變頻器調(diào)速系統(tǒng)的研究與應(yīng)用論文

邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 1 目 錄 1 變頻調(diào)速節(jié)能 3 1.1 變頻調(diào)速 3 1.1.1 變頻調(diào)速的基本原理 3 1.1.2 電動(dòng)機(jī)調(diào)速與節(jié)能的關(guān)系 3 1.1.3 電機(jī)在不同頻率下運(yùn)行的節(jié)電效果 4 1.2 變頻調(diào)速技術(shù)節(jié)省能源 4 1.2.1 應(yīng)用變頻器調(diào)速的其它好處 4 1.2.2 變頻器輸出諧波 的影響 4 1.3 節(jié)能分析 5 1.3.1節(jié)能計(jì)算 5 1.3.2 節(jié)能分析 7 1.4 節(jié)能分析結(jié)論 7 2 拖動(dòng)系統(tǒng)功率的確定 9 2.1 變頻調(diào)速的基礎(chǔ)知識(shí) 9 2.2 電機(jī)容量的 確定 9 2.2.1 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載 9 2.2.2 平方律負(fù)載 10 2.3 功率裕量的考慮 10 2.3.1 電機(jī)的冷卻方式 11 2.3.2 變頻器輸出諧波 的影響 11 2.3.3 超額定轉(zhuǎn)速的運(yùn)行 11 2.3.1 特殊應(yīng)用場(chǎng)合 11 2.4 節(jié) 變頻器容量的 確定 12 3. 諧波的產(chǎn)生機(jī)理、危害以及抑制措施 13 3.1 諧波產(chǎn)生機(jī)理 13 3.2 諧波的危害 14 3.3 諧波的抑制措施 14 3.4 一種有效的諧波抑制方案 15 4 變頻調(diào)速技術(shù)在水處理工藝不同流程應(yīng)用 17 4.1 工藝流程 17 邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 2 4.2 變頻器選擇要注意的問(wèn)題 19 4.3 變頻器在工程應(yīng)用中要注意的問(wèn)題 21 結(jié)束語(yǔ) 23 參考文獻(xiàn) 24 致 謝 25 摘 要 變頻調(diào)速具有高效率、寬范圍和高精度等特點(diǎn)，是目前運(yùn)用最 廣泛且最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的種類(lèi)很多，從早期提出的電壓源型變頻器開(kāi)始，相繼發(fā)展了電流源型，脈寬調(diào)制等各種變頻器。目前變頻調(diào)速的主要方案有 :交 -交變頻調(diào)速，交 -直 -交變頻調(diào)速，同步電動(dòng)機(jī)自控式變頻調(diào)速，正弦波脈寬調(diào)制(SPWM)變頻調(diào)速，矢量控制變頻調(diào)速等。這些變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展很大程度上依賴(lài)于大功率半導(dǎo)體器件的制造水平。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，特別是可關(guān)斷晶鬧管 GT0，電力晶體管 GTR，絕緣門(mén)極晶體管 IGBT， MOS 晶閘管及 MTC 等具有自關(guān)斷能力全控功率元件的發(fā)展，再加上控制單元也 從分離元件發(fā)展到大規(guī)模數(shù)字集成電路及采用微機(jī)控制，從而使變頻裝置的快速性，可靠性及經(jīng)濟(jì)性不斷提高，變頻調(diào)速系統(tǒng)的性能也得到不斷完善。 本文針對(duì)變頻調(diào)速器的電壓選擇方案，以及在運(yùn)行中高次諧波的產(chǎn)生和抑制問(wèn)題進(jìn)行闡述和變頻調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用舉例 關(guān)鍵詞 ： 變頻調(diào)速 諧波 變頻器 邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 3 Abstract The characteristic of Frequency conversion adjustment of speed is the high efficiency, the width scope and the high accuracy and so on. At present, it obtains the widespread utilization, and is most has the development future the velocity modulation way。 Exchange motor system type of Frequency conversion adjustment of speed has very much. It begins from the type of voltage source, then the source type of electric current comes out, following closely, the pulse width and other various kinds of frequency converters is emerged. At present ,the main scheme of Frequency conversion adjustment of speed is as follows, Hands over - the alternation Frequency conversion adjustment of speed, hands over - the straight - alternation Frequency conversion adjustment of speed, the synchronous motor automatic control Frequency conversion adjustment of speed, the sine wave pulse-duration modulation (SPWM) the Frequency conversion adjustment of speed, the vector control Frequency conversion adjustment of speed and so on. In these technical development very great degrees relies on the high efficiency semiconductor device manufacture level. Along with the electric power electronic technology development, specially the development of something that may shut off the crystal noisily to manage GT0, electric power transistor GTR, insulation gate extremely transistor IGBT, the MOS crystal thyratron and MTC and others that have the ability to control the power part. In addition control unit also develops from the separative element to the large-scale digital