处理垃圾及污泥的工艺为循环流化床锅炉焚烧工艺。公司生产规模为4炉2机, 锅炉送引风机均采用10KV高压电气拖动系统, 由于早期投产的一台垃圾锅炉送引风机电气拖动部分为10KV串级调速系统, 这种控制系统相比目前的高压变频系统落后, 故障率高及维护麻烦, 节能效果差等, 有改造的必要。

2.1 现状及存在的问题

公司1#锅炉送风机与引风机电控系统为早期的内反馈串级调速系统, 从运行的实际参数来分析, 串级调速系统的节能效果非常差, 达不到理想的目标。目前我公司设备运行的情况, 引风机在调速状况下锅炉负压严重不够, 只能采用工频运行;一次风机因送风量不足, 也只能采用工频运行, 即便是调速运行, 运行频率也在90%以上, 这个数据基本也没有节能效果。所以两台风机电机运行基本在工频状态下运行, 不节能。这两套内返馈串调系统相对目前的高压变频系统比较陈旧, 故障率较高, 维护量较大;特别是串级调速电机维护量较大, 如转子碳刷磨损严重等;系统在运行当中常出现一些预料之外的问题。即便是正常运行也必须每月停炉维护一次, 对整个系统的运行带来安全隐患。另外, 这种系统由于技术相对落后, 元器件市场上比较难采够, 对维护带来不便。

另外, 对比公司其他几台锅炉采用的高压变频器拖动系统来看, 高压变频节能效果较明显, 运行较稳定, 故障率低, 维护量小。

综上所述, 有必要对公司1#炉风机电力拖动系统进行高压变频改造。

2.2 改造方案

根据目前锅炉实际运行工况, 选择适宜的高压电机及电力拖动系统。

2.2.1 电机更换变频调速电机

引风机:YPT560-6, 985rpm, 900KW, 10KV;

送风机:YPT450-4, 1485rpm, 710KW, 10KV;

2.2.2 变频调速系统

引风机:1120KVA高压变器一套;

送风机:800KVA高压变频器一套;

2.2.3 高压变频调速系统特点

综合公司实际情况考虑, 本次改造选用国产高压变频调速系统, 本次选用的高压变频调速系统主要特点如下:

(1) 采用手动旁路一拖一方式, 一次回路结构如图1所示。

当K1、K3闭合, K2断开时, 电机变频运行;当K1、K3断开, K2闭合时, 电机工频运行, 此时变频器从高压中隔离出来, 便于检修、维护和调试。系统运行较灵活, 满足电厂设备长时间安全稳定运行的需要。

(2) 变频器为高—高电压源型模式, 由移相变压器, 功率单元和控制器组成。前端由一个多绕组的隔离移相变压器供电, 变压器次级共有24边绕组, 采用48整流。功率单元每相采用低压功率单元串接组成, 每相8个功率单元, 三相共24个单元。控制器部分以高速微处理器实现控制以及与微处理器间进行通信。变频器采用模块化设计, 互换性好、维修简单, 噪音低, 谐波含量小, 不会引起电机的转矩脉动, 对电机没有特殊要求。其结构如图2所示。

(3) 该变频器采用全中文Windows人机界面, 界面设计比较直观, 易于参数调节及系统运行况状的监控, 其主界面如图3所示。

(4) 该变频系统控制方式采用开环调节方式:外界给定信号设置运行频率, 通过操作触摸屏设置运行频率;可以远程手动操作运行频率的快、慢。该特点有利于DCS系统远程控制。

2.3 改造投资及节能经济分析

2.3.1 系统改造投资费用如下表:

2.3.2 节能分析

(1) 因原送引风机均以工频状况运行, 故原送引风机改造前以工频耗电量计算, 工频耗电量计算如下表:

原引风机电机:800KW, cosφ=0.86 (电机功率因数) , I=40A (实际统计数据的平均值) ;

原送风机电机:500KW, cosφ=0.86 (电机功率因数) , I=32A (实际统计数据的平均值) ;

(2) 节电率计算:

为了计算值有可比性, 以下统计的实际数据均为锅炉运行在与原工况相同情况下的统计数据, 计算中均以电网侧 (10KV侧) 功率进行计算。变频改造后功率计算如下:

引风机:

送风机:

2.3.3 经济分析

结合以上的计算数据, 引风机节电约32%左右, 送风机节电约29%, 每年按250天正常运行计算, 则年节电量大约计算如下:

若按目前厂用电电价0.5元/度计算, 则年节约费用约为:

年节约费用约为97.8万。

从以上计算数据看, 送引风机电力拖动的变频改造后, 每年节约费用约97.8万元, 该项目投资140万人民币, 可在两年时间内收回成本, 这对公司的长远发展来看, 高压变频系统相对于工频运行的设备, 产生的经济效益是非常可观的。

3 结束语

总之, 该垃圾焚烧锅炉风机拖动的变频改造起到了变频调速以及节能的目的, 达到了预期的目的, 相信通过改进本控制系统会更加优越。

参考文献

[1]王廷才.变频器原理及应用[M].北京:机械工业出版社, 2009.

[2]宋爽.变频技术及应用[M].北京:高等教育出版社, 2008.

[3]张燕宾.变频调速应用实践[M].北京:北京机械工业出版社, 2010.

