变频调速节能技术.ppt

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1、变频调速节能技术变频调速节能技术成都希望森兰变频器制造有限公司成都希望森兰变频器制造有限公司第一页，编辑于星期六：十九点 四十八分。第一部分第一部分 调速概念调速概念q概述概述q高效调速与低效调速高效调速与低效调速q调速的主要指标调速的主要指标q调速的意义调速的意义第一部分第一部分 调速概念调速概念第二页，编辑于星期六：十九点 四十八分。np 改变电机极对数，变极调速改变电机极对数，变极调速S改变电机转差率，调压调速，电磁调速，改变电机转差率，调压调速，电磁调速，绕线式电机转子串电阻调速绕线式电机转子串电阻调速f1 改变电机输入频率，变频调速改变电机输入频率，变频调速一一、概述、概述2.异步电

2、机调速公式：异步电机调速公式：转移电能并能改变频率的能量转换装置转移电能并能改变频率的能量转换装置。1.变频器定义：变频器定义：一一、概述、概述第三页，编辑于星期六：十九点 四十八分。二、高效调速与低效调速二、高效调速与低效调速在交流电机中，要使电机输出定转矩，作一定在交流电机中，要使电机输出定转矩，作一定的功，需要从定子侧通过旋转磁场输出一定功率到的功，需要从定子侧通过旋转磁场输出一定功率到转子侧，这个电磁功率为：转子侧，这个电磁功率为：p pm mTT上式说明：上式说明：p pm m与转矩和转磁场速度的乘积成正比，与转矩和转磁场速度的乘积成正比，在一定的转矩调速时，若在一定的转矩调速时，若

3、不变，那么从定子送到不变，那么从定子送到转子的功率是不变的，要使转速降低，通常增大转子的功率是不变的，要使转速降低，通常增大转子回路的电阻，使之产生损耗，即：转子回路的电阻，使之产生损耗，即：低效调速低效调速二、高效调速与低效调二、高效调速与低效调速速第四页，编辑于星期六：十九点 四十八分。P P2 2r r T TT(1-sT(1-s）p pm mspspm m SP SPm m转差功率，消耗在转子电阻上的功率，显然，转差功率，消耗在转子电阻上的功率，显然，改变改变S的调速是耗能调速的调速是耗能调速,称为低效调速称为低效调速.二、高效调速与低效调速二、高效调速与低效调速改变改变n np p

4、f f 是一种改变旋转磁场同步速度的是一种改变旋转磁场同步速度的 方法，是方法，是不耗能的调速不耗能的调速,因因S S未变，输出功率不增加，即未变，输出功率不增加，即 P P2 2r rT TT(1-s)T(1-s)P Pm m(1-S)(1-S)损耗未增加是高效调速的方法损耗未增加是高效调速的方法.高效调速高效调速第五页，编辑于星期六：十九点 四十八分。三、调速的主要指标三、调速的主要指标l一般一般V/f控制变频器控制变频器 D 10 1:10l矢量控制变频器矢量控制变频器 D 100 1:100l伺服器伺服器 1:1000 1:10000调速比：调速比：调速比调速比三、调速的主要指标三、调

5、速的主要指标第六页，编辑于星期六：十九点 四十八分。三、调速的主要指标三、调速的主要指标不同生产机械的调速比：不同生产机械的调速比：q车床车床 20 120(多挡齿轮变速多挡齿轮变速)q龙门刨龙门刨 10 40q铣床铣床 20 30q造纸机造纸机 10 20q轧钢机轧钢机 3 10调速比调速比第七页，编辑于星期六：十九点 四十八分。三、调速的主要指标三、调速的主要指标 n ned n n0 理想空载转速与加载到额定转速时速降理想空载转速与加载到额定转速时速降ned与与空载转速之比的百分数空载转速之比的百分数对大多数的调速方式来说，机械特性越硬，则对大多数的调速方式来说，机械特性越硬，则负载变化

6、时速度变化越小，工作越稳定负载变化时速度变化越小，工作越稳定低速纸机要求静态精度低速纸机要求静态精度0.50.5以内以内中高速纸机要求静态精度中高速纸机要求静态精度0.10.10.010.01100%静态精度：静态精度：静态调速精度静态调速精度第八页，编辑于星期六：十九点 四十八分。三、调速的主要指标三、调速的主要指标动态精度：当负载突然增减时，系统的转速动态精度：当负载突然增减时，系统的转速能快速恢复的时间能快速恢复的时间lV/控制数百控制数百msl矢量控制数十矢量控制数十msl直接转矩控制直接转矩控制10ms以内以内动态调速精度动态调速精度第九页，编辑于星期六：十九点 四十八分。三、调速的

