空 压 机 变 频 改 造 技 术 方 案及改造后节能分析

一、概述

空气压缩机是利用电能将空气压缩使之作为一种动力源的设备,在工矿企业中应用十分普遍, 配套电动机的容量一般较大，且大多是常年连续运行的，故节能的潜力很大。

目 前常见的压缩机有活塞式、螺杆式、离心式，不论哪一种工作方式，压缩机单位时间内产气量是一定的，目前压缩机都采用上下限控制或启停式控制，也就是说，当 气缸内的压力达到设定值的上限时，空压机通过本身的压力或油压开关闭进气阀，这种工作方式频繁出现加载卸载，而且对电网、螺杆空压机本身都有极大的破坏 性。

二、系统原工频运行概况

1、空压机工作原理简述：

原空压机的运行方式为工 频状态。压力采用两点式控制（上、下限控制），也就是当空压机气缸内压力达到设定值上限时，空压机通过本身的油压关闭进气阀，当压力下降到设定值下限时， 空压机打开进气阀。生产的工作状况决定了用气量的时常变化，这样就导致了空压机在半载或轻载下运行，或者经常是加载几分钟，卸载几分钟，频繁的卸载和加 载，对电动机、空压机和电网造成很大的冲击。再说，空压机卸荷运行时，不产生压缩空气，电动机处于空载状态，其用电量为满负载的60%左右，这部分电能被白白的浪费。

系统在设计时是针对全厂满负荷用气量来设计的，并考虑了富余，是按最大量来设计的的，而现在的工况是用气量经常变化，且经常在半载下运行，在整个系统运行时存在着严重的“大马拉小车”的现象。为了解决这种现象，节约能源，提高经济效益，有必要对现有系统进行变频改造。

2、原系统工况存在的问题

1）主电机全压起动，起动时的电流很大,会影响电网的稳定及其它用电设备的运行 安全，对机械设备的冲击大，电机轴承的磨损大，所以设备维护工作量大。

2）主电机时常轻载运行，属非经济运行，电能浪费严重。

3）主电机工频运行致使空压机运行时噪音很大。

4）经常卸载和加载导致整个气网压力经常变化，不能保持恒定的工作压力。

3、拖动系统的特点：

1）机械特性具有恒转矩性质，电机的轴功率PL与转速n 成正比。

2）大多处于长时间连续运行状态，但负载大小常有变动，为连续变动负载。

3）飞轮力矩大，故要求有较大的启动转矩；

4）有自动卸载与装载装置，在自动卸载或装载时，负载将突变。

4、压缩机的主要控制对象是空气的压力,常见的控制方式有：

1）手动调节输入或输出口的阀门开度；

2）用机械方式进行自动卸载与装载控制；

3）通过改变叶片的角度来调节压力或流量。

三、采用变频调速拖动系统必要性

随着电力电子技术的发展，变频器在调速领域中的应用越来越广泛。它具有性能稳定，操作方便，节能效果明显等优点。它是一种较为成熟的高科技产品，越来越受到国内外工程技术人员和管理人员的关注和重视。因此,对空压机进行变频改造具有很高的经济效应和社会效益。

1、从节能的角度看：

由于压缩机不能排除在满负载状态下长时间运行的可能性，所以，只能按最大需求来决定电动机的容量，故设计容量一般偏大。在实际运行中，轻载运行的时间所占的比例是非常高的。如采用变频调速，可大大提高运行时的工作效率。因此，节能潜力很大。

有些调节方式（如调节阀门开度和改变叶片的角度等），即使在需求量较小的情况下，也不能减小电动机的运行功率。采用了变频调速后，当需求量较小的情况下，可降低电动机的转速，减小电动机的运行功率，从而进一步实现节能。

2、从运行质量的角度看：

单电动机拖动系统大多不能根据负载的轻重连续地调节。而采用了变频调速后，则可以十分方便地进行连续调节，能保持压力、流量等参数的稳定，从而大大提高压缩机的工作性能。

3、 从减少运行成本方面看

传统压缩机的运行成本由三项组成：初始采购成本、维护成本和能源成本。其中能源成本大约占压缩机运行成本的77%。通过能源成本降低20%-40%，再加上变频起动后对设备的冲击减少，维护和维修量也跟随降低，所以运行成本将大大降低。

4、从提高压力控制精度方面看

变频控制系统具有精确的压力控制能力。使压缩机的空气压力输出与用户空气系统所需的气量相匹配。不再频繁的加载和卸载，变频控制压缩机的输出气量随着电机转速的改变而改变。由于变频控制电机速度的精度提高，所以它可以使管网的系统压力变化保持恒定，有效地提高了工况的质量。

5、从延长压缩机的使用寿命方面看

变频器从2HZ起动压缩机，它的起动加速时间可以调整，从而减少起动时对压缩机的电器部件和机械部件所造成的冲击，增强系统的可靠性，使压缩机的使用 寿命延长。此外，变频控制能够减少机组起动时电流波动，这一波动电流会影响电网和其它设备的用电，变频器能够有效的将起动电流的峰值减少到最低程度。

6、从降低噪音，改善工作环境来看

根据压缩机的工况要求，变频调速改造后，电机运转速度明显减慢，有效地降了空压机运行时的噪音，提高了操作工人的工作环境。

四、 变频改造后节能分析

变频器控制压缩机与传统控制的压缩机比较，根据空气量需求的多少来供给的压缩机运行工况，是经济的运行状态，能源节约是最有实际意义的。众所周知，空压机负载为恒转矩负载，其转速 n与流量Ｑ、轴功率P的关系为Ｑ１＝Ｑ２（n1/n2）、P1＝P2(n1/n2) 、也就是说流量和功率成正比 。

由于实际用气量的变动，假定空压机的运行情况如下：（改造前）

在满载下运行的时间为10%，此时电机消耗功率为（P1=P0）；

在70%负载下运行的时间为30%，此时电机消耗功率为（P2=0.9P0）；

在半载下运行的时间为30%，此时电机消耗功率为（P3=0.85P0）；

在30%负载下运行的时间为20%，此时电机消耗功率为（P4=0.8P0）；

在空载下运行的时间为10%，此时电机消耗功率为（P5=0.6P0）；

（P0为电机额定功率160KW）。

空压机每日用电量计算如下：

W前=（0.1P1+0.3P2+0.3P3+0.2P4+0.1P5）х24

=（0.1+0.3х0.9+0.3х0.85+0.2х0.8+0.1х0.6）ХP0х24

=（0.1+0.27+0.255+0.16+0.06）ХP0х24

=0.845ХP0х24

=20.28P0（KWh）

假定空压机改造后的运行情况如下：（改造后）

在满载下运行的时间为10%，此时电机消耗功率为（P1=P0）；

在70%负载下运行的时间为30%，此时电机消耗功率为（P2=0.7P0）；

在半载下运行的时间为30%，此时电机消耗功率为（P3=0.5P0）；

在30%负载下运行的时间为20%，此时电机消耗功率为（P4=0.3P0）；

在空载下运行的时间为10%，此时电机消耗功率为（P5=0.1P0）；

（P0为电机额定功率160KW）。

空压机每日用电量计算如下

W后=（0.1P1+0.3P2+0.3P3+0.2P4+0.1P5）х24

=（0.1+0.3х0.7+0.3х0.5+0.2х0.3+0.1х0.1）хP0х24

=（0.1+0.21+0.15+0.06+0.01）хP0х24

=0.53хP0х24

=12.72 P0（KWh）

每日节省电量= W前－W后

=20.28P0-12.72 P0

=7.56 P0

节电率:7.56 P0/12.72 P0*100%=37.3%

五、变频改造技术方案

1、 系统控制原理

本系统采用压力闭环调节方式，在原来的压力罐（或输气管道）上加装一个压力传感器，通过压力来控制变频器的转速。其控制原理为：将供 气管道压力作为调控参数，通过压力变送器（或远传压力表）将压力信号转换为4- 20mA（或0-5V）直流信号，送入变频器内的PID调节器，与压力设定信号比较，其差值由调节器作PI运算，输出信号送给变频器，随时调整变频器的输 出频率，控制电机转速，维持管道压力稳定在设定的压力值上。若管道压力发生变化将自动进行调节。例如，当用气量减少，管道压力增加时，调节过程是：变送器 信号大于设定信号，调节器输出减少，变频器输出频率降低，电机转速下降，压缩机风量减小，使管道压力减小。由于其调控过程较快，短时间内，变换器信号和压 力给定信号便处于动态平衡状态，从而维持了变频器输出频率稳定，实现了恒压供气，使空压机始终处于节电运行状态。其控制系统原理框图如左：

2、改造方案

设计时，根据电机容量(110KW/380V)选用一台安邦信变频器，采用PID调节母管定压控制方式。该系统在设计时，从安全角度考虑，在保留原工频系统情况下，增加变频系统，做到了工频变频互锁切换。通过外部控制电路，使空压机起停操作步骤仍然如前，操作简单，安全可靠。在供气管道上安装压力传感器，通过压力来控制变频器的转速。

3、变频控制系统组成

该系统是安邦信变频器、电气控制柜、母管压力变送器（或远传压力表）、空压机等组成。电气控制柜主要控制器件全部选用国内外品牌产品、性能稳定、质量可靠、操作方便。

4、系统改造应注意的问题

1）、 改造实施前需具备的条件和注意事项：

 要改造空压机的电气原理图和接线图完整。

 整个工厂的用气状况，是否随着季节波动或随工艺改变波动卸载时间是否变动多以此判断节电率。

2）、 改造实施中的注意事项：

 电动机的散热问题 电动机经过变频器变频后，转速降低，其电机风扇的散热效果也要降低。

 空压机的润滑问题 空压机的转速越低，润滑油的耗量也就越小，其润滑效果越差。

 系统压力设定问题 在满足生产工艺的要求下，压力设定越低越好，因为空压机的排气压力越高，所需的电机轴功率越大，电机耗电也就越多。

针对以上问题，我们综合节能效果和空压机的机械特性，考虑了多种方案，最后把系统压力设定为0.6MPa（按客户的生产工艺要求）,把变频器运行频率下限设定为30HZ，这样，即能满足空压机散热和润滑的需要，又能最大限度的降低电能损耗。

