1、变频调速技术的应用变频调速技术的应用1、变频器的基本常识2、变频器调速节电原理3、高压变频器在我公司的应用4、变频器运行、维护注意事项5、其它有效节电措施1、变频器的基本常识、变频器的基本常识 1.1 什么是变频器什么是变频器 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。可分为交交变频器、交直交变频器。交交变频器交交变频器可直接把交流电变成频率和电压都可变的交流电；交交直直交变频器交变频器则是先把交流电经整流器先整流成直流电，再经过逆变器把直流电变成频率和电压都可变的交流电。1变频器的基本常识 变频器是由主回路主回路和控制回路控制回路两大部分组成的。主回路由整流
2、器、滤波器和逆变器三个主要部分组成。控制回路则由单片机、驱动电路和光电隔离电路组成。1.2 变频器的组成变频器的组成 1变频器的基本常识 整流器整流器逆变器逆变器电动机直流环节直流环节滤波器滤波器控制电路ACDCAC 变频技术是应交流电机无级调速的需要而诞生的。随着电力电子器件电力电子器件【从SCR(晶闸管)发展到今天的IGBT(绝缘栅双极型晶体管)】、电力变电力变换技术换技术的不断发展和脉宽调制变压变频调速理论脉宽调制变压变频调速理论(PWMVVVF)的成熟，从20世纪80年代后半期开始，美、日、德等发达国家的变频器已开始投入市场。1.3 变频技术的发展过程变频技术的发展过程1变频器的基本常
3、识 变频器控制系统发展经历三个阶段变频器控制系统发展经历三个阶段：第一阶段：八十年代初根据日本学者提出的电压空间矢量理论研制的变频器，典型机种如1989年前后进入中国的FUJI（富士）G5、G7系列等。第二阶段：根据德国人提出的矢量控制理论研制的变频器，如西门子开发了6SE70通用型系列。第三阶段：根据直接转矩控制理论（Direct Torque Control简称DTC）研制的变频器，主要代表ABB公司的ACS400、ACS600系列。1.3 变频技术的发展过程变频技术的发展过程1变频器的基本常识 当前，电机是我国主要的工业耗电设备，据统计，我国电机的总装机容量超过4亿千瓦，年耗电量达到60
4、00亿千瓦时以上，约占工业耗电量的80%。在发达国家，变频器在电机投用的普及率已达到80%，而我国普及率不到30%。从应用领域来说已覆盖风机、水泵、注塑机、空压机、空调、纺织机等各种交流电机设备。我公司从九十年代中期开始推广低压变频器，目前几乎所有的运行中的低压电机拖动的输油泵目前几乎所有的运行中的低压电机拖动的输油泵等都配备变频器。等都配备变频器。1.4 变频器市场容量变频器市场容量1变频器的基本常识 1.5 变频调速的原理变频调速的原理三相异步电动机转速为：n =n0(1-s)其中：n0=60 f/p，为同步转速因此 n =60 f(1-s)/p1变频器的基本常识 1.5 变频调速的原理变
5、频调速的原理1变频器的基本常识 改变电机的极对数(p)改变电机的转差率(s)转子串电阻调速 转子串级调速改变电机供电频率(f)，即变频调速n =60 f(1-s)/p1.5 变频调速的原理变频调速的原理1变频器的基本常识 根据三相异步电动机公式：E=4.44 f1 K N f1 -电机频率。N-每相绕组匝数 -电机气隙磁通 K-与绕组有关的常数=E/(4.44KNf1)=K(E/f1)K(U/f1)V V V F控制Uff0un恒转矩恒功率 变频调速主要有如下一些优点：1、调速范围宽，可使异步电动机0-100%无级调速(加减速时间可调）；2、启动电流小，而启动转矩大；3、启动平滑，消除机械的冲
6、击力，保护机械设备；4、对电机具有保护功能，降低电机的维修费用；5、在合适条件下具有显著的节电效果。1.6 变频调速的优点变频调速的优点1变频器的基本常识 1.7 常用低压变频器功能简介常用低压变频器功能简介1变频器的基本常识 过流保护 过压保护 欠压保护 过热保护 输出接地保护 输出短路保护 输入缺相保护(3)I/O 端子短路保护 电机过载保护 输出过载保护 堵转保护 欠载保护完善的保护特性（自身保护和负载保护）：完善的保护特性（自身保护和负载保护）：1.7 常用低压变频器功能简介常用低压变频器功能简介1变频器的基本常识 基本接线：动力接线控制接线 1.7 常用低压变频器功能简介常用低压变频