integrated circuit and uses the microcomputer control, thus causes the frequency conversion equipment the rapidity, the reliability and the efficiency unceasingly enhances, the Frequency conversion adjustment of speed system performance also obtains the unceasing consummation. This article is in view of velometer voltage choice plan of Frequency conversion adjustment of speed, as well as the higher harmonic production and the suppression question, and gives an example for the use of the Frequency conversion adjustment of speed system. Key word: Frequency conversion adjustment of speed ； overtone ；frequency changer 邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 4 1 變頻調(diào)速節(jié)能探討 1.1 變頻調(diào)速 1.1.1 變頻調(diào)速的基本原理 在變頻調(diào)速中使用最多的變頻調(diào)速器是電壓型變頻調(diào)速器 ,由整流器、濾波系統(tǒng)和逆變器三部分組成。在其工作時(shí)首先將三相交流電經(jīng)橋式整流裝置整為直流電 ,脈動(dòng)的直流電壓經(jīng)平滑濾波后在微處理器的調(diào)控下 ,用逆變器將直流電再逆變?yōu)殡妷汉皖l率可調(diào)的三相交流電源 ,輸出到需要調(diào)速的電動(dòng)機(jī)上。由電工原理可知電機(jī)的轉(zhuǎn)速與電源頻率成正比 , 通過(guò)變頻器可任意改變電源輸出頻率從而任意調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速 ,實(shí)現(xiàn)平滑的無(wú)級(jí) 調(diào)速。 1.1.2 電動(dòng)機(jī)調(diào)速與節(jié)能的關(guān)系 風(fēng)機(jī)和水泵都是流體機(jī)械，流體機(jī)械的轉(zhuǎn)速變化與其流量、壓力和功率之間的變化有如下的關(guān)系 Q1/Q2=n1/n2 （ 1-1） H1/H2=(n1/n2)2 （ 1-2） P1/P2=(n1/n2)3 （ 1-3） 上述式子中 Q1、 H1、 P1 分別代表轉(zhuǎn)運(yùn) n1 時(shí)的流量、壓力、功率。 Q2、 H2、 P2、分別代表轉(zhuǎn)速 n2 時(shí)的流量、壓力、功率。即流量與轉(zhuǎn)速的一次方成正比：壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比；功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。 由此可見(jiàn)，當(dāng)通過(guò)降低轉(zhuǎn)速以減少流量來(lái)達(dá)到節(jié)流目的時(shí)，所消耗的功率將降低很多。例如：當(dāng)轉(zhuǎn)速降到 80%時(shí)，流量減少到 80%，而軸功率卻下降到額定功率的(80%)351%；若流量需減少到 40%，則轉(zhuǎn)速相應(yīng)減少到 40%，此時(shí)軸功率下降到額定功率的 (40%)36.4%。 風(fēng)機(jī) (水泵 )調(diào)節(jié)流量，可行的方式有兩種： 第一種方式是保持電機(jī)轉(zhuǎn)速不變，通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)閥來(lái)調(diào)節(jié)流量。此時(shí)風(fēng)機(jī)的對(duì) H-Q 特性曲線不變。而風(fēng)閥開(kāi)度發(fā)生變化，即管路的阻力特性發(fā)生了變化，即管路阻力增加。 第二種方式是管路的阻力特性保持不變 (即風(fēng)門(mén)不變 )，通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)流量。 這種方法所消耗的功率相對(duì)于第一種要小得多。調(diào)速是控制風(fēng)機(jī)、水泵節(jié)能的相當(dāng)有效的措施。 風(fēng)機(jī)、水泵一方面由于在生產(chǎn)中具有面廣、量大、耗電多的特點(diǎn)，另一方面由于節(jié)能潛力大的特點(diǎn)，故此類(lèi)電機(jī)的節(jié)能具有廣闊的前景，且意義重大。 邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 5 1.1.3 電機(jī)在不同頻率下運(yùn)行的節(jié)電效果： P=N3 ( 僅供參考 ) （ 1） 頻率下降 10%情況下的節(jié)電率： 1-(1-10%)3=27.1%； （ 2） 頻率下降 15%情況下的節(jié)電率： 1-(1-15%)3=38.6%； （ 3） 頻率下降 20%情況下的節(jié)電率： 1-(1-20%)3=48.8%； （ 4） 頻率下降 25%情況下的節(jié)電率： 1-(1-25%)3=57.8%； （ 5） 頻率下降 30%情況下的節(jié)電率： 1-(1-30%)3=65.7%； 如果電機(jī)運(yùn)行頻率長(zhǎng)期穩(wěn)定在 30%以下，且遠(yuǎn)期負(fù)載無(wú)擴(kuò)展趨勢(shì)，建議更換電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)，經(jīng)濟(jì)上更合算。 1.2 變頻調(diào)速技術(shù)節(jié)省能源 1.2.1 應(yīng)用變頻器調(diào)速的其它好處 傳統(tǒng)的控制流量的辦法是用閥門(mén)控制，而用閥門(mén)控制流量從 100 流量減到 70流量時(shí)能量只減少 2。而用變頻調(diào)速控制以后，同樣的降到 70流量，能量下降了 52，從而使系統(tǒng)的效率大為提高。國(guó)外資料表明：當(dāng)工作點(diǎn)位于最大流量的 80%時(shí)，使用風(fēng)閥將消耗電機(jī)能量的 93%，導(dǎo)流葉片消耗為 70%，渦流聯(lián)軸器消耗67%，而變頻器消耗 51%，差不多是風(fēng)閥的一半；當(dāng)氣流量降至 50%時(shí)，變頻器只消耗 15%，而聯(lián)軸器消耗為 29%，導(dǎo)流葉片消耗為 49%，風(fēng) 閥為 73%。這顯示出在輸送相同氣流量情況下，風(fēng)閥消耗的能量幾乎是變頻器的 4 倍。 1.2.2 應(yīng)用變頻器調(diào)速的其它好處： (1)、減少噪音，對(duì)風(fēng)機(jī)來(lái)說(shuō)降低轉(zhuǎn)速的同時(shí)，噪音大幅度降低。 風(fēng)機(jī)噪聲抑制公式： (dB)551og( 速度 1/速度 2),速度從 100降到 50的噪聲降低量為： 55 1og(1500/750)=550.30=16.5dB 噪音電平降低了 16.5 分貝 ,這是一個(gè)很顯著效果。 (2)、設(shè)備軟啟動(dòng)，消除了起動(dòng)沖擊。 感應(yīng)交流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流可以達(dá)到滿載電流的 7倍多，即便是采用 Y- 起動(dòng)也會(huì)達(dá)到 4.5 倍。所有啟動(dòng)方式都必需考慮到接通電源瞬間對(duì)電網(wǎng)的沖擊，電機(jī)越大沖擊越大，這就不得不加大相應(yīng)供電設(shè)備的供電能力來(lái)承受沖擊。而使用了變頻器后則不然，它沒(méi)有了啟動(dòng)沖擊，起動(dòng)電流由零開(kāi)始隨著負(fù)荷增加而逐步上升，不管什么時(shí)候它都不會(huì)超過(guò)滿載電流，而且起動(dòng)時(shí)間還可人為設(shè)置，平穩(wěn)地達(dá)到預(yù)設(shè)速度。 (3)、高功率因數(shù)： 邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 6 供電局對(duì)用戶(hù)功率因數(shù)有嚴(yán)格要求。當(dāng)?shù)陀?90時(shí)用戶(hù)必需采取補(bǔ)償措施，否則將罰款，反之則可受獎(jiǎng)。而使用變頻器后功率因數(shù)可接近 1，免除了功率因數(shù)的補(bǔ)償。 (4)、改善機(jī)械性能： 減小機(jī)械磨損。起動(dòng)時(shí)間和停 車(chē)時(shí)間均可設(shè)置，使運(yùn)行平穩(wěn)。消除了啟動(dòng)時(shí)的皮帶打滑尖叫損壞皮帶。延長(zhǎng)了機(jī)械的使用壽命。 (5)、變頻器有完善的保護(hù)： 由于變頻器普遍使用了智能控制，所以保護(hù)十分完善。電氣上的常規(guī)保護(hù)全都包括，而且還有許多例如：電機(jī) /電源缺相；相間短路；接地故障；過(guò) /欠電壓；變頻器/電機(jī)過(guò)熱；過(guò)速 /低速報(bào)警；過(guò)載 /空載報(bào)警等等保護(hù)。 (6)、操作簡(jiǎn)捷直觀： 變頻器設(shè)有顯示屏，可迅速而簡(jiǎn)單地進(jìn)行所需要的調(diào)試，編程及查詢(xún)工作，顯示器能提供有關(guān)變頻器，電機(jī)和操作狀態(tài)的信息。其中包括轉(zhuǎn)速、頻率、負(fù)載、千瓦小時(shí)、運(yùn)行時(shí)間、報(bào)警狀態(tài)等等 。 (7)、變頻器具有通訊功能： 現(xiàn)在不少變頻器都具有工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通訊功能。例如標(biāo)準(zhǔn)的 RS-485 通訊。這就可方便地納入 BAS 等網(wǎng)絡(luò)的集散控制系統(tǒng)。 1.3 節(jié)能分析 1.3.1 節(jié)能計(jì)算 對(duì)于風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)設(shè)備采用變頻調(diào)速后的節(jié)能效果，通常采用以下兩種方式進(jìn)行計(jì)算： (1)根據(jù)已知風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)在不同控制方式下的流量負(fù)載關(guān)系曲線和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的負(fù)荷變化情況進(jìn)行計(jì)算。 以一臺(tái) IS150-125-400 型離心泵為例，額定流量 200.16m3/h，揚(yáng)程 50m；配備 Y225M-4 型電動(dòng)機(jī)，額定功率 45kW。根據(jù)運(yùn) 行要求，水泵連續(xù) 24 小時(shí)運(yùn)行，其中每天 11 小時(shí)運(yùn)行在 90%負(fù)荷， 13 小時(shí)運(yùn)行在 50%負(fù)荷；全年運(yùn)行時(shí)間在 300天。 則每年的節(jié)電量為： W1=45 11( 100% 69%) 300=46035kWh W2=45 13( 95% 20%) 300 =131625kWh W = W1 W2=46035 131625=177660kWh 每度電按 0.5 元計(jì)算，則每年可節(jié)約電費(fèi) 8.883 萬(wàn)元。 邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 7 (2)根據(jù)風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載關(guān)系式： P / P0=(n / n0)3 計(jì)算，式中為 P0額定轉(zhuǎn)速 n0 時(shí)的功率； P 為轉(zhuǎn)速 n 時(shí)的功率。 以一臺(tái)工業(yè)鍋爐使用的 22 kW 鼓風(fēng)機(jī)為例。運(yùn)行工況仍以 24 小時(shí)連續(xù)運(yùn)行，其中每天 11 小時(shí)運(yùn)行在 90%負(fù)荷 (頻率按 46Hz 計(jì)算 ,擋板調(diào)節(jié)時(shí)電機(jī)功耗按 98%計(jì)算 )，13 小時(shí)運(yùn)行在 50%負(fù)荷 (頻率按 20Hz 計(jì)算，擋板調(diào)節(jié)時(shí)電機(jī)功耗按 70%計(jì)算 )；全年運(yùn)行時(shí)間在 300 天為計(jì)算依據(jù)。 則變頻調(diào)速時(shí)每年的節(jié)電量為： W1=22 11 1 (46/50)3 300=16067kWh W2=22 13 1 (20/50)3 300=80309kWh Wb = W1 W2=16067 80309=96376 kWh 擋板開(kāi)度時(shí)的節(jié)電量為： W1=22( 1 98%) 11 300=1452kWh W2=22( 1 70%) 11 300=21780kWh Wd = W1 W2=1452 21780=23232 kWh 相比較節(jié)電量為： W= Wb Wd=96376 23232=73144 kWh 每度電按 0.5元計(jì)算，則采用變頻調(diào)速每年可節(jié)約電費(fèi) 3.657 萬(wàn)元。 1.3.2 實(shí)例分析 某工廠離心式水泵參數(shù)為：離心泵型號(hào) 6SA-8，額 定流量 53. 5 L/s，揚(yáng)程 50m；所配電機(jī) Y200L2-2 型 37 kW。對(duì)水泵進(jìn)行閥門(mén)節(jié)流控制和電機(jī)調(diào)速控制情況下的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)記錄如下： 流 量 時(shí) 間 消耗電網(wǎng)輸出的電能 (kWh) L/s (h) 閥門(mén)節(jié)流調(diào)節(jié) 電機(jī)變頻調(diào)速 47 2 33.2 2=66.4 28.39 2=56.8 40 8 30 8=240 21.168=169.3 30 4 27 4=108 13.88 4=55.5 20 10 23.9 10=239 9.67 10=96.7 合計(jì) 24 653.4 378.3 邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 8 相比之下，在一天內(nèi)變頻調(diào)速可比閥門(mén)節(jié)流控制節(jié)省 275.1 kWh 的電量，節(jié)電率達(dá) 42.1%。 