六、供货范围

富迪斯通变频器 一套 型号：

富迪斯通信原装控制柜 一套 （内含低压电器、PID调节器）

压力变送器 一套 （远程压力表）

回收周期:通过以上公式计算160KW一年省电为7.58*P0*30*12=300168度（为理论节电率）。

实际节电率根据工控现场条件的不同，节电率在25%到30%左右。大约一年回收成本。

变频器可以应用于32个领域，您知道几个？

1、空调负载类

写字楼、商场和一些超市、厂房都有中央空调，在夏季的用电高峰，空调的用电量很大。在炎热天气，北京、上海、深圳空调的用电量均占峰电40%以上。因而用变频装置，拖动空调系统的冷冻泵、冷水泵、风机是一项非常好的节电技术。目前，全国出现不少专做空调节电的公司，其中主要技术是变频调速节电。

2、破碎机类负载

冶金矿山、建材应用不少破碎机、球磨机，该类负载采用变频后效果显著。

3、大型窑炉煅烧炉类负载

冶金、建材、烧碱等大型工业转窑（转炉）以前大部分采用直流、整流子电机、滑差电机、串级调速或中频机组调速。由于这些调速方式或有滑环或效率低，近年来，不少单位采用变频控制，效果极好。

4、压缩机类负载

压缩机也属于应用广泛类负载。低压的压缩机在各工业部门都普遍应用，高压大容量压缩机在钢铁（如制氧机）、矿山、化肥、乙烯都有较多应用。采用变频调速，均带来启动电流小、节电、优化设备使用寿命等优点。

5、轧机类负载

在冶金行业，过去大型轧机多用交-交变频器，近年来采用交-直-交变频器，轧机交流化已是一种趋势，尤其在轻负载轧机，如宁夏民族铝制品厂的多机架铝轧机组采用通用变频器，满足低频带载启动，机架间同步运行，恒张力控制，操作简单可靠。

6、卷扬机类负载

卷扬机类负载采用变频调速，稳定、可靠。铁厂的高炉卷扬设备是主要的炼铁原料输送设备。它要求启、制动平稳，加减速均匀，可靠性高。原多采用串级、直流或转子串电阻调速方式，效率低、可靠性差。用交流变频器替代上述调速方式，可以取得理想的效果。

7、转炉类负载

转炉类负载，用交流变频替代直流机组简单可靠，运行稳定。

8、辊道类负载

辊道类负载，多在钢铁冶金行业，采用交流电机变频控制，可提高设备可靠性和稳定性。

9、泵类负载

泵类负载，量大面广，包括水泵、油泵、化工泵、泥浆泵、砂泵等，有低压中小容量泵，也有高压大容量泵。

许多自来水公司的水泵、化工和化肥行业的化工泵、往复泵、有色金属等行业的泥浆泵等采用变频调速，均产生非常好的效果。

10、吊车、翻斗车类负载

吊车、翻斗车等负载转矩大且要求平稳，正反频繁且要求可靠。变频装置控制吊车、翻斗车可满足这些要求。

11、拉丝机类负载

生产钢丝的拉丝机，要求高速、连续化生产。钢丝强度为200Kg/mm2，调速系统要求精度高、稳定度高且要求同步。

12、运送车类负载

煤矿的原煤装运车或钢厂的钢水运送车等采用变频技术效果很好。起停快速，过载能力强，正反转灵活，达到煤面平整、重量正确（不多装或少装），基本上不需要人工操作，提高了原煤生产效率，节约了电能。

13、电梯高架游览车类负载

由于电梯是载人工具，要求拖动系统高度可靠，又要频繁的加减速和正反转，电梯动态特性和可靠性的提高，边增加了电梯乘坐的安全感、舒适感和效率。过去电梯调速直流居多，近几年逐渐转为交流电机变频调速，无论日本还是德国。我国不少电梯厂都争先恐后的用变频调速来装备电梯。如上海三菱、广州日立、青岛富士、天津奥的斯等均采用交流变频调速。不少原来生产的电梯也进行了变频改造。

14、给料机类负载

冶金、电力、煤炭、化工等行业，给料机众多，无论圆盘给料机还是振动给料机，采用变频调速效果均非常显著。吉化公司染料厂硫酸生产线的圆盘给料机，原为滑差调速，低频转矩小，故障多，经常卡转。采用变频调速后，由于是异步机，可靠性高、节电，更重要的是和温度变送器闭环保证了输送物料的准确，不至于使氧化剂输送过量超温而造成事故，保证了生产的有序性。

15、堆取料机类负载

堆取料机是煤场、码头、矿山物料堆取的主要设备，主要功能是堆料和取料。实现自动堆料和半自动取料，提高了设备可靠性，设备运行平稳，无冲击和摇动现象，取料过程按 1/cosφ规律回转调速，提高了斗轮回转取料效率和皮带运煤的均匀度，很受工人欢迎。

16、风机类负载

风机类负载，是量大面广设备，钢厂、电厂、有色、矿山、化工、纺织、化纤、水泥、造纸等行业应用较多。多数采用调节挡板开度开调节风量，浪费大量电能，采用变频调速，即可节电又减少机械磨损，延长设备寿命。

17、搅拌机类负载

化工、医药行业搅拌机非常之多，采用变频调速取代其它调速方式，好处特多。

18、纺丝机类负载

纺丝的工艺复杂，工位多，要求张力控制，有的要求位置控制。采用变频调速效果良好。

19、特种电源类负载

许多电源，如实验电源、飞机拖动电源（400Hz）都可用变频装置来完成，好处是投资少、见效快、体积小、操作简单。

20、造纸机类负载

我国造纸工业的纸机，要求精度高的多采用SCR直流调速方式，有的用滑差电机、整流子电机。由于存在滑环和炭刷造成可靠性和精度不高。导致造纸机械落后，一般车速只有200m/min左右，难同国外2000m/min相比。因而造纸机械的变频化已是大势所趋。

21、洗熨设备类负载

较大宾馆的洗衣机和熨衣设备以往多采用机械调速或者变极调速，只能提供一种速度或几种速度，对需要多次反复洗熨的织物不甚理想。采用变频调速，大大提高洗衣机的效率。

22、音乐喷泉类负载

非常招揽游人的音乐喷泉，其水的高低和量的大小是靠变频控制的。

23、磨床等机械类负载

磨床主轴惦记转速很高，需要电源的频率也高，有200Hz、400Hz甚至800Hz。以前主轴电机的电源多由中频发电机组拖动。中频机组体积大、效率低、噪声多、精度差。

24、卷烟机类负载

卷烟行业过去进口的卷烟机，不论莫林8还是莫林0，均不是无级调速。因而在卷烟行业主要是解决无级调速和可靠性问题，技术简单，变频器用法简单，收效极大。

25、减振和降低噪音型负载

不少负载，如大型空压机、中频机组等噪声大、振动大。采用变频技术，可以减振降噪，达到标准以内。

26、印染机类负载

大部分印染机械都是多单元联合工作的设备。工艺上要求各单元以相同的线速度同步运行并保持张力恒定，否则会断布、缠布、色度不均、色彩度不够、缩水率过大等质量问题。以往的印染机械无论是共电源方式或分电源方式都是采用直流调速系统。

因为直流惦记固有的缺点，印染行业逐步采用交流变频技术。圆网印花机由进布单元、印花单元、烘房导带单元及落布单元组成，属于印染调速系统中复杂的一种。采用变频调速形成速度链控制。同步性能好，精度高，可靠性高。

27、注塑机类负载

注塑机是塑料加工成型的关键设备，数量多，耗电大。过去的节电方式多为通过△型（三角型）转换成Y型（星型）来节电的，效果一般。采用变频调速不改变注塑机原来的结构，控制油泵几个过程的压力或流量（如锁模、合模、射胶、保压、脱模、退模等），可节电 20%～52%，较好的取代了过去的比例阀节流调速方式，大幅度降低能耗，珠江三角洲的不少注塑厂都进行了变频改造。改造注塑机时，要注意合模加速，否则产量降低，注意输入端和输出端的谐波干扰。

28、污水处理等环保类负载

环境保护越来越重视，它关系到人类赖以生存的环境。于是乎清洁能源、绿色城市均出现了。变频调速可用在三个方面的环保类负载。一是工业污水处理，二是垃圾电厂，三是工业排烟、排气、除尘的控制。

29、玻璃、陶瓷、制药、饮料、食品、包装等生产线负载

玻璃、陶瓷、制药、饮料、食品、包装等生产线采用变频调速，均取得很好的效果。

30、海上采油平台类负载

石油钻井采用交流电机变频调速要比直流调速好得多，尤其是在风沙、灰尘大的地方，因为交流电机可靠。海洋石油钻井平台，需要变频调速装置。

31、潜油电泵类负载

潜油电泵采油是油田采油的一种方式。潜油电泵多在1800m以下的油井内工作，多数采用工频全压启动、恒速运行，有下述弊病：

Ø 启动电流过大，会损坏电机绝缘

Ø 产生冲击扭矩，损坏机泵结构；

Ø 泵突然产生较大吸力，容易吸入沙子，造成卡泵。且无稳压系统和井下液面波动较大，造成电压、电流不稳定，使潜油电机过励磁和欠励磁，引起故障。

32、聚酯切片类负载

聚酯切片是石化行业主要产品之一，由于变频调速精度高，便于多个控制点控制，平稳可靠、使用变频调速后可以增加产品质量，给企业带来极大好处。许多企业在扩容时均采用变频调速技术。

水泥厂电动机节能分析

目前，水泥行业的竞争非常激烈，但关键还是制造成本的竞争，而电动机电耗占成本30％，因此做好电动机的降耗增效工作就显得极为重要。所以，我们要从调速方式、电动机的选型、启动装置等方面入手等每个环节开展细致的工作，同时要大力应用新技术新成果，促进企业的节能降耗。

