变频器的调速原理

改变输入频率 （无级调速）——变频器

N=60F/P P ：极对数 F ：频率

N ：转速

改变极对数 （有级调速）

调速原理：

调速方法：

交 - 直 - 交变频器的主要结构框图

整流器 逆变器中间电路 电动机

控制电路

～

～～

交 - 直 - 交变频器原理图

M

交 交直

RA 变频器制动方式—能耗制动

1. 能耗制动

M

当泵升电压超过一定值时，Ｖ。导通，从而把负载反馈的能量消耗在 R 。上。

R 。

Ｖ。Ｃ

RA 变频器制动方式—能量回馈制动

2. 能量回馈制动

MＣ

当负载回馈能量是 , 可控变流器工作于有源逆变状态 , 将能量回馈电网

无速度传感器矢量控制

利用自适应控制法通过电压和电流模型运算，从而实现磁通和转矩的解藕，并分别进行控制。

在许多场合，安装编码器不方便，同时也是为了降低成本，要求使用无编码器系统。例如安装空间较小，控制精度要求不高的场合。

直流传动和交流传动的比较—电机

直流电机结构复杂有电刷 , 维护困难转子粗短，转矩惯量大

交流电机结构简单

无电刷 , 维护简单

转子细长，转矩惯量小

无电刷，适用环境较广

变流装置较贵

因为有电刷，所以在环境恶劣的不适用

变流装置较便宜

功率注入转子，散热所需通风机功率较大

功率注入定子子，散热所需通风机功率较小

效率０ . ７～０ . ７５ 效率０ . ８５～０ . ９

直流传动和交流传动的比较—应用

传动按应用领域的分类： 1 、 通用机械的节能调速： 指风机，泵等机械，它们的用电量占全国发电总量的 1/3 ，此类机械在不调速交流电机调速时， 风量和流量使用挡板和阀门调节，调速后可节电 30 ％～ 40 ％，而且优化了工艺过程，减少了管道和阀门的压力，提高了设备的寿命，减少了维修。

2 、工艺调速： 由于工艺的要求需要调速运行的机械，如金属加工，造纸等需要稳态精度很高的领域，目前该领域正在向交流调速过渡。

直流传动和交流传动的比较 -- 应用

3 、牵引调速： 运输机械的电驱动，此类机械对设备的尺寸，重量和防护等级有有严格的要求，所以交流调速比较占优势。如火车，轮船等系统。

4 、 特殊调速： 对调速有特殊要求的调速系统，如调速范围达到 1 ： 50000 ～1 ： 100000 的场合，只能由特殊的永磁交流电动机实现。如高精度磨床，车床等

风机负载和泵类负载的负载特性

由此可知二次方律负载遵循如下规律 (n: 转速 ):

　　　　　　流量 Q ∝ n

扬程 H ∝ n2

功率 P ∝ n3

风机和泵类负载属于二次方律负载特性 ( 除罗茨风机 ):

功率公式 :PL=P0+KPnL3

转矩 ( 扬程 )公式 :TL=T0+KTnL2

流量公式 :QL=Q0+KQnL

也可以转化为 :PL=KFP0+KF3PN

空载转矩

转矩系数

工作与额定 F 的比值

　　用三台变频器控制三台风机，其中两用一备，电机的功率 P=55KW ，设计风量为 Q 。空载损耗为 10% ，转速 1250 转 / 分。若风机正常在 970转 / 分以下连续可调，每天所需的供风量为 1.5Q 。（ 1 ）一台工频运行，一台变频运行；则全速 P0=55*10%=5.5KW

　　　　　　　 P1=55KW

由 PL=P0+KPnL3 得 :

KP=55-5.5=49.5KW

P2=5.5+49.5* （ 50% ） 3=11.7KW　　　　总消耗的功率为 55+11.7=67KW

风机的节电率统计举例

风机的节电率统计举例

（ 2 ）两台变频运行时每台的平均供风量为 75%Q

P1=P2=5.5+49.5 （ 75% ） 3=26.4KW 总消耗的功率为 P1+P2=52.8KW

（ 3 ）三台变频运行时，每台的平均供风量为 50%Q

P1=P2=P3=5.5+49.5 (50%)3=11.7KW　　总消耗的功率为 P1+P2+P3=35.1KW

　　可见三台风机全投入变频运行时效果最好。假定每月工作 30天，每天工作 24 小时，按每度 0.7元计，则方案三可以比其他两个方案多节省电费8000元左右。 两台工作是最多可节能　 30*24*0.7*(111-52.8)=29332.8元　　三台工作是最多可节能　 30*24*0.7*(111-35.4)=38102.4元　　

　　潜水泵起动时的水锤现象往往容易造成管道松动或破裂甚至损坏； 电机起动 /停止时需开启 /关闭阀门来减小水锤的影响，如此操作一方面工作强度大，且难以满足工艺的需要。　　在潜水泵安装变频调速器以后，可以根据工艺的需要，使电机软启 /软停，从而使急扭及水锤现象得到解决。而且在流量不大的情况下，可以降低泵的转速，一方面可以避免水泵长期工作在满负荷状态，造成电机过早的老化，而且变频的软启动大大的减小水泵启动时对机械的冲击。并且具有明显的节电效果。　　

变频器在潜水泵上的应用

　　泵类负载和风机负载都属于二次方律，所以节能效果相同

系统应用效果

　　使用了变频器以后，不但免去了许多繁琐的人工操作，消除了许多不安全隐患因素，并使系统始终处于一种节能状态下运行，合理地轮换使用电机延长了设备的使用寿命，更好的适应了生产需要。而且变频器丰富的内部控

制功能可以很方便地与其他控制系统或设备实现闭环自动控制。这在实现自动控制的同时，提高了控制精度，从而提高了产品质量。在污水处理厂或相似的系统中使用变频器应具有很好的推广价值