变频器应用技术

变频器应用技术交流廖兴万5/15/2023目前一页\总数九十一页\编于十二点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目前二页\总数九十一页\编于十二点变频器概述第一部分目前三页\总数九十一页\编于十二点引言: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。目前四页\总数九十一页\编于十二点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。目前五页\总数九十一页\编于十二点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。目前六页\总数九十一页\编于十二点变频调速效果应用目的应用范围及效果节能风机、泵类、采油、挤压机、搅拌机等。通过调节电动机转速达到节能目的，通过节能在1、2年内即可收回改造成本自动化提高搬运机械停止位置的精度；提高生产线速度、控制精度；采用有反馈装置的流量控制实现自动化提高产品质量生产加工实现最佳速度控制及协调生产线内各装置的速度，使其同步、同速，以提高产品的质量和加工精度提高生产率根据产品种类联网控制，实现生产线的最佳速度，提高生产率增加设备使用寿命采用对设备不产生冲击的起动、停止及空载低速运行等方式，增加设备的使用寿命增加舒适度电梯、电车等，采用平滑加速、减速，以提高乘坐的舒适性；改变空调间断运行为变速连续运行，使室内温差减小，增大环境舒适度目前七页\总数九十一页\编于十二点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目前八页\总数九十一页\编于十二点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。

目前九页\总数九十一页\编于十二点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％。目前十页\总数九十一页\编于十二点交流异步电机调速方式第二部分目前十一页\总数九十一页\编于十二点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目前十二页\总数九十一页\编于十二点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。目前十三页\总数九十一页\编于十二点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。目前十四页\总数九十一页\编于十二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=sLn1=sL60f1/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．目前十五页\总数九十一页\编于十二点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。目前十六页\总数九十一页\编于十二点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TM∝（U1/f1）2，保持U1恒定时，TM随着f1的升高而下降，电动机带动负载的能力变小；随着f1的升高，φm下降，输出转矩T下降，而转速n上升，属于近似“恒功率”调速。目前十七页\总数九十一页\编于十二点交流变频调速的特性调速时平滑性好，效率高。低速时，相对稳定性好。调速范围较大，精度高。起动电流低，对系统及电网无冲击，节电效果明显。变频器体积小，便于安装、调试、维修简便。易于实现过程自动化。目前变频技术已经非常成熟，产品性价比非常高。在恒转矩调速时，低速段电动机的过载能力大为降低。目前十八页\总数九十一页\编于十二点变频器的工作原理第三部分目前十九页\总数九十一页\编于十二点变频器的分类按电压等级分：高压变频器和低压变频器；按工作方式分：交—交变频器和交—直—交变频器。按电源类型分：可分为电压型和电流型。