1.4 節(jié)能分析結(jié)論 由以上分析可知使用變頻調(diào)速技術(shù)可以大幅度提高效率節(jié)約能源，具有十分可觀的經(jīng)濟(jì)效益。風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)等設(shè)備采用變頻調(diào)速技術(shù)實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行是我國(guó)節(jié)能的一項(xiàng)重點(diǎn)推廣技術(shù)，受到國(guó)家政府的普遍重視。實(shí)踐證明，變頻器用于風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)設(shè)備驅(qū)動(dòng)控制場(chǎng)合取得了顯著的節(jié)電效果，是一種理想的調(diào)速控制方式。既提高了設(shè)備效率，又滿足了生產(chǎn)工藝要求，并且因此而大大減少了設(shè)備維護(hù)、維修費(fèi)用，還降低了停產(chǎn)周期。 直接和間接經(jīng)濟(jì)效益十分明顯，設(shè)備一次性投資通?？梢栽?9 個(gè)月到 16 個(gè)月的生產(chǎn)中全部收回。 附實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表： 大氣壓力(pA) 室溫(oc) 風(fēng)機(jī)頻率(hZ) 風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速 電功率(kw) 噴嘴前后靜壓差 進(jìn)氣口溫度(oc) 出氣口溫度(oc) 流量(m3/s) 最大 最小 平均 102.50 23.6 50 2543 129.6 1876 0.3766 37.638 25.3 25.1 1.227 104.02 23.7 49 2502 210.3 1892 0.3333 33.033.4 25.4 25.2 1.150 103.99 22.8 47 2444 203.8 1697 0.3000 31.031.4 23.8 23.9 10115 103.99 22.7 46 2404 136.7 1693 0.2925 29.630.0 23.5 23.6 1.089 103.00 24.0 45 2315 120.6 1594 0.2764 28.428.6 24.9 25.1 1.065 102.95 24.0 44 2513 291.9 1740 0.2579 27.227.6 25.0 25.1 1.045 102.99 23.5 43 2281 281.3 1588 0.2379 27.828.0 24.6 24.7 1.034 102.92 23.2 42 2000 190.6 1699 0.2229 24.624.9 24.2 24.4 0.993 102.90 23.1 41 1858 200.5 988.5 0.2192 23.423.6 24.0 24.2 0.967 102.95 23.1 40 1898 143.8 1000 0.2062 22.422.6 24.1 24.2 0.947 邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 9 2 拖動(dòng)系統(tǒng)功率的確定 2.1 變頻調(diào)速的基礎(chǔ)知識(shí) 異步電動(dòng)機(jī)是電力、化工等生產(chǎn)企業(yè)最主要的動(dòng)力設(shè)備。作為高能耗設(shè)備，其輸出功率不能隨負(fù)荷按比例變化，大部分只能通過(guò)擋板或閥門(mén)的開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)，而電動(dòng)機(jī)消耗的能量變化不大，從而造成很大的能量損耗。近年來(lái)，隨著變頻器生產(chǎn)技術(shù)的成熟以及變頻器應(yīng)用范圍的日益廣泛，使用變頻器對(duì)電動(dòng)機(jī)電源進(jìn)行技術(shù)改造成為各企業(yè)節(jié)能降耗、提高效率的重要手段。 n 60 f(1 s)/p （ 2-1） 式中 ： n 異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速； f 異步電動(dòng)機(jī)的頻率； s 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率； p 電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)。 由式 (1-1)可知，轉(zhuǎn)速 n與頻率 f成正比，只要改變頻率 f即可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率 f在 0 50Hz的范圍內(nèi)變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻調(diào)速就是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)速度 調(diào)節(jié)的。 變頻器主要采用交 直 交方式，先把工頻交流電源通過(guò)整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動(dòng)機(jī)。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制 4 個(gè)部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為 IGBT 三相橋式逆變器，且輸出為 PWM 波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲(chǔ)能和緩沖無(wú)功功率。 2.2 電機(jī)容量的確定 2.2.1 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載在轉(zhuǎn)速變化時(shí)具有基本恒定的轉(zhuǎn)矩。因此其所需要功率可根據(jù)其所需的連續(xù)轉(zhuǎn)矩乘以額定速度得到，即： P=nT/9550 式中 （ 2-2） P 機(jī)械輸出功率 (kW)； n 額定轉(zhuǎn)速 (r/min)； T 連續(xù)轉(zhuǎn)矩 (N m)。 此功率是否足夠 ,還必須要對(duì)起動(dòng)過(guò)程進(jìn)行驗(yàn)算。由于電機(jī)是由變頻器供電，一般交 -直 -交變頻器的過(guò)載能力為 150%、 1 分鐘，因此其最大起動(dòng)及加速度轉(zhuǎn)矩為 邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 10 Tm=T150% （ 2-3） 如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩或加速度轉(zhuǎn)矩大于此值，就必須要考慮；增加電機(jī)和變頻器的功率。 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載在選擇 變頻調(diào)速系統(tǒng)時(shí)，除了按常規(guī)要求外，應(yīng)對(duì)變頻器的控制方式進(jìn) 選擇。 (1)負(fù)荷的調(diào)速范圍。在調(diào)速范圍不大的情況下，選擇較為簡(jiǎn)易的 V/F 控制方式的變頻器。當(dāng)調(diào)速范圍很大時(shí)，應(yīng)考慮采用有反饋的矢量控制方式。 (2)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載只是在負(fù)荷一定的情況下負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩是不變的，但對(duì)于負(fù)荷變化時(shí)其轉(zhuǎn)距仍然隨負(fù)荷變化。當(dāng)轉(zhuǎn)矩變動(dòng)范圍不大時(shí)，可選擇較為簡(jiǎn)易的 V/F 控制方式的變頻器，但對(duì)于轉(zhuǎn)矩變動(dòng)范圍較大的負(fù)載，應(yīng)考慮采用無(wú)反饋的矢量控制方式。 (3)如果負(fù)載對(duì)機(jī)械特性的要求不高，可考慮選擇較為簡(jiǎn)易的 V/F 控制方式的變頻器，而在要求 較高的場(chǎng)合，則必須采用有反饋的矢量控制方式。 2.2.2 平方律負(fù)載 平方律負(fù)載主要是風(fēng)機(jī)和泵類(lèi)負(fù)載，因?yàn)樵谝话闱闆r下 , 風(fēng)機(jī)和泵類(lèi)負(fù)載的轉(zhuǎn)矩與速度的平方成正比，而功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。此時(shí)，最大的輸出功率必然出現(xiàn)在最大速度點(diǎn)。因此，可根據(jù)制造廠提供的風(fēng)機(jī)和水泵的參數(shù)選定電機(jī)的額定功率。但是不要誤認(rèn)為任何風(fēng)機(jī)和泵類(lèi)負(fù)載都是平方律負(fù)載。實(shí)際上，在考慮到起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、加速轉(zhuǎn)矩、流體濃度和粘性的變化幾某些特殊應(yīng)用場(chǎng)合后，實(shí)際的負(fù)載公里有可能是線性的，即相當(dāng)于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。這種情況發(fā)生在諸如處理高濃度液體的泵類(lèi)、常溫 空氣下運(yùn)行的鍋爐引風(fēng)機(jī)和某些實(shí)驗(yàn)機(jī)械。 總之，負(fù)載的特性是千變?nèi)f化的，還必須與用戶(hù)的被控機(jī)械的制造商研究協(xié)商，仔細(xì)分析各種應(yīng)用情況，才能得到可靠的結(jié)果。 2.3 功率裕量的考慮 在常規(guī)下的功率確定后，還必須考慮增加電機(jī)額定功率的要求，使其具有足夠的輸出功率裕量。 2.3.1 電機(jī)的冷卻方式 對(duì)于主軸安裝內(nèi)部風(fēng)扇的自冷式電機(jī)，當(dāng)其拖動(dòng)平方律負(fù)載時(shí)，可以在整個(gè)速度范圍內(nèi)滿意的工作，不需要增加輔助冷卻設(shè)備或提高功率額度。但是，拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，由于轉(zhuǎn)速降低時(shí)，其冷卻能力隨著降低，就必須考慮增加額定輸出功率，選用大一號(hào)電機(jī)或附加外部冷卻設(shè)備。 邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 11 如果是本身具有附加水冷和風(fēng)冷設(shè)備的電機(jī)，這一點(diǎn)就不需要考慮。 2.3.2 變頻器輸出諧波的影響 變頻器輸出電流中的諧波成分將造成電機(jī)的發(fā)熱增加，產(chǎn)生噪聲并使實(shí)際輸出力矩減小，這個(gè)問(wèn)題可以從兩方面解決，一方面選用無(wú)諧波或低諧波的變頻器，也可在變頻器端增加濾波器；另一方面，有時(shí)使電機(jī)的額定功率有一定的裕量（ 5%）也是必要的。 2.3.3 超額定轉(zhuǎn)速的運(yùn)行 我國(guó)生產(chǎn)的普通異步電動(dòng)機(jī)額定工作頻率為 50Hz 1%。一般不希望在超過(guò)其同步轉(zhuǎn)速的情況下運(yùn)行，當(dāng)負(fù)載要求的最高轉(zhuǎn)速高出其同步轉(zhuǎn)速 不多時(shí)，出于技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的綜合考慮，可增加容量予以選擇。但由于電機(jī)軸承等機(jī)械強(qiáng)度的限制，最高轉(zhuǎn)速不能大于同步轉(zhuǎn)速的 5% 10%。 2.3.4 特殊應(yīng)用場(chǎng)合 當(dāng)系統(tǒng)使用環(huán)境不滿足電機(jī)規(guī)定的環(huán)境要求時(shí)，應(yīng)考慮增加選用電機(jī)的功率。如電機(jī)一般規(guī)定的海拔高度為 1000m，周?chē)h(huán)境溫度不高于 40o。如使用場(chǎng)合的海拔高度和環(huán)境溫度超過(guò)上述數(shù)值，應(yīng)考慮選用更大的電機(jī)。相應(yīng)地變頻器的功率也要提高?？筛鶕?jù)制造廠提供的數(shù)據(jù)或圖表做適當(dāng)?shù)挠?jì)算之后確定提高多少。也可提出要求要制造廠專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)。 2.4 變頻器容量的 確定 在電 機(jī)的容量確定并選定其型號(hào)后，接下來(lái)就要確定變頻器的容量。確定變頻器容量的主要依據(jù)是輸出電流，其原則為：變頻器的輸出額定電流應(yīng)大于或等于電機(jī)的額定電流。但在連續(xù)的變動(dòng)負(fù)載或斷續(xù)負(fù)載中，因電動(dòng)機(jī)允許有短時(shí)間的過(guò)載，而且這種過(guò)載的時(shí)間經(jīng)常超過(guò)變頻器一般允許的一分鐘。故應(yīng)考慮選擇變頻器的額定電流大于或等于電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的最大電流。 電動(dòng)機(jī)的型號(hào)確定后，其額定電流可以從制造商提供的樣本中查到?；蛘撸部蓮碾姍C(jī)的輸出功率由下式計(jì)算 cos3UIP （ 2-4） 式中 ,P 為額定輸出功率（ KW）； U 為額定電壓（ KV）； I 為額定電流（ A）； 為電機(jī)效率； cos 為功率因數(shù)。 邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 12 3 諧波的產(chǎn)生、危害和抑制措施 近年來(lái)，由于調(diào)速和節(jié)能的需要，越來(lái)越多的場(chǎng)合用到了變頻調(diào)速技術(shù)。其中的核心部分變頻器是電力電子器件，有電子元器件，計(jì)算機(jī)芯片，易受外界的一些電氣干擾，因此，變頻器投入電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，需要考慮電網(wǎng)電壓是否對(duì)稱(chēng)，變壓器容量的大小及配電母線上是否接有非線性設(shè)備等；另一方面，變頻器本身輸入側(cè)是一個(gè)非線性整流電路，對(duì)電源的 波形將有影響，變頻器輸出側(cè)電壓、電流、非正弦或非完全正弦波含有豐富的諧波。由于變頻器中要進(jìn)行大功率二極管整流、大功率晶體管逆變，結(jié)果是在輸入輸出回路產(chǎn)生電流高次諧波，干擾供電系統(tǒng)、負(fù)載及其它鄰近電氣設(shè)備。在實(shí)際使用過(guò)程中，經(jīng)常遇到變頻器諧波干擾問(wèn)題，下面簡(jiǎn)單介紹變頻器諧波產(chǎn)生的機(jī)理、危害以及有效防止或抑制干擾的對(duì)策。 