7、主要指标三、调速的主要指标生产机械的调速级数由生产加工要求而定生产机械的调速级数由生产加工要求而定:l普通机床级普通机床级l龙门刨床接近无级龙门刨床接近无级l变频器为无级调速，平滑性好变频器为无级调速，平滑性好平滑性平滑性第十页，编辑于星期六：十九点 四十八分。三、调速的主要指标三、调速的主要指标q 投资回收投资回收率率经济性经济性q 故障率故障率,寿命寿命q 效率效率第十一页，编辑于星期六：十九点 四十八分。四、调速的意义四、调速的意义q生产工艺要求生产工艺要求四、调速的意义四、调速的意义q 提高功效提高功效q 节能节能第十二页，编辑于星期六：十九点 四十八分。第二部分第二部分 变频器调速节

8、能技术变频器调速节能技术 我国的能源利用的基本特点我国的能源利用的基本特点 变变频频调调速速节节能能技技术术是是电电动动机机运运行行的的最最佳佳节节能能技术技术 变频器节能应用实例变频器节能应用实例第二部分第二部分 变频器调速节能技术变频器调速节能技术第十三页，编辑于星期六：十九点 四十八分。一一概述：概述：中国经济在过去的中国经济在过去的20年得到了快速的发展，改革开放激活年得到了快速的发展，改革开放激活了国内市场经济，使中国经济持续了国内市场经济，使中国经济持续20年增长，从年增长，从1991年到年到2001年，中国年，中国GDP增长都在增长都在7以上，以上，10年时间中国经济规年时间中国

9、经济规模翻了模翻了2翻。翻。2001年，中国加入年，中国加入WTO，中国迅速融入全球经济，中国迅速融入全球经济体系，为中国经济增长带来了新的增长动力，体系，为中国经济增长带来了新的增长动力，2002年至年至2006年年GDP增长连年超过增长连年超过9，2007年第一季度甚至可能超过年第一季度甚至可能超过11%。中国经济规模的迅速增长开始暴露出许多问题：中国经济规模的迅速增长开始暴露出许多问题：GDPGDP增长增长主要依赖固定资产投资，而目前的投资方向侧重于重化工行业，主要依赖固定资产投资，而目前的投资方向侧重于重化工行业，投资效率低下；能耗和物耗太高，国内资源消耗太快；基础原投资效率低下；能耗

10、和物耗太高，国内资源消耗太快；基础原料依赖进口，而产品依赖于出口；环境状况恶化，环保投入不料依赖进口，而产品依赖于出口；环境状况恶化，环保投入不足。这些问题将会限制中国经济的足。这些问题将会限制中国经济的一一一一概述：概述：概述：概述：第十四页，编辑于星期六：十九点 四十八分。可持续可持续发展。发展。为为了了保保障障中中国国经经济济的的长长期期可可持持续续发发展展，中中国国的的“十十一一五五”计计划划提提出出来来一一个个重重要要目目标标，单单位位GDP能能耗耗降降低低20%，即即每每年年降降低低单单位位GDP能能耗耗4%。这这个个目目标标是是相相对对保保守守的的，在在2004年年，中中国国单单

11、位位GDP的的能能耗耗是是日日本本的的7倍倍、美美国国的的6倍倍，甚甚至至是是印印度度的的28倍倍，相相对对而而言言中中国国的的能能源源效效率率还还是是较较低低的的，有有很很大大的的上上升升空空间间。在在2006年年，中中国国扭扭转转了了单单位位GDP能能耗耗持持续续上上升升的的局局面面，下下降降1.2%，但是没有达到预期计划下降的，但是没有达到预期计划下降的4%目标。目标。能能耗耗过过高高的的原原因因:我我们们从从能能源源的的开开采采，传传输输、转转化化、运运用用以以及及新新能能源源的的使使用用的的各各个个环环节节来来研研究究中中国国能能源源使使用用状状况况，上上面面的的GDP单单 位位 能

12、能 耗耗 数数 据据 主主 要要 表表 明明 了了 能能 源源 传传 输输、第十五页，编辑于星期六：十九点 四十八分。转转化化运运用用效效率率，实实际际上上能能源源效效率率还还包包括括其其他他环环节节的的效效率率。产产业业结结构构中中重重化化工工偏偏高高是是造造成成中中国国单单位位GDP能能耗耗过过高高的的原原因因之之一一。2005年年中中国国第第一一产产业业、第第二二产产业业和和第第三三产产业业GDP贡贡献献率率分分别别为为12.6、47.5和和39.9，而而能能耗耗分分别别为为3.6、72.1和和24.3，万万元元GDP能能耗耗分分别别为为0.346、1.852、0.743吨吨标标准准煤煤

13、（数数据据来来源源：国国家家统统计计局局）。从从上上面面的的数数据据可可以以看看出出，第第二二产产业业的的能能耗耗明明显显高高于于其其他他行行业业，中中国国第第二二产产业业在在GDP中中还还占占47.5的的比比例例，而而美美国国和和日日本本第第二二产产业业占占GDP的的比比例例只只有有25和和30。按按照照目目前前的的能能源源使使用用效效率率计计算算，如如果果中中国国的的第第二二产产业业比比重重下下降降到到40，单单位位能能耗耗就就能能够够下下降降7，也就是说，以也就是说，以2005年的能源年的能源第十六页，编辑于星期六：十九点 四十八分。效效率率计计算算，第第二二产产业业的的比比重重每每下下