按控制方式分：PWM和PAM两种；按数学模型分：V/F控制、频差控制、直接转矩控制。其中:交——交变频器：直接将电网交流电变为可调频调压的交流电输出，没有明显的中间滤波环节，故又称直接变频器。交——直——交变频器：将电网交流电经整流器转换为直流电，经中间滤波环节后，再经逆变器变换为调频调压的交流电，故又称间接变频器。根据中间滤波环节不同又分电压型和电流型。电压型:用改变电压频率来改变电机转速的方式.电流型:用改变电流的频率来改变电机转速的方式.目前二十页\总数九十一页\编于十二点变频器核心名词解释PWM：指PulseWidthModulation，即脉冲宽度调制，改变脉冲电压的宽度（输出时间）以控制输出的电压幅值和频率，可只对逆变部份进行控制PAM：指PulseAmplitudeModulation的缩写，即脉冲幅度调制，它对变流部份进行控制，把交流变为直流同时改变直流的大小，在逆变部份控制频率输出。VVVF是VariableVoltageVariableFrequncy的缩写，是可变电压、可变频率的意思，也就是变频器。目前二十一页\总数九十一页\编于十二点变频器的基本工作原理图中整流器为三相桥式整流电路，以恒定的直流电压供给逆变器，而直流侧则并联大容量电解电容器，起到滤波、储能和缓冲负载的无功功率的作用，然后通过控制回路控制SPWM（正弦PWM）逆变器输出电压的脉冲宽度和频率，输出三相调压调频电流，实现电机的变速运行。图中变频器的控制电路中已设定的频率给定FRH，经过ACC和DEC加减速控制电路，变成频率基准和电压基准信号，分别经过A/D转换回路和V/F变换电路，再加上三角波和三相正弦波的共同作用下在CPU内部调制成SPWM脉冲，成为功率管的基极控制信号，驱动大功率晶体管，从而使直流电压调制成任意幅值和任意频率的三相正弦波交流电压。目前二十二页\总数九十一页\编于十二点电机工频运行与变频运行的波形比较工频运行波形变频运行波形目前二十三页\总数九十一页\编于十二点脉冲宽度调制（PWM）原理脉冲宽度调制技术的概念脉冲宽度调制（缩写为PWM）是通过按照一定的规则和要求对一系列脉冲宽度进行调制，来得到所需要的等效波形。下面以变频调速常用的电路结构（如图1-13所示）为例来说明PWM含义：一般异步电动机需要的是正弦交流电，而逆变电路输出的往往是脉冲。PWM控制的目的就是通过对逆变电路输出脉冲的宽度进行调制，使之与正弦波等效。这样，虽然电动机的输入信号仍为脉冲，但它是与正弦波等效的调制波，那么电动机的输入信号也就等效为正弦交流电了。目前二十四页\总数九十一页\编于十二点脉冲宽度调制（PWM）原理PWM技术的基本原理PWM技术的理论基础是采用控制理论中的一个重要结论——面积等效控制原理：面积相等而形状不同窄脉冲，分别加在具有惯性环节的输入端，其输出响应波形基本相同。也就是说尽管脉冲形状不同，但只要脉冲的面积相等，把它们分别加在具有相同惯性的同一环节上，其作用的效果基本相同。下面来分析如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替正弦波。如图1-14所示，将一个正弦半波电压分为N等份[如图1-14（a）所示]，并把正弦曲线每一等份所保卫的面积都用一个与其面积相等的等幅矩形脉冲来代替，且矩形脉冲的中点与相应正弦等份的中点重合，得到如图1-14（b）所示的脉冲列，这就是PWM波。点击显示图形目前二十五页\总数九十一页\编于十二点SPWM波正弦波的另外半波也用同样的方法来等效，就可以得到与正弦波等效的脉宽调制波，又称其为SPWM波。SPWM波在变频电路中被广泛采用。根据采用控制理论，N值越高（即脉冲频率越高），SPWM波越接近正弦波，但脉冲频率一方面受变频器中开关器件工作频率的限制，另一方面频率太高，电磁干扰增大，要带来一些新的问题。实际应用中，常用调制方法形成SPWM波，即把所希望生成的正弦波作为调制波ur，把接受调制的信号作为载波uT。载波uT采用等腰三角波或锯齿波，调制波ur为正弦信号，利用载波和调制波相比较的方式来确定脉宽和间隔。目前二十六页\总数九十一页\编于十二点PWM逆变电路的控制方式按照调制脉冲的极性关系，PWM逆变电路的控制方式分为：单极性控制和双极性控制。