7、器功能简介1变频器的基本常识 报警和故障：F1 OVERCURRENTF3 OVERTEMP 变频器虽为静止装置，但也有像滤波电容器、冷却风扇那样的消耗器件，如果对它们进行定期的维护、更新，可以有10年以上年以上的寿命。1.8 变频器的寿命变频器的寿命1变频器的基本常识 2、变频器调速节电原理、变频器调速节电原理变频器是节电产品，但变频器本身不节电，变频器是节电产品，但变频器本身不节电，相反，它本身也耗电，它的作用是改变电机相反，它本身也耗电，它的作用是改变电机的转速；的转速；变频器节电的效果完全取决于变频器节电的效果完全取决于电机负载电机负载的的工况条件有调节转速节电的需要。工况条件有调节转
8、速节电的需要。两点说明：两点说明：2.1 离心泵的特性离心泵的特性管路特性曲线R离心泵特性曲线H-QHQ2、变频器调速节电原理0管路特性曲线管路特性曲线 RR管路特性曲线管路特性曲线 R R 离心泵离心泵H-QH-Q曲线曲线减量操作（减量操作（Q1Q2）：）：出口出口阀门调节阀门调节时泵工作点的变化：时泵工作点的变化：2、变频器调速节电原理0管路特性曲线管路特性曲线 R R离心泵H-Q曲线n2n1减量操作（减量操作（Q1Q2）：）：调速调节调速调节时泵工作点的变化：时泵工作点的变化：2、变频器调速节电原理0阀门、速度调节能耗比较阀门、速度调节能耗比较管路特性曲线管路特性曲线 R R管路特性曲线
9、管路特性曲线 R RbacH Hbn1n2离心泵H-Q曲线2、变频器调速节电原理0 根据离心泵轴功率公式：根据离心泵轴功率公式：P=k Q H/式中:P泵工况点的轴功率，kW Q工况点的流量，m3/s H工况点的扬程，m 介质密度 kg/m3 工况点的泵效率，得出泵运行在b、c点的轴功率和损耗功率P:P=Pb -Pc kQ2(Hb-Hc)/2、变频器调速节电原理2.2 容积式泵的特性容积式泵的特性H容积泵特性曲线H-Q管路特性曲线RQn1n22、变频器调速节电原理3.1 必要性必要性 长距离管道的输油、输气主要采用功率较大的输油泵和天然气压缩机。拖动这些油泵及压缩机的原动力就是高压电动机。公司
10、现有27台6kV高压电动机，单机功率都在450kW以上，这些大中型转动设备用电量曾占公司总用电量的80以上，目前是60%左右。3、高压变频器在我公司的应用、高压变频器在我公司的应用 多数情况下，随着采油厂原油产量、油品参数、管道状况、用户需求量等多种因素的变化，输油量计划要经常进行调整，各泵站工艺参数（压力、流量、温度等）也要随着变化。目前，我们所采用的是输油泵并联输送方式，在长输管线泵站设计选取输油泵参数时，要考虑在极端情况、越站输送等多种特殊环境下的管道输送安全和输油泵的输送能力，输油输油泵参数泵参数(额定扬程、流量）选取往往偏大额定扬程、流量）选取往往偏大，有时与多数时间内实际运行参数相
11、差很大。（）3.1 必要性必要性3、高压变频器在我公司的应用 在恒转速电机拖动下，传统的离心式输油泵只能调节出口阀门，通过改变管路特性来调节泵的外输流量和压力。一方面，由于阀门的严重节流（或回流）作用，会增大系统的无用做功；另一方面，工况的改变经常使输油泵工作点偏离高效区，降低泵的运行效率。两种情况都会浪费大量的电能 3.1 必要性必要性3、高压变频器在我公司的应用 结论3.1 必要性必要性 输油泵调速3、高压变频器在我公司的应用 困难：3.2 调速的手段调速的手段高电压大功率3、高压变频器在我公司的应用调速技术：高压变频器；高压内反馈串级调速电机；液力耦合；3.2 调速的手段调速的手段3、高
12、压变频器在我公司的应用3.3 调速的尝试调速的尝试 19991999年，坨子里年，坨子里泵站安装了泵站安装了一台一台680KW内反馈高压内反馈高压串级调速装置，在我串级调速装置，在我公司公司首次实现了高压首次实现了高压电动机的无级调速电动机的无级调速。在此基础上，在此基础上，20002000年，年，又在高力房泵站又在高力房泵站4#4#输输油泵上投运一台。油泵上投运一台。3、高压变频器在我公司的应用3.3 调速的尝试调速的尝试3、高压变频器在我公司的应用3.3 调速的尝试调速的尝试 设备投入半年即通过节电收回投资；公司输油泵节电潜力巨大，节电效益可观。尝试的最大收获：信心和决心信心和决心结论：3
