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變頻器的基本構(gòu)成 ?

變頻器的電壓波形變化 ?

變頻器基本構(gòu)成圖 ?

變頻器的控制對象 ?

【三相異步電動機】

三相異步電動機主要由定子、轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)軸組成，當在定子繞組上加上三相交流電壓時，將會產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，該旋轉(zhuǎn)磁場的速度由加在定子繞組上的三相交流電壓的頻率所決定。位于該磁場中的轉(zhuǎn)子繞組，將切割旋轉(zhuǎn)磁場的磁力線，根據(jù)電磁感應原理，在轉(zhuǎn)子繞組中將產(chǎn)生感應電動勢和感應電流，感應電流與旋轉(zhuǎn)磁場的磁通互相作用而產(chǎn)生電磁力，即轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)子及轉(zhuǎn)軸將沿著與旋轉(zhuǎn)磁場相同的方向旋轉(zhuǎn)。任意改變?nèi)喽ㄗ永@組的兩個電壓相位，即可使磁場旋轉(zhuǎn)的方向發(fā)生改變，電動機的轉(zhuǎn)向也將隨之變化，即可逆控制。

旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速稱為同步轉(zhuǎn)速，同步轉(zhuǎn)速是根據(jù)電動機的極數(shù)和電源頻率來決定的。由于需要有轉(zhuǎn)矩輸出，電動機的實際轉(zhuǎn)速總是落后于同步轉(zhuǎn)速，它們之間的差值稱為轉(zhuǎn)差率。

變頻器的動作原理 ?

電動機的速度：轉(zhuǎn)矩特性

變頻器的用途 ?

【變頻器的用途其實就是“節(jié)約能源”】

●風機、泵等需要控制流量（風量）的場合，采用變頻器控制或擋板控制，其消耗的電力和流量（風量）的關(guān)系如下圖。

●流量（風量）小的場合，變頻器的節(jié)電的效果特別明顯。

例：賓館等場所中央空調(diào)系統(tǒng)的運行流量：85%：2000小時、60%：2000小時。合計4000小時/年、馬達：15kW×１臺。

一年間所節(jié)省的能源：50,100kWh-24,900kWh＝25,200kWh/年。

使用時需要特別注意的問題：

使用之前應認真閱讀產(chǎn)品的《使用手冊》，正確使用變頻器。使用錯誤會導致變頻器無法運行或降低使用壽命，最嚴重時可導致變頻器被損壞。

變頻器的選型要點 ?

故障：電源投入時異常的電壓波形會導致變頻器內(nèi)部的浪涌吸收元件（ZNR）損壞！

變頻器的安裝方法 ?

安全注意事項：

為防止受傷、事故，請務必遵守以下事項。

?使用前請仔細閱讀“產(chǎn)品介紹”、“使用手冊”，以便正確使用。

?確認在開始使用之前，您對此裝置及其安全信息和所有注意事項都已知曉。

【注意】

施工前請再一次確認產(chǎn)品使用說明書上有關(guān)“安全注意”方面的事項。

【安裝時的注意要點】

【接線時的注意要點】

變頻器的運行方式 ?

加速、減速時間的設定：

★ 第一加速時間、第一減速時間

馬達的轉(zhuǎn)矩特性

【容許連續(xù)運行的轉(zhuǎn)矩】

采用變頻器驅(qū)動通用異步電動機的時候，由于輸出含有高頻波成分，電機的溫升要有些增大，特別是低速時，電機的冷卻效果變差，故不可長時間低速運行。通用異步電動機在低速運行時，輸出力矩變低，需降低負載使用。

【短時間最大轉(zhuǎn)矩】

在變頻器的額定過負荷電流（150% 1分鐘）范圍內(nèi)，能輸出的最大力矩值。

選擇V/F控制的時候，根據(jù)力矩提升的設定，力矩特性不同。

【啟動轉(zhuǎn)矩】

與使用商用電源直接驅(qū)動通用電機的始動力矩不同。

用變頻器驅(qū)動的時候，請把電機的始動電流、加速時的電流控制在變頻器的過負荷額定電流以下。（推薦：額定電流×1.3以下）。

變頻器的保護機能

【故障跳閘及處置】

異?，F(xiàn)象：開機上電無任何顯示

可能原因：

①電網(wǎng)電壓過低；

②直流輔助電源故障；

③充電電阻損壞；

對策：

①檢查電網(wǎng)電壓；

②尋求服務；

③尋求服務；

異?，F(xiàn)象：上電后一直顯示PoFF

可能原因：

①電網(wǎng)電壓偏低；

②電壓檢測通道異常；

對策：

①檢查電網(wǎng)電壓；

②尋求服務；

異?，F(xiàn)象：電源跳閘

可能原因：

①節(jié)電器輸入側(cè)短路；

②空氣開關(guān)容量過??；

對策：

①檢查配線或?qū)で蠓眨?/p>

②增大空氣開關(guān)容量；

異?，F(xiàn)象：電機不運轉(zhuǎn)

