变频调速技术发展问题（精选十篇）
变频调速技术发展问题 篇1
一、引言
变频器是一种技术先进, 性能优良的节能装置, 在石油钻井等系统中的三相交流异步电动机调速中占据十分主导的地位, 其采用变频调速技术进行调速控制, 不用串电阻或变阻调速, 既可满足生产作业要求, 减低作业人员数量和强度, 又能获得理想的节能效果。
二、基本原理
变频器是把工频交流电转变为频率和电压可调的交流电的电力电子装置。变频器的类型很多, 主要有交一交变频和交一直一交变频, 目前应用的最为广泛的是交一直一交即间接变频器, 它的基本电路是:先将电源的三相交流电经整流桥整流成直流电, 又经逆变桥把直流电逆变成频率任意可调的三相交流电。实现逆变的逆变桥就是变频主电路的关键部件, 它由十二个开关器件组成, 逆变的过程是十二个开关器件按一定的规律不停的导通和截止, 这也就是实现变频的过程。
三、节能方法及应用
1. 变频调速系统中用于节能的方法很多, 提出几种
(1) 变频节能
为了保证生产的可靠性, 各种生产机械在设计配用动力驱动时, 都留有一定的余量。电机不能在满负荷下运行, 除达到动力驱动要求外, 多余的力矩增加了有功功率的消耗, 造成电能的浪费, 当电机转速从N1变到N2时, 其电机轴功率 (P) 的变化关系如下:P2/P1= (N2/N1) 3, 由此可见降低电机转速可得到立方级的节能效果。
(2) 功率因数补偿节能
无功功率不但增加线损和设备的发热, 更主要的是功率因数的降低导致电网有功功率的降低, 大量的无功电能消耗在线路当中, 设备使用效率低下, 浪费严重。使用变频调速装置后, 由于变频器内部滤波电容的作用, 对电网的阻抗特性呈阻性, 功率因数很高, 从而减少了无功损耗, 增加了电网的有功功率。
(3) 变频自带软启动节能:
在电机全压启动时, 由于电机的启动力矩需要, 要从电网吸收4-7倍的额定电流, 其不但要求电网容量高, 而且启动时会对设备和电网造成严重的冲击。采用软启动后, 启动电流可从零电流开始到电机额定电流, 减轻了启动电流对电网的冲击和对供电容量的要求, 节约了电费, 也减少了启动惯性对设备的大惯量的转速冲击, 延长了设备的使用寿命。
(4) 通过变频自身的V/F功能节电:
在保证电机输出力矩的情况下, 可自动调节V/F曲线。减少电机的输出力矩, 降低输入电流, 达到节能状态。
2. 变频器节能的应用
用调节转速的方法来控制流体的流量是最节省的, 因此在各类负载中, 以气体或液体的流量作为控制对象的机械占有相当大的比例。变频器节能最为明显的是在风机水泵行业, 因风机水泵的消耗功率与转速的立方成正比, 所以当外界用风/水量不高时, 使用变频自动将转速降低, 则节能效果明显。
四、变频器常见故障分析及检修
1. 变频器无法正常起动
通用变频器一般为采用交-直-交工作方式的电压型变频器。起动电路故障一般表现为起动电阻烧坏, 其是由于电流侧的平波电容容量非常大, 充电电流很大, 当变频器的交流输入电源频繁通断时, 或者旁路接触器的触点接触不良时, 以及旁路晶闸管的导通阻值变大所导致的。这种情况只需要更换同规格的电阻就可以避免故障。
2. 变频器通电后无任何显示
这类故障一般表现在主电路的整流桥、充电电容或者快速熔断器损坏, 一般为电解电容年久失效、电动机绝缘老化、工作环境太过恶劣或是与损坏元件直接相关的控制电路出了问题。
3. 变频器无故障, 但不能高速运行
当变频器可运行但调不到高速时, 经检查, 变频器无故障, 参数设置正确, 调速输入信号正常, 此时可能是变频器缺一相输入, 现在一般应用的变频器都是采用PWM变频调制技术, 调压调频的工作是在逆变桥完成, 所以在低频段输入缺相仍可以正常工作, 但因为输入电压低于输出电压, 造成异步电机转矩低, 频率上不去。
4. 变频器显示过压故障
变频器出现过压故障, 一种情况可能是由于大气中雷电串入变频器的电源中, 使变频器直流侧的电压检测器起动而跳闸, 此种情况下, 只须断开变频器约一分钟, 再合上电源, 即可复位。另一种情况可能是由于变频器驱动大惯性负载造成的, 其能量过大产生“泵升电压”, 使变频器直流侧的电压超过直流母线的最大电压而跳闸。此时可以将减速时间参数设置更大或增加制动单元, 即可解除此种故障。
要想最大程度上的减少设备故障的出现, 还应做好详细全面的预防工作。首先应确定不是带电操作, 保证操作人员的人身安全。即让主电路直流滤波电容器充分放电, 用万用表确认电容器放电完后, 再进行操作。变频器在检修完毕投入运行前, 应带电机空载试运行几分钟, 并校对电机的旋转方向, 保证仪器的正常工作。