变频器节能应用实例 第2篇

采用新型高压大功率电力电子器件、直接“高-高”方式的高压变频器，具有体积小、效率高、结构简单、运行可靠等特点，变频器装置采用不可控24脉冲移相整流和全控器件进行开关调制，具有很高的输入侧功率因数、优良的调速性能和转矩控制性能。高压变频器通过改变电动机运行频率，在很宽的转速范围内进行高效率的转速调节，可以取得很好的节电效果，在风机和水泵的节能改造上已经得到广泛验证。

国电双鸭山发电厂3、4号机为210MW火电机组，和3、4号机组配备有6台6kV/570kW灰浆泵电机，电机型号JS512-8，额定电流69A，额定转速730r/min。其中，6#灰浆泵是二级泵，和5#灰浆泵配合使用。在安装变频器之前，6#灰浆泵是根据前池液面的高度决定启、停电机。这样就存在两方面问题:一方面为了适应生产工艺要求，需要每天根据前池液位和冲灰管的需要不断切换、启停电机，前池液位高度得不到很好控制，而且频繁工频启动电机对电机造成很大冲击; 另一方面存在节流损失，造成电能的浪费。为了进一步优化灰浆泵运行工况，节省电能，所以对6#灰浆泵电机进行高压变频改造。

6#灰浆泵电机在高压变频器改造之后，通过调整6#灰浆泵变频器的运行频率(电机转速)来调整前池液面的高度，这样5#灰浆泵可以一直在最佳效率下工频运行，从而减少了操作6#灰浆泵开关的分合次数，减小了电机工频启动造成的冲击，进一步优化了生产工艺，并且节省了电能。

2 灰浆泵运行工艺和变频改造技术方案

2.1 6#灰浆泵运行情况及变频改造技术方案

(1) 在灰浆泵运行现场，变频器到电机之间的高压电缆经常发生单相对地放电或单相直接接地的情况。在这种情况下，要保证不能损坏变频器，并且变频器要能发出报警停机信号以便现场人员及时处理。因此，要求变频器输出能承受单相接地的能力，相应变频器的输出滤波器电容中性点不能直接接地，而是需要通过电容接地。

(2) 由于6#灰浆泵属于二级泵，所以在启动6#灰浆泵变频器运行之前，5#一级灰浆泵通常已经在运行，将会推动6#灰浆泵电机运转，变频器相当于飞车启动。所以变频器启动时需实时检测电机运行频率，根据该运行频率带动电机启动。

(3) 6#灰浆泵变频运行要求能对前池液位高度闭环控制，自动调节电机的转速。

(4) 由于灰浆泵运行时，在前池液位很低的时候有可能造成负荷过大甚至堵转的情况，因此要求变频器有过载能力以及过流保护措施。

综合上述因素，从目前国内、外主要的两种高压变频器拓扑结构中，选择基于IGCT的三电平中性点箝位的拓扑结构。三电平拓扑结构具有以下优点:开关功率器件数少、IGCT开关电流大、过流能力强、结构简单、可靠性高、适合负载冲击较大的应用场合。

在控制方面，灰浆泵前池液位设置压力式水位传感器，将测量得到水位高度信号，变换为4～20mA标准信号，由电流环接口送给变频器; 变频器计算出当前水位与控制水位之间的偏差，通过变频器内置的数字PID调节器改变变频器的输出频率，调节电动机的转速，进而控制灰浆泵前池液位的高度。

2.2 三电平中点箝位电路原理结构图

基于IGCT的三电平中性点箝位的高压变频器结构简单，主体由整流器、逆变器和滤波器组成。如图1所示，整流器采用24脉冲不控整流，由移相15°的24 脉波移相整流变压器和四重三相整流桥构成，这样可以满足对输入端的电流谐波要求，

直流环节由共模电抗、IGCT保护及充电限流电阻和直流电容(C1、 C2)构成。

三电平逆变器由di/dt吸收电路(由阳极电抗及嵌位电路组成)和12个IGCT组件构成的三电平逆变桥组成。

三电平结构的变频器需要拖动6kV电机，所以变频器直流母线电压需要10kV。实际运行时，两个处于关断状态的功率组件需要承受10kV的电压，这样每个组件要承受5kV。在主开关功率器件IGCT工作耐压只有4.5kV的条件下，需要采用两只串联的方式组成一个功率组件。

变频器内置输出滤波器由三相滤波电抗(La、Lb、Lc)和三相滤波电容(Ca、Cb、Cc、Cn)构成。滤波器使变频器输出到电机的电压和电流波形更加接近正弦波，而不需要电动机降容使用。

高压变频器内部采用无熔断器结构，电路的主保护主要由保护IGCT来实现，其动作时间在μs级。

2.3 新一代高压变频器控制系统的改进

我公司第一代变频器采用工控机进行信号处理，控制的实时性得不到保证。由于变频器要采用优化的PWM控制算法控制电机，需要主控系统控制器具有更高的运行速度和处理能力、更大的存储器和外部信号处理端口、具备浮点运算的能力。因此，新一代的变频器控制器选用浮点数字信号处理器DSP和大规模集成电路的 FPGA相结合的方案，DSP主要负责采集的信息和运算处理，FPGA根据处理结果转化为相应的控制脉冲，控制实时性大大提高。图2是新一代高压变频器主控板的硬件框图，它与第一代控制器相比，更能适应高性能的矢量控制算法的要求。