14、降降1个个百百分分点点，单单位位GDP能能。耗就可以下降耗就可以下降0.91%。中国一次能源结构也是中国单位中国一次能源结构也是中国单位GDP能耗上升的重要能耗上升的重要原因。原因。2005年中国的一次能源结构中煤炭所占的比重为年中国的一次能源结构中煤炭所占的比重为68.9，原油原油21、天然气、天然气2.9、水电、核电、风电、水电、核电、风电7.2，与之对，与之对应的是，美国这应的是，美国这4类能源的比重分别为类能源的比重分别为24、39、26、11。从能源转化效率来看，煤炭最低、电最高。按照目前的。从能源转化效率来看，煤炭最低、电最高。按照目前的能源使用效率，煤炭的比重每下降一个百分点，中

15、国的单位能源使用效率，煤炭的比重每下降一个百分点，中国的单位GDP能耗能减少能耗能减少0.82。能源转化效率低是中国能耗高的重要原因之一。能源转化效率低是中国能耗高的重要原因之一。20052005年年,中国电力工业全国平均供电煤耗为中国电力工业全国平均供电煤耗为374g/kWh,374g/kWh,生产厂用电率生产厂用电率为为5.95%,5.95%,电网综合线损率为电网综合线损率为7.18%,7.18%,与国外先进水平与国外先进水平第十七页，编辑于星期六：十九点 四十八分。相比差距甚大。如日本东京电力公司相比差距甚大。如日本东京电力公司19991999年的供电煤耗为年的供电煤耗为320 g/kW

16、h,320 g/kWh,厂用电率为厂用电率为4%4%；法国电力公司；法国电力公司19991999年的供电煤耗为年的供电煤耗为331.6 g/kWh,331.6 g/kWh,厂用电率为厂用电率为4.47%4.47%；德国巴伐利亚电力公司；德国巴伐利亚电力公司19991999年年的供电煤耗为的供电煤耗为332.1g/kWh,332.1g/kWh,厂用电率为厂用电率为5.42%5.42%（含脱硫装置用电）（含脱硫装置用电）。美国、日本和德国。美国、日本和德国20002000年的电网综合线损率分别为年的电网综合线损率分别为6.0%6.0%、3.89%3.89%、4.6%4.6%，意大利，意大利EVEL

17、 2004EVEL 2004年的综合线损率为年的综合线损率为3.0%3.0%。生产装。生产装置的落后是造成这种情况的主要原因，目前我国大机组、高参数置的落后是造成这种情况的主要原因，目前我国大机组、高参数（超临界、超超临界）机组的比重还较低。（超临界、超超临界）机组的比重还较低。中国单位中国单位GDPGDP能耗高最主要的原因是能源利用率低。例如，中能耗高最主要的原因是能源利用率低。例如，中国粗钢能耗为国粗钢能耗为830Kg830Kg标准煤标准煤/T,/T,而日本仅为而日本仅为 680kg 680kg标准煤标准煤/T/T，中国能耗高中国能耗高2222；中国大型合成氨；中国大型合成氨(3030万吨

18、装置万吨装置)第十八页，编辑于星期六：十九点 四十八分。的标准能耗为的标准能耗为1400Kg1400Kg标准煤标准煤/T/T，而美国为，而美国为970Kg970Kg标准煤标准煤/T/T 中国的小装置能耗甚至高达中国的小装置能耗甚至高达1800Kg1800Kg标准煤标准煤/T/T，平均水平也达到，平均水平也达到了了1,700Kg1,700Kg标准煤标准煤/T/T，比美国高出，比美国高出7575。造成这种情况的主。造成这种情况的主要原因在于装置规模小、工艺落后和能源回收利用比例低。要原因在于装置规模小、工艺落后和能源回收利用比例低。从数字来看，降低第二产业在国民经济中的比重就能够从数字来看，降低第

19、二产业在国民经济中的比重就能够有效的降低中国单位有效的降低中国单位GDP能耗指标。能耗指标。但是，对于如此巨大但是，对于如此巨大的产业规模，产业结构的调整是非常困难的，而且是长期的产业规模，产业结构的调整是非常困难的，而且是长期的的任务。的的任务。目前中国的产业结构状况是经济发展必然要经历的阶目前中国的产业结构状况是经济发展必然要经历的阶段，这种产业结构比例还将保持相当长的一段时间，只有段，这种产业结构比例还将保持相当长的一段时间，只有中国基础工业成熟，生活水平提升，基础设施水平达到较中国基础工业成熟，生活水平提升，基础设施水平达到较第十九页，编辑于星期六：十九点 四十八分。高的水平之后，服务