3.1 高次諧波的產(chǎn)生原因 高次諧波產(chǎn)生的原因主要是由于電力系統(tǒng)中存在非性線元件及負(fù)載產(chǎn)生的。如：電容性負(fù)載、感性負(fù)載及開(kāi)關(guān)變流設(shè)備，諸如計(jì)算機(jī)及外設(shè)、電動(dòng)機(jī)、整流裝置等。由于其為儲(chǔ)能元件或 變流裝置，故使電壓、電流波形發(fā)生畸變， 見(jiàn)圖 3.1 圖 3.1 帶有非線性負(fù)載時(shí)的電流波形 邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 13 3.2 高次諧波的危害 高次諧波電流通過(guò)變壓器，可使變壓器的鐵芯損耗明顯增加，從而變壓器出現(xiàn)過(guò)熱，效率降低，縮短變壓器的壽命。高次諧波對(duì)電網(wǎng)的影響也是如此，電纜內(nèi)耗加大，電纜發(fā)熱，縮短電纜的使用壽命；對(duì)電動(dòng)機(jī)影響更大，不僅損耗增加，還會(huì)使電動(dòng) 機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)；而高次諧波對(duì)電容的影響更為突出，含有高次諧波的電壓加至電容兩端時(shí)，由于電容器對(duì)高次諧波的阻抗很小，所以電容器很容易發(fā)生過(guò)負(fù)荷導(dǎo)致?lián)p壞。高次諧波的干擾，往往還會(huì)導(dǎo)致供電空氣開(kāi)關(guān)誤動(dòng)作，造成電網(wǎng)停電，嚴(yán)重影響用電設(shè)備的正常工作。同時(shí)，高次諧波對(duì)通訊設(shè)備也產(chǎn)生干擾信號(hào)。對(duì)于電容負(fù)載： ZC 1/2fC （ 3-1） 當(dāng) f=n50 （ n=2、 3 ）中 n 很大時(shí)，由上式可見(jiàn) ZC很小。 3.3 高次諧波的抑制 （ 1） 三相整流變壓器 采用 或 ，這樣聯(lián)接可以消除 3 的整數(shù)倍的高次諧波，電網(wǎng)中的諧波電流只有 5、 7、 11、 13 等奇次諧波。 （ 2） 增加整流變壓器二次側(cè)的相數(shù)。整流變壓器二次側(cè)的相數(shù)越多，整流波形的脈波數(shù)越多，奇數(shù)低的諧波被消去的也越多。 （ 3） 裝設(shè)分流濾波器，分流濾波器是由 R、 C、 L 等元件組成的。串聯(lián)諧振電路一般采取三相星形聯(lián)接，它往往接在大型整流設(shè)備與電網(wǎng)的聯(lián)接處，見(jiàn)圖 3.2 圖 3.2 分流濾波器接線圖 （ 4）裝靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置 上述四種抑制方式盡管對(duì)電網(wǎng)的凈化起了一定的作用，但它都有很大的局限性，不能對(duì)諧波全面管理或僅僅局限在很小的范圍之內(nèi)。這些方式都是被動(dòng)的，不能隨諧波變化而變化。 邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 14 3.4 一種新的諧波抑制方案 隨著科技的發(fā)展對(duì)諧波的抑制提出了新的設(shè)想 ,它克服了以往濾波器僅固定在某些諧波頻段 ,它采用如圖 3.3的拓?fù)漕?lèi)型。它對(duì)非線性負(fù)載產(chǎn)生的諧波進(jìn)行采樣、分析、建立頻譜圖，以此頻譜圖為依據(jù)向電網(wǎng)側(cè)送一個(gè)與非線性負(fù)載產(chǎn)生的諧波相反的諧波， 從而達(dá)到諧波抑制的效果。 圖 3.3 有源諧波調(diào)節(jié)器的基本工作原理 據(jù)此原理推出了有源諧波調(diào)節(jié)器（ ACTIVEHARMONICCONDITIONER）它能將 2 25次諧波有效地抑制?？筛鶕?jù)電網(wǎng)的情況調(diào)整電壓與電流波形的相位角，修正電流波形，提高功率因數(shù)，有效地抑制諧波干擾。它的工作原理見(jiàn)圖 3.4。 圖 3.4 有源諧波調(diào)節(jié)器工作原理框圖 有源諧波調(diào)節(jié)器具有友好的用戶(hù)界面，通過(guò)對(duì)話窗進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置，真實(shí)地將用戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí) 際狀態(tài)反饋至有源諧波調(diào)節(jié)器中，讓其通過(guò)采樣拾取器實(shí)時(shí)捕捉諧波，全面有效地抑制電網(wǎng)中的諧波。該調(diào)節(jié)器還具有標(biāo)準(zhǔn)的 RS232 接口，可方便地將諧波信息與實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)通訊。 邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 15 （ a）無(wú)有源諧波調(diào)節(jié)器 （ b）有有源諧波調(diào)節(jié)器 圖 3.5 帶有非線性負(fù)載（計(jì)算機(jī)等）的輸入電流波形 圖 3.5為非線性負(fù)載經(jīng)有源諧波調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)前 (a)與調(diào)節(jié)后 (b)的輸入電流波形比較?？梢钥闯觯@種有源諧波調(diào)節(jié)器將大大抑制諧波，提高了功率因數(shù)，同時(shí)大大地減小損耗，大大地節(jié)約了能源，保障了電網(wǎng)線路的安全 。利用該諧波調(diào)節(jié)器可全面解決電網(wǎng)造成的損失。 邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 16 4 變頻調(diào)速技術(shù)在水處理工藝不同流程應(yīng)用 4 1 工藝流程 在交流電機(jī)調(diào)速傳動(dòng)中，采用變頻技術(shù)，既可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，滿足凈水工藝過(guò)程中各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)電機(jī)速度控制的要求，保證水工藝流程的相對(duì)穩(wěn)定，大幅度節(jié)約電能，降低制水成本，又可降低或減少相關(guān)設(shè)備的開(kāi)停次數(shù)，延長(zhǎng)使用壽命，解決由于工程實(shí)際運(yùn)行規(guī)模與設(shè)計(jì)規(guī)模偏差帶來(lái)的弊端，協(xié)調(diào)各工藝流程間匹配關(guān)系，降低土建及工藝設(shè)備總價(jià)，合水廠建設(shè)和運(yùn)行達(dá)到國(guó)家相應(yīng)的考核標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)就變頻器在水工藝各流程中的具體 應(yīng)用體會(huì)，與同行交流，以促進(jìn)自己的學(xué)習(xí)、提高。 常規(guī)的凈水處理工藝包括取水沉淀過(guò)濾送水四個(gè)主要流程，配套工藝流程為投加系統(tǒng)、污泥處理及自用水回收等。變頻調(diào)速技術(shù)在水處理工程中的應(yīng)用，應(yīng)強(qiáng)調(diào)與工藝和控制檢測(cè)技術(shù)的協(xié)調(diào)考慮。