变频器原理
一、基础知识
1、概述 各国使用的交流供电电源，无论是用于家庭还是用于工厂，其电压和频率均200V/60Hz（50Hz）或100V/60Hz（50Hz），等等。通常，把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。为了产生可变的电压和频率，该设备首先要把电源的交流电变换为直流电（DC）。把直流电（DC）变换为交流电（AC）的装置，其科学术语为“inverter”(逆变器)。由于变频器设备中产生变化的电压或频率的主要装置叫“inverter”，故该产品本身就被命名为“inverter”，即：变频器，变频器也可用于家电产品。使用变频器的家电产品中不仅有电机（例如空调等），还有荧光灯等产品。用于电机控制的变频器，既可以改变电压，又可以改变频率。但用于荧光灯的变频器主要用于调节电源供电的频率。汽车上使用的由电池（直流电）产生交流电的设备也以“inverter”的名称进行出售。变频器的工作原理被广泛应用于各个领域。例如计算机电源的供电，在该项应用中，变频器用于抑制反向电压、频率的波动及电源的瞬间断电。 2. 电机的旋转速度为什么能够自由地改变？ r/min电机旋转速度单位：每分钟旋转次数，也可表示为rpm.例如：4极电机 60Hz 1,800 [r/min]，4极电机 50Hz 1,500 [r/min]，电机的旋转速度同频率成比例.本文中所指的电机为感应式交流电机，在工业领域所使用的大部分电机均为此类型电机。感应式交流电机（以后简称为电机）的旋转速度近似地确决于电机的极数和频率。由电机的工作原理决定电机的极数是固定不变的。由于该极数值不是一个连续的数值（为2的倍数，例如极数为2，4，6），所以不适和改变该值来调整电机的速度。另外，频率是电机供电电源的电信号，所以该值能够在电机的外面调节后再供给电机，这样电机的旋转速度就可以被自由的控制。因此，以控制频率为目的的变频器，是做为电机调速设备的优选设备。n = 60f/p，n: 同步速度，f: 电源频率 ，p: 电机极数，改变频率和电压是最优的电机控制方法 。如果仅改变频率，电机将被烧坏。特别是当频率降低时，该问题就非常突出。为了防止电机烧毁事故的发生，变频器在改变频率的同时必须要同时改变电压，例如：为了使电机的旋转速度减半，变频器的输出频率必须从60Hz改变到30Hz，这时变频器的输出电压就必须从200V改变到约100V。例如：为了使电机的旋转速度减半，变频器的输出频率必须从60Hz改变到30Hz，这时变频器的输出电压就必须从200V改变到约100V。 如果要正确的使用变频器, 必须认真地考虑散热的问题。变频器的故障率随温度升高而成指数的上升。使用寿命随温度升高而成指数的下降。环境温度升高10度，变频器使用寿命减半。因此，我们要重视散热问题啊！在变频器工作时，流过变频器的电流是很大的, 变频器产生的热量也是非常大的，不能忽视其发热所产生的影响.通常，变频器安装在控制柜中。我们要了解一台变频器的发热量大概是多少. 可以用以下公式估算: 发热量的近似值＝ 变频器容量（KW）×55 [W]在这里, 如果变频器容量是以恒转矩负载为准的(过流能力150% × 60s) 如果变频器带有直流电抗器或交流电抗器, 并且也在柜子里面, 这时发热量会更大一些。 电抗器安装在变频器侧面或测上方比较好。这时可以用估算: 变频器容量（KW）×60 [W]因为各变频器厂家的硬件都差不多, 所以上式可以针对各品牌的产品. 注意： 如果有制动电阻的话，因为制动电阻的散热量很大， 因此最好安装位置最好和变频器隔离开， 如装在柜子上面或旁边等。那么, 怎样采能降低控制柜内的发热量呢? 当变频器安装在控制机柜中时，要考虑变频器发热值的问题。根据机柜内产生热量值的增加，要适当地增加机柜的尺寸。因此，要使控制机柜的尺寸尽量减小，就必须要使机柜中产生的热量值尽可能地减少。如果在变频器安装时，把变频器的散热器部分放到控制机柜的外面，将会使变频器有70％的发热量释放到控制机柜的外面。由于大容量变频器有很大的发热量，所以对大容量变频器更加有效。还可以用隔离板把本体和散热器隔开, 使散热器的散热不影响到变频器本体。这样效果也很好。变频器散热设计中都是以垂直安装为基础的，横着放散热会变差的! 关于冷却风扇一般功率稍微大一点的变频器， 都带有冷却风扇。同时，也建议在控制柜上出风口安装冷却风扇。进风口要加滤网以防止灰尘进入控制柜。 注意控制柜和变频器上的风扇都是要的，不能谁替代谁.
二、其他关于散热的问题 1.在海拔高于1000m的地方，因为空气密度降低，因此应加大柜子的冷却风量以改善冷却效果。理论上变频器也应考虑降容，1000m每-5%。但由于实际上因为设计上变频器的负载能力和散热能力一般比实
一、变频器应用的主电路