20、业充分发展，产业结构重心才能倾向高的水平之后，服务业充分发展，产业结构重心才能倾向服务业。从中国产业、人口、劳动力资源结构等方面来看，服务业。从中国产业、人口、劳动力资源结构等方面来看，近期接近美国或者日本的产业结构比例是不现实的。近期接近美国或者日本的产业结构比例是不现实的。产业结构的调整需要国家政策的引导，限制重化工业，产业结构的调整需要国家政策的引导，限制重化工业，鼓励第三产业。鼓励第三产业。总体上来看近期不可能由产业结构的调整而带来明显的单总体上来看近期不可能由产业结构的调整而带来明显的单位位GDPGDP能耗指标的下降。要实现能耗指标的下降。要实现4 4的单位能耗下降需要在更的单位能耗

21、下降需要在更多的方面努力。其中电气传动中的节能是重要的方面。多的方面努力。其中电气传动中的节能是重要的方面。第二十页，编辑于星期六：十九点 四十八分。二二变频调速节能技术是电动机运行的最佳节能技术变频调速节能技术是电动机运行的最佳节能技术 据据统统计计，全全国国用用电电量量的的60%左左右右是是通通过过电电机机来来消消耗耗的的，由由于于考考虑虑过过载载，重重载载启启动动，系系统统安安全全等等因因素素，系系统统设设计计时时电电动动机机选选型型都都留留有有一一定定的的余余量量，高高效效的的电电动动经经常常处处在在低低效效状状态态下下运运行行，能能源源使使用用的的不不合合理理，浪浪费费严严重重。采采

22、用用变变频频调调速速技技术术可使电动机回到高效运行状态，具有非常大的节能效果。可使电动机回到高效运行状态，具有非常大的节能效果。（一）（一）高效调速高效调速:变频调速是高效的调速方式。变频调速是高效的调速方式。变变频频器器效效率率95%96%，且且不不随随转转速速的的改改变变而而改改变变；转转速速越低，节能越显著。其他调速方式，如电磁调速和液力越低，节能越显著。其他调速方式，如电磁调速和液力 二二变频调速节能技术是电动机运行的最佳节能技术变频调速节能技术是电动机运行的最佳节能技术变频调速节能技术是电动机运行的最佳节能技术变频调速节能技术是电动机运行的最佳节能技术第二十一页，编辑于星期六：十九点

23、 四十八分。偶合器调速的效率与转速的变化成正比，转速越低，效率越低，偶合器调速的效率与转速的变化成正比，转速越低，效率越低，耗能越大。耗能越大。实际生产中，电动机的负载是千差万别的，实际生产中，电动机的负载是千差万别的，负载的负载的机械特机械特性不同，性不同，调速节能的效果也不一样。对于恒转矩负载调速节能的效果也不一样。对于恒转矩负载电磁调速和液力偶合器调速的效率与转速的变化成正比，电磁调速和液力偶合器调速的效率与转速的变化成正比，损耗功率成比例增加；对平方转矩机械特性负载，转差离损耗功率成比例增加；对平方转矩机械特性负载，转差离合器或液力偶合器损耗功率等于合器或液力偶合器损耗功率等于 。变频

24、器调速。变频器调速的损耗功率为的损耗功率为 ，由此可见，转差离合器或，由此可见，转差离合器或液力偶合器损耗功率比变频器损耗功率大得多。从目前的液力偶合器损耗功率比变频器损耗功率大得多。从目前的技术条件看，没有比变频调速节能更好的节能效果。技术条件看，没有比变频调速节能更好的节能效果。（二）（二）电动机的调压节电电动机的调压节电第二十二页，编辑于星期六：十九点 四十八分。1 电动机的效率：电动机的效率：异异步步电电动动机机的的效效率率都都是是负负载载率率的的函函数数，效效率率表表示示电电机机运运行行时有功功率的利用率，为输出功率与输入功率之比，即：时有功功率的利用率，为输出功率与输入功率之比，即

25、：式中：式中：时的效率时的效率 时的输入功率时的输入功率(kw)(kw)由上式可见，对于一定的负载，当电机的输出功率为由上式可见，对于一定的负载，当电机的输出功率为第二十三页，编辑于星期六：十九点 四十八分。一一定定时时，电电机机的的效效率率与与总总损损有有关关，总总损损耗耗大大，则则效效率率低低；反反之之效效率率高高。电电机机总总损损耗耗有有两两部部分分组组成成：即即固固定定损损耗耗和和可可变变损损耗耗，固固定定损损耗耗不不随随电电机机的的负负载载而而变变，可可用用电电机机的的空空载载输输入入功功率率近近似似表表示示，可可变变损损耗耗与与电电机机负负载载率率的的平平方方成成正正比。比。2、电

