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一、變頻器工作原理及技術(shù)規(guī)范
1、變頻器原理介紹
變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。低壓變頻器主要采用交—直—交方式，先把工頻交流電源通過整流器轉(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機。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、直流儲能和緩沖無功功率。通過變頻器可以自由調(diào)節(jié)電機的速度。如圖1為變頻器內(nèi)的控制電路框圖。  圖1 變頻器內(nèi)的控制電路框圖
2、變頻器技術(shù)規(guī)范
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控制 |
控制方法 |
空間電壓矢量控制方式 |
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頻率設(shè)定分辯率 |
數(shù)字 : 0.01 Hz (100 Hz以下), 0.1 Hz ( 100 Hz以上)
模擬 : 0.05 Hz / 50 Hz, 輸出頻率范圍:0 – 300 Hz |
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頻率精度 |
數(shù)字 : 最大輸出頻率的0.01 %
模擬 : 最大輸出頻率的0.1 % |
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V/F 比率 |
線性, 平方根, 任意 V/F |
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過載能力 |
額定電流150 % -1 分鐘, 額定電流200% - 0.5 秒。(特性與時間成反比) |
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轉(zhuǎn)矩補償 |
手動轉(zhuǎn)矩補償 (0 - 20 %), 自動轉(zhuǎn)矩補償 |
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運行 |
輸入信號 |
運行方式 |
鍵盤/ 端子 /RS485 通訊 |
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頻率設(shè)定 |
模擬 : 0 - 10V / 4 - 20 mA /, 子板的另外端口(0 - 10V/4 - 20 mA)
數(shù)字 : 鍵盤/RS485 通訊 |
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啟動信號 |
正轉(zhuǎn),反轉(zhuǎn) |
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多段速度 |
至多可以設(shè)定8個速度 (使用多功能端子) |
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加減速時間 |
0-6000秒，加減速時間可切換
加減速方式:線性, S型 |
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緊急停止 |
中斷變頻器的輸出 |
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寸動 |
慢速運行 |
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自動運行 |
通過設(shè)定的參數(shù)自動運行(7段速度) |
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故障復(fù)位 |
當保護功能處于有效狀態(tài)時，可以自動復(fù)位故障狀態(tài)。 |
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輸出信號 |
運行狀態(tài) |
頻率檢測等級，過載報警，過電壓，欠電壓，變頻器過熱， 運行，停止，恒速，自動程序運行 |
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故障輸出 |
觸點輸出 – 交流250V 1A, 直流30V 1A |
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模擬輸出 |
從輸出頻率，輸出電流，輸出電壓，直流電壓中選擇
(輸出電壓: 0 - 10V) |
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運行功能 |
直流制動，頻率限制，跳頻，滑差補償，反轉(zhuǎn)保護，PID 控制等 |
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保護功能 |
變頻器保護 |
過電壓，欠電壓， 過電流， 保險絲斷，接地故障， 變頻器過熱， 電機過熱， 缺相，過載保護，外部故障1,2， 通訊錯誤，速度指令丟失， 硬件故障， 選件錯誤等。 |
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變頻器報警 |
堵轉(zhuǎn)防護，過載報警， 溫度傳感器故障。 |
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瞬間掉電 |
小于15 毫秒：連續(xù)運行
大于15 毫秒：允許自動重新啟動 |