变频器应用的主电路见图 1 。在电源和变频器之间接有断路器 QF 与交流接触器 KM ，当变频器长时间不用．或设备检修时，断路器作为隔离开关，可以切断电源，保证检修安全。同时断路器具有过电流和欠电压等保护功能．对变频器主电路能起到一定的保护作用。交流接触器的作用，一是能通过按钮方便地接通或断开变频器的电源；二是变频器报警输出端子动作时．可通过接触器使变频器迅速脱离电源。

变频器与电动机之间一般不接交流接触器，但在下列情况应用时则不可缺少：第一种情况是一台变频器拖动两台或多台电动机时，每台电动机均应配接一只接触器：第二种情况是电动机需要在变频器和工频之间切换，当电动机切换至工频电源之前，必须事先通过接触器切断与变频器之间的连接，显然也必须与变频器之间连接一只接触器。

如果一台变频器只控制一台电动机，也不需要与工频进行切换，这时由于变频器本身具有完善的保护功能，所以没有必要使用热继电器。但一台变频器连接多台电动机，或需要在变频与工频之间切换时，则每台电机都必须有各自的热继电器进行保护。

二、变频器的控制端子

变频器除了连接三相电源和电动机的一次回路端子外，还有数量较多的控制端子，大致有模拟量输入端子、接点输入端子、模拟输出端子、脉冲输出端子、晶体管输出端子、接点输出端子和通信接口端子等。图 2 是富士 P11S 系列变频器控制端子排列示意图。图中端子 11 、 12 和 13 可以接一只电位器，用于频率设定，这是变频器可选的若干种频率设定方式之一。其中端子 13 和 11 间有电路板提供的 10V 直流电压。这里也可不接电位器，而由端

子 12 和 11 输入 0 ～ 5V 或 0 ～ 10V 的电压信号，因此，它们是模拟电压输入端。 C1 和 11 是频率设定模拟电流输入端子，输入范围为 4-20mA 。这几种频率设定方式，到底哪一种是有效的，则取决于功能参数的设置与选择。端子 FMA 和 11 可以连接一只指针式模拟频率计， FMP 和 CM 可外接一只数字频率计。可以选择安装一只，也可在运行现场和远程异地各安装一只。端

子 FWD 和 CM 之间连接一只开关，闭合时变频器启动正转运行；断开时停止； REV 是反转控制端子，功能同上。通过功能参数的设置。可以选择由上述端子或控制面板上的相同名称按键来启动正转、反转或停止变频器工作。 X1-X9 是多功能端子，可通过参数设置使其具有多段速运行等控制功能。富士变频器有 4 个晶体管输出端子，为集电极开路型，可外接继电器、指示灯等负载。 30A 、 30B 和 30C 是内部报警继电器接点，可用于外接声光报警元件，或控制主回路中的接触器使变频器脱离电源。 DX+ 、 DX- 和 SD 是 RS485 通信接口，可连接 PLC 或上位计算机。

变频器工作时载频频率较高，为了防止干扰相邻设备．也为了防止电网中的干扰源影响变频器工作，所以，控制端子的接线应使用屏蔽线。

三、变频器的参数设置

变频器是高科技的智能化产品，要想让它完成指定的控制任务，必须对其进行参数设置，否则，它就像电脑没有安装应用程序一样，无法正常工作。参数设置通常是通过变频器的控制面扳进行的。各种变频器的控制面板不仅相同，更有好多相类似的地方或共同点。其共同点有：