26、机的损耗分析电机的损耗分析 异步电机在运行时的总损耗一般分为四类异步电机在运行时的总损耗一般分为四类（1）基本铜耗）基本铜耗 基本铜耗包括定子铜耗基本铜耗包括定子铜耗 和转子铜耗和转子铜耗（2）基本铁心损耗）基本铁心损耗 交变磁通在电机铁心中产生的磁滞和涡流损失交变磁通在电机铁心中产生的磁滞和涡流损失（3）机械摩擦损耗）机械摩擦损耗第二十四页，编辑于星期六：十九点 四十八分。机械摩擦损耗机械摩擦损耗 包括通风系统损耗包括通风系统损耗P PV V和轴承摩擦损耗和轴承摩擦损耗P PT T （4 4）杂散损耗）杂散损耗 漏磁场在金属构件中产生的涡流损耗，气隙中的高次谐波漏磁场在金属构件中产生的涡流损

27、耗，气隙中的高次谐波磁场在定转子铁心和导体中引起的损耗，统称为杂散损耗。磁场在定转子铁心和导体中引起的损耗，统称为杂散损耗。此类损耗与电流的平方成正比，随负载的变化而变化。此类损耗与电流的平方成正比，随负载的变化而变化。对于对于15KW15KW电动机上述各种损耗在总损耗中所占的比例是基本电动机上述各种损耗在总损耗中所占的比例是基本铜耗铜耗30%30%50%50%；基本铁心损耗；基本铁心损耗20%20%；机械摩擦损耗；机械摩擦损耗20%20%35%35%；杂；杂散损耗散损耗10%10%15%15%。电动机运行时这些损耗中机械摩擦损耗是基本。电动机运行时这些损耗中机械摩擦损耗是基本不变化的。用提高

28、电动机的效率方法来不变化的。用提高电动机的效率方法来节能显然不现实。节能显然不现实。第二十五页，编辑于星期六：十九点 四十八分。11风机风机泵类平方转矩负载的变频调速节能泵类平方转矩负载的变频调速节能风风机机泵泵类类通通用用设设备备的的用用电电占占电电动动机机用用电电的的50%50%左左右右,那那就就意意味味着着占占全全国国用用电电量量的的30%30%。采采用用电电动动机机变变频频调调速速来来调调节节流流量量，比比用用挡挡板板阀阀门门之之类类来来调调节节，可可节节电电20%20%50%50%，如如果果平平均均按按30%30%计计算算，节节省省的的电电量量为为全全国国总总用用电电量量的的9%9%

29、，这将产生巨大的社会效益和经济效益。这将产生巨大的社会效益和经济效益。由于大量的风机由于大量的风机泵类设备陈旧，运行效率低，耗电量过泵类设备陈旧，运行效率低，耗电量过大，设计过程过多考虑建设前后长期工艺要求的差异，使裕大，设计过程过多考虑建设前后长期工艺要求的差异，使裕量过大。如火电设计规程量过大。如火电设计规程SDJ-79规定，燃煤锅炉的鼓风机规定，燃煤锅炉的鼓风机,引风机的风量裕度分别为引风机的风量裕度分别为5%和和510%，风压裕度为，风压裕度为10%和和10%15%，设计过程中很难计算管网的阻力，设计过程中很难计算管网的阻力，11风机风机泵类平方转矩负载的变频调速节能泵类平方转矩负载的

30、变频调速节能第二十六页，编辑于星期六：十九点 四十八分。考考虑虑长长期期运运行行过过程程中中可可能能发发生生的的各各种种问问题题，通通常常总总把把系系统统的的最最大大风风量量和和风风压压裕裕量量作作为为选选型型的的依依据据，但但风风机机的的系系列列是是有有限限的的，往往往往选选不不到到合合适适的的风风机机型型号号就就往往上上靠靠，20%30%的的比比较较常常见见。生生产产中中实实际际操操作作时时，常常用用阀阀门门、挡挡板板进进行行节节流流调调节节，增增加加了了管管路路的的阻阻尼尼，电电机机仍仍旧旧以以额额定定速速度度运运行行，这这时时能能量量消消耗耗较较大大。如如果果用用变变频频器器对对风风机

31、机泵泵类类设设备备进进行行调调速速控控制制，不不需需要要再再用用阀阀门门、挡挡板板进进行行节节流流调调节节，将将它它们们开开到到最最大大，管管路路阻阻尼尼最最小小，能能耗耗也也大大为为减减少少。节节能能量量可可用用GB12497三三相相异异步步电电动动机机经经济运行强制性国家标准实施监督指南中的计算公式，即：济运行强制性国家标准实施监督指南中的计算公式，即：第二十七页，编辑于星期六：十九点 四十八分。对风机、泵类，采用挡板调节流量对应电机输入对风机、泵类，采用挡板调节流量对应电机输入功率功率PL与流量与流量Q的关系的关系式中：式中：PePe额定流量时电机输入功率额定流量时电机输入功率kWkW