一、变频调速节能

1、风机、水泵上的变频调速节能

大部分水泥厂的一些设备尤其是一些大功率设备在生产过程中绝大部分时间都是不满负荷，在生产过程中都是通过调节挡风板或阀门的开启角度的机械调节方法来满足不同的用风（水）量，这种操作方式的缺点是：（1）电机及风机或水泵的转速高，负荷强度重，电能浪费严重；（2）设备运行的自动化程度相当低,几乎完全靠人工调节，调节精度差，控制不精确；（3）电气控制采用直接或降压起动，启动时电流对电网冲击大，需要的电源（电网）容量大，功率因素较低。（4）起动时机械冲击大,设备使用寿命低；（5）噪声大，粉尘污染严重等。在水泥厂主要有生料磨排风机，窑尾废气处理风机，罗茨风机，水泥磨排风机，煤磨风机、蓖冷机风机、选粉机、循环水泵、给水泵等。由于变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系： n =60 f（1-s）／p，（式中n、f、s、p分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数）；通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。通过流体力学的基本定律可知：风机、泵类设备均属平方转矩负载，其转速n与流量Q，压力H以及轴功率P具有如下关系：Q∝n ，H∝n2，P∝n3；即，流量与转速成正比，压力与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。如下图示为压力H-流量Q曲线特性图:

n1-代表电机在额定转速运行时的特性；

n2-代表电机降速运行在n2转速时的特性；

R1-代表风机、泵类管路阻力最小时的阻力特性；

R2-代表风机、泵类管路阻力增大到某一数组时的阻力特性。

风机、泵类在管路特性曲线R1工作时，工况点为A，其流量压力分别为Q1、H1，此时风机、泵类所需的功率正比于H1与Q1的乘积，即正比于AH1OQ1的面积。由于工艺要求需减小流量到Q2，实际上通过增加管网管阻，使风机、泵类的工作点移到R2上的B点，压力增大到H2，这时风机、泵类所需的功率正比于H2与Q2的乘积，即正比于BH2OQ2的面积。显然风机、泵类所需的功率增大了。这种调节方式控制虽然简单、但功率消耗大，不利于节能，是以高运行成本换取简单控制方式。若采用变频调速，风机转速由n1下降到n2，这时工作点由A点移到C点，流量仍是Q2，压力由H1降到H3，这时变频调速后风机所需的功率正比于H3与Q2的乘积，即正比于CH3OQ2的面积，由图可见功率的减少是明显的。

也就是当风机水泵的转速下降10％时，电机消耗功率下降27.1%.所以风机水泵采用变频调速节能效果非常明显。

2、用变频调速取代传统调速

传统调速所采用的晶闸管串级调速、直流调速、电磁滑差调速、液力耦合器调速和异步电动机的变级调速等存在传动效率低、难维护等缺点，而变频调速结构简单，稳定可靠，调速精度高，启动转矩大，调速范围广。所以采用变频调速在提高机械的传动效率就可节能20%左右。

3、变频在空气压缩机上应用

空压机恒压供气使用变频器与压力控制构成闭环控制系统，使压力波动减少 1.5% ，降低噪音 、减少振动。保证设备长期稳定运行，从而减少了设备维护工作量，延长了设备使用寿命。用变频器后，空压机可在任何压力下随意起动，打破了以前不允许带压起动的规定，起动电流也较以前大大降低。通过使用变频器后的实例，多数压缩机节电率约在 20% 左右。

总之：采用变频器控制将有以下诸多优点：

（1）、采用变频器控制电机的转速，取消挡板调节，降低了设备的故障 率，节电效果显着；

（2）、采用变频器控制电机，实现了电机的软启动，延长了设备的使用寿 命，避免了对电网的冲击；

（3）、电机在低于额定转速的状态下运行，减少了噪声对环境的影响；

（4）、具有过载、过压、过流、欠压、电源缺相等自动保护功能；

（5）、提高产品质量及产量。

实践证明，变频改造具有显着的节电效果，是一种理想的调速控制方式。既提高了设备效率，又满足了生产工艺要求，并且还大大减少了设备维护、维修费用，另外当采用变频调速时，由于变频装置内的直流电抗器能很好的改善功率因数，也可以为电网节约容量。直接和间接经济效益十分明显。

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二、电动机的功率因数补偿

笼型电动机通常采用并联电容器就地补偿的方法。绕线式电动机可采用进相机补偿的方式。进相机补偿分旋转式和静止式2种，由于旋转式进相机结构上的缺陷，目前逐步被静止式进相机所代替。

合理选用电动机类型

Y系列电动机是全国统一设计的新系列产品，是国内目前较先进的三相异步电动机。20世纪80年代中期即在全国推广应用。其优点是效率高、节能、启动性能好。而目前国内许多老水泥企业仍大量采用JO2系列电动机，相比来说Y系列比JO2系列电动机效率提高了0.413％。因此用Y系列电动机取代旧式电动机势在必行。

选择电动机类型除了满足拖动功能外，还应考虑经济运行性能。对于年运行时间大于3000h，负载率大于50％的场合，应选择YX系列高效率的三相异步电动机。与Y系列相比，其效率平均高3％，损耗降低20％～30％，虽然价格高于Y系列电动机，但从长期运行考虑，经济性还是明显的。

同步电动机能提高企业电网的功率因数，降低供电线路损耗，但控制系统繁杂，价格较高。

合理选用电动机的额定容量

国家对三相异步电动机3个运行区域作了如下规定：负载率在70％～100％之问为经济运行区；负载率在40％～70%之间为一般运行区；负载率在40％以下为非经济运行区。若电动机容量选得过大，虽然能保证设备的正常运行，但不仅增加了投资，而且它的效率和功率因数也都很低，造成电力的浪费。因此考虑到既能满足水泥厂设备运行需要，又能使其尽可能地提高效率，水泥企业一般负载率保持在60％～l00％较为理想。对于负载率小于40％的三角形接法电动机可改为星型接法，以提高其效率。

同步电动机能提高企业电网的功率因数，降低供电线路损耗，但控制系统繁杂，价格较高。随着异步电动机制造水平的提高，新设备已很少采用。

三、电动机启动和运行形式

低压笼型大中型电动机

若采用全压直接启动方式，这要求电力系统有足够大的容量，而实际运行时，电力系统负载率很低，影响供电效率，并且用直接启动方式易烧毁开关、电动机，影响电网其他设备的运行，往往为了尽量减少电动机启动次数而宁愿让电动机空转而不停车，造成大量浪费。此类电动机可以用电动机软启动器启动。电动机软启动器是采用大功率晶闸管模块作为主回路的开关元件，通过控制它的导通角以实现软特性的电压爬升。它具有对电网无过大冲击，对机械传动系统（齿轮及轴连接器）震动小，启动转矩平滑稳定等诸多优点。启动电流在2.5～3.5倍额定电流之间可调，启动时间可调。

高压笼型电动机

传统的启动方式多选用电抗器、自耦变压器等，但这些启动设备都不能很好地满足启动要求，很难获得理想的启动参数。目前出品的热变电阻软启动装置能较好地满足启动要求。热变电阻器由具有负温度系数的电阻材料制成，电阻器串于电动机定子回路，当电动机启动、电阻体通过启动电流时，其温度升高，而阻值随之减小，从而使电动机端电压逐步升高，启动转矩逐步增加，以实现电动机的平稳启动。根据电动机参数和负载要求的启动转矩，能方便地配置适当的启动电阻值获得最佳的启动参数，即在较小的启动电流下，获得足够大的启动转矩。

大型绕线型电动机

以前大多采用频敏变阻器启动，但其故障率太高。目前较为成熟的方式是采用液体变阻启动器。它是利用两极问的液体电阻，通过机械传动装置使极板的距离逐步接近，直至接触，达到串人转子回路中的电阻无级变小最后为零，实现电动机无冲击的平滑启动。其特点是启动电流小，对电网无冲击，热容量大，可连续启动5～10次，维护方便，使用可靠。目前我厂该类型电动机已全部采用液体变阻启动器。

中、小型绕线电动机

以前主要采用频敏电阻器和油浸电阻器启动，由于有滑环、碳刷、短路环等零件与继电器、交流接触器、频敏或油浸变阻器等电器元件组成的启动系统都安装在粉尘较大的生产现场，因此它具有故障率高、维修量大的缺点，经常影响设备的正常运行，而无刷无环启动器较好地解决了上述问题，它是一种启动平滑，不改变运行特性且不受粉尘干扰的启动设备。其一次启动电流限制在3.0～4.0Ⅰe之间，适合于11～600kW的高低压绕线型电动机。该启动器是利用频敏变阻器的原理，利用铁磁性材料的频感特性研制而成，安装在电动机转轴原来装集电环的位置，与转子同步旋转，省去了电动机的辅助启动装置。

成球供水系统

生料成球工序是影响水泥熟料烧结质量的关键工序之一，其中水、料比例直接影响成球好坏。应用变频器后能通过跟踪生料供给量对成球预加水泵的转速进行无级调速，从而实现全自动化的闭环控制，料水配合稳定，成球效果良好，大大提高水泥烧结质量。此系统改造主要为提高自动化程度和制造工艺水平考虑，由于功率较小省电效果还在其次。

生料均化给料系统

此系统用变频改造后，将所有送料口处的送料电机用变频器进行同步无机调速，等比例送料，提高均化效果，此点也是从制造工艺角度考虑。

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四、水泥选粉系统

水泥选粉系统的工作原理是根据所生产的水泥的标号的不同，调节选粉机和选粉风机的转速，从而选出不同细度的水泥制品。老式选粉机要调整风机轴上的扇叶的数量和角度，经过对比试验达到所要求的选粉细度；新式选粉系统分选粉机和选粉风机两部分，选粉机由滑差电机调速，选粉风机靠调节挡风板角度调节用风量。这两种系统都存在操作工艺复杂、调节精度差、浪费电能严重的缺点，特别是滑差点机不但费电，由于水泥制造环境粉尘严重，因此滑差头骨胀率特别高，维修困难。变频改造后，不管是老式系统还是新式系统，只要将电机调节到一个特定的转速就能选出所需要的细度的颗粒，在节约电能的同时还做到了连续化、自动化生产，既提高了劳动效率，又降低了劳动强度，综合效益明显。

五、立窑卸料系统

为使水泥烧结过程中加料、供风、卸料三平衡，立窑普遍采用滑差电机（电磁调速电机）做为盘塔式卸料装置的动力，该电机不但防护等级满足不了水泥生产现场环境的需要，而且在相同输出转速的条件下消耗的功率也比系列电机高出百分之二十左右，在降低转速时相差更多，因此采用变频调速系统代替滑差调速后，解决以上所诉的缺点，且调速性能远远高于滑差调速电机，在节电的同时维修费用也大大降低，在各行业得到普遍应用。