下面以单相桥式SPWM逆变电路为例，分析这两种控制方式的原理。目前二十七页\总数九十一页\编于十二点单极性SPWM控制单极性SPWM控制设定载波uT、调制波ur，如图1-16（a）所示。在ur正半周，让VT1一直保持通态，VT4保持断态。当ur＞uT时，控制VT3为通态，负载输出电压uo=ud；当ur＜uT时，控制VT3为断态，负载输出电压uo=0，此时负载电流可以经过VT1与VD2续流。在ur负半周，让VT4一直保持通态，VT1保持断态。当ur＜uT时，控制VT2为通态，负载输出电压uo=-ud；当ur＞uT时，控制VT2为断态，负载输出电压uo=0，此时负载电流可以经过VT4与VD3续流。这样，就得到了SPWM波uo，如图1-16（b）所示，uof为uo的基波分量。可见，在任意半个周期内，SPWM波只能在一个方向变化，故称为单极性SPWM控制方式。由于改变ur的幅值时，调制波的脉宽将随之改变，从而改变输出电压的大小；而改变ur的频率时，输出电压的基础频率也随之改变，这就实现了既可调压又可调频的目的。点击显示图形目前二十八页\总数九十一页\编于十二点双极性SPWM控制设定调制波ur、载波uT，载波uT改为正负两个方向变化的等腰三角波，如图1-17（a）所示。当ur＞uT时，给VT1和VT3导通信号，而给VT2和VT4关断信号，负载输出电压uo=ud；当ur＜uT时，VT2和VT4导通信号，给VT1和VT3关断信号，负载输出电压uo=-ud。这样，就得到了SPWM波。如图1-17（b）所示。可见，在任意半个周期内，SPWM波在正、负两个方向交替，故称为双极性SPWM控制方式。改变ur的幅值和频率，即可达到调压、调频的目的。点击显示图形目前二十九页\总数九十一页\编于十二点双极性SPWM控制在双极性SPWM控制中同一半桥上下两个桥臂晶体管的驱动信号极性恰好相反，处于互补工作方式。当负载为感性时，由于负载电流不能突变，其续流是由二极管完成的。下面举例说明：由VT1、VT3导通切换到VT2、VT4时，由于感性负载的电流不能突变，须由VD2、VD4续流，也就是说VT2、VT4不能立刻导通。当负载电流较大时，直到下一次VT1、VT3重新导通前，负载电流方向始终未变，一直由VD2、VD4续流，VT2、VT4始终未开通。当负载电流较小时，在其降到零之前，须由VD2、VD4续流；之后VT2、VT4导通，负载电流反向。不论VD2、VD4导通还是VT2、VT4导通，负载输出电压都是-ud。由VT2、VT4导通切换到VT1、VT3时，与上述情况类似。点击显示图形目前三十页\总数九十一页\编于十二点变频器的三相桥式SPWM逆变电路如图1-18所示为变频器常用的三相桥式SPWM逆变电路，由电路结构可见，其控制方式为双极性控制。电路的开关器件采用IGBT，负载为感性。目前三十一页\总数九十一页\编于十二点三相桥式SPWM逆变电路－调频原理U、V、W三相载波信号公用一个三角载波uT，三相调制信号uru、urv、urw为相位依次相差120o的正弦波，如图1-19（a）所示。改变三相调制信号uru、urv、urw的频率，即可改变变频器的输出频率，达到变频的目的。U、V、W三相的IGBT控制规律相同，现以U相为例来说明电路的控制过程。当uru＞uT时，给VT1导通信号，给VT4关断信号，则U相相对于电源假想中性点N’的输出电压uuN’=ud/2；当uru＜uT时，给VT4导通信号，给VT1关断信号，则U相相对于电源假想中性点N’的输出电压uuN’=-ud/2，VT1和VT4的驱动信号始终是互补的。当给VT1（VT4）加导通信号时，可能是VT1（VT4）导通，也可能时二极管VD1（VD4）续流导通，这要由感性负载中原来电流的方向和大小决定，和单相桥式PWM逆变电路双极性控制时的情况相同。V相和W相的控制方式和U相相同。uuN’、uvN’和uwN’波形如图1-19（b）所示。线电压的波形uuv可由uuv’=uuN’-uvn’得出；若求负载的相电压可由式uuN=uuN’-（uun’+uvN’+uwN’）/3求得，依此类推可求得其他线电压和相电压，其波形略。