可能原因：

①接線錯誤；

②運行方式設定錯誤；

③負載過大或電機堵轉(zhuǎn)；

對策：

①檢查接線；

②重新設定運行方式；

③減輕負載或調(diào)整電機狀況；

異常現(xiàn)象：電機反轉(zhuǎn)

可能原因：電機接線相序錯誤；

對策：U、V、W中任意兩相輸出接線對調(diào)；

異?，F(xiàn)象：電機未能順利加減速

可能原因：

①加減速時間設置不合適；

②失速過流點設置過低；

③過壓失速防止動作；

④載波頻率設置不當或出現(xiàn)振蕩；

⑤負載過重；

對策：

①重新設置加減速時間；

②增大失速過流點的設定值；

③增大減速時間或減小負載慣性；

④減小載波頻率；

⑤減小負載或增大節(jié)電器功率等級；

異常現(xiàn)象：電機穩(wěn)態(tài)運行中轉(zhuǎn)速波動

可能原因：

①負載波動過大；

②電機過載保護系數(shù)設置過低；

③頻率設定電位器接觸不良；

對策：

①減小負載波動；

②增大電機過載保護系數(shù)；

③更換電位器或?qū)で蠓眨?/p>

【電流保護機能（SC、OC、OL）】

【有關(guān)變頻器保護功能的注意事項】

變頻器內(nèi)裝有失速防止、限定電流、過電流保護等許多保護功能。這些保護功能是用于在突發(fā)的異常情況下保護變頻器的，而不是通常使用的控制功能。

因此，在通常使用狀態(tài)下，請盡量避免讓這些功能處于工作狀態(tài)中。

在用于某些用途時，可能會縮短變頻器的壽命或損壞變頻器。

變頻器在實際應用時，必須用測量儀器檢測輸出電流等，確認異常跳閘存儲器內(nèi)容，并確認使用說明中記載的所有注意事項及商品規(guī)格絕無問題。

INV的選型計算

【負載類型的選擇】

恒轉(zhuǎn)矩負載：

負載轉(zhuǎn)矩TL與轉(zhuǎn)速n無關(guān)，任何轉(zhuǎn)速下TL總保持恒定或基本恒定。

例如，傳送帶、攪拌機，擠壓機等摩擦類負載以及吊車、提升機等位能負載都屬于恒轉(zhuǎn)矩負載。?

變頻器拖動恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)的負載時，低速下的轉(zhuǎn)矩要足夠大，并且有足夠的過載能力。如果需要在低速下穩(wěn)速運行，應該考慮標準異步電動機的散熱能力，避免電動機的溫升過高。

恒功率負載：

機床主軸和軋機、造紙機、塑料薄膜生產(chǎn)線中的卷取機、開卷機等要求的轉(zhuǎn)矩，大體與轉(zhuǎn)速成反比，這就是所謂的恒功率負載。

負載的恒功率性質(zhì)應該是就一定的速度變化范圍而言的。當速度很低時，受機械強度的限制，TL不可能無限增大，在低速下轉(zhuǎn)變?yōu)楹戕D(zhuǎn)矩性質(zhì)。

負載的恒功率區(qū)和恒轉(zhuǎn)矩區(qū)對傳動方案的選擇有很大的影響。電動機在恒磁通調(diào)速時，最大容許輸出轉(zhuǎn)矩不變，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速；而在弱磁調(diào)速時，最大容許輸出轉(zhuǎn)矩與速度成反比，屬于恒功率調(diào)速。

如果電動機的恒轉(zhuǎn)矩和恒功率調(diào)速的范圍與負載的恒轉(zhuǎn)矩和恒功率范圍相一致時，即所謂"匹配"的情況下，電動機的容量和變頻器的容量均最小。

風機、泵類負載：

在各種風機、水泵、油泵中，隨葉輪的轉(zhuǎn)動，空氣或液體在一定的速度范圍內(nèi)所產(chǎn)生的阻力大致與速度n的2次方成正比。隨著轉(zhuǎn)速的減小，轉(zhuǎn)矩按轉(zhuǎn)速的2次方減小。這種負載所需的功率與速度的3次方成正比。