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顯示 |
鍵盤 |
運行信息 |
輸出頻率，輸出電流，輸出電壓，設(shè)定頻率，運行速度，直流電壓 |
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錯誤信息 |
當故障保護時的運行狀態(tài)， 保存有3個故障歷史信息。 |
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環(huán)境 |
環(huán)境溫度 |
-10 ℃ ～ 40 ℃ |
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儲存溫度 |
-20 ℃ ～ 65 ℃ |
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環(huán)境濕度 |
最大90 % RH .(不結(jié)露) |
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高度/振動 |
1,000 m 以下，5.9m/秒²(=0.6g)以下 |
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應(yīng)用地點 |
無腐蝕氣體、易燃氣體、油霧或粉塵及其它 |
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冷卻方式 |
強制風冷 |
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二、節(jié)能分析
變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理是根據(jù)電機轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系： n =60 f（1-s）／p，（式中n、f、s、p分別表示轉(zhuǎn)速、輸入頻率、電機轉(zhuǎn)差率、電機磁極對數(shù)）；通過改變電動機工作電源頻率達到改變電機轉(zhuǎn)速的目的。通過流體力學的基本定律可知：風機、泵類設(shè)備均屬平方轉(zhuǎn)矩負載，其轉(zhuǎn)速n與流量Q，壓力H以及軸功率P具有如下關(guān)系：Q∝n ，H∝n2，P∝n3；即，流量與轉(zhuǎn)速成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。如下圖示為壓力H-流量Q曲線特性圖:風機、泵類在管路特性曲線R1工作時，工況點為A，其流量壓力分別為Q1、H1，此時風機、泵類所需的功率正比于H1與Q1的乘積，即正比于AH1OQ1的面積。由于工藝要求需減小流量到Q2，實際上通過增加管網(wǎng)管阻，使風機、泵類的工作點移到R2上的B點，壓力增大到H2，這時風機、泵類所需的功率正比于H2與Q2的乘積，即正比于BH2OQ2的面積。顯然風機、泵
類所需的功率增大了。這種調(diào)節(jié)方式控制雖然簡單、但功率消耗大，不利于節(jié)能，是以高運行成本換取簡單控制方式。  n1-代表電機在額定轉(zhuǎn)速運行時的特性；
n2-代表電機降速運行在n2轉(zhuǎn)速時的特性；
R1-代表風機、泵類管路阻力最小時的阻力特性；
R2-代表風機、泵類管路阻力增大到某一數(shù)組時的阻力特性。
若采用變頻調(diào)速，風機轉(zhuǎn)速由n1下降到n2，這時工作點由A點移到C點，流量仍是Q2，壓力由H1降到H3，這時變頻調(diào)速后風機所需的功率正比于H3與Q2的乘積，即正比于CH3OQ2的面積，由圖可見功率的減少是明顯的。對于風機、泵類設(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行計算：若采用變頻調(diào)速，風機轉(zhuǎn)速由n1下降到n2，這時工作點由A點移到C點，流量仍是Q2，壓力由H1降到H3，這時變頻調(diào)速后風機所需的功率正比于H3與Q2的乘積，即正比于CH3OQ2的面積，由圖可見功率的減少是明顯的。
節(jié)能效果計算
尾礦循環(huán)水泵110KW，額定電流199A，實際運行電流160A。 對于風機、泵類設(shè)備采用變頻調(diào)速后的節(jié)能效果，根據(jù)風機平方轉(zhuǎn)矩負載關(guān)系式：P / P0=（n / n0）3計算，變頻控制在46HZ，則節(jié)電率1-（46 / 50）3=22.1%。
三、改造前設(shè)備工況
（1）電氣控制直接起動，啟動時電流對電網(wǎng)沖擊大，需要的電源（電網(wǎng)）容量大，功率因素較低；（2）起動時機械沖擊大,設(shè)備使用壽命低；（3）電氣保護特性差，當負載出現(xiàn)機械故障時不能瞬間動作保護設(shè)備等。采用變頻器可實現(xiàn)大的電動機的軟停、軟起，避免了啟動時的電壓沖擊，減少電動機故障率，延長使用壽命，同時也降低了對電網(wǎng)的容量要求和無功損耗。
四、變頻改造方案
變頻柜具有工/變頻切換功能，電機由相應(yīng)變頻器驅(qū)動，在變頻器出現(xiàn)故障時可選擇工頻啟動，以保證生產(chǎn)的連續(xù)性。變頻器采用恒壓控制，保持供水管道的壓力恒定。變頻柜控制電氣圖如下： 
五、總結(jié)
實踐證明，變頻改造具有顯著的節(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，并且還大大減少了設(shè)備維護、維修費用，另外當采用變頻調(diào)速時，由于變頻裝置內(nèi)的直流電抗器能很好的改善功率因數(shù)，也可以為電網(wǎng)節(jié)約容量。直接和間接經(jīng)濟效益十分明顯。
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