点击显示图形目前三十二页\总数九十一页\编于十二点三相桥式SPWM逆变电路－调压原理变频器的调压和调频是同时进行的。当将三相调制信号uru、urv、urw的频率调低（高）时，三个信号的幅度也相应调小（大），使得调制信号的U/f或按照设定要求变化。若调制信号的幅度变小，则变频器的输出脉冲宽度变窄，等效电压变低；若调制信号的幅度变大，则变频器的输出脉冲变宽，等效电压变高。目前三十三页\总数九十一页\编于十二点三相桥式SPWM调压及调频归纳综上所述，变频器的调压调频过程是通过控制三相调频信号进行的。在双极性SPWM控制方式中，理论上要求同一相上下两个桥臂的驱动信号互补，但实际了防止上下两个桥臂直通而造成电源短路，通常要求先加关断信号，再延迟△t，才给另一个施加导通信号。延迟时间△t的长短主要由功率开关器件的关断时间决定。由于这个延时将会给输出SPWM波带来不利影响，使其偏离正弦波，所以在保证电路可靠工作的前提下，延迟时间要尽可能缩短。目前三十四页\总数九十一页\编于十二点变频器基本功能一目前三十五页\总数九十一页\编于十二点变频器基本功能二目前三十六页\总数九十一页\编于十二点变频器基本功能三目前三十七页\总数九十一页\编于十二点变频器基本功能四目前三十八页\总数九十一页\编于十二点变频器的控制方式第四部分目前三十九页\总数九十一页\编于十二点控制方式分类开环控制u/f控制和矢量控制对于变频器和电动机而言，都属于开环控制。虽然矢量控制在变频器内部通过一系列环节使电动机的转速精度和机械硬度都有了很大提高，但由于电动机的转速不能直接反馈到变频器，因而还是有一定的速度误差。闭环控制为了进一步减小速度误差，变频器可以采用测速发电机或光电编码器形成闭环控制。目前四十页\总数九十一页\编于十二点变频器的闭环运行为了提高传动精度，进行自动控制等，通过PG编码器、压力传感器、速度传感器等将电动机的转速、负载压力、负载速度等物理量反馈到变频器的输入端，使变频器与电动机或变频器与拖动负载构成一个闭环系统，这种控制方法就被称为闭环运行。采用光电编码器组成闭环系统采用传感器的PID闭环系统目前四十一页\总数九十一页\编于十二点采用光电编码器组成闭环系统光电编码器又称为光电码盘，简称PG，它有一个转轴可以连接在电动机轴上与电动机一起转动，通过光电编码，将电动机转速转换成电脉冲信号。电脉冲信号反馈给变频器，变频器根据反馈脉冲信号对电动机进行控制，这种控制方法称为带PG的闭环控制．目前四十二页\总数九十一页\编于十二点u/f闭环控制和矢量闭环控制比较闭环控制分为u/f闭环控制和矢量闭环控制，其控制精度比较见表2-1。

控制方式速度控制精度速度控制范围U/f控制2％～3％1：40矢量控制±0.5％1：100U/f有PG反馈控制±0.03％1：40有PG矢量控制±0.05％1：1000目前四十三页\总数九十一页\编于十二点实际应用中的选择实际应用中要根据具体情况来选择变频器及控制方式。当转速控制精度要求不高时，可选择u/f控制。u/f控制不需要输入电动机的各种参数，对电动机的要求不是很严格，而且普通u/f控制变频器（不含矢量控制）的价格也稍低一些。对于转速控制精度要求较高的场合，可选用矢量控制。具有矢量控制的变频器是较高档次的变频器，由表2-1给出的参数可见，其控制精度已经比较高，能满足较高的应用要求。如果在动态性能方面无严格要求的情况下，不要再轻易增加PG闭环速度反馈，因为增加PG反馈不但增加了系统的复杂程度，也提高了设备成本，但不一定有更佳效果。目前四十四页\总数九十一页\编于十二点采用传感器的PID闭环系统PID是比例（P）、积分（I）、微分（D）调节器的总称。比例调节器就是在运算放大电路中学习的比例运算电路，它的输出电压与输入电压成比例关系，由于比例运算放大器作为调节器其调节速度快、线形好，得到广泛应用。但P型调节器是有静差调节，为了消除静差，采用积分调节器调节。积分调节器虽无静差，但反馈滞后，而微分调节器又有反应速度快的特点，将它们结合起来应用就是PID控制。目前四十五页\总数九十一页\编于十二点PID闭环控制系统控制储气罐例有些变频器内置PID功能，在应用时可通过相应的功能参数进行预置。