3 II期6#灰浆泵高压变频器现场调试运行和节能分析

3.1 变频器系统的控制调试

灰浆泵的流量是根据机组的负荷大小和冲灰工艺需求控制的，水流量的变化较大，有时呈阶梯状特性，水位波动比较大。水位压力式传感器需要选择合适的测量点，否则会因为水池内水流因素和水面波动引起测量的不稳定性。经过现场测试，选择了水流变化不大的靠池壁位置。经过调试，建立了一个合适的模型和PID控制参数，通过闭环跟踪水位变化，稳定控制前池液面的高度，优化了生产工艺。

另外，变频器还可以选择运行在开环状态，通过电厂DCS信号控制变频器的输出频率。

3.2 变频器节能分析

II期6#灰浆泵进行变频改造的一个重要原因是节约电能。电机变频运行节能的原理在许多资料均有论述，这里不做讨论。通过II期6#灰浆泵的工频旁路运行和变频运行的实际数据来说明变频的节能效果。

根据以上数据，采用变频运行后，24h可节约电量9380-6360=3020kWh。采用变频器后节能32%。由以上实际运行数据可以看出:电机变频运行不仅满足了工艺要求，同时能节约大量电能。经过几个月的连续运行，II期6#灰浆泵的变频改造后，节能效果显著。灰浆泵属于火电机组的公用设备，年运行时间长，可以为电厂节约15～30%左右的能源。

4 结束语

应用高压软启节能降耗改造实例 第3篇

【摘 要】介绍了破碎系统中910米高压长皮带机利用VFS高压软起动设备节能改造的过程，分析了VFS高压软起的工作原理和实施方案，总结改造后系统运行状况及节能效果。

【关键词】液力耦合器；400KW；6KV高压软启动器；工作原理；系统控制

0.引言

我公司二条5000T熟料生产线生产用石灰石是由矿山2台硾式破碎机破碎后，经一条910米皮带机（电机400KW，6KV）输送到石灰石堆棚，每天15000多吨的石灰石用量全部通过910米皮带输送，故910米皮带机运转状况直接影响成品石灰石储量问题。原910米皮带机启动方式为粘连式液偶软启动装置，该启动装置自生产线投产以来因液压系统问题及粘连式液偶内磨擦片问题多次发生故障，从而影响成品石灰石储量，且该装置每年维护费用高，润滑油渗漏问题一直没有好的解决办法，给岗位维护带来极大不便。

1.改造方案的确定

针对我公司石灰石输送设备状况，经公司技术人员研究并取得集团技术中心同意后决定对其进行改造。技术人员认为去掉粘连式液偶软启动装置实现电机软启动由两种改造方案：高压变频器和高压软启动。因我公司皮带机运行启动完后均在工频运行，若实行高压变频器启动，变频器需长期工作在工频，功率单元发热量大，设备维护费用高，且高压变频器费用高，故会造成改造投资大效果不理想问题。若采用高压软启动装置来实现电机软启动，电机启动完毕后达到旁路运行，有效解决了电器元件发热问题，维护费用低，投入成本少。根据以上考虑，我公司决定采用VFS高压有级变频软起动装置用作高压软起动控制方式，此控制方式在集团尚属首次采用。

2.改造的具体步骤

2.1深入了解VFS高压软起动装置系统特点

VFS（Variable Frequency Starter）高压有级变频软起动装置是应用先进的电力电子技术、电力拖动技术及数字微处理器技术，通过控制晶闸管来实现有级变频无级调压的功能，它可以输出12.5Hz、25Hz和50Hz三种频率，同时控制电机的压频比，来实现小起动电流，大起动力矩的良好的起动特性。同时可以实现电压斜坡起动、恒流起动、软停车、制动停车等多种起停控制方式，该技术是目前国际上新发展的最优良的电机起动技术。另外，具有模块化的光纤传送技术以及完善的保护技术，该装置在实际应用中，当电动机起动时，利用先进的可控硅移相调压技术，闭环调节输出到电机的电压和电流从而减小电机起动过程中由于过电流引起的电网波动和机械冲击，使电机平稳起动。其系统主要特点有以下几方面：

a.起动电流小，起动转矩大；通过引入变频控制机制，所以起动电流可以控制在额定电流的2倍左右，起动转矩可以达到额定转矩的80-90%。

b.起动方式灵活；可以根据现场负载情况和电网情况选择不同的起动频率组合，在不同的起动频率下实现电压斜坡起动和限流起动等多种起动方式。

c.电机起动控制灵活；可以实现正反两个方向起动，具有自由停车，软停车和制动停车等多种停车方式选择。

d.起动时间和起动转矩可调；可以根据现场要求任意调整起动时间和起动转矩。

e.可靠性高；检测手段完善：静态自检、运行中动态检测。

采用先进的晶闸管串联和先进的动态均压技术，使控制简单，调节方便，整机应用灵活，运行可靠。

强弱电间隔离完善，系统强弱电间采用光纤隔离，避免了强弱电间的相互干扰，增强了系统工作的可靠性。

f.性能指标高；采用双DSP控制系统及大规模门阵列CPLD线路实现控制高实时性的要求大大提高了晶闸管控制的实时性，达到了控制的快速性。

g.控制便捷；高压软起动装置设有就地控制及远程控制，电机起动电流在2～4倍范围内连续可调，保证电机启动电流在2.5倍电机额定电流以内满足此传送机电机起动要求，电机实现0-1/4转速，1/4转速-额定转速的起动过程。

h.功能齐全；完善的保护功能：包括短路、过流、限流、过压、欠压、过负载、缺相、三相电流不平衡保护、过热、CPU故障、通信故障、脉冲故障等各种故障状态报警，及时处理保护软起动器及电动机，同时启动报警系统在人机界面上给出详细的故障信息，利于操作人员维护处理。