1 ．都有一个运行界面／参数设置界面切换键，例如富士 P11S 系列变频器的“ PRG ”键，森兰 SBl2 系列变频器的“功能／数据”键。变频器上电后首先显示的是运行界面，通过按压切换键，可切换到参数设置界面。

2 ．都有增加键“∧”和减小键“∨”，大部分变频器还有移位键“》”。“∧”键和“∨”键在选择功能代码 ( 参数号码 ) 时用来递增或递减代码号．在修改参数值时用来增加或减小数值；“》”键则在修改参数值时用来选择欲修改的“位”。

3 ．都有一个确认键，选择好参数代码后按确认键即可进入参数值修改程序，修改完

毕按确认键保存修改值。．

4 ．都有一个或两个 LED 显示器，或一个 LED 显示器加一个 LCD 显示器。只有一个显示器的变频器，在参数设置状态，首先显示参数代码，按确认键后转换为显示参数值；有两个显示器的，一个用来显示参数代码，一个用来显示参数值。

5 ．有正转“ FWD ”键和反转“ REV ”键，用来启动正转或反转；而有的变频器仅有一个运行“ RUN ”键，由外电路确定正反转。

6 ．有一个停止“ STOP ”键。通过以上按键，结合变频器说明书的介绍，就可对参数进行设置或启动变频器运行。

图 3 是富士 P11S 系列变频器与参数设置相关的按键排列示意图，其中“ FUNC ／ DATA ”键具有确认并保存数据功能；“ RESET ”键是复位键，变频器出现异常报警。必须在排除故障后按复位键才能重新启动运行。

变频器运行前，附表中的参数是必须设置的，同时根据运行控制的要求，例如闭环控制时，还要设置与 PID 相关的参数，这些参数将有另文介绍。

各种变频器都有一个“恢复出厂值”或“数据初始化”的参数码，参数设置开始前，可以先通过该参数码使参数值初始化，这样，可能有不少参数值正好是我们需要的，无须修改，从而简化设置过程。

变频器连接好电源、电动机和必要的控制端子接线，设置好参数后，就可通过控制面板上的正转或反转按键投入试运行

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深圳伟创变频器工作原理是由一对相互平行齿合的阴阳转子（或称螺杆）在气缸内转动。使转子齿槽之间的空气不断地产生周期性的空积变化，空气则沿着转子轴线由吸入侧输送出侧，实现螺杆式空压机的吸气、压缩和排气的全过程。空压机的进气品和出气口分别位于壳体的两端，阴转子的槽，阴转子的槽也阳转子齿被主电机驱动而旋转。
原空压机的主电机功率为45KW，共三台。运行方式为星一角减压起动于后全压运行体。具体操作程序为：按下启动按钮，控制系统接通启动器线圈并打开断油阀，空压机在卸载模式下启动，这时进气阀处于关闭位置，而放气阀打开以排放油气分离器内的压力。等降压2秒后空压机开始加载运行，系统压力开始上升。若一台气压不够启动第二台，再不够启动第三台。如果系统压力上升到压力开关上限值，即起跳压力，控制器使气阀关闭，油气分离放气，压缩机空载运行，直到系统压力跌到压力开关下限值后，即回跳压力下，控制器使进气阀打开，油气分离器放气阀关闭，压缩机打开，油气分离器放气阀关闭压关闭，压缩机满载运行。

二、原系统工况存在的问题
1.主电机虽然星一角减压起动，但起动时的电流仍然很大，会影响电网的稳定及其它用电设备的运行安全。
2.主电机时常空载运行，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.主电机工频起动设备的冲击大，电机轴承的磨损大，所以设备维护工作时对机械量大。