变频器在选用PID功能进行闭环控制时，反馈信号一般由压力、流量、速度等传感器获取。图2-24所示是由压力传感器组成的PID闭环控制系统，储气罐的压力由压力传感器测得，通过PID控制器加到变频器的模拟电流控制端。当储气罐的压力设置好以后，如果用气量大使罐内的压力下降，则通过压力传感器反馈到变频器的输入端，使变频器的频率上升，压缩机加速运转；如果罐内的压力上升，则反馈信号使变频器的频率下降，压缩机减速运转。总之，反馈信号控制变频器使罐内的压力保持恒定值。点击显示图形目前四十六页\总数九十一页\编于十二点PID高级功能表（部分）目前四十七页\总数九十一页\编于十二点PID高级功能说明（部分）H20~H25PID控制参数。PID控制即是通过控制对象的传感器等检测控制量（反馈量），将其与目标值（设定值）进行比较，若有偏差，则通过此功能的动作使偏差为零。这种控制是使反馈量与目标一致的一种通用的控制方法，适用于流量、温度、压力等过程控制。H20为PID模式，设定值为0，不动作；设定值为1，正动作。目标值可由X1~X9多功能输入端子中的指定端子（该指定端设定为11）进行切换。该端子与CM端闭合，目标值由键盘面板输入；该端子与CM端断开，目标值由“F01频率设定1”中的内容给定。目前四十八页\总数九十一页\编于十二点PID高级功能说明（部分）H21为反馈输入信号端子及电气规范，设定值为0、1、2、3，功能见表设定值选择项目0由控制端子12输入，正动作（0—10V）1由控制端子C1输入，正动作（4—20mA）2由控制端子12输入，反动作（10—0V）3由控制端子C1输入，反动作（20—4mA）目前四十九页\总数九十一页\编于十二点变频器控制视频目前五十页\总数九十一页\编于十二点节能原理与应用举例第五部分目前五十一页\总数九十一页\编于十二点变频器的节能原理炼油系统中电机负载的种类很多，其中以液泵类居多，其输出特性既决定于泵的种类，也随管线系统的阻力特性曲线不同而异。右图为离心泵调速运行时的H-Q曲线。

其中P为泵使用工况点的轴功率（kW）；Q为使用工况点的液压或流量（m3/s）；H为使用工况点的扬程（m）；γ为输出介质单位体积重量（kg/m3）；η为使用工况点的泵效率（%）。目前五十二页\总数九十一页\编于十二点变频器的节能原理图中，液泵运行工况点C是泵的特性曲线NN与管路阻力线R1的交点。用阀门控制时，如果要减少流量，则必须关小阀门，阀门的磨擦阻力增大，阻力曲线由R1移到R2，扬程从H0升到H1，流量从QN减小到Q1，工况点从C移到A。用变频调速控制时，阻力曲线R1不变，泵的特性取决于转速，当速度从NN降为N1时，特性曲线从NN移到N1，工况从C移到B点，扬程从H0下降到H2，流量从QN减少到Q1。目前五十三页\总数九十一页\编于十二点A点功率为B点功率为两点功率差为就是说，用阀门控制比用变频控制，有△P的功率被浪费，阀门越小，浪费越大。另外：对于使用制动的系统，用于制动的能量可以通过逆变的方式再生回收。变频器的节能原理目前五十四页\总数九十一页\编于十二点变频器几个关键参数设定加、减速设定:根据实际进行设定，以加速时不发生过流跳闸，减速时不发生过压跳闸为原则，其计算公式受不同的转矩负载不同而不同。对于平方转矩负载的泵、风机等，其加减速时间计算公式如左图;式中tA、tD分别为给定加、减速时间（s），Nmax为最高转速(rpm),TAA.min为最小加速转矩（kg.m）,TAD.min为最小减速转矩（kg.m）。加、减速方式推荐使用S型曲线，这样机械冲击小，起动平滑。目前五十五页\总数九十一页\编于十二点变频器几个关键参数设定电动机参数：按电机的实际参数设定，如容量、极数等，基本频率亦应设定为电机的额定频率。回避频率点选择：泵在低于额定转速的运行过程中，在某些频点上容易发生共振现象，变频器可以设定跳跃频率跳过，避免共振。上、下限工作频率设定：下限设定以能带动负载为提，上限宜设为50HZ，因为当变频器输出频率超过50HZ时，会超过电机和泵的额定转速，危及设备和人身安全。目前五十六页\总数九十一页\编于十二点变频器应用节能实测为了解变频器的实际节能效果，2005年11月29日，技术质量部赖作通、企管科梁锡劲、机动部许国欢和电气车间一起测量三催四台机泵在变频和工频状态下的用电情况。