具有旁路功能，在电动机起动完成或起动过程中发现故障，将切换到旁路状态，降低了整机的功耗，保证系统可靠运行。

采用数字控制方式，具有MODBUS，PROFIBUS和RS485等多种适合工业现场的通讯接口。

2.2控制柜安装调试

确定改造方案后，技术人员先拆除原粘连式液偶装置及其配套油站控制系统，将电机前移与减速机直接连接。控制柜按照《电气设备安装规范》施工就位后，将原敷设到电机的电缆改为高压软启动装置电源，从该装置重新敷设电缆到电机，实现供电电源改动。电源改动完成后将控制柜控制回路上电进行控制回路传动调试，模拟工况先现场后中控DCS启动，确保达到控制回路无问题后进行高压上电，设定软启参数工况启动电机带负荷试车、投运。

3.改造效果

此改造已在我公司2010年三月熟料线检修期间完成，改造后910米皮带启动电流由原来的5-6倍，降为现在的2.5倍，启动功率有原来的1000KW左右降为现在的350KW左右，达到了降低启动时对电机、减速机及长皮带冲击的效果，提高了电机、减速机及长皮带的使用寿命，从而保证设备安全连续运行；同时去掉粘连式液偶软启动装置既节约液压器件及润滑油高额的维护费用，又改善了岗位状况，降低了岗位劳动强度。

4.结束语

变频器节能应用实例 第4篇

目前,变频调速技术已广泛应用于低压(380V)电动机,但在中压(3000V以上)电动机上却一直没有得到广泛应用,主要原因是目前在低压变频器中广泛应用的功率电子器件均为电压型器件,耐压值基本都在1200-1800V,研制高压变频器难度较大。工业发达国家高压变频器技术相对已趋于成熟,国外几家著名电气公司都有高压大容量变频器产品,典型的如美国A-B(罗克韦尔自动化公司所属品牌)、欧洲的西门子公司、ABB公司等。这些公司产品的电压一般为3-6.6kv,容量从250-4000kW,所采用的技术也有很大差别。

A-B从1990年研制成功并开始投入商业运行的变频器主要采用CSI-PWM技术,即电流源-脉宽调制型变频器,采用电流开关器件,无需升降压变压器即可以直接输出6KV电压,分强制风冷和水冷型,功率从300到18000马力。

我们经过多方论证和研究,决定选用ABB公司生产的ACS1000中压变频器。

二、中压变频器的使用特点

1归纳起来,ABB的中压变频器有如下特点:

-ABB的中压交流变频器用于需要较高功率的感应及同步电机的转速和转矩控制。

-变频器能实现电机的软启动,即低压、低频启动,避免电机直援起动时,冲击电流较大,影响电网的稳定性。

-变频器根据实际工艺实际情况调整电机速度,从而降低能源消耗。

-变频器的工作频率可以调整,从而避开设备的谐振频率。

-变频器通过ABB的专利“直接转矩控制”(DTC)技术提供精确的传动过程控制。无需使用编码器,无论是否存在输入电压波动或负荷突变,变频器能够始终保持最高的控制精度。

2应用实例

3应用介绍

装置介绍

上海石化股份有限公司塑料事业部25万吨/年聚乙烯装置为该公司90万吨乙烯改造四期工程主要生产装置之一。该装置系引进北欧化工公司BORSTAR双峰聚乙烯技术专利,可生产双峰型LLDPE至HDPE的全密度范围的产品。BORSTAR双峰聚乙烯工艺技术基于独特的淤浆环管反应器和特制的流化床气相反应器,在环管反应器中进行乙烯聚合反应,所生成的产物连续送入串联的气相反应器中进一步反应,生成低密度、高分子量的聚乙烯产品基料。环管轴流泵和挤出机齿轮泵是该装置的主要设备,环管轴流泵的作用是让反应混合物高速循环,挤出机齿轮泵的作用是对物料分散增压。环管轴流泵和挤出机齿轮泵的电机都采用中压变频调速控制方案,使用效果良好。

电气控制方案

下文以挤出机齿轮泵的电机控制方案为例,一次回路方案如图1所示,6KV断路器柜为国产金属铠装移开式中置开关柜,6KV断路器选用ABB真空断路器,隔离变压器、中压变频器和电动机均随设备成套引进,均为ABB公司产品。

系统参数如下:

隔离变压器参数:干式变压器,容量2050KVA,3相,50Hz;

变频器参数:型号ACS1000,额定容量1900KVA,12脉冲整流桥,强制空冷,额定电流332A;