在選用的原則及臺(tái)數(shù)上，一定要目的明確，方法得當(dāng)，否則不能取得預(yù)期效果。 (1)在工藝設(shè)備選擇上，為解決壓力或流量動(dòng)態(tài)變化的問(wèn)題，采用大小泵搭配方法進(jìn)行匹配，人為增加機(jī)泵的組數(shù)和土建面積，同時(shí)也達(dá)不到調(diào)節(jié)均勻變化和穩(wěn)定的目的，需靠頻繁調(diào)整配套閥門(mén)的開(kāi)度解決相關(guān)工藝問(wèn)題。在此 情況下，電氣人員應(yīng)根據(jù)工藝的具體要求，配套進(jìn)行機(jī)泵技術(shù)參數(shù)的選擇，并通過(guò)技術(shù)計(jì)算，取得性?xún)r(jià)比較高的變頻調(diào)速產(chǎn)品。 (2)取水泵房變頻器的應(yīng)用，主要是穩(wěn)定和調(diào)節(jié)取水流量的大小與后續(xù)工藝處理要求而定，相關(guān)因素為源水水位變化和流量變化引起的水泵出口壓力變化，通過(guò)對(duì)沉淀工藝處理的效果檢測(cè)，確定適宜的源水流量或進(jìn)行人工設(shè)置，反饋給變頻調(diào)速裝置，使水泵在高效工作區(qū)內(nèi)取得相對(duì)穩(wěn)定的工作點(diǎn)。 (3)沉淀過(guò)程中的加礬工藝，直接影響水廠藥耗指標(biāo)和濾池工況。要使加礬處于最佳運(yùn)行狀態(tài)，需建立一套數(shù)學(xué)模型，適用于不同 時(shí)段、多變和單變參數(shù)控制的要求。加礬泵的控制，除沖程量的階躍性控制外，變頻器的應(yīng)用，使加礬量的控制按級(jí)均勻變化，適應(yīng)了數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上的閉環(huán)控制，該控制方式需配套相應(yīng)的檢測(cè)設(shè)備和數(shù)據(jù)處理控制系統(tǒng)，通過(guò)精確計(jì)算，以 4-20mA 模擬信號(hào)反饋至加礬泵低壓變頻器的輸入控制端，使加礬系統(tǒng)的運(yùn)行符合水質(zhì)條件和運(yùn)行水量的要求，保證沉淀池出水濁度。 (4)氣水反沖或 V 型濾池，是凈水廠常用的過(guò)濾工藝。該工藝流程的設(shè)備選型主要通過(guò)工藝的詳盡計(jì)算得出，設(shè)備的工作特性為短時(shí)反復(fù)制。目前變頻器直接應(yīng)用的實(shí)例較少。但結(jié)合工藝設(shè)備 選型上的觀念改變，通過(guò)反沖水或氣的壓力檢測(cè)，采用單邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 17 向液動(dòng)或氣動(dòng)止回閥代替常設(shè)的電動(dòng)閥和手動(dòng)閘閥。通過(guò)變頻器對(duì)反沖水泵和鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制，使反沖水和氣的強(qiáng)度按工藝要求準(zhǔn)確進(jìn)行控制，提高過(guò)濾工藝的技術(shù)指標(biāo)。這種技術(shù)在廣東沿海地區(qū)的水處理工程中已有具體應(yīng)用，也是今后值得研究和發(fā)展的又一方向。 (5)送水泵房是凈水廠的重要組成部分，它保證整個(gè)管網(wǎng)水量和水壓均滿足高質(zhì)量要求，同時(shí)它也是在水廠中耗能最大的設(shè)備。由于水泵選型時(shí)是按最不利條件下最大時(shí)流量及相應(yīng)揚(yáng)程設(shè)計(jì)的，而在實(shí)際運(yùn)行中由于季節(jié)和晝夜的變化，最大和最 小供水量之比約為 0.25-0.6。這就會(huì)出現(xiàn)高峰小時(shí)供水以外的時(shí)間內(nèi)，水泵運(yùn)行工況點(diǎn)偏離了較佳的工作范圍。以前城鎮(zhèn)凈水廠大多采用調(diào)整并聯(lián)運(yùn)行水泵臺(tái)數(shù)和調(diào)節(jié)出水閥開(kāi)度大小來(lái)調(diào)整水量與水壓。從各大中型水廠運(yùn)行資料分析，二級(jí)泵平均效率在 64左右，能量損耗很大。應(yīng)用水泵機(jī)組變頻調(diào)速技術(shù)，相應(yīng)地改變水泵轉(zhuǎn)速及工況，使其流量與揚(yáng)程適應(yīng)管網(wǎng)用水量的變化。多點(diǎn)選擇供水管網(wǎng)最不利點(diǎn)允許的最低壓力為控制參數(shù)，通過(guò)數(shù)據(jù)處理獲取管網(wǎng)綜合壓力信號(hào)，組成閉環(huán)壓力自控調(diào)整系統(tǒng)，保證管網(wǎng)未端的壓力和水泵電動(dòng)機(jī)組動(dòng)態(tài)地工作于高效區(qū)內(nèi)，并可 實(shí)現(xiàn)多臺(tái)變頻調(diào)速機(jī)組動(dòng)態(tài)綜合調(diào)頻，達(dá)到節(jié)能效果。 如果 n為水泵 Q-H 曲線， A 為管網(wǎng)特性曲線， Ho 為管網(wǎng)未端服務(wù)壓力， H 為泵出口壓力。當(dāng)用水量達(dá)到最大 Qmax 時(shí)，水泵全速運(yùn)轉(zhuǎn)，出口閥門(mén)全開(kāi)，達(dá)到滿負(fù)荷運(yùn)行，水泵特性曲線 no 和用水管路特性曲線 Ao 匯交于 b 點(diǎn)，則其工況點(diǎn)為 b 點(diǎn)。此時(shí)水泵的出口壓力為 H，末端服務(wù)壓力剛好為 Ho。當(dāng)用水量從 Qmax 減少到 Q1的過(guò)程中，采用不同的控制方案，其水泵電動(dòng)機(jī)組的能耗也不同。 （ 1）水泵全速運(yùn)轉(zhuǎn)，靠關(guān)水泵出口閥門(mén)來(lái)控制：此時(shí)，管路阻力特性曲線變陡（ A2），水泵工況 點(diǎn)由 6 點(diǎn)上滑到 c 點(diǎn)。而管路所需的揚(yáng)程由 b 點(diǎn)下滑到 d 點(diǎn)，這樣，c 點(diǎn)和 d 點(diǎn)的揚(yáng)程差值即為全速水泵的能量浪費(fèi)。 （ 2）水泵變速運(yùn)轉(zhuǎn)，靠泵出口壓力恒定來(lái)控制，此時(shí)，當(dāng)用水量 Qmax 下降時(shí)，控制系統(tǒng)降低水泵的轉(zhuǎn)速來(lái)改變其特性。但由于采用泵出口壓力恒量方工作。所以其工況點(diǎn)始終在 H 上平移。當(dāng)水量達(dá)到 Q1 時(shí)，相應(yīng)的水泵特性曲線為 nx，而管路的特性曲線將向上平移到 A1，兩線交點(diǎn) e 即為此時(shí)工況點(diǎn)。這樣，水量在減少到 Q1 時(shí)，將導(dǎo)致管網(wǎng)最不利點(diǎn)水壓長(zhǎng)高到 H1， H1 Ho，則 h1 即為水泵的能量浪費(fèi)。 （ 3）水泵變速運(yùn)轉(zhuǎn)， 靠管網(wǎng)最不利點(diǎn)恒定來(lái)控制，此時(shí)，用水量降至 Q1 時(shí)，水泵降低轉(zhuǎn)速，水泵特性曲線變?yōu)?n1，其工況點(diǎn)為 d，并正好落在管路特性曲線 A0 上，這樣通過(guò)電機(jī)調(diào)速使水泵工作點(diǎn)始終沿 A0 滑動(dòng)，并處于水泵轉(zhuǎn)速 效率（ n-）邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 18 特性曲線的高效區(qū)范圍內(nèi)。管網(wǎng)的服務(wù)壓力 H0 恒定不變，其揚(yáng)程與系統(tǒng)阻力相適應(yīng)，沒(méi)有能量浪費(fèi)。