泵号额定功率(kW)工频变频节电率相电流（A）相电压（V）功率因数实测功率（kW)相电流（A）相电压（V）功率因数频率（Hz)实测功率（kW)F120690138.52380.7473.18108.32400.4137.631.9756.30%F130455552470.7229.34432350.5340.216.0745.20%F13055558.82330.6125.07322350.2628.75.8776.60%F13075558.52400.7431.17472380.5338.717.7942.90%目前五十七页\总数九十一页\编于十二点变频器应用节能实测我们一共统计120台运行变频器，运行频率在40Hz～45Hz变频器有32台，运行频率在30Hz～40Hz变频器有47台，运行频率在30Hz以下变频器有41台。依据变频器节能公式估算，也就是说在120台变频器当中，节电率在22%～40%的变频器有32台，节电率在40%～70%变频器有47台，节电率在70%以上有41台。因此使用变频器的总体节能效果是十分明显的。目前五十八页\总数九十一页\编于十二点变频器控制液泵工艺控制示意图采用PWM变频控制装置的液泵其工艺控制示意图如左图所示。当需要增加流量时，管网压力低于设定参数值，变频器输出频率增加，减少流量时则相反。流量稳定时，检测值与设定值一致，转速不变。液泵电机压力等传感器DCS变频器M~4~20mA目前五十九页\总数九十一页\编于十二点变频器电气连接图在主回路连接中，R、S、T为电源接线端子，U、V、W为电机接线端子。P1，P（＋）外接DC电抗器以提高功率因数。P(+)、DB外接制动电阻。GK为工频、变频切换开关。考虑到接触器KM极易受到雷害或系统短路造成系统“晃电”而跳闸，KM选择为机械锁扣接触器，QS为隔离开关，QF为空气开关。目前六十页\总数九十一页\编于十二点工频—变频切换某些关键设备在投入运行后就不允许停机，否则会造成重大经济损失。这些设备如果由变频器拖动，则变频器一旦出现跳闸停机，应马上将电动机切换到工频电源。另有一类负载，应用变频器拖动是为了节能，如果变频器达到满载输出时就失去了节能的作用，这时也应将变频器切换到工频运行。因此，工频——变频切换电路是一种常用电路。目前六十一页\总数九十一页\编于十二点手动切换电路图目前六十二页\总数九十一页\编于十二点手动切换电路分析---工频运行KM3为工频运行接触器，当KM3主触点闭合，电动机由工频供电。SB1和SB2为总电源控制按纽，SA为变频、工频切换旋转开关。当将旋转开关SA转到KM3支路，按下总电源控制按纽SB2，KA1中间继电器线圈得电吸合，其两组动合触点闭合，使KM1得电吸合，电动机由工频供电。当按下停止按纽SB1，KA1失电，KM3也失电，电动机停止。目前六十三页\总数九十一页\编于十二点手动切换电路分析---变频运行当将旋转开关SA转到变频控制支路，按下SB2，KM2得电，其动合触点闭合，使KM1得电吸合，KM2吸合后KM1吸合，两接触器主触点将变频器与电源和电动机接通使其处于变频运行的待机状态。此时，串联在KA2支路中的KM1的一组动合触点闭合，为变频器起动做准备。当按下变频器工作按纽SB4，中间继电器KA2线圈得电吸合，一组动合触点将SB4短路自保，另一组动合触点接通FWD与CM端子，电动机正向转动。此时KA2还有一组动合触点将总电源停止按纽SB1短路，使它失效，以防止用总电源开关停止变频器。当变频器需要停止输出时，SB3按纽，KA2线圈失电，KA2所有的动合触点断开，FWD与CM端子开路，变频器停止输出。如按下总电源停止按纽SB1、KA1释放，KM2、KM3均释放，变频器断电。目前六十四页\总数九十一页\编于十二点手动切换电路分析---故障保护及切换当变频器工作时由于电源电压不稳、过载等异常情况发生时，变频器的集中故障报警输出接点30A、30C动作。30C动断触点由闭合转为断开，KM1、KM2线圈失电释放，其主触点断开，将变频器与电源及电动机切除；与此同时，30A动合触点闭合，将通电延时继电器KT、报警蜂鸣器、报警灯与电源接通，发出声光报警。