电机参数:鼠笼式异步电动机,额定功率1350Kw,额定电压3300V,额定电流345-350A,最高转速1150RPM。

控制回路框图如图2所示,6KV断路器的合闸、分闸由ACS1000变频器控制,同时它的合闸、分闸状态送至变频器。干式变压器的温度信号送至变频器报警或跳闸。ACS1000变频器的运行、停止、速度调节由PLC控制盘控制,同时变频器的速度、功率信号送至PLC控制盘。

保护功能的配置很重要,及时发现故障状态,保护电气设备不受损害,直接影响变频器运行的可靠、安全、稳定。一般在6KV开关柜上设置有接地保护、过电流保护,变压器上设置有过温保护,中压变频器设置有驱动器过温保护、短路保护、直流母线过电压/欠电压、逆变器过流、接地保护、电动机过载、电动机过温等。

中压变频器的工作原理

中压变频器的工作原理如图3所示。6KV三相交流电源通过三绕组变压器对整流桥供电,为获得12脉冲整流,变压器两个副边绕组之间要有30度的相位差。副边一个绕组为星型接法,另一个绕组为角型接法。隔离变压器原理图如图4所示。

两个无熔断器的整流桥串联在一起,因此直流电压为两桥的叠加,整个直流电流流过两个桥。

放置在直流回路和整流桥之间的充电电阻在变频器上电时限制直流回路的电流。当直流电压达到79%额定值时,IGCT导通,充电电阻被短路掉。IGCT起到保护作用,在运行故障时迅速关断,以保护整流桥不受故障损坏,它与普通的熔断器不同,IGCT可以在25微秒内直接将逆变部分和整流部分快速分隔开,其操作的快速性是熔断器的1000倍。

三相逆变器的每个桥臂由2个IGCT组成,进行三级切换运行,IGCT的输出电压在正直流电压、中性点(NP)、负直流电压之间切换。采用DTC技术可以对输出的电压和频率在0到最大值之间进行连续的控制。

逆变器的共模电流由共模电抗器进行限制,并通过共模抑制电阻进行抑制。由于结构的特殊性,共模电抗器可以对通过变压器副边电缆、直流回路、输出滤波器和变频器内部接地母排流动的共模电流提供全面的抑制。但对于主回路直流电流没有任何限制。

在变频器的输出安装了LC滤波器,用于减小输出电压中的谐波含量。采用该滤波器之后,输出至电机的电压波形接近于正弦波。该滤波器还可以消除dv/dt的影响,可消除对电机绝缘的损害。

直接转矩控制DTC是交流传动的一种先进的电机控制方式。逆变器的通断由电机的核心变量如磁通和转矩等直接进行控制。测量的电机电流和直流电压作为自适应模型的输入,该模型每25微秒产生一组精确的转矩和磁通的实际值。电机转矩比较器将转矩实际值与转矩给定调节器的给定值作比较,磁通比较器将磁通实际值与磁通给定调节器的给定值作比较。依靠这两个比较器的输出,优化脉冲选择器决定逆变器的最佳开关位置。

DTC与PWM磁通矢量传动的区别,DTC中每一次通断都是磁通和转矩的值决定的,而不是象传统的PWM磁通矢量传动中预先确定的矩阵来通断的。

中压变频器的主要参数设置及功能实现

变频器功能参数很多,一般都有数十甚至上百、上千个参数供用户选择。实际应用中,没必要对每一参数都进行设置和调试,多数只要采用出厂设定值即可。但有些参数由于和实际使用情况有很大关系,且有的还相互关联,因此要根据实际进行设定和调试。

该变频器有99组参数,参数通过CDP312控制盘或通过计算机软件DRIVEWINDOW设置修改,可以逐个设置或调用一套专门应用于特殊应用的预设好的参数组即应用宏。ACS1000变频器提供的应用宏有工厂宏、速度控制宏、手动/自动控制宏、PID控制宏、顺序控制宏、转矩控制宏、主/从控制宏。

根据挤出机齿轮泵变频器的外部输入输出控制要求,选定工厂宏,在工厂宏的基础上对部分参数进行修改和设置。主要参数的设置要求及功能实现:

一.电动机参数输入

在启动数据组中输入电动机的铭牌参数,如额定功率、额定电压、额定电流、额定频率、额定速度,以及应用宏的选择,这是变频器运行最基本的参数。

二.运行/停止及频率设定源的选择

根据输入、输出端子接线图,对变频器的启动/停止/方向参数,频率设定源选择参数,模拟输入/输出参数,继电器输出参数,满足工艺、仪表对该电动机运行、停止、调节速度的要求。

三.主断路器的控制

主断路器的合闸命令由变频器发送给主断路器。一些外部跳闸命令可以通过接入变频器的跳闸回路,如变压器、电机监测器等,实现外部跳闸断开主断路器。

四.加减速时间

加速时间就是输出频率从0上升到最大频率所需时间,减速时间是指从最大频率下降到0所需时间。通常用频率设定信号上升、下降来确定加减速时间。在电动机加速时须限制频率设定的上升率以防止过电流,减速时则限制下降率以防止过电压。

加速时间设定要求:将加速电流限制在变频器过电流容量以下,不使过流失速而引起变频器跳闸;减速时间设定要点是:防止平滑电路电压过大,不使再生过压失速而使变频器跳闸。加减速时间可根据负载计算出来,但在调试中常采取按负载和经验先设定较长加减速时间,通过起、停电动机观察有无过电流、过电压报警;然后将加减速设定时间逐渐缩短,以运转中不发生报警为原则,重复操作几次,便可确定出最佳加减速时间。