32、Q QN N额定流量额定流量若流量的调节范围（若流量的调节范围（0.51）QN，则调节电率为：，则调节电率为：第二十八页，编辑于星期六：十九点 四十八分。例：有一电机例：有一电机4极极Pe=315kW，驱动风机，风机的实际风，驱动风机，风机的实际风量量Q与额定风量之比与额定风量之比Q/QN为为0.8，现采用变频器调速，求电，现采用变频器调速，求电率。率。节电率节电率36%。2.恒转矩类负载的调速节能恒转矩类负载的调速节能 对恒转矩类负载，有对恒转矩类负载，有 ，电机的输入功率与转速的，电机的输入功率与转速的一次方成正比。一次方成正比。2.2.恒转矩类负载的调速节能恒转矩类负载的调速节能恒转矩类

33、负载的调速节能恒转矩类负载的调速节能第二十九页，编辑于星期六：十九点 四十八分。采用变频调速后节省的功率可用下式计算采用变频调速后节省的功率可用下式计算 节电率：节电率：节节省省的的功功率率与与调调速速前前后后的的速速差差成成正正比比，速速差差越越大大，节节能能越显著。越显著。恒恒转转矩矩负负载载变变频频调调速速一一般般都都用用于于满满足足工工艺艺需需要要的的调调速速，不不用用变变频频调调速速就就得得采采用用其其他他方方式式调调速速，如如调调压压调调速速绕绕线线式式电电机机转转子子串串电电阻阻调调速速电电磁磁调调速速等等。由由于于这这些些调调速速方方式式是是低低效的调速，使用变频调速后，可节省

34、因调速消效的调速，使用变频调速后，可节省因调速消3 3 3 3、电磁调速系统、电磁调速系统、电磁调速系统、电磁调速系统第三十页，编辑于星期六：十九点 四十八分。耗的转差功率，有时节能率也是很可观的。耗的转差功率，有时节能率也是很可观的。例例如如在在水水泥泥厂厂采采用用变变频频调调速速的的方方法法取取代代电电磁磁调调速速，经经过过多多个个厂厂家家的的应应用用结结果果表表明明，平平均均节节能能量量左左右右、为为什什么么对对电电磁磁调调速速进进行行变变频频改改造造会会有有如如此此大大的的节节能能效效果果呢呢，因因为为电电磁磁调调速方法是的一种耗能的低效调速方法。速方法是的一种耗能的低效调速方法。3

35、3、电磁调速系统、电磁调速系统 电电磁磁调调速速系系统统由由鼠鼠笼笼异异步步电电机机、转转差差离离合合器器、测测速速电电机机和和控控制制装装置置组组成成，通通过过改改变变转转差差离离合合器器的的激激磁磁电电流流来来实实现现实实现调速。现调速。转差离合器的本身的损耗是由主动部分的风阻转差离合器的本身的损耗是由主动部分的风阻 磨擦损磨擦损耗及从动部分的机械磨擦损耗所产生的。如果考虑这些耗及从动部分的机械磨擦损耗所产生的。如果考虑这些第三十一页，编辑于星期六：十九点 四十八分。式中：式中：T2转差离合器转差离合器的输出转矩的输出转矩 n2-转差离合器的转差离合器的输出轴转速输出轴转速损耗与转差离合器

36、的激磁功率相平衡，且忽略不计的话，转差离损耗与转差离合器的激磁功率相平衡，且忽略不计的话，转差离合器的输入合器的输入 输出功率可由下式计算：输出功率可由下式计算：电动机轴输出功率电动机轴输出功率 P1=T1n1 （1）式中：式中：T1电电动机的输出转矩动机的输出转矩 n1-电电动机的输出轴转速动机的输出轴转速 转差离合器轴输出功率转差离合器轴输出功率 P2=T2n2 （2）第三十二页，编辑于星期六：十九点 四十八分。于是可得：于是可得：（5）其效率正比于输出转速，其效率正比于输出转速，输出最大转速时其效率理论值为输出最大转速时其效率理论值为85%。转差率可又下式计算：转差率可又下式计算：（4）

37、（3）电动机的输出功率，即为转差离合器的输入功率。电动机的输出功率，即为转差离合器的输入功率。对于恒转对于恒转矩负载，矩负载，T=T1=T2=常数，所以，转差离合器的效率常数，所以，转差离合器的效率：第三十三页，编辑于星期六：十九点 四十八分。损损耗耗功功率率公公式式（6）可可以以清清楚楚看看到到，电电磁磁调调速速电电机机的的转转速速越越低，浪费能源越大，然而工作机械的转速通常在低，浪费能源越大，然而工作机械的转速通常在 4 液力液力偶偶合器调速系统合器调速系统合器调速系统合器调速系统 电磁调速电机为鼠笼式电机，由于输入功率和转矩均电磁调速电机为鼠笼式电机，由于输入功率和转矩均保持不变，鼠笼式