三、变频改造方案
（一）、改造方案原理
由变频器，压力变送器、电机、螺旋转子组成压力闭环控制系统自动调节电机转速，使储气罐内空气压力稳定在设定范围内，进行恒压控制。反馈压力与设定压力进行比较运算，实时控制变频器的输出步，从而调节电机转速，使储气罐内空气压力稳定在设定压力上。
（二）、变频改造方案设计原则
根据原工况存在的问题并结合生产工艺要求，空压机变频改造后系统有如下功能：
1.电机变频运行状态保持储气罐出口稳定，压力波动范围不能超过±0.02Mpa；
2.系统应具有变频和工频两套控制回路；
3.系统具有开环和闭环两套控制回路；
4.一台变频器能控制三台空压机组；
5.根据空压机的工况要求，系统应保障电动机具有恒转矩运行特性一；
6.为了防止非正弦波干扰空压机控制器，变频器输入端应有抑制电磁干扰的有效措施；
7.在用电气量小的情况下，变频器处在低频运行时，应保障电机绕组温度和电机的噪音不超过允许的范围；
8.考虑到系统以后扩展问题，变频器选55KW以满足将来工况扩展的要求；
（三）、系统调试
调试工作分成两部分：
第一、先根据工艺要求、电机参数、负载特性预调变频器参数。
第二、系统联动调试。
在完成变频器设定参数调数及空载运行后，进行系统联动调试 。调试的主要步骤：
1.将变频器接入系统。
2.进行工频旁路的运行。
3.进行变频回路的运行，其中包括开环与闭环控制两部分调试：
开环：些时主要观察变频器频率上升的情况，设备的运持声音是否正常，空压机的压力上升是否稳定，压力变器显示是否正常，设备停机是否正常等。如一切正常，则可进行闭环的调试。
闭环：主要依据变频器频率上升与下降的速度和空压机压力的升降相匹配，不要产生压力振荡，还要注意观察机械共振点，将共振点附近的频率跳过去。

四、空压机变频改造的效益
1.节约能源
变频器控制压缩机与传统制的压缩机比较，能源节约是最有实际意义的，根据空气量需求来供给的压缩机工况是经济的运持状。
2.运行成本的降低
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成本的70%。通过能源成本降低30%以上，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。
3.提高压力控制精度
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。变频控制压缩机的输出气量随着电机转速的改变而改变。由于变频控制机电速度的精度提高，所以它可以使管网的系统压力变化保持在要求范围内，有效地提高了工况的质量。
4.延长压缩机的使用寿命
变频器从OHZ起动压缩机，它的起动加速时间可以调整，从而减少超导劝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。
5.低了空压机的噪音
根据压缩机的工况要求，变频调整改造后，电机运转速度明显减慢，因此有效地降了空压机运行时的噪音，据以往现场经验测定表明，噪音与原系统比较下降约3至7分贝。

五、设备投资
序号 设备名称 规格型号 单位 数量 单价（元） 合价（元）
1 变频系统柜 2200*1200*600GGD 台套 1
总计
特别说明：
1.该控制柜内有一台伟创AC60-T3-55KW变频器；
2.该控制系统为空压机的核心控制系统，其采用伟创AC60系列变频器一拖三控制大大节约一次投资成本，投资实惠、收效大。该系统在各类调速系统中使用时，是其节能效果可达20-50%，在未受到其他因素的影响下一般可取上限。

六、投资回收期
1.空压机节省电费
45KW的风机以运行频率40Hz为例，其工作转速的80%，电机消耗的轴功率为Pz=0.83Pn=0.512Pn每年按12月计，每月按30天计，每天按24小时计，考虑各种损耗后以节电30%计算：
W=45×12×30×24×30%=116640千瓦时
以每千瓦时0.5元电价计算，每年可省电费
116640×0.5=58320元
2.节约维修费用若干；
3.投资回报周期=12（月）*41500/58320=12÷152%=8.5（月）
变频器的使用寿命可达10年以上，仅算电机节电部分，8个月左右可收回全部投资，一次投入，长期受益。变频调速技术是一项新的技术，在电机拖动方面有非常好的节能效果，采用变频调速技术，可以大力推动企业的技术进步，全方位地提高企业的综合效益。
AC60-G/P 通用型变频器

通用型变频调速器采用块化设计、体积小、低温升、低噪音、性能可靠。广泛用于化工、纺织、钢铁、油田、水泥、制糖、造纸、烟草、煤矿、橡塑机械、包装机械、啤酒饮料、环保设备、陶瓷等行业的电机调速和节能。