當所需風量、流量減小時，利用變頻器通過調(diào)速的方式來調(diào)節(jié)風量、流量，可以大幅度地節(jié)約電能。

由于高速時所需功率隨轉(zhuǎn)速增長過快，與速度的三次方成正比，所以通常不應使風機、泵類負載超工頻運行。

中央空調(diào)系統(tǒng)變頻改造

根據(jù)中央空調(diào)系統(tǒng)的配置情況對冷卻水系統(tǒng)、冷凍水系統(tǒng)及冷卻塔風機系統(tǒng)進行變頻改造。

采用變頻器配合可編程控制器組成控制單元，其中冷卻水泵，冷凍水泵均采用溫度自動閉環(huán)調(diào)節(jié)即用溫度傳感器對冷卻水、冷凍水的水溫進行采樣，并轉(zhuǎn)換成電信號（一般為4~20mA，0~10V等）后送至PLC ，PLC將該信號與設定值進行比較運算后決定變頻器輸出頻率，以達到改變冷凍水泵、冷卻水泵轉(zhuǎn)速從而達到節(jié)能目的。

在冷卻水、冷凍水循環(huán)系統(tǒng)，各裝設一套變頻器，其中冷卻變頻器供2臺冷卻水泵切換使用；冷凍變頻器供2臺冷凍水泵切換使用。（如下圖）：

冷卻水循環(huán)系統(tǒng)：

回水與出水溫度之差，反應了需要進行交換的熱量；根據(jù)回水和出水溫度之差，通過控制循環(huán)水的速度來控制熱交換的速度，在滿足系統(tǒng)冷卻需要的前提下，達到節(jié)電的目的。溫差大說明冷凍機組產(chǎn)生的熱量大，應提高冷卻泵的轉(zhuǎn)速，增大循環(huán)速度，加速冷卻水的降溫；溫差小，說明冷凍機組產(chǎn)生的熱量小，可降低冷卻泵的循環(huán)速度，以節(jié)約電能。

采用變頻調(diào)速器驅(qū)動，兩臺冷卻泵互為備用，可編程控制器（PLC）根據(jù)傳感器檢測到的溫差信號，同設定溫差比較后控制變頻器驅(qū)動電機運轉(zhuǎn)。PLC先控制變頻器軟啟動電動機M1，當M1到達額定轉(zhuǎn)速時，仍未達到設定溫差值時， PLC控制M1切換到工頻電網(wǎng)運行，然后再啟動M2，經(jīng)PLC控制變頻器調(diào)節(jié)電機M2運轉(zhuǎn)，從而控制冷卻水的循環(huán)速度；當電機M2工作在下限轉(zhuǎn)速值時，如果檢測值大于設定值，PLC控制電機M1停機，同時控制變頻器調(diào)節(jié)電機M2轉(zhuǎn)速從而達到設定要求。?

在冷凍循環(huán)系統(tǒng)中，由于出水溫度比較穩(wěn)定，因此僅回水溫度就足以反應了房間的溫度，所以PLC可根據(jù)回水溫度進行控制?；厮疁囟雀?，說明房間溫度高，應提高冷凍泵轉(zhuǎn)速，加快冷凍水的循環(huán)；反之回水溫度低說明房間溫度低，可降低冷凍泵的轉(zhuǎn)速，減緩冷凍水的循環(huán)速度，以節(jié)約能源（其控制過程同冷卻泵循環(huán)系統(tǒng)類似）。

供水系統(tǒng)變頻節(jié)能改造

溴化鋰機組或電制冷（氟利昂）機組的中央空調(diào)系統(tǒng)，主機自身能量消耗由機組控制，機外電力消耗組不能控制，而這部分成本是相當高，卻通常被人忽視了。尤其是溴化鋰機組，額定狀態(tài)制冷運行時，機外水泵、冷卻塔電機耗電量約占總體能源消耗成本30%（以每公斤油2元、每度電1元計算）。

從環(huán)境保護角度、用戶切身利益角度，都應將中央空調(diào)系統(tǒng)設計成最節(jié)能系統(tǒng)。采用變頻器來控制機外水泵電機、冷卻塔電機是最簡單、最有效節(jié)能措施。