38、电机的功率基本保持不变。损耗以有功保持不变，鼠笼式电机的功率基本保持不变。损耗以有功的形式表达出来，损耗功率通过转差离合器涡流发热并由的形式表达出来，损耗功率通过转差离合器涡流发热并由电枢上的风叶散发出去。电枢上的风叶散发出去。（6）可见在恒转负载下，转差离合器的效率正比于输出转速。当可见在恒转负载下，转差离合器的效率正比于输出转速。当转速下降时，输出功率成比例下降，而输入功率基本保持不变，转速下降时，输出功率成比例下降，而输入功率基本保持不变，此时损耗功率此时损耗功率Ph与转差损耗成正比增加，与转差损耗成正比增加，即：即：第三十四页，编辑于星期六：十九点 四十八分。左左右右运运行行，因因此此

39、改改用用变变频频调调速速的的方方式式会会有有的节能效果。的节能效果。4 液力液力偶偶合器调速系统合器调速系统 液液力力偶偶合合器器是是通通过过控控制制工工作作腔腔内内工工作作油油液液的的动动量量矩矩变变化化，来来传传递递电电动动机机能能量量，电电动动机机通通过过液液力力偶偶合合器器的的输输入入轴轴拖拖动动其其主主动动工工作作轮轮，对对工工作作油油进进行行加加速速，被被加加速速的的工工作作油油再再带带动动液液力力偶偶合合器器的的从从动动工工作作涡涡轮轮，把把能能量量传传递递到到输输出出轴轴和和负负载载。液液力力偶偶合合器器有有调调速速型型和和限限矩矩型型之之分分，前前者者用用于于电电气气传传动动

40、的的调调速速，后后者者用用于于电电机机的的起起动。系统中的液力偶合动。系统中的液力偶合器在电机起动时起缓冲作用，器在电机起动时起缓冲作用，液力偶合器的液力偶合器的效率与电磁调速效率与电磁调速器的计算方式相同器的计算方式相同，计算的公式为：计算的公式为：第三十五页，编辑于星期六：十九点 四十八分。5 绕线式电机串电阻调速系统绕线式电机串电阻调速系统 绕线式电机最常用改变转子电路的串接电阻的方法调绕线式电机最常用改变转子电路的串接电阻的方法调5 5 绕线式电机串电阻调速系统绕线式电机串电阻调速系统（8）其效率正比于输出转速，其效率正比于输出转速，输出最大转速时其效率理论值为输出最大转速时其效率理论

41、值为95%。当转速下降时，输出功率成比例下降，而输入功率保持。当转速下降时，输出功率成比例下降，而输入功率保持不变，此时损耗功率不变，此时损耗功率Ph与转差损耗成正比增加，即：与转差损耗成正比增加，即：（7）第三十六页，编辑于星期六：十九点 四十八分。（9）（10）（11）速，随着转子串接电阻的增大，不但可以方便地改变电机的正速，随着转子串接电阻的增大，不但可以方便地改变电机的正向转速，在位能负载时，还可使电机返向旋转和改变电机的反向转速，在位能负载时，还可使电机返向旋转和改变电机的反向转速。向转速。对于绕线式电机，无论在起动对于绕线式电机，无论在起动 制动还是调速中，采用转制动还是调速中，采

42、用转子串电阻方式均会带来电能损耗。这种损耗随着转速的降低，子串电阻方式均会带来电能损耗。这种损耗随着转速的降低，转差率转差率S的增大而增大，另外，随着串接电阻的增大，机械特的增大而增大，另外，随着串接电阻的增大，机械特性变软，难以达到调速的静态指标。性变软，难以达到调速的静态指标。绕线式电机的功率关系为：绕线式电机的功率关系为：第三十七页，编辑于星期六：十九点 四十八分。若若S=0.5,电磁功率有一半消耗在转子电阻上，调速系统效电磁功率有一半消耗在转子电阻上，调速系统效率低于率低于50%。三三三三 变频调速节能与系统功率因数的关系变频调速节能与系统功率因数的关系式中：式中：第三十八页，编辑于星

43、期六：十九点 四十八分。用电度表进行计量检测电机实际消耗的电量时，电度表用电度表进行计量检测电机实际消耗的电量时，电度表（12）三三 变频调速节能与系统功率因数的关系变频调速节能与系统功率因数的关系：前已假定电动机系统在使用变频器调速前后的功率因数基本相前已假定电动机系统在使用变频器调速前后的功率因数基本相同，这样在计算节能时可不考虑系统功率因数的影响。实际上，同，这样在计算节能时可不考虑系统功率因数的影响。实际上，在变频器投入前后，其功率因数可能是不同的，因此，计算的节在变频器投入前后，其功率因数可能是不同的，因此，计算的节能量是否考虑变频器调速前后的功率因数的变化呢？能量是否考虑变频器调速

44、前后的功率因数的变化呢？正弦电路中，功率因数是由电压正弦电路中，功率因数是由电压U U与电流与电流I I之间的相位角差之间的相位角差决定的。在此情况下，功率因数常用决定的。在此情况下，功率因数常用P P表示。电路中的有功功表示。电路中的有功功率率P P就是其平均功率，即：就是其平均功率，即：第三十九页，编辑于星期六：十九点 四十八分。测测量量的的就就是是电电动动机机系系统统消消耗耗的的有有功功功功率率。若若原原电电动动机机系系统统的的功功率率因因数数较较低低，在在使使用用变变频频器器后后以以50Hz50Hz频频率率恒恒速速运运行行，这这时时功功率率因因数数有有所所提提高高。功功率率因因数数提提