此方案與泵出口恒定供水相比，其能耗將下降 h1。根據(jù)水泵的相似原理： Q1/Q2 n1/n2. (4-1) H1/H2（ n1/n2） 2 （ 4-2） P1/P2（ n1/n2） 3 （ 4-3） 式中 Q、 H、 P、 n分別為水泵的流量、壓力、軸功率和轉(zhuǎn)速。通過(guò)轉(zhuǎn)速控制可以減少軸功率。 從工程實(shí)施的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，采用變頻調(diào)速和管網(wǎng)未端恒壓力控制技術(shù)，水泵電動(dòng)機(jī)組的綜合效率在水泵的 高效工作區(qū)內(nèi)，可達(dá)到 80以上，節(jié)能效果明顯，并使變頻成套裝置投資回收年限縮短到 2-5 年內(nèi)。 4.2 變頻器選擇中應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題 (1)變頻器選擇中，應(yīng)按電動(dòng)機(jī)的額定功率，合理選擇變頻器的輸入和輸出電壓，與用電設(shè)備配套。目前國(guó)內(nèi)所應(yīng)用的各類(lèi)變頻器低壓等級(jí)多為 380V、 660V，高壓為 3KV、 6KV，不同電壓等級(jí)服務(wù)功率范圍不同，其概況見(jiàn)表一。 表一 不同電壓等級(jí)變頻器服務(wù)功率推薦 電壓等級(jí)（ V） 產(chǎn)品品牌 產(chǎn)品系列 異步電機(jī)容量范圍（ KW） 推薦使用范圍（ KW） 380 三菱 FR- A500 0-375 280 660 西門(mén)子 MASTERDRIVES 2.2-2300 280-1500 3000 ABB ACS1000 315-5000 800-2500 6000 AB Balletin1557 1500 不同容量的電機(jī)選取適宜的工作電壓，保證變頻裝置的選型和現(xiàn)場(chǎng)安裝配電中易于實(shí)施，整套變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行損耗降低，并取得較好的投資效果。 (2)新的整流元件和控制技術(shù)，使現(xiàn)代變頻技術(shù)和成套設(shè)備應(yīng)用領(lǐng)域更廣。目前國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用的通用型 GTR 變頻調(diào)速器（ Variable Voltage Variable Frequency - VVVF）都是交 直 交電壓型變頻器。變頻器中的開(kāi)關(guān)元件從傳統(tǒng)的 SCR 技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)代的 IGBT（ Insulated - Gate Bipolar Transistor）、 GTO（ Gate Tum - off 邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 19 Thysistor）、 IGCT（ Intergrated Gate Commutaled Thys - istor），其中 IGBT 在低壓變頻技術(shù)及整流技術(shù)中已得到廣泛的應(yīng)用。高壓高用領(lǐng)域中各種元件開(kāi)通和關(guān)斷技術(shù)性能 及控制調(diào)節(jié)技術(shù)不盡相同，具體比較見(jiàn) 上表二 (3)在 VVVF 變頻調(diào)速系統(tǒng)中，先將電網(wǎng)中的交流電整成直流電，而后通過(guò)逆變器再將直流電逆變?yōu)轭l率可調(diào)的交流電。 整流電路中，根據(jù)輸入整流橋的組數(shù)不同，可分為 6、 12、 18、 24 脈沖，如 ABB 的ACS600、 ACS1000 均可為 12 脈沖。三菱 FR A500 系列為 6 脈沖。在近期的整流技術(shù)中，根據(jù)逆變器基本原理而產(chǎn)生的 AFE 前端主動(dòng)技術(shù)，利用 IGBT 的技術(shù)特性，使前端整流技術(shù)由不可控變?yōu)榭煽兀行ПＵ狭四孀児δ艿母脤?shí)現(xiàn)。整流電路功能好壞，直接影響變頻裝置向電網(wǎng)注入諧波量的大小。通過(guò)選擇隔離或降壓器的次級(jí)繞組開(kāi)關(guān)元件 GTO 晶閘管開(kāi)關(guān)損耗高 低壓 IGBT 高壓 IGBT IGCT 開(kāi)關(guān)技術(shù) 大多數(shù)高壓主等級(jí)都有 高壓時(shí)只能靠串聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn) 高壓時(shí)只能靠串聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn) 大多數(shù)高壓等級(jí)都有 導(dǎo)電損耗小 導(dǎo)電損耗居中 導(dǎo)電損耗高 導(dǎo)電損耗小 開(kāi)關(guān)損耗高 開(kāi)關(guān)損耗低 開(kāi)關(guān)損耗居中 開(kāi)關(guān)損耗低 開(kāi)關(guān)損耗低 開(kāi)關(guān)頻率高 開(kāi)關(guān)頻率高 開(kāi)關(guān)頻率高 需緩沖器 緊湊型門(mén)驅(qū)動(dòng)器 緊湊型門(mén)驅(qū)動(dòng)器 集成型門(mén)驅(qū)動(dòng)器 電源電路 對(duì)大故障安全 需附加保護(hù) 需附加保護(hù) 對(duì)大故障安全 元件數(shù)量居中 元件數(shù)量多 元件數(shù)量居中 元件數(shù)量少 控制技術(shù) CSI PWM V/f矢量控制 V/f矢量控制 DTC 力矩直接控制 代表產(chǎn)品 AB Bulletin 1557 SIEMENS SIMOVERT MASTER DRIVES SIEMENS SIMOVERT MASTER DRIVES ABB ACS100 邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 20 的組數(shù)，實(shí)現(xiàn)了 12、 18、 24 脈波整流電路，脈波數(shù)越高，向電網(wǎng)注入的諧波分量和次數(shù)均會(huì)相應(yīng)降低。同時(shí)兩組變頻裝置間通過(guò)適當(dāng)調(diào)整變壓器的結(jié)線相位角，亦可將某些次數(shù)的諧波分量在系統(tǒng)內(nèi)抵消，不注入電網(wǎng)。另 AFE（ Active Front End）前端主動(dòng)技術(shù)的采用，使變頻器向電網(wǎng)注入諧波的幾率降低近零。關(guān)于變頻裝置，特別是大型電動(dòng)機(jī)組的變頻裝置應(yīng)用中向電網(wǎng)注入諧波分量應(yīng)按國(guó)家電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波管理標(biāo)準(zhǔn) GB/T14549-93 嚴(yán)格執(zhí)行，特殊情況還需另行規(guī)定。變頻器選用中，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)短路容量的實(shí)際值進(jìn)行相應(yīng)的諧波量核算，以保證電網(wǎng)和周?chē)姎饪刂葡到y(tǒng)的安全穩(wěn)定工作。根據(jù)從直流變到交流的中間環(huán)節(jié)濾波方法的不同，產(chǎn)生電壓源型和電流源型兩種型