应用变频器对可以调速的电机进行控制，在节约大量电能的同时，还具有软起功能，同时降低了电机的起动电流和运行电流，降低整个电力系统和机械系统启动和工作时的负荷强度，延长了机械部件的使用寿命。另外对滑差电机的变频改造提高了电机的防护等级，减少了因环境恶劣而造成的电机故障率。

六、意外收获

由于变频器工作和启动时电流的下降，为其他设备的启动提供了必要的保证，无形中增加了工厂的电力容量，这对电网电压不稳和电力容量偏小的场合尤为有利。象天马水泥有限公司这样整体改造后,可省下200KVA的变压器容量,新上设备时变电所可暂不增容,可节省大量投资。

当然，经过变频改造后还应加强生产工艺方面的管理，再生产允许的条件下合理的调节电机的转速，以达到理想的节能结果。这有待于在以后的工作中加以不断的完善。

1 在立窑罗茨风机上的应用

立窑煅烧熟料所耗的电能中，罗茨鼓风机的电耗一般占 60% 左右，随着电价的调整，电费在水泥生产成本中说占的比例越来越高。因此，降低鼓风机的能耗成为提高企业经济效益的重要一环。

对罗茨风机可由变频器改变风机的供电电源频率进行无级调速来调节风量，重庆地维水泥有限公司在 1 号窑 132KW 罗茨风机上安装变频器，节电率高达 62.2% 。吨熟料电耗由安装变频器前的 15.22 度下降到安装后的 5.55 度 ; 河南焦作水泥厂在 10000/ 吨水泥熟料旋窑生产线生料流态化系统 55KW 罗茨风机上安装了变频器后节电率高达 73.2%, 平均每日用电量由安装前的 606 度下降到安装后的 162 度 , 每日节电 444 度。

2 在离心风机上的应用

有某些水泥厂是采用高压离心式风机进行供风，该种水泥窑的风量调节是通过风门开启度对风量进行调节。对离心风机的变频调速改造同样有巨大的节能潜力。这是因为离心式风机设备的流量与转速的成正比，压力与转速的平方成正比，功率与转速的立方成正比。因此在调节风量或流量时，如降低 20% 的风量或流量，功耗则会下降 50% ，但是必须注意，转速与压力是成平方关系，当转速下降 20% 时，压力则会下降 60% ，因此必须注意工艺要求的压力范围不能象罗茨风机那样，不用考虑转速与风压的关系。

3 在立窑卸料机上的应用

立窑卸料机若采用滑差调速电机，其转速通常控制在 300～1000rpm （工艺上根据窑的情况，对卸料速度进行控制的）。采用变频调速的方法取代滑差电机，经过多个厂家应用结果表明，平均节能达 40% 左右，这是因为滑差调速是一种耗能的低效调速方法。

由下列公式可知：

滑差电机主电机轴的输出功率： P 0 = KM 0 N 0 （ P 0 表示输出功率， M 0 表示负载转速， N 0 表示电机转速， K 为常数）

滑差头输出功率 P 1 = KM 0 N 1 （ P 1 表示输出功率 ， N 1 表示滑差头转速 ）

滑差头损耗功率： P = P 0- P 1= KM 0 （ N 0 — N 1 ）

由此可见，滑差电机的转速越低，浪费能源越大，而卸料机的转速通常在 400rpm 左右运行，因此改用变频调速的方法会有 50～60% 的节能效果。

5 在预加水成球系统中的应用

目前，预加水成球技术在立窑水泥厂中应用已相当普遍。它在提高成球质量，改善煅烧操作条件，提高立窑熟料产量和质量方面取得了比较明显的效果。其结合微机双回路调节器，就能实现水料比例自动跟踪，自动调节，做到恒压供水。调节及时，极大地减轻了工人的劳动强度，同时也改善了成球质量，使预加水系统真正起到预湿成球的作用，为立窑生产出优质高产的熟料创造了条件。

针对上述问题，结合生料车间选粉机负荷转速不超过 600r/min 的特点，对选粉机电气部分进行变频调速技术改造。经实际测量，选粉机改造前，运行速度在 594r/min 时，输入电压 385V ，输入电流 72A ，功率因数 0.82 ，故输入功率为 40KW ；改造后，运行速度在 594r/min 时，输入电压 387V ，输入电流 18A ，（热继电器也做了相应调整），功率因数 0.92 （变频器加装了直接电抗器）则输入功率为 11KW 。改造后一年中，没发生过任何故障，保证了系统的安全运行，大大减少了维护工作量和维修费用，而且节能效果十分显着。

变频器在水泥厂的应用还不止这些，比如说回转窑球磨机 、 卸料圆 、 盘给料机 、 双管绞刀裙 、 板喂料机调速皮带称喂 、 煤绞刀 、 蓖冷机等一切需交流调速的设备都可以采用变频调速器。

变频技术在风机、水泵节能改造中的应用研究

当前变频技术正处于不断完善与发展的过程中，调速性能亦在不断完善之中，同时其交流调速功能也在诸多领域得到了广泛的应用。本文首先简单地介绍了变频技术的概况，然后分析了变频器在风机控制系统中的应用，通过对变频原理的阐述，体现出变频技术在风机、水泵节能改造中的主要优势，并研究了在风机、水泵节能改造中变频技术的一些应用。

据相关研究表明，在我国整体电机装机量组成成分中，风机与水泵配套电机系统占据其中的60%左右，所耗费的电能约占据我国总发电量的30%。当前很大一部分电厂依然选用传统挡风板及相关阀门的自主控制方式来调节风机的风力、液体流量，控制其压力，本质上主要是采取人为干涉附加阻力的方式，以高成本、高能量消耗的工作方式作为生产运作的前提。此种传统的调节技术不仅是浪费电能的表现，同时由于其整合准确度较低，调度精度有限，不能较好地迎合现代化工业生产运作的需求。因此，为了走可持续、科学发展的道路，做到能源的最优配置，需对风机、水泵系统实施变频节能改造。

1 变频技术概述

变频技术属于电子技术中的一种。变频器主要是基于变频技术而衍生的电气设备，用于调控电源频率，通常应用在较大一部分以电机带动为主要驱动力的场合中。它具备高精度的速度控制优势，能够准确、快速地对机械设备传动升降进行控制，同时调节其变速运行。变频器不会受到电机复杂系统及工作条件的限制，能够维持较长时间在高负荷的工况中运行。变频器主要由键盘、电源板、控制主板、整流桥、电解电容、充电电阻、继电器等部件构成。其低频力矩较大，输出比较平稳，能够进行高性能的矢量控制，转矩动态响应速度较快，稳速精度高，减速停车响应速度较快，同时具备较强的抗干扰能力。将变频技术应用于电机改造中，能够充分发挥其自身优势，达到节能的目的，为机械生产奠定良好的控制基础。

2 变频控制器在风机控制系统中的应用

2.1 系统框架

变频控制器在风机控制系统中的应用主要通过预先输入风压设定值，通过风压传感器将预设的风压信号传输至变频控制器，然后通过预先编制的程序实施运算，并根据压力变化调节不同的控制信号，进而改变风机运转速度，达到调控风压的目的。然后风压通过传感器将信号传输至变频控制器，以实现其自动控制。在变频前提下，通过改变风机输入的电压情况，即可实对电机转速的控制。设定n为风机转动速度，f为其转动的频率，p为电机的风力级别。则可将电机的转动速度表示为

同时可将改变风机的变动速度，来控制风机的运作情况的关系通过公式体现。同样以n表示风机的转动速度，以Q表示风量情况，P表示风压，N为风机的功率。此时便可得出 1式：，2式：，3式：。将1、2式代入系统曲线公式中，经过公式换算，则可得出。通常在使用风机时，其风量、风压的预先设定值必须大于实际生产运作的需要。一般压力需超过标准值的20%左右，风量则需超过约10%。原始的调控方法虽然相对而言比较简单，但选用传统的挡板式阀门调节方式不仅会导致能源的浪费，同样会在一定程度上造成噪声污染。

2.2 变频技术节能原理

（1）风机节能原理。风机改造中应用变频技术原理，主要基于降低空气内部阻力的视角，来达到节电、节能的目的。较之常规的原始调节方法而言，其节电优势较为明显。风机运行曲线图如图一所示。其中1、2、3、4分别代表四种不同的变频控制曲线，曲线1为风机在转速一定的情况下的风压及风量，曲线2表示在风门全开情况下管网内部风阻的特性。曲线4则表示风门全开情况下变频运行的情况。若设定风机于A点时运作效率最佳，此时横纵轴分别对应的风量为Q1，风压为H2，此时若将风量降低，调节至Q2的位置，此时相当于强化管网的阻力，同时风机阻力特性增加，风压并没有下降，反而增高。由此可知，风机的轴功率与其曲线面积呈正相关。据曲线模型分析，可知采用变频技术调节后，功率显着降低，具备良好的节能效益。以流体力学原理作为参考，当变频器在实施风速调节时，转速与风量同时下降，此时系统功率也在同步下降，节能效益较为可观。

（2）水泵节能原理。相较风机而言，水泵具有较强的连续性，传统的电厂供水系统中，水泵机组要么工频运行，要么备用，且主要由技术员操作切投，这就直接导致水管压力不恒定，能耗高。为了改变这种状况，某电厂将变频调速技术应用于电厂供水系统，经过改造后，供水母管压力稳定，表现出了显着的节能效果。

变频器恒压给水控制原理图。该系统由DCS控制电机的切投，而与电机直连的变频器则提供经过有效变频的电源，其驱动信号由DCS内置的PID调节器提供。从结构原理上看，该系统首先将预设的水压、水位等信号与母管相关信号对比，得出一个差值信号，以该信号指导DCS切投电机，而DCS又能通过内置PID调节器输出信号，使变频器发出一个合理的频率信号，从而控制电机转速，以此调节母管压力。

该电厂通过此改造，结合实际工艺要求，采集母管多点水压信号，得出合理的平均值进行控制，后续通过MATLAB结合Simulink仿真，选取PID参数，静动态输出相应均比较优秀，实际运行中也取得了良好的效果。