13、、高压变频器在我公司的应用3.4.1 什么是高压变频器？什么是高压变频器？一般输出3KV13.8KV电压的变频器称为高压变频器。国外称为中压变频器,国内称为高压,主要是与低压变频器相对而言的.3.4 高压变频器简介高压变频器简介3、高压变频器在我公司的应用 调速节电（有条件）调速节电（有条件）软启动节电 提高电网功率因数节电 减少机械设备的维护费用、延长使用寿命3.4.2 采用高压变频器的好处采用高压变频器的好处3、高压变频器在我公司的应用 按输出电压方式 高高型：变频器输出没有升压变压器 高低高型：低压变频器，有降、升压过程 按中间环节类型 电压源：中间直流环节为电容 电流源：中间直流环节为
14、电感 按逆变器电路结构型式 三电平(中心点钳位)GTO/SGCT电流源型逆变器 功率单元电压串联结构3.4.3 常用高压变频器分类常用高压变频器分类3、高压变频器在我公司的应用西门子罗宾康完美无谐波高压变频器：1995年第一台基于IGBT、无输出变压器的6.6kV变频器问世；2000年与我公司签署第一台购买合同；2001年实现全球销售1000台；每年以500台以上速度销售，目前市场占有率领先。3.4.4 我公司使用的高压变频器我公司使用的高压变频器3、高压变频器在我公司的应用西门子罗宾康高压变频器实现原理西门子罗宾康高压变频器实现原理3、高压变频器在我公司的应用西门子罗宾康高压变频器组成结构西
15、门子罗宾康高压变频器组成结构输入变压器控制系统功率单元3、高压变频器在我公司的应用高压变频器系统图高压变频器系统图3、高压变频器在我公司的应用3.5 高压变频器推广过程高压变频器推广过程序号序号安装地点安装地点设备设备时间时间 容量容量生产厂家生产厂家1 1曙光泵站曙光泵站1 1泵泵2001.52001.5850850西门子罗宾康西门子罗宾康 2 2凌海泵站凌海泵站4 4泵泵2001.112001.11850850西门子西门子MVMV系列系列3 3坨子里坨子里3 3泵泵2002.42002.410001000西门子罗宾康西门子罗宾康 4 4曙光泵站曙光泵站4 4泵泵2004.92004.985
16、0850西门子罗宾康西门子罗宾康 5 5轻烃压缩轻烃压缩4 4压缩机压缩机2009.62009.6730730西门子罗宾康西门子罗宾康 3、高压变频器在我公司的应用曙光曙光1泵变频器泵变频器（850kW）曙光曙光4泵变频器泵变频器（850kW）3、高压变频器在我公司的应用坨子里坨子里3泵变频器泵变频器（1000kW）凌海凌海4泵变频器泵变频器(850kW)3、高压变频器在我公司的应用松山泵站松山泵站690V变频调速系统示意图变频调速系统示意图6KV6KV开关柜开关柜6/0.69KV6/0.69KV变压器变压器输油泵输油泵450KW/690V450KW/690V变频电机变频电机690V690V变
17、频装置变频装置3.6 另一种模式另一种模式690V变频系统变频系统3、高压变频器在我公司的应用690V变频器690V变频电机6300V/690V变压器实施效果：2002年9月投产后，平均每日可节电3900kWh，单机节电率32%，取得理想的成果。3、高压变频器在我公司的应用优点：1、具有变频调速所有优势；2、相对400V系统，运行电流小，适用更大容量；3、相对6KV“高高”变频设备，降低投资三分之一以上，性价比高。不足：1、适用功率较小设备；2、通用性差；690V变频器系统特点：变频器系统特点：3、高压变频器在我公司的应用高压串级调速高高变频调速高低变频调速高精度，高可靠性，高效率，可满足大容