五.加减速类型选择

六.极限值设置

七.保护功能设置

参考文献

[1]佚名：《中压变频器技术方案分析》，电气在线网，2007．03．25

变频器节能应用实例 第5篇

【关键词】PLC 变频调速 水泥厂 风机

【中途分类号】TM571.61；TM921.51 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2013）04-01-01

水泥厂罗茨风机为容积式风机，罗茨风机是通过两个紧靠的叶轮的旋转完成吸风和送风过程的。当电机通过联轴器或带轮带动主动轴转动时，安装在主动轮上的齿轮带动从动轮上的齿轮。按相反方向同步旋转，使啮合的转子相随转动，从而使机壳与转子形成一个空间，气体从进气口进入空间。此时，气体会受到压缩并被转子挤出出气口，而另一个转子则转到与第一个转子在压缩开始的相对位置，与机壳的另一边形成一个新空间，新的气体又进入这一空间，被挤压出，这样连续的运动。从而达到鼓风的目的。PLC作为传统继电器的替代产品，广泛应用于工业控制的各个领域。

1、传统水泥厂罗茨风机的特性

通常，离心风机属于平方转矩特性，而罗茨风机则介于平方转矩和恒转矩特性之间，因此在选用变频器时需要特别注意。离心风机可以用风机水泵型的变频器，而罗茨风机则应根据其转矩特性来选用变频器。根据已往做过的一些罗茨风机变频改造项目来看，风机水泵型的变频器及通用型变频器均有在罗茨风机使用成功的工程案例，只是通用型变频器在成本上可能要比风机水泵型的高一些，离心式风机的风压力不大，而罗茨风机是一种高压的容积式风机，输送的风量与转数成比例，把气体由吸入的一侧输送到排出的一侧。在水泥立窑工艺流程过程中，风机必须满足立窑在各种工况下的送风强度要求。罗茨鼓风机为定容式风机，风量变化小，而压力高，在一定转速下，压力随阻力的变化而变化。罗茨鼓风机的优点是：当窑内燃烧不正常，阻力大时，因风量变化小而容易满足立窑对送风强度要求的特点。

2、PLC控制与变频器的连接

2.1 开关指令信号的输入

变频器的输入信号中包括对运行/停止、正转/反转、微动等运行状态进行操作的开关型指令信号。在使用继电器接点时，常常因为接触不良而带来误动作；使用晶体管进行连接时，则需考虑晶体管本身的电压、电流容量等因素，保证系统的可靠性。在设计变频器的输人信号电路时还应该注意，当输入信号电路连接不当时，有时也会造成变频器的误动作。例如，当输入信号电路采用继电器等感性负载时，继电器开闭产生的浪涌电流带来的噪声有可能引起变频器的误动作，应尽量避免。当输入开关信号进入变频器时，有时会发生外部电源和变频器控制电源（24VDC）之间的串扰。正确的连接是利用PLC电源，将外部晶体管的集电极经过二极管接到PLC。

2.2 数值信号的输入

当变频器和PLC的电压信号范围不同时，如变频器的输入信号为0～10V，而PLC的输出电压信号范围为O～5V时；或PLC的一侧的输出信号电压范围为0～10V，而变频器的输入电压信号范围为0～5V时，由于变频器和晶体管的允许电压、电流等因素的限制，需用串联的方式接入限流电阻及分压方式，以保证进行开闭时不超过PLC和变频器相应的容量。此外，在连线时还应注意将布线分开，保证主电路一侧的噪声不传到控制电路。通常变频器也通过接线端子向外部输出相应的监测模拟信号，电信号的范围通常为O～10V/5V及0/4～20mA电流信号。无论哪种情况，都应注意：PLC一侧的输入阻抗的大小要保证电路中电压和电流不超过电路的允许值，以保证系统的可靠性和减少误差。另外，由于这些监测系统的组成互不相同，有不清楚的地方应向厂家咨询。另外，在使用PLC进行顺序控制时，由于CPU进行数据处理需要时间，存在一定的时间延迟，故在较精确的控制时应予以考虑。

3、PLC控制结合变频调速在风机节能上的应用

3.1 变频器选择

变频器连续调速功能是使用变频器的追踪速度模拟给定信号来改变输出频率功能。在此选择的变频器主要从其所驱动的负载特性.稳定性.品牌.价格及用户的要求几个方面来考虑。根据以前的实际经验。本案例选用SIEMENSMM430系列变频器。如果罗茨风机的启动转矩大可考虑使用MM440系列变频器。MM430变频器由微处理器控制，并采用具有现代先进技术水平的绝缘栅双极型晶体管（IGBT）作为功率输出器件，具有很高的运行可靠性和功能的多样性。MM430变频器的脉冲宽度调制的开关频率是可选的，通过调整变频器的脉冲宽度调制的开关频率，可以降低电动机运行的噪声，MM430变频器具有全面而完善的保护功能。可为变频器本身和电动机提供良好的保护。