3 变频技术改造的主要优势

首先，通过变频技术改造后，能够将电机的启动电流控制在一定的范围内。在未实施改造前期，电机若直接启动，则电流的消耗将大于标准电流的5倍左右，此时由于电流值过大，导致电机机组由于电应力作用，产生过多的热量，造成能源浪费，导致其机组使用寿命降低。而采用变频技术改造后，通过变频调速，能够在转速、电压为零的情况下实现机组的启动，有效降低启动时的电能消耗，强化机组内部绕组的承载力，延长其的使用寿命。

其次，减少机器控制的电压波动。在大型设备电机启动初期，电流的迅速增加会在一定程度上导致电压波动频繁，传统电机电压控制主要由其电机的功率及配置电网的系统容量所决定。若硬性降低电压，则会导致配电网络系统异常，发生跳闸等现象，影响电机的正常运作。而在风机、水泵改造中应用变频技术后，能够实现电机零压启动，保持电压处于正常范围内，在设备工作负荷较小的情况下，实施低速运行，显着降低能源消耗，且减少电机之间的磨损、热量消耗，能够有效延长机组的使用寿命，同时在降低运作成本方面的作用也较为显着。电机的能量消耗与其运作转速呈正相关的函数关系，实施变频传感控制后，有效调节不同时段设备的运作情况，降低电压、电流的波动速率，降低维修率，延长机器设备的使用寿命，最终使企业走上可持续发展的道路。

4 结束语

综上所述，将变频技术应用于大型设备的交流调速中，能够显着体现其性能优势，针对风机而言，变频控制器条件能够有效取代传统能耗较为严重的挡风板式调节，降低风机的电流冲击，减少机械设备的震动频率，降低设备故障产生的几率，减少设备的维修量，实现风量、风压的自动调节，达到节能的作用。对于水泵改造来说，将变频技术应用于节能改造中，能够显着降低水泵压力的浪费，避免机器做较多的无用功，将水泵电动机的运行压力控制在正常范围内，降低压力能源的消耗，优化电机能源配置，减少运作成本。总之，在风机、水泵电动机改造中应用变频技术，能够充分发挥其自身优势，达到能源最优利用的目的。

自动恒压供水案例

恒压供水系统对于某些工业或特殊用户是非常重要的。例如在某些生产过程中，若自来水供水因故压力不足或短时断水，可能影响产品质量，严重时使产品报废和设备损坏。又如发生火灾时，若供水压力不足或或无水供应，不能迅速灭火，可能引起重大经济损失和人员伤亡。所以，某些用水区采用恒压供水系统，具有较大的经济和社会意义。

随着电力技术的发展，变频调速技术的日臻完善，以变频调速为核心的智能供水控制系统取代了以往高位水箱和压力罐等供水设备，起动平稳，起动电流可限制在额定电流以内，从而避免了起动时对电网的冲击；由于泵的平均转速降低了，从而可延长泵和阀门等东西的使用寿命；可以消除起动和停机时的水锤效应。其稳定安全的运行性能、简单方便的操作方式、以及齐全周到的功能，将使供水实现节水、节电、节省人力，最终达到高效率的运行目的。

恒压供水的变频应用方式

1、变频恒压供水系统组成

变频恒压供水系统通常是由水源、离心泵（主泵+休眠泵）、压力传感器、PID调节器、变频器（主泵+休眠泵）、管网组成。工作流程是利用设置在管网上的压力传感器将管网系统内因用水量的变化引起的水压变化，及时将信号（4-20mA或0-10V）反馈PID调节器，PID调节器对比设定控制压力进行运算后给出相应的变频指令，改变水泵的运行或转速，使得管网的水压与控制压力一致。

2、变频恒压供水系统的参数选取

（1）、合理选取压力控制参数，实现系统低能耗恒压供水。这个目的的实现关键就在于压力控制参数的选取，通常管网压力控制点的选择有两个：一个就是管网最不利点压力恒压控制，另一个就是泵出口压力恒压控制。选择管网最不利点的最小水头为压力控制参数，形成闭环压力自控系统，使得水泵的转速与PID调节器设定压力相匹配，可以达到最大节能效果，而且实现了恒压供水的目的。

（2）、变频器在投入运行后的调试是保证系统达到最佳运行状态的必要手段。变频器根据负载的转动惯量的大小，在启动和停止电机时所需的时间不相同，设定时间过短会导致变频器在加速时过电流、在减速时过电压保护；设定时间过长会导致变频器在调速运行时使系统变得调节缓慢，反应迟滞，应变能力差，系统易处在短期不稳定状态中。为了变频器不跳闸保护，现场使用当中的许多变频器加减速时间的设置过长，它所带来的问题很容易被设备外表的正常而掩盖，但是变频器达不到最佳运行状态。所以现场使用时要根据所驱动的负载性质不同，测试出负载的允许最短加减速时间，进行设定。对于水泵电机，加减速时间的选择在0.2-20秒之间。

通常在同一路供水系统中，设置多台常用泵，供水量大时多台泵全开，供水量小时开一台或两台。在采用变频跳速进行恒压供水时，就用两种方式，其一是所有水泵配用一台变频器；其二是每台水泵配用一台变频器。后种方法根据压力反馈信号，通过PID运算自动调整变频器输出频率，改变电动机转速，最终达到管网恒压的目的，就一个闭环回路，较简单，但成本高。前种方法成本低，性能不比后种差，但控制程序较复杂，是未来的发展方向，下面讲到的原理都是一变频器拖多马达的系统。

三、控制原理

1、交流电机变频调速原理交流电机转速特性：n=60f(1-s)/p，其中n 为电机转速，f为交流电频率，s 为转差率，p为极对数。电机选定之后s 、p则为定值，电机转速n和交流电频率f 成正比，使用变频器来改变交流电频率，即可实现对电机变频无级调速。

２、根据离心泵的负载工作原理可知：

流量与转速成正比：Ｑ∝Ｎ

转矩与转速的平方成正比：Ｔ∝Ｎ２

功率与转速的三次方成正比：Ｐ∝Ｎ３

而且变频调速自身的能量损耗极低，在各种转速下变频器输入功率几乎等于电机轴功率，由此可知在使用变频调速技术供水时，系统中流量变化与功率的关系：

Ｐ变＝Ｎ３Ｐ额＝Ｑ３Ｐ额

采用出口阀控制流量的方式，电机在工频运行时，系统中流量变化与功率的关系：Ｐ阀＝（０.４+０.６Ｑ）Ｐ额

其中，Ｐ为功率

Ｎ为转速

Ｑ为流量

例如设定当前流量为水泵额定流量的６０％，则采用变频调速时Ｐ变＝Ｑ３Ｐ额＝０.２１６Ｐ额，而采用阀门控制时Ｐ阀＝（０.４+０.６Ｑ）Ｐ额＝０.７６Ｐ额，节电＝（Ｐ阀-Ｐ变）／Ｐ阀*１００％＝７１.６％。

流量% 100 90 80 70 60 50

节电率% 0 22.5 41.8 61.5 71.6 82.1

由此可见从理论计算结果可以看到节能效果非常显著，而且在实际运行中小区变频恒压供水技术比传统的加压供水系统还有自动控制恒压、无污染等明显优势。

而且新型的小区变频恒压供水系统能自动地控制一至多台主泵和一台休眠泵的运行。在管网用水量减少到单台主泵流量的约1/6-1/8时，系统自动停止主泵，启动小功率的休眠泵工作，保证系统小流量供水，解决小流量甚至零流量供水时大量电能的浪费问题，从运行控制上进一步节能。

根据反馈原理：要想维持一个物理量不变或基本不变，就应该引这个物理量与恒值比较，形成闭环系统。我们要想保持水压的恒定，因此就必须引入水压反馈值与给定值比较，从而形成闭环系统。但被控制的系统特点是非线性、大惯性的系统，现在控制和PID相结合的方法，在压力波动较大时使用模糊控制，以加快响应速度；在压力范围较小时采用PID来保持静态精度。这通过PLC加智能仪表可时现该算法，同时对PLC的编程来时现泵的工频与变频之间的切换。实践证明，使用这种方法是可行的，而且造价也不高。

要想维持供水网的压力不变，根据反馈定理在管网系统的管理上安装了压力变送器作为反馈元件，由于供水系统管道长、管径大，管网的充压都较慢，故系统是一个大滞后系统，不易直接采用PID调节器进行控制，而采用PLC参与控制的方式来实现对控制系统调节作用。

四、变频器控制优点

用变频调速来实现恒压供水，与用调节阀门来实现恒压供水相比，节能效果十分显著（可根据具体情况计算出来）。其优点是：

1、 起动平衡，起动电流可限制在额定电流以内，从而避免了起动时对电网的冲击；

2、 由于泵的平均转速降低了，从而可延长泵和阀门等的使用寿命；

3、 可以消除起动和停机时的水锤效应；

一般地说，当由一台变频器控制一台电动机时，只需使变频器的配用电动机容量与实际电动机容量相符即可。当一台变频器同时控制两台电动机时，原则上变频器的配用电动机容量应等于两台电动机的容量之和。但如在高峰负载时的用水量比两台水泵全速供水量相差很多时，可考虑适当减小变频器的容量，但应注意留有足够的容量。

虽然水泵在低速运行时，电动机的工作电流较小。但是，当用户的用水量变化频繁时，电动机将处于频繁的升、降速状态，而升、降速的电流可略超过电动机的额定电流，导致电动机过热。因此，电动机的热保护是必需的。对于这种由于频繁地升、降速而积累起来的温升，变频器内的电子热保护功能是难以起到保护作用的，所以应采用热继电器来进行电动机的热保护。

在主要功能预置方面，最高频率应以电动机的额定频率为变频器的最高工作频率。升、降速时间在采用PID调节器的情况下，升、降速时间应尽量设定得短一些，以免影响由PID调节器决定的动态响应过程。如变频器本身具有PID调节功能时，只要在预置时设定PID功能有效，则所设定的升速和降速时间将自动失效。

五、恒压供水系统特点

1、 节电：变频恒压供水系统的最显著优点就是节约电能，节能量通常在10-40%。从单台水泵的节能来看，流量越小，节能量越大。优化的节能控制软件，使水泵实现最大限度地节能运行；