18、量需要投资规模大高精度，高可靠性，高效率，投资规模较小用于中小容量，通用性差调速范围窄，可靠性稍差投资小，电气调速，效率较高，回收快大功率输油泵的调速方式3.7 几种调速方式对比几种调速方式对比3、高压变频器在我公司的应用 在高压变频器拖动离心式输油泵和螺杆泵试运行两个项目分别取得成功的基础上，开始探索和实践运用高压变频器拖动螺杆泵运行的设想，这样既可以充分利用螺杆泵高效率、适用粘度范围广的特性，又可以发挥变频器调速避免螺杆泵回流调节、控制调整方便的长处，达到提高系统效率、操作平稳安全可靠的目标。3.8 高压变频器与螺杆泵的结合高压变频器与螺杆泵的结合3、高压变频器在我公司的应用 在2005年
19、高力房输油泵站高压变频器拖动螺杆泵输油试验成功的基础上，2007年又在曙光泵站等单位推广这一输油设备组合方案，都见到良好节电效果。以曙光泵站4输油泵为例，在拖动电机(680kW)不变情况下，把原有离心式输油泵更换为螺杆泵，同样采用高压变频器调速拖动，在相当工况下，用电单耗下降（泵效提高）13.76，节电效果进一步显现。3.8 高压变频器与螺杆泵的结合高压变频器与螺杆泵的结合3、高压变频器在我公司的应用1.4411.3081.5671.4861.5191.4961.3171.2691.2871.2951.01.11.21.31.41.51.64月5月6月7月8月日期用电单耗(kWh/t)2007
20、年单耗(离心泵)2008年单耗(螺杆泵)曙光泵站曙光泵站4变频器拖动离心泵变频器拖动离心泵和螺杆泵调速前后的单耗变化和螺杆泵调速前后的单耗变化3、高压变频器在我公司的应用 近十年来，从传统的离心式输油泵恒定转速运行到离心泵调速、螺杆泵的使用，发展到目前采用高压变频器拖动螺杆泵，每发展一步输油效率都得到了提升，节电效果不断显现。通过重点推广应用高压变频调速技术及螺杆泵，在公司总体生产任务基本稳定的情况下，年用电量从2000年的79007900万万kWh下降到2007年的45404540万万kWh，七年内用电量减少42.542.5，用电单耗下降36.536.5。新技术、新设备的推广运用为企业节电降
21、本、健康可持续发展发挥了重要作用。3.9 调速的节电效果调速的节电效果3、高压变频器在我公司的应用近年来公司输油、用电情况近年来公司输油、用电情况3、高压变频器在我公司的应用4、变频器运行、维护注意事项、变频器运行、维护注意事项4.1 运行操作中的注意事项运行操作中的注意事项1、启泵前的检查、启泵前的检查 变频器控制电源在合位，风机运行正常，系统无报警；高压隔离柜刀闸位置正确；高压送电后变频器无异常（变压器）；就绪灯（READY）亮后即可启动。4、变频器运行、维护注意事项2、运行中的观察和注意事项、运行中的观察和注意事项 装置指示灯指示无异常；电压（速度）、功率、电流指示仪表正常；电机电流指示
22、含义；不宜长时间运行在30HZ以下；出现故障后应记录下故障情况，查明原因后 方可再次送电 报警、故障后要及时上报。4.1 运行操作中的注意事项运行操作中的注意事项4、变频器运行、维护注意事项 保持变频器市内温度在0-40之间；周围湿度保持在85%以下且不结露；保持市内清洁卫生，减少灰尘；定期清洁室内过滤窗及设备上过滤网；变频器风冷系统正常（A4纸检查）；设备无异味、异响等；不要随意操作变频器上元件（柜门连锁）。4.2 运行维护中注意事项运行维护中注意事项4、变频器运行、维护注意事项4.2 运行维护中注意事项运行维护中注意事项4、变频器运行、维护注意事项5、其它有效节电措施、其它有效节电措施 绿
23、色照明；路灯的控制：光控、时控、降压等；电伴热的投切；“躲峰用谷”用电方式的推广；绿色能源。5、其它有效节电措施、其它有效节电措施绿色照明绿色照明 产生相同照度光源功耗比较表光源 电磁感应 高压 低压 高压 白炽灯 金卤灯 无极灯 钠灯 钠灯 汞灯功率 85W 140W 103W 250W 500W 120W 5、其它有效节电措施、其它有效节电措施“躲峰用谷躲峰用谷”策略策略时间：时间：峰时段：7：30-11：30、17：00-21：00，合计8小时；谷时段：22：00-5：00，合计7小时；平时段：其它时间，合计9小时。目前电费标准：目前电费标准：峰时段：平时段的1.5倍，0.6693元/度；谷时段：平时段的0.5倍，0.2231元/度；平时段：0.4462元/度安全用电安全用电节约用电节约用电