延时继电器通过一定延时，其延时动合触点将KM3线圈接通，KM3主触点闭合，电动机切换到由工频供电运行。当操作人员发现报警后将SA开关旋转到工频运行位置，声光报警停止，时间继电器断电。目前六十五页\总数九十一页\编于十二点变频器管理注意事项第六部分目前六十六页\总数九十一页\编于十二点变频器应用中需要注意的事项变频器的安装设计基本要求：变频器最好安装在控制柜内的中部;变频器要垂直安装，正上方和正下方要避免安装可能阻挡排风、进风的大元件。采用独立进风口。单独的进风口可以设在控制柜的底部，通过独立密闭地沟与外部干净环境连接，此方法需要在进风口处安装一个防尘网，如果地沟超过5m以上时，可以考虑加装鼓风机。密闭控制柜内可以加装吸湿的干燥剂或者吸附毒性气体的活性材料，并近期更换。目前六十七页\总数九十一页\编于十二点变频器应用中需要注意的事项工作环境：使用环境对变频器影响很大，其中温度、湿度、污染度在很大程度上影响变频器工作的可靠性和寿命，特别是温度更是应在40℃以下。因此应对使用环境进行降温、除湿、封闭。在日常检查中要特别检查电解电容器的变化情况以及对变频器进行清扫、检查。目前六十八页\总数九十一页\编于十二点变频器应用中需要注意的事项干扰问题：谐波干扰。由于变频器的输入部份为整流装置,工作时因其非线性特性而产生高次谐波,这些高次谐波将使输入电源的电压和电流发生畸变,危害电气设备运行。其中以对电容器的影响最大。由于电容的阻抗与频率成反比,所以不大的高次谐波分量将产生较大的谐波电流或引起并联谐振。高次谐波还产生讨厌的噪声,可在变频器电源侧加装交流电抗器加以抑制,在输出端加装交流电抗器改善输出电流波形,减少电机噪声,在电容器上串接6%的电抗,减少高次谐波的影响。目前六十九页\总数九十一页\编于十二点变频器应用中需要注意的事项电机的漏电、轴电压与轴承电流问题：高频PWM脉冲输入下，电机内分布电容的电压耦合作用构成系统共模回路，从而引起对地漏电流、轴电压与轴承电流问题，可能会造成轴承光洁度下降，降低使用寿命，严重地造成直接损坏。目前七十页\总数九十一页\编于十二点变频器应用中需要注意的事项由PWM变频器驱动电机时,流过电机的电流比工频供电时约大5%,当电机低带运转时,冷却风扇能力下降,电机温升增高,应降低负载转矩和限定运行时间。选用变频器时变频器的容量要高出电机最大转矩1-2个档次,变频器特性要与负载特性一致.风机、水泵转速不宜低于额定转速的40％，否则，应用效果不理想，还可能损坏机泵。不能将电源接至逆变器的输出端子U、V、W，否则将损坏变频器；逆变器要良好接地，否则不能可靠运行甚至损坏变频器；不能在变频器端子之间或对控制电路端子之间用兆欧表进行测量，否则会损坏变频器。目前七十一页\总数九十一页\编于十二点变频器应用的几个建议选用变频器，要先作可行性调研，分清应用目的是以控制为主还是以节能为主；变频器技术发展非常迅速，设计寿命5～10年，技术换代平均2～5年，因此需要资金保障，用于维修和更新；变频器的优点众多，但也有其不足之处。由于变频器是高新技术的自动电气设备，自身的保护功能非常完善，对电网的要求也较高，如果电网晃电、打雷或周围有电磁干扰等，容易造成跳闸，这就要求生产车间对选用工频或变频要做风险评估，做好反事故预案。建议非常重要的机泵在雷雨期间最好短时间退出变频运行，改开工频；变频器大量使用会对电网造成污染（电流中含高次谐波较多），影响电力系统的供电可靠性，所以要做到选择性使用，同时要对电网谐波污染进行治理；变频器的管理涉及到电气、仪表、生产车间及上级主管部门，大家应相互支持、相互配合，严格执行相关管理制度。目前七十二页\总数九十一页\编于十二点附录：变频器使用问与答一交流异步电动机是按额定电压、额定频率、额定电流进行设计的，在任何频率下运行时也不能过流，否则将引起磁饱和，怎么办？采取U/f=常数的控制方式，当频率上升时，电压上升；当频率下降时，电压也下降，保持电动机电流不变，即电动机的磁通不变，电动机恒转矩运行电动机在额定电压下起动时电流大（是正常值的4~7倍），而变频器工作时又不能过流，电动机怎么起动？变频器采取从0Hz开始起动的方法，并且升速要通