45、高高后后，电电动动机机的的运运行行状状态态并并没没有有改改变变，电电动动机机消消耗耗的的有有功功功功率率和和无无功功功功率率也也没没有有改改变变。无无功功能能量量在在变变频频器器中中的的滤滤波波电电容容与与电电动动机机之之间间进进行行交交换换，因因此此变变频频器器实实际际输输入入电电流流减减小小，从从而而减减小小了了电电网网与与变变频频器器之之间间的的线线损损和和供供电电变变压压器器的的铜铜耗耗，同同时时减减小小了了无无功功电电流流上上串串电电网网。因此计算节能时，应考虑提高功率因数后的节能因此计算节能时，应考虑提高功率因数后的节能。配电系统电流的下降率配电系统电流的下降率 （13）第四十页，

46、编辑于星期六：十九点 四十八分。配电系统电流下降率和配电系统损耗下降率都是对单台电配电系统电流下降率和配电系统损耗下降率都是对单台电动机使用变频器前后的电流和线路损耗而言，不是指配电系统动机使用变频器前后的电流和线路损耗而言，不是指配电系统电流和损耗的实际变化。电流和损耗的实际变化。式中：式中：-变频器投入前电动机运行的功率因变频器投入前电动机运行的功率因 数数 -变频器投入后电动机运行的功率因变频器投入后电动机运行的功率因 数数 配电系统下降的损耗配电系统下降的损耗（14）第四十一页，编辑于星期六：十九点 四十八分。式中：式中：对应于实测的电动机线电流对应于实测的电动机线电流I I求得的负载

47、率。求得的负载率。对应于实测的电动机线电流对应于实测的电动机线电流I I求得的效率。求得的效率。（15）下面举一个典型的事例。下面举一个典型的事例。例例2 2：有有一一台台压压料料机机，电电机机功功率率200Kw200Kw，安安装装在在离离配配电电房房100100多多米米的的地地方方，计计量量仪仪表表电电压压表表电电流流表表和和有有功功电电度度表表均均在在配配电电房房。工工频频时时电电机机空空载载工工作作电电流流192A192A；加加载载时时，电电机机工工作作电电压压356V,356V,电电流流231A231A。由由于于负负载载较较轻轻，导导致致电电动动机机的的负负载载率率和和效效率率都较低。

48、这时电动机的功率因数可由下式计算：都较低。这时电动机的功率因数可由下式计算：第四十二页，编辑于星期六：十九点 四十八分。电动机的线路损耗下降率为电动机的线路损耗下降率为79.6%。由于输电电路较长且线。由于输电电路较长且线径较细，节能非常显著。径较细，节能非常显著。实际上这是一个补偿功率因数节能的实例，如果仅进实际上这是一个补偿功率因数节能的实例，如果仅进行无功补偿，只需是用电容对电机进行无功就地补偿，但行无功补偿，只需是用电容对电机进行无功就地补偿，但如果电机需要调速控制，采用变频器后即可达到调速，又如果电机需要调速控制，采用变频器后即可达到调速，又可以实现无功就地补偿。可以实现无功就地补偿

49、。由由(14)(14)式计算式计算 ,实测功率因数实测功率因数 一般情况下，压料机不需调速，接入变频器后仍以一般情况下，压料机不需调速，接入变频器后仍以50Hz50Hz的的频率运行，这时实测功率因数为频率运行，这时实测功率因数为 。由（由（14）式）式第四十三页，编辑于星期六：十九点 四十八分。变频器用于密炼机变频器用于密炼机 开炼机，实际的输出电流已经降低较开炼机，实际的输出电流已经降低较大的幅度，但节电率有限。大的幅度，但节电率有限。11变变频频器器使使用用的的负负载载为为恒恒转转矩矩特特性性的的负负载载，其其使使用用频频率率仅仅下下降降2-5Hz2-5Hz，由由式式 电电动动机机的的输输

50、入入功功率率下下降降4%-10%4%-10%，在在变变频频器器的的运运行行过过程程中中，变变频频器器本本身身要要消消耗耗5%5%的的能能量量，二二者者对对消消后后节节能率有限，甚至就没有节能也是可能的。能率有限，甚至就没有节能也是可能的。例例2：浙江海利德公司森兰变频器运行状况：浙江海利德公司森兰变频器运行状况第四十四页，编辑于星期六：十九点 四十八分。用用电电度度表表进进行行计计量量检检测测实实际际的的节节能能量量时时，电电度度表表测测量量的的就就是是电电动动机机系系统统消消耗耗的的有有功功功功率率。若若原原电电动动机机系系统统的的功功率率因因数数较较低低，在在使使用用变变频频器器后后以以5