技术特点：

*允许额定电压的±15%的波动范围，适应中国电网的现况；

*输入输出三相电压：220V、380V、660V、1140V；输出频率范围：0-400Hz可调；

*优化的SVPWM控制技术：输出电流波形平稳，抑制电流能力强，负载大范围波动时，仍能稳定运行；

*完美的静音控制，16KHz在线可调，保证扭距合理输出，同时有效降低电动机的噪音和发热；

*完善的电机保护，具有过载、过流、过压、欠压、短路等保护及软起、软停功能等；   

*丰富可编程输入、输出端子，2路可编程模拟量输入端口，并可互相切换，结合丰富的软件逻辑功能，可满足不同行业的应用要求；

*132KW以上内置流电抗器，输入功率因素高，减少了大功率机器对电网的干扰；

*具备完善的软件、硬件保护功。
伟创AC60系列通用变频器
规 格单相220V         功率KW   额定电流(A)     长×宽×厚mm
AC60-S2-R75G          0.75     4A     191×131×138
AC60-S2-1R5G          1.5     7A     191×131×138
AC60-S2-2R2G          2.2     10A     241×156×170
AC60-S2-3R7G          3.7     16A     241×156×170
规格G/P380V       功率KW      额定电流G-P     长×宽×厚mm
AC60-T3-R75G-1R5P     0.75-1.5     2.5A-3.7A      191×131×138
AC60-T3-1R5G-2R2P     1.5-2.2     3.7A-5A    191×131×138
AC60-T3-2R2G-3R7P     2.2-3.7     5A-8.5A    191×131×138
AC60-T3-3R7G-5R5P     3.7-5.5     8.5A-13A    241×151×170
AC60-T3-5R5G          5.5          13A            241×151×170
AC60-T3-7R5P          7.5     16A     322×200×189
AC60-T3-7R5G          7.5      16A     322×200×189
AC60-T3-011P          11     25A     390×238×212
AC60-T3-011G-015P     11-15     25A-32A    390×238×212
AC60-T3-015G-018P     15-18     32A-38A    390×238×212
AC60-T3-018G-022P     18-22     38A-45A    390×238×212
AC60-T3-022G-030P     22-30     45A-60A    390×238×212
AC60-T3-030G-037P     30-37     60A-75A    390×238×212
AC60-T3-037G-045P     37-45     75A-90A    600×353×286
AC60-T3-045G-055P     45-55     90A-110A    600×353×286
AC60-T3-055G-075P     55-75     110A-150A    645×380×297
AC60-T3-075G-093P     75-93     150A-170A    645×380×297
AC60-T3-093G-110P     93-110     170A-210A    780×515×340(壁挂)
AC60-T3-110G-32P      110-132     210A-250A    1200×515×340(柜式)
AC60-T3-132G-160P     132-160     250A-300A      780×515×340(壁挂)
AC60-T3-160G-185P     160-185     300A-340A    1188×600×370(壁挂)
AC60-T3-185G-200P     185-200     340A-380A    1588×600×370(柜式)
AC60-T3-200G-220P     200-220     380A-415A    1238×700×380(壁挂)
AC60-T3-220G-250P     220-250     415A-470A    1748×700×380(柜式)
AC60-T3-250G-280P     250-280     470A-520A    1700×760×485(柜式)
AC60-T3-280G-315P     280-315     520A-600A      1700×760×485(柜式)
AC60-T3-315G-355P     315-355     600A-680A    1800×808×485(柜式)
AC60-T3-355G-400P     355-400     680A-750A    1800×808×485(柜式)
AC60-T3-400G-450P     400-450     750A-810A    2200×1200×550(柜式)
AC60-T3-450G-500P     450-500     810A-870A    2200×1200×550(柜式)
AC60-T3-500G-560P     500-560     870A-950A    2200×1200×550(柜式)
AC60-T3-560G-630P     560-630     950A-1100A    2200×1200×550(柜式)
AC60-T3-630G-700P     630-700     1100A-1300A    2200×1200×550(柜式)

 
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