一般情況節(jié)電20%～50%，每年可節(jié)省機組及系統(tǒng)總運行費用12%～20%，十分驚人。

【冷卻水泵變頻控制】

中央空調(diào)冷卻水泵功率是空調(diào)冷凍機組壓縮機滿負荷工作設計，當環(huán)境溫度及各種外界因素，冷凍機組不需要開啟全部壓縮機組，此時空調(diào)冷凝系統(tǒng)所需要冷卻量也相應減小，這時就可以變頻調(diào)速器來調(diào)節(jié)冷卻水泵轉(zhuǎn)速，降低冷卻水循環(huán)速度及流量，使冷卻水冷負荷被冷凝系統(tǒng)充分利用，達到節(jié)能目。

通過我們對中央空調(diào)變頻節(jié)能改造得到以下數(shù)據(jù)，其冷卻水泵、冷溫水泵低流量運行時，可以大幅度節(jié)省電力，尤其針對直燃機冷卻水流量曲線特點，采用變頻控制，意義更大，以遠大BZ型直燃機中央空調(diào)系統(tǒng)采用海利普變頻器控制水泵測試數(shù)據(jù)為例：

當制冷量75%時，機組所需冷卻水流量34%，水泵電耗約20%；

當制冷量50%時，機組所需冷卻水流量22%，水泵電耗約15%。

【冷溫水泵變頻控制】

中央空調(diào)冷媒水泵功率是空調(diào)滿負荷工作設計，當賓館、酒店、大廈需要冷量或熱量沒有達到空調(diào)滿負荷，這時就可以變頻器調(diào)速器來調(diào)節(jié)冷媒水泵轉(zhuǎn)速，降低冷媒水循環(huán)速度，使冷量和熱量到充分利用，達到節(jié)能目。

制冷、采暖共用一臺水泵，則冬季水泵流量只需50%，自然可大大節(jié)省電力；冬夏分泵運行，也可低負荷季節(jié)適當降低流量，如90%流量時，電耗約75%。

【 冷卻塔風機變頻控制】

風機功率一般都較小，節(jié)電水泵明顯。但風機采取變頻控制能極大有助于冷卻水恒溫，這機組制冷恒溫極為關(guān)鍵；且能使機組溶液循環(huán)穩(wěn)定，獲得最大限度節(jié)省燃料。

冷卻塔風扇低轉(zhuǎn)速運行還能大幅度減少漂水，節(jié)省水源、延緩水質(zhì)劣化、減少水霧對周圍影響。

【采用變頻器其他益處】

變頻器啟動、停止過程是漸強、漸弱式，能消除電機啟動對電網(wǎng)沖擊。并可避免電機因過載而引起故障。

電機經(jīng)常處于低負荷運行，能大幅度延長電機及水泵、風機壽命，同時因沒有啟動、停止沖擊，加上流量減少，管路承壓及所受沖擊力減小，故對管道、閥門、末端設備也起到了保護作用。另，設備噪音、震動均減小，保護了環(huán)境。

【中央空調(diào)機組外變頻器控制方式】

● 冷卻水出/入口溫度改變水泵轉(zhuǎn)速，調(diào)整流量；

● 冷卻水入口溫度改變冷卻塔風機轉(zhuǎn)速，調(diào)整水溫；

● 冷溫水出/入口溫差改變水泵轉(zhuǎn)速，調(diào)整流量；

● 冷卻水出水溫度改變水泵轉(zhuǎn)速，調(diào)整流量；

●冷媒水回水溫度改變水泵轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)水流量。

中央空調(diào)末端設備：變風量機組變頻控制

變風量機組也是中央空調(diào)系統(tǒng)重要組成部分，其性能指標（風量、冷量、噪音、用電量）優(yōu)劣，變風量機組本身性能外，更重要還取決于控制模式、控制器性能、品質(zhì)。

中央空調(diào)不斷普及，變風量機組調(diào)節(jié)控制器已經(jīng)經(jīng)歷了三個發(fā)展階段：

第一階段：風閥調(diào)節(jié)。能起到調(diào)節(jié)風量作用，但電能量消耗大、噪音大。

第二階段：可控硅調(diào)壓調(diào)速。能起到調(diào)節(jié)風量、冷量、節(jié)能作用，對變風量機組噪音有一定改良作用，其缺點是體積大、可靠性穩(wěn)定性低、故障率高。

第三階段：變頻調(diào)節(jié)。能最大限度滿足變風量機組對風量、冷量、噪音調(diào)節(jié)要求，節(jié)能效果更明顯，體積小，可靠性穩(wěn)定性高。

審核編輯：湯梓紅