2、 卫生节水：根据实际用水情况设定管网压力，自动控制水泵出水量，减少了水的跑、漏现象；系统实行闭环供水后，用户的水全部由管道直接供给，取消了水塔、天面水池、气压罐等设施，避免了用水的“二次污染”，取消了水池定期清理的工作。

3、 运行可靠：变频恒压供水系统实现了系统供水压力稳定而流量可在大范围内连续变化，从而可以保证用户任何时候的用水压力，不会出现在用水高峰期热水器不能正常使用的情况由变频器实现泵的软起动，使水泵实现由工频到变频的无冲击切换，防止管网冲击、避免管网压力超限，管道破裂。

4、 控制灵活：分段供水，定时供水，手动选择工作方式。

5、 自我保护功能完善：新型的小区变频恒压供水系统具备了过流、过压、欠压、欠相、短路保护、瞬时停电保护、过载、失速保护、低液位保护、主泵定时轮换控制、密码设定等功能，功能完善，全自动控制，自动运行，泵房不设岗位，只需派人定期检查、保养如某台泵出现故障，主动向上位机发出报警信息，同时启动备用泵，以维持供水平衡。万一自控系统出现故障，用户可以直接操作手动系统，以保护供水。

6、延长设备寿命、保护电网稳定

使用变频器后，机泵的转速不再是长期维持额定转速运行，减少了机械磨损，降低了机泵故障率，而且主泵定时轮换控制功能自动定时轮换主泵运行，保证各泵磨损均匀且不锈死，延长了机泵使用寿命。变频器的无级调速运行，实现了机泵软启动，避免了电机开停时的大电流对电机线圈和电网的冲击，消除了水泵的水锤效应。

7、占地少、投资回收期短

新型的小区变频恒压供水系统采用水池上直接安装立式泵，控制间只要安放一到两个控制柜，体积很小，整个系统占地就非常小，可以节省投资。另外不用水塔或天面水池、控制间不设专人管理、设备故障率极低等方面都实现了进一步减少投资，运行管理费低的特点，再加上变频供水的节能优点，都决定了小区变频恒压供水系统的投资回收期短，一般约2年。

六、系统应用范围

1、 自来水厂、加压泵房

2、 居民生活区、宾馆及其它建筑

3、 企业生产用水

4、 锅炉循环水系统

5、 农田灌溉系统

变频器工作原理

变频器工作原理

变频器是把工频

电源

(50Hz或60Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备，其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆变成交流电。对于如矢量控制变频器这种需要大量运算的变频器来说，有时还需要一个进行转矩计算的CPU以及一些相应的电路。这是变频器修理中最变频器的定义。

变频器的分类方法有多种，按照主电路工作方式分类，可以分为电压型变频器和电流型变频器；按照开关方式分类，可以分为PAM控制变频器、PWM控制变频器和高载频PWM控制变频器；按照工作原理分类，可以分为V/f控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等；在变频器修理中，按照用途分类，可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。

在交流变频器中使用的非智能控制方式有V/f协调控制、转差频率控制、矢量控制、直接转矩控制等。V/f控制是为了得到理想的转矩-速度特性，基于在改变电源频率进行调速的同时，又要保证电动机的磁通不变的思想而提出的，通用型变频器基本上都采用这种控制方式。V/f控制变频器结构非常简单，但是这种变频器采用开环控制方式，不能达到较高的控制性能，而且，在低频时，必须进行转矩补偿，以改变低频转矩特性。在变频器修理中，转差频率控制是一种直接控制转矩的控制方式，它是在V/f控制的基础上，按照知道异步电动机的实际转速对应的电源频率，并根据希望得到的转矩来调节变频器的输出频率，就可以使电动机具有对应的输出转矩。矢量控制是通过矢量坐标电路控制电动机定子电流的大小和相位，以达到对电动机在d、q、0坐标轴系中的励磁电流和转矩电流分别进行控制，进而达到控制电动机转矩的目的。通过控制各矢量的作用顺序和时间以及零矢量的作用时间，又可以形成各种PWM波，达到各种不同的控制目的。直接转矩控制是利用空间矢量坐标的概念，在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩，通过检测定子电阻来达到观测定子磁链的目的，因此省去了矢量控制等复杂的变换计算，系统直观、简洁，计算速度和精度都比矢量控制方式有所提高。

一、模电和数电的区别

很多刚进入电子行业，

自动化

行业的人士对模似电子电路和数字电子电路存在一些疑惑，由其是刚进这行的人更是不明了，当然在接触变频器维修与维护时肯定要熟悉。

所谓模似电子电路实际是相对数字电子电路而言。

模电：一般指频率在百兆HZ以下，电压在数十伏以内的模似信号以及对此信号的分析/处理及相关器件的运用。百兆HZ以上的信号属于高频电子电路范畴。百伏以上的信号属于强电或高压电范畴。

数电：一般指通过数字逻辑和计算去分析、处理信号，数字逻辑电路的构成以及运用。

数电的输入和输出端一般由模电组成，构成数电的基本逻辑元素就是模电中三级管饱和特性和截止特性。

由于数电可大规模集成，可进行复杂的数学运算，对温度、干扰、老化等参数不敏感，因此是今后的发展方向。但现实世界中信息都是模似信息（光线、无线电、热、冷等），模电是不可能淘汰的，但就一个系统而言模电部分可能会减少。理想构成为：模似输入——AD采样（数字化）——数字处理——DA转换——模似输出。

二、运放与比较器区别

运算放大器与专用比较器在变频器主控板的控电路中比较常见，它的作用也不用我去形容了，做这行的都比我清楚。

1、 运放可以连接成为比较输出，比较器就是比较。那么市面上为何单独出售两种产品，他们有相同和不同之处是什么呢？

2、 比较器输出一般是OC便于电平转换；比较器没有频补，SLEW RATE比同级运放大，但接成放大器易自激。

比较器的开环增益比一般放大器高很多，因此比较器正负端小的差异就引起输出端变化。

3、 频响是一方面，另处运放当比较器时输出不稳定，不一定能满足后级逻辑电路的要求。

4、 比较器为集电极开路输出，容易输出TTL电平，而运放有饱和压降，使用不便。

关于运算放大器与专用比较器的区别可分为以下几点：

1、 比较器的翻转速度快，大约在NS数量级，而运放翻转速度一般为US数量级（特殊高速运放除外）

2、 运放可以输入负反馈电路，而比较器不能使用负反馈，虽然比较器也有同相和反相两个输入端，便因为其内部没有相位补偿电路，如果输入负反馈，电路不能稳定工作，内部无相位补偿电路，这也是比较器比运放速度快的原因。

3、 运放输入初级一般采用推挽电路，双极性输出，而多数比较器输出极为集电级开路结构，所以需要上拉电阻，单极性输出，容易和数字电路连接。

三、肖特基

二极管

和快恢复二极管又什么区别

快恢复二极管是指反向恢复时间很短的二极管（5us以下），工艺上多采用掺金措施，结构上有采用PN结型结构，有的采用改进的PIN结构。其正向压降高于普通二极管（1-2V），反向耐压多在1200V以下。从性能上可分为快恢复和超快恢复两个等级。前者反向恢复时间为数百纳秒或更长，后者则在100纳秒以下。

肖特基二极管是以金属和半导体接触形成的势垒为基础的二极管，简称肖特基二极管(Schottky Barrier Diode），具有正向压降低（0.4－－0.5V）、反向恢复时间很短（10-40纳秒），而且反向漏电流较大，耐压低，一般低于150V，（信息来源：

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）多用于低电压场合。

这两种管子通常用于

开关电源

。

肖特基二极管和快恢复二极管区别：前者的恢复时间比后者小一百倍左右，前者的反向恢复时间大约为几纳秒~！

前者的优点还有低功耗，大电流，超高速~！

电气

特性当然都是二极管阿~！

快恢复二极管在制造工艺上采用掺金,单纯的扩散等工艺,可获得较高的开关速度,同时也能得到较高的耐压.目前快恢复二极管主要应用在

逆变电源

中做整流元件.

肖特基二极管： 反向耐压值较低40V-50V，通态压降0.3-0.6V，小于10nS的反向恢复时间。它是具有肖特基特性的“金属半导体结”的二极管。其正向起始电压较低。其金属层除材料外，还可以采用金、钼、镍、钛等材料。其半导体材料采用硅或砷化镓，多为N型半导体。这种器件是由多数载流子导电的，所以，其反向饱和电流较以少数载流子导电的PN结大得多。由于肖特基二极管中少数载流子的存贮效应甚微，所以其频率响仅为RC时间常数限制，因而，它是高频和快速开关的理想器件。其工作频率可达100GHz。并且，MIS（金属－绝缘体－半导体）肖特基二极管可以用来制作太阳能电池或发光二极管。

快恢复二极管：有0.8-1.1V的正向导通压降，35-85nS的反向恢复时间，在导通和截止之间迅速转换，提高了器件的使用频率并改善了波形。快恢复二极管在制造工艺上采用掺金,单纯的扩散等工艺,可获得较高的开关速度,同时也能得到较高的耐压.目前快恢复二极管主要应用在逆变电源中做整流元件.