3.2 自动化控制方案

通常，水泥厂所使用的罗茨风机的功率都较大，工频一般采用自耦降压启动。根据罗茨风机的这一特点及其控制要求，如是改造项目应保留原工频系统作为备用，则新建项目最好做成工频.变频双主回路系统互为备用。多数罗茨风机的变频节能改造都是人工开环调速的，但对于已有DCS等一些大型集散控制系统则可将变频器的调节系统接入其中，实现自动闭环调节控制，并完善整个水泥厂的自动化系统。调试变频负载运转：按下BT2按钮注意观察，变频器启动，罗茨风机及变频器逐步加速到上限频率15Hz；并用钳形电流表测量变频器输入端的三相电流是否在正常的范围内逐步增加并随频率的稳定而稳定；按下BTI按钮看变频器及检布机是否逐步减速到OHz（O转速）并停止。

3.3 实施效果

风机控制系统在低负荷工况调节下其节能潜力非常巨大，如从100%额定转速降低到70%额定转速时，由下表可知其节能率可以从O%升高到65.8%。对于150kw的风机而言，采用变频调速装置进行技术改造后，大致可以在1.5年就能收回成本，因此是提高其内部系统综合运行技能水平的重要技术措施。

结论

变频器节能应用实例 第6篇

关键词：PLC 变频器 中央空调 节能改造

1 概述

中央空调系统是现代大型建筑物不可缺少的配套设施之一，电能的消耗非常大，约占建筑物总电能消耗的50%。由于中央空调系统都是按最大负载并增加一定余量设计，而实际上在一年中，满负载下运行最多只有十多天，甚至十多个小时，几乎绝大部分时间负载都在70%以下运行。通常中央空调系统中冷冻主机的负荷能随季节气温变化自动调节负载，而与冷冻主机相匹配的冷冻泵、冷冻泵却不能自动调节负载，几乎长期在100%负载下运行，造成了能量的极大浪费，也恶化了中央空调的运行环境和运行质量。利用变频器、PLC、数模转换模块、温度传感器、温度模块等器件的有机结合，构成温差闭环自动控制系统，自动调节水泵的输出流量，能有效地达到节能目的。其节能效率通常都在40%以上。下面以某一大型酒店为例进行分析。

2 节能改造的可行性分析

现场情况：

某一大型酒店有二台中央空调主机，水泵系统有:冷却水泵3台，电机容量：18.5KW；电机负荷率：90%；进出水温差：4~5℃;开机方式：二开一备；进出管形式：并联；冷冻水泵3台，电机容量：22KW；电机负荷率：90%；进出水温差：4~5℃；开机方式：二开一备；进出管形式：并联。

2.1 中央空调系统

中央空调系统的工作过程是一个不断进行能量转换以及热交换的过程。其理想运行状态是：在冷冻水循环系统中,在冷冻泵的作用下冷冻水流经冷冻主机，在蒸发器进行热交换，被吸热降温后（7℃）被送到终端盘管风机或空调风机，经表冷器吸收空调室内空气的热量升温后（12℃），再由冷冻泵送到主机蒸发器形成闭合循环。在冷却水循环系统中,在冷却泵的作用下冷却水流经冷冻机，在冷凝器吸热升温后（37℃）被送到冷却塔，经风扇散热后（32℃）再由冷却泵送到主机，形成循环。在这个过程里，冷冻水、冷却水作为能量传递的载体，在冷冻泵、冷却泵得到动能不停地循环在各自的管道系统里，不断地将室内的热量经冷冻机的作用，由冷却塔排出。如图一所示。在中央空调系统设计中，冷冻泵、冷却泵的装机容量是取系统最大负荷再增加10%—20%余量作为设计安全系数。据统计，在传统的中央空调系统中，冷冻水、冷却水循环用电约占系统用电的12%—24%，而在冷冻主机低负荷运行时，冷却水、冷冻水循环用电就达30%—40%。因此，实施对冷冻水和冷却水循环系统的能量自动控制是中央空调系统节能改造及自动控制的重要组成部分。

2.2 泵的特性分析与节能原理 泵是一种平方转矩负载，其转速n与流量Q，扬程H及泵的轴功率N的关系如下式所示：

Q₁=Q₂(n₁/n₂)，H₁=H₂(n₁/n₂)²，n₁=n₂(n₁/n₂)³(1-1)

上式表明，泵的流量与其转速成正比，泵的扬程与其转速的平方成正比，泵的轴功率与其转速的立方成正比。当电动机驱动泵时，电动机的轴功率P(kw)可按下式计算:

P=ρQH/η_cη_F×10-2 (1-2)

式中：P：电动机的轴功率（KW）；Q：流量（m3/s）；ρ：液体的密度（Kg/m-2）；η_c：传动装置效率；η_F：泵的效率；H：全扬程（m）。

调节流量的方法：

如图二所示，曲线1是阀门全部打开时，供水系统的阻力特性；曲线2是额定转速时，泵的扬程特性。这时供水系统的工作点为A点：流量Q_A，扬程H_A；由（1-2）式可知电动机轴功率与面积OQ_AAH_A成正比。今欲将流量减少为Q_B，我们采用：阀门开度不变，降低转速的方法，这时扬程特性曲线如曲线4所示，工作点移至C点：流量为Q_B，但扬程为H_c，电动机的轴功率与面积OQ_BCH_c成正比。如此看出，采用调节转速的方法调节流量，电动机所用的功率将大为减小，是一种能够显著节约能源的方法。

根据异步电动机原理：n=60f/p(1-s) (1-3)