四、变频器用——电解电容在电路中的作用

1，滤波作用，在电源电路中，整流电路将交流变成脉动的直流，而在整流电路之后接入一个较大容量的电解电容，利用其充放电特性，使整流后的脉动直流电压变成相对比较稳定的直流电压。在实际中，为了防止电路各部分供电电压因负载变化而产生变化，所以在电源的输出端及负载的电源输入端一般接有数十至数百微法的电解电容．由于大容量的电解电容一般具有一定的电感，对高频及脉冲干扰信号不能有效地滤除，故在其两端并联了一只容量为0.001－－0.lpF的电容，以滤除高频及脉冲干扰．

2，耦合作用：在低频信号的传递与放大过程中，为防止前后两级电路的静态工作点相互影响，常采用电容藕合．为了防止信号中韵低频分量损失过大，一般总采用容量较大的电解电容。

二、电解电容的判断方法

电解电容常见的故障有，容量减少，容量消失、击穿短路及漏电，其中容量变化是因电解电容在使用或放置过程中其内部的电解液逐渐干涸引起，而击穿与漏电一般为所加的电压过高或本身质量不佳引起。判断电源电容的好坏一般采用

万用表

的电阻档进行测量．具体方法为：将电容两管脚短路进行放电，用万用表的黑表笔接电解电容的正极。红表笔接负极(对指针式万用表，用数字式万用表测量时表笔互调)，正常时表

针应先向电阻小的方向摆动，然后逐渐返回直至无穷大处。表针的摆动幅度越大或返回的速度越慢，说明电容的容量越大，反之则说明电容的容量越小．如表针指在中间某处不再变化，说明此电容漏电，如电阻指示值很小或为零，则表明此电容已击穿短路．因万用表使用的电池电压一般很低，所以在测量低耐压的电容时比较准确，而当电容的耐压较高时，打时尽管测量正常，但加上高压时则有可能发生漏电或击穿现象．

三、电解电容的使用注意事项

1、电解电容由于有正负极性，因此在电路中使用时不能颠倒联接。在电源电路中，输出正电压时电解电容的正极接电源输出端，负极接地，输出负电压时则负极接输出端，正极接地．当电源电路中的滤波电容极性接反时，因电容的滤波作用大大降低，一方面引起电源输出电压波动，另一方面又因反向通电使此时相当于一个电阻的电解电容发热．当反向电压超过某值时，电容的反向漏电电阻将变得很小，这样通

电工

作不久，即可使电容因过热而炸裂损坏．

2．加在电解电容两端的电压不能超过其允许工作电压，在设计实际电路时应根据具体情况留有一定的余量，在设计稳压电源的滤波电容时，如果交流电源电压为220~时

变压器

次级的整流电压可达22V，此时选择耐压为25V的电解电容一般可以满足要求．但是，假如交流电源电压波动很大且有可能上升到250V以上时，最好选择耐压30V以上的电解电容。

3，电解电容在电路中不应靠近大功率发热元件，以防因受热而使电解液加速干涸．

4、对于有正负极性的信号的滤波，可采取两个电解电容同极性串联的方法，当作一个无极性的电容。

五、色环电阻估算

为了使广大的初学者能够迅速地算出色环电阻的阻值，笔者根据实践经验总结出速算色环电阻的“顺口溜”献给广大的初学者。

现在常用的色环电阻多为四环电阻，也有少数是五环电阻，而且五环电阻属于精密电阻，误差很小。两种 色环电阻的表示方法见图1，举例说明见图2，其包环含义见附表。

以下是以四环电阻为例的速算“顺口溜”，但也同样适用于五环电阻值的计算。

色环电阻是四环，橙为十千黄百千，

一环二环数相连，绿色环为兆欧级，

棕1红2橙是3，蓝紫灰白依次排。

黄4绿5蓝为6，阻值误差百分算，

紫7灰8白是9，差多差少看四环。

黑是O来不用算，紫点1来蓝点2，

阻值范围三环定，绿点5来记心间。

几点几欧金银环，棕l红2金是5，

黑十棕百红为千，无色20银减半。

“顺口溜”中“一环二环数相连”表示两个数为连写，如一环为棕色，二环为红色，即写为12。“黑是O来不用算”表示数值色环如果

为黑环可直接写成O，如绿、黑环直接写为50。“阻值范围三环定，几点几欧金银环”指的是该电阻的阻值大小由三环决定，并且第三环是金、银环的，说明该电阻的阻值范围在几点几欧内，如绿、棕、金环为5．1Q，而绿、棕、银则为O．51Ω。“黑十棕百红为千”是指电阻第三环为黑环时，该电阻的阻值在几十欧以内，棕色环时其阻值在几百欧以内，红色环时阻值在几千欧以内。如橙、橙、黑为33Ω；橙、橙、棕为330Ω,；而橙、橙、红则为3300Ω，以此类推。“阻值误差百分算，差多差少看四环”是指色环电阻的误差是用百分数来计算的，其误差多少要看第四环的颜色来确定。如颜色为金色，则该电阻的误差是±5％，无色环为±20％，银色环的则为±10％。上述三种误差适用于四环电阻，而五环电阻的误差是看第五道环，其中紫环的误差为±o．1％，蓝环误差为±0．2％。绿环误差为±O．5％，棕环误差为±1％，红环误差为±2％。

六、变频器用——压敏电阻基础知识

1、什么是“压敏电阻”

“压敏电阻是中国大陆的名词，意思是"在一定电流电压范围内电阻值随电压而变"，或者是说"电阻值对电压敏感"的阻器。相应的英文名称叫“Voltage Dependent Resistor”简写为“VDR”。

压敏电阻器的电阻体材料是半导体，所以它是半导体电阻器的一个品种。现在大量使用的"氧化锌"（ZnO）压敏电阻器，它的主体材料有二价元素（Zn）和六价元素氧（O）所构成。所以从材料的角度来看，氧化锌压敏电阻器是一种“Ⅱ-Ⅵ族氧化物半导体”。

在中国台湾，压敏电阻器是按其用途来命名的，称为"突波吸收器"。压敏电阻器按其用途有时也称为“电冲击（浪涌）抑制器（吸收器）”。

2、变频器维修入门--压敏电阻电路的“安全阀”作用

压敏电阻有什么用？压敏电阻的最大特点是当加在它上面的电压低于它的阀值"UN"时，流过它的电流极小，相当于一只关死的阀门，当电压超过UN时，流过它的电流激增，相当于阀门打开。利用这一功能，可以抑制电路中经常出现的异常过电压，保护电路免受过电压的损害。

3、变频器维修入门--应用类型

不同的使用场合，应用压敏电阻的目的，作用在压敏电阻上的电压/电流应力并不相同，

因而对压敏电阻的要求也不相同，注意区分这种差异，对于正确使用是十分重要的。

4、变频器维修入门--电路功能用压敏电阻

压敏电阻主要应用于瞬态过电压保护，但是它的类似于半导体稳压管的伏安特性，还使它具有多种电路元件功能，例如可用作：

（1）直流高压小电流稳压元件，其稳定电压可高达数千伏以上，这是硅稳压管无法达到的。

（2）电压波动检测元件。

（3）直流电瓶移位元件。

（4）均压元件。

（5）荧光启动元件

5、变频器维修入门--保护用压敏电阻的基本性能

（1）保护特性，当冲击源的冲击强（或冲击电流Isp=Usp/Zs)不超过规定值时，压敏电阻的限制电压不允许超过被保护对象所能承受的冲击耐电压（Urp）。

（2）耐冲击特性，即压敏电阻本身应能承受规定的冲击电流，冲击能量，以及多次冲击相继出现时的平均功率。

（3）寿命特性有两项，一是连续工作电压寿命，即压敏电阻在规定环境温度和系统电压条件应能可靠地工作规定的时间（小时数）。二是冲击寿命，即能可靠地承受规定的冲击的次数。

（4）压敏电阻介入系统后，除了起到"安全阀"的保护作用外，还会带入一些附加影响，这就是所谓"二次效应"，它不应降低系统的正常工作性能。这时要考虑的因素主要有三项，一是压敏电阻本身的电容量（几十到几万PF），二是在系统电压下的漏电流，三是压敏电阻的非线性电流通过源阻抗的耦合对其他电路的影响。

七、变频器维修入门--发光二极管的好坏测试

测试发光二极管的好坏，可以按照测试普通硅二极管正反向电阻的方法测试。指钟式万用表拨在R*100或R*1K档，用黑表笔接发光二极管正极，红表笔接负极，测得正向电阻应在20=40K；用黑表笔接发光二极管负极，红表笔接正极，测得反向电阻应大于500K以上。用数字式万用表拨在二极管档，黑表笔接发光二极管正极，红表笔接负极，阻值为无穷大。黑表笔接发光二极管负极，红表笔接正极，发光二极管会有微亮，表示正常。测式方法如图

变频器维修入门--电路分析图

对于变频器修理，仅了解以上基本电路还远远不够的，还须深刻了解以下主要电路。主回路主要由整流电路、限流电路、滤波电路、制动电路、逆变电路和检测取样电路部分组成。图2.1是它的结构图。

1）驱动电路

驱动电路是将主控电路中CPU产生的六个PWM信号，经光电隔离和放大后，作为逆变电路的换流器件（逆变模块）提供驱动信号。

对驱动电路的各种要求，因换流器件的不同而异。同时，一些开发商开发了许多适宜各种换流器件的专用驱动模块。有些品牌、型号的变频器直接采用专用驱动模块。但是，大部分的变频器采用驱动电路。从修理的角度考虑，这里介绍较典型的驱动电路。图2.2是较常见的驱动电路（驱动电路电源见图2.3）。（信息来源：

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）

驱动电路由隔离放大电路、驱动放大电路和驱动电路电源组成。三个上桥臂驱动电路是三个独立驱动电源电路，三个下桥臂驱动电路是一个公共的驱动电源电路。

2）保护电路

当变频器出现异常时，为了使变频器因异常造成的损失减少到最小，甚至减少到零。每个品牌的变频器都很重视保护功能，都设法增加保护功能，提高保护功能的有效性。

在变频器保护功能的领域，厂商可谓使尽解数，作好文章。这样，也就形成了变频器保护电路的多样性和复杂性。有常规的检测保护电路，软件综合保护功能。有些变频器的驱动电路模块、智能功率模块、整流逆变组合模块等，内部都具有保护功能。

图2.4所示的电路是较典型的过流检测保护电路。由电流取样、信号隔离放大、信号放大输出三部分组成。

3）开关电源电路

开关电源电路向操作面板、主控板、驱动电路及风机等电路提供低压电源。图2.5富士G11型开关电源电路组成的结构图。

直流高压P端加到高频脉冲变压器初级端，开关调整管串接脉冲变压器另一个初级端后，再接到直流高压N端。开关管周期性地导通、截止，使初级直流电压换成矩形波。由脉冲变压器耦合到次级，再经整流滤波后，获得相应的直流输出电压。它又对输出电压取样比较，去控制脉冲调宽电路，以改变脉冲宽度的方式，使输出电压稳定。

4）主控板上通信电路

当变频器由可编程（

PLC

）或上位计算机、

人机界面

等进行控制时，必须通过通信接口相互传递信号。图2.6是LG变频器的通讯接口电路。

频器通信时，通常采用两线制的RS485接口。

西门子变频器

也是一样。两线分别用于传递和接收信号。变频器在接收到信号后传递信号之前，这两种信号都经过缓冲器A1701、75176B等

集成电路

，以保证良好的通信效果。

所以，变频器主控板上的通信接口电路主要是指这部分电路，还有信号的抗干扰电路。

5）外部控制电路

变频器外部控制电路主要是指频率设定电压输入，频率设定电流输入、正转、反转、点动及停止运行控制，多档转速控制。频率设定电压（电流）输入信号通过变频器内的A/D转换电路进入CPU。其他一些控制通过变频器内输入电路的光耦隔离传递到CPU中。

在下面文章中,上传了有关变频器的维修知识供大家分享!

根据大家对我的提议以及对我的支持，现在将一些变频器最基本，基础的知识贡献给大家。

变频器开关电源电路

变频器开关电源主要包括输入电网滤波器、输入整流滤波器、变换器、输出整流滤波器、控制电路、保护电路。开关电源电路如下图，是由UC3844组成的开关电路：

开关电源主要有以下特点:

1,体积小,重量轻:由于没有工频变频器，所以体积和重量吸有线性电源的20~30%

2，功耗小，效率高：功率晶体管工作在开关状态，所以晶体管的上功耗小，转化效率高，一般为60~70%，而线性电源只有30~40%

二极管限幅电路限幅器是一个具有非线性电压传输特性的运放电路。其特点是：当输入信号电压在某一范围时，电路处于线性放大状态，具有恒定的放大倍数，而超出此范围，进入非线性区，放大倍数接近于零或很低。在变频器电路设计中要求也是很高的，要做一个好的变频器维修技术员，了解它也相当重要。（信息来源：

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电气自动化

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1、 二极管并联限幅器

电路图

如下所示：

2、二极管串联限幅电路如下图所示：

变频器控制电路组成

如图1所示，控制电路由以下电路组成：频率、电压的运算电路、主电路的电压、电流检测电路、电动机的速度检测电路、将运算电路的控制信号进行放大的驱动电路，以及逆变器和电动机的保护电路。

在图 1点划线内，无速度检测电路为开环控制。在控制电路增加了速度检测电路，即增加速度指令，可以对异步电动机的速度进行控制更精确的闭环控制。

1)运算电路将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号进行比较运算，决定逆变器的输出电压、频率。

2)电压、电流检测电路

与主回路电位隔离检测电压、电流等。

3)驱动电路

为驱动主电路器件的电路，它与控制电路隔离使主电路器件导通、关断。

4)I/0输入输出电路

为了变频器更好人机交互，变频器具有多种输入信号的输入 (比如运行、多段速度运行等)信号，还有各种内部参数的输出“比如电流、频率、保护动作驱动等)信号。

5)速度检测电路

以装在异步电动轴机上的速度检测器 (TG、PLG等)的信号为速度信号，送入运算回路，根据指令和运算可使电动机按指令速度运转。

6)保护电路

检测主电路的电压、电流等，当发生过载或过电压等异常时，为了防止逆变器和异步电动机损坏，使逆变器停止工作或抑制电压、电流值。

逆变器控制电路中的保护电路，可分为逆变器保护和异步电动机保护两种，保护功能如下

变频器驱动电路的HCPL-316J特性

HCPL-316J是由Agilent公司生产的一种IGBT门极驱动光耦合器，其内部集成集电极发射极电压欠饱和检测电路及故障状态反馈电路，为驱动电路的可靠工作提供了保障。其特性为：兼容CMOS/TYL电平；光隔离，故障状态反馈；开关时间最大500ns；“软”IGBT关断；欠饱和检测及欠压锁定保护；过流保护功能；宽工作电压范围(15～30V)；用户可配置自动复位、自动关闭。

DSP

与该耦合器结合实现IGBT的驱动，使得IGBT VCE欠饱和检测结构紧凑，低成本且易于实现，同时满足了宽范围的安全与调节需要。

HCPL-316J保护功能的实现

HCPL-316J内置丰富的IGBT检测及保护功能，使驱动电路设计起来更加方便，安全可靠。其中下面详述欠压锁定保护(UVLO) 和过流保护两种保护功能的工作原理：

(1)IGBT欠压锁定保护(UVLO)功能

在刚刚上电的过程中，芯片供电电压由0V逐渐上升到最大值。如果此时芯片有输出会造成IGBT门极电压过低，那么它会工作在线性放大区。HCPL316J芯片的欠压锁定保护的功能(UVLO)可以解决此问题。当VCC与VE之间的电压值小于12V时，输出低电平，以防止IGBT工作在线性工作区造成发热过多进而烧毁。示意图详见图1中含UVLO部分。

图1 HCPL-316J内部原理图

(2)IGBT过流保护功能

HCPL-316J具有对IGBT的过流保护功能，它通过检测IGBT的导通压降来实施保护动作。同样从图上可以看出，在其内部有固定的7V电平，在检测电路工作时，它将检测到的IGBT C～E极两端的压降与内置的7V电平比较，当超过7V时，HCPL-316J芯片输出低电平关断IGBT，同时，一个错误检测信号通过片内光耦反馈给输入侧，以便于采取相应的解决措施。在IGBT关断时，其C～E极两端的电压必定是超过7V的，但此时，过流检测电路失效，HCPL-316J芯片不会报故障信号。实际上，由于二极管的管压降，在IGBT的C～E 极间电压不到7V时芯片就采取保护动作。

整个电路板的作用相当于一个光耦隔离放大电路。它的核心部分是芯片HCPL-316J，其中由控制器(DSP-TMS320F2812)产生XPWM1及XCLEAR*信号输出给HCPL-316J，同时HCPL-316J产生的IGBT故障信号FAULT*给控制器。同时在芯片的输出端接了由NPN和PNP组成的推挽式输出电路,目的是为了提高输出电流能力，匹配IGBT驱动要求。

当HCPL-316J输出端VOUT输出为高电平时，推挽电路上管(T1)导通，下管(T2)截止， 三端稳压块LM7915输出端加在IGBT门极(VG1)上，IGBT VCE为15V，IGBT导通。当HCPL-316J输出端VOUT输出为低电平时，上管(T1)截止，下管(T1)导通，VCE为-9V，IGBT关断。以上就是IGBT的开通关断过程。

变频-工频切换技术经验

变频-工频切换时炸机

变频-工频切换时，出现变频炸机，出现空开跳闸，由此出现了各种解释，使变频-工频切换成为一个是忽难以逾越的门槛。例如，有人说“必须保证变频器输出的相序和工频相序一致，这样才有可能切入”等等。如果变频器输出的相序和工频真的相序一致时，变频-工频切换时变频照样炸机、空开照样跳闸。显然原因绝不是因为什么相序、相位等。

我告诉你一个简单的方法，你用电压表测量变频器输出端与工频相线间的电压，不管你怎么调整变频器输出的相序、相位或其它，测量结果都是工频380v线电压。

变频器输出端与工频相线间的电压是工频380v线电压，你能直接进行变频-工频切换吗？直接切换能不炸机、跳闸吗？

所以变频-工频切换的技术秘诀就是变频器的输出端与工频不能短接，只要保证变频器的输出端与工频不会短接，那你的方法一定能保证切换成功。

怎么保证变频器的输出端与工频不短接呢？

方法很简单，你用一个接触器1断开变频器输出与电动机的连接，再用一个接触器2接通工频与电动机，用接触器1的常闭触点去接通接触器2的电磁线圈，即接触器1和接触器2一定要互锁。这样就保证了变频器的输出端与工频不可能短接，你的切换就再也不会炸机、跳闸了。

操作注意事项:

1、要切换工频的电机，停车方式设定为自由停车，切忌不能软停车；

2、从变频器输出端切断电机的接触器，其控制停止按钮与变频器停车按钮为同一复合按钮，即按停车时，变频器停车随之接触器线圈断电切断电机与变频器的连接；

3、从变频器输出端切断电机的接触器，其控制启动按钮与变频器启动按钮联锁，即启动接触器接通电机后，变频方可启动；

4、电动机接入工频的接触器，其线圈控制回路由变频器输出端切断电机的接触器的常闭触点控制，保证变频器输出端切断电机后接入工频；

5、如果切换过程迅速准确，即电机脱离电源惯性运行的时间越短，转速下降越少，越不存在“冲击”，既电机在额定电流下切换；

6、这里要注意电动机接入工频的相序要保证电机切换后转向一致！

“切换400kw的电机，高压侧都跳闸”

1、看来大家对大功率电机切换工频存在疑虑；

2、这里担心电机惯性运动期间发电，大可不必，但是什么原因造成跳闸？

3、有两个问题值得考虑，一个是大电机脱离电源后，绕组由于分布电容还存在静电电压，切换时出现操作过电压；

4、另一个就是，电机还没有完全脱离变频器（例如电弧还没有熄灭），工频过早完成切换，形成工频短路；

5、解决的办法是，首先让变频自由停车，电机再脱离变频器，然后再切换到工频，就可以排出以上原因造成的切换跳闸；

6、一定要控制好时间差！！！

变频与工频的切换，用PLC控制切换过程时，切换的秘诀是变频自由停车到切除电机要有0.1秒的延时，由电机从变频切除到工频接通要有0.2－－0.4秒的延时，整个过程最多0.5秒完成；

1、当电机由电网供电切换到由变频器供电时，如果变频器的输出频率在电机内产生的旋转磁场的转速，即同步转速等于电机转子转速，变频器的切换电流为零，没有任何冲击；

2、当电机由电网供电切换到由变频器供电时，如果变频器的输出频率在电机内产生的旋转磁场的转速，即同步转速小于电机转子转速，变频器切换后便进入电机制动状态，造成直流部电压升高，如果不启动制动电阻，会产生过压保护；

3、当电机由电网供电切换到由变频器供电时，如果变频器的输出频率在电机内产生的旋转磁场的转速，即同步转速大于电机转子转速，变频器切换后电机便进入转差率为s的电动运行状态，切换电流与转差率s有关，s越大切换电流越大；

4、所以当电机由电网供电切换到由变频器供电时，变频器要检测电机的转速，自动调整输出频率，以达到平稳切换：

5、说“变频器的输出电压与电动机的反电势成180°相位差时”，是一个错误的解释，因为此时电机内只有弱小的剩磁电势，而且在切换后，就立刻被变频电压所平衡；