式中：n:转速f:频率p:电机磁极对数s:转差率

由（1－3）式可见，调节转速有3种方法，改变频率、改变电机磁极对数、改变转差率。在以上调速方法中，变频调速性能最好，调速范围大，静态稳定性好，运行效率高。因此改变频率而改变转速的方法最方便有效。根据以上分析，结合酒店中央空调的运行特征，利用变频器、PLC、数模转换模块、温度模块和温度传感器等组成温差闭环自动控制，对中央空调水循环系统进行节能改造是切实可行的较完善的高效节能方案。

3 节能改造的具体方案

3.1 变频节能控制原理(见图三)

3.1.1 对冷冻泵进行变频改造 控制原理说明如下：PLC控制器通过温度模块及温度传感器将冷冻机的回水温度和出水温度读入控制器内存，并计算出温差值；然后根据冷冻机的回水与出水的温差值来控制变频器的转速，调节出水的流量，控制热交换的速度；温差大，说明室内温度高系统负荷大，应提高冷冻泵的转速，加快冷冻水的循环速度和流量，加快热交换的速度；反之温差小，则说明室内温度低，系统负荷小，可降低冷冻泵的转速，减缓冷冻水的循环速度和流量，减缓热交换的速度以节约电能；

3.1.2 对冷却泵进行变频改造 由于冷冻机组运行时，其冷凝器的热交换量是由冷却水带到冷却塔散热降温，再由冷却泵送到冷凝器进行不断循环的。冷却水进水出水温差大，说明冷冻机负荷大，需冷却水带走的热量大，应提高冷却泵的转速，加大冷却水的循环量；温差小，则说明，冷冻机负荷小，需带走的热量小，可降低冷却泵的转速，减小冷却水的循环量，以节约电能。

3.2 变频主电路控制原理 根据现场具体情况，冷冻水泵及冷却水泵均采用两用一备的方式运行，因备用泵转换时间与空调主机转换时间一致，将冷冻水泵和冷却水泵电机的主备切换控制利用原有电器设备，通过电磁开关、人机界面进行电气和机械互锁。确保每台水泵只能由一台变频器拖动，避免两台变频器同时拖动同一台水泵造成交流短路事故；并且每台变频器任何时间只能拖动一台水泵，以免一台变频器同时拖动两台水泵而过载。冷冻水泵与冷却水泵一次原理图（见图四）：（冷冻水泵与冷却水泵相同）

3.3 系统主要设备(见表一)

3.4 本系统主要特点 采用进口的日本OMRON变频器、PLC、数模转换模块、温度模块和温度传感器等构成温差闭环自动控制，根据负载轻重自动调整水泵的运行频率，实现最大限度的节能运行。亦可根据具体需要选用其他型号的产品。以软启动变频器取代Y－△降压启动，降低了启动电流对供电设备的冲击，减少了振动及噪音，延长了设备维修周期和使用寿命。采用人机界面对系统进行参数设定、监控等，方便操作人员对系统的操作、检查。系统还具有各种保护措施，使系统安全可靠地运行。

3.5 关于冷冻水末端压力问题 冷冻水泵降低流量降低转速运行，人们担心会不会影响供水末端压力不足，导致缺水现象，实际上，由于转速降低虽然会使水泵供水压力降低，然而管道特性的压力损失也会随流量减少而减少，即需要的压力也会减少，供水压力与转速的二次方成比例降低，需要压力（管道损失）则与流量的二次方成比例减少，二者可以相互补偿。而在人机界面上可以设定变频器上下限频率，于避免水泵转速太小对水压造成影响。

4 节电效果分析

如果将冷冻水、冷却水运行温差适当提高，例如提高30%，则流量可以降低23.08%，亦即转速降至额定转速的0.7692，电机功率将为负荷值的0.76923=0.455，节能率为54.5%，我们以30%计算。中央空调全年运行，如电价每KW.h为1元。则每年节约电费为：电机容量×运行台数×负荷率×节能率×每年运行时间×电价；冷冻水泵：22KW×2台×90%×30%×8760h×1元/KW.h=104，068元；冷却水泵：18.5KW×2台×90%×30%×8760h×1元/KW.h=87，512元；每年节约电费为：104068元/年+87512元/年=191580元人民币。

5 投资回报

投资（进口）：中央空调变频节能改造 总投资为：149990元人民币。中央空调变频节能技术改造后，每年节约电费191，580元人民币。投资回收期为：总投资÷年节电款，即：0.8（年）。也就是说设备运行10个月即可收回投资。如果酒店的中央空调系统进行变频改造后，每年可节约费用约为191，580万元人民币。节能改造工程总投资为：149，990万元人民币，设备运行10个月即可收回投资成本。

6 结论

虽然一次性投资较大，但从长远的经济利益来看是值得的。这里我们也借鉴了其它一些酒店改造的经验和实际效果，进一步验正了利用变频器、PLC、数模转换模块、温度模块、温度传感器等组成的温差闭环自动控制系统，对中央空调系统的节能改造是可行的。可以达到我们当初设计的预期效果。

7 结束语

在科技日新月异的今天，积极推广高新技术的应用，对落后的设备生产工艺进行技术革新，不仅可以提高生产质量、生产效率，创造可观的经济效益。对节能、环保等社会效益同样有着重要的意义。

参考资料：

[1]李岱森主编.空气调节.中国建筑工业出版社.