(1) 首先对变频器线路板及内部IGBT模块、输入输出电抗器等部位进行清扫。使线路板上保持洁净状态, 可用酒精或中性化学剂擦除板上污迹。
(2) 检查变频器内部导线绝缘皮是否有过热收缩的痕迹及变色或破损等, 同时检查各部件是否有变色或烧焦现象, 如有都应及时进行处理或更换。
(3) 应将所有螺丝全部紧固一遍。由于运行或搬运等影响, 螺丝往往会有松动现象。
(4) 检查冷却风扇运行是否完好, 如有问题则应进行更换。冷却风扇的寿命受限于轴承, 根据变频器运行情况需要2-3年更换一次风扇或轴承。检查时如发现异常声音、异常振动, 同样需要更换。
(5) 检查中间直流回路滤波电解电容器是否正常。一般情况下滤波电容器使用周期大约为5年, 检查周期最长为一年, 接近寿命时, 检查周期最好为半年。电容器的容量可用数字电容表测量, 当容量下降到额定容量的80%以下时, 应予更换。
(6) 检查变频器绝缘电阻是否在正常范围内 (所有端子与接地端子) , 注意不能用兆欧表对线路板进行测量, 否则会损坏线路板的电子元器件。
五、结束语
本文主要是针对变频调速系统的节能问题及后续的维修及保养进行讲解的, 通过采用变频调速系统降低设备自身的能耗可以提高设备的运行寿命, 也使设备的自动化程度有所提高, 同时还可提高其竞争能力, 具有非常显著的效益。其常见故障的分析对以后的维修起着指导作用。
参考文献
[1]王占奎.变频调速应用百例[M].科学出版社.1999
[2]胡宗岳.显得交流调速技术[M].机械出版社.1998
[3]满永奎.通用变频器及应用[M].机械工业出版社.1995
[4]张燕宾.变频调速应用实践.机械工业出版社.2001
[5]张燕宾.spwm变频调速应用技术.机械工业出版社.2012
变频调速技术发展问题 篇2
摘 要:通用变频器能量回馈PWM控制系统是一种采用有源逆变方式把电动机减速制动时产生的再生能量回馈电网的装置。它可以克服通用变频器传统制动电阻方式低效、难以满足快速制动和频繁正反转的不足，使通用变频器可在四象限运行。本文首先回顾了变频调速能量回馈控制技术的发展历史及现状。设计了一种基于智能功率模块IPM的新型控制系统，并详细介绍了主电路、控制电路、驱动和保护电路的设计思路。最后指出了能量回馈技术的发展趋势。关键词:变频调速技术 能量回馈 再生制动 PWM控制 智能功率模块 检测技术 1 引言 变频调速技术涉及电子、电工、信息与控制等多个学科领域。采用变频调速技术是节能降耗、改善控制性能、提高产品产量和质量的重要途径，已在应用中取得了良好的应用效果和显著的经济效益[1]。但是，在对调速节能的一片赞誉中，人们往往忽视了进一步挖掘变频调速系统节能潜力和提高效率的问题。事实上，从变频器内部研究和设计的方面看，应用或寻求哪一种控制策略可以使变频驱动电机的损耗最小而效率最高？怎样才能使生产机械储存的能量及时高效地回馈到电网？这正是提高效率的两个重要途径。第一个环节是通过变频调速技术及其优化控制技术实现“按需供能”，即在满足生产机械速度、转矩和动态响应要求的前提下，尽量减少变频装置的输入能量;第二个环节是将由生产机械中储存的动能或势能转换而来的电能及时地、高效地“回收”到电网，即通过有源逆变装置将再生能量回馈到交流电网，一方面是节能降耗，另一方面是实现电动机的精密制动，提高电动机的动态性能。本文讨论的就是变频调速系统节能控制的第二个环节－变频调速能量回馈控制技术。在能源资源日趋紧张的今天，这项研究无疑具有十分重要的现实意义。2 通用变频器在应用中存在的问题 通用变频器大都为电压型交-直-交变频器，基本结构如图1所示。三相交流电首先通过二极管可控整流桥得到脉动直流电，再经电解电容滤波稳压，最后经无源逆变输出电压、频率可调的交流电给电动机供电。这类变频器功率因数高、效率高、精度高、调速范围宽，所以在工业中获得广泛应用。但是通用变频器不能直接用于需要快速起、制动和频繁正、反转的调速系统，如高速电梯、矿用提升机、轧钢机、大型龙门刨床、卷绕机构张力系统及机床主轴驱动系统等。因为这种系统要求电机四象限运行，当电机减速、制动或者带位能性负载重物下放时，电机处于再生发电状态。由于二极管可控整流器能量传输不可逆，产生的再生电能传输到直流侧滤波电容上，产生泵升电压。而以GTR、IGBT为代表的全控型器件耐压较低，过高的泵升电压有可能损坏开关器件、电解电容，甚至会破坏电机的绝缘，从而威胁系统安全工作，这就限制了通用变频器的应用范围[2]。3 国内外能量回馈技术研究现状 为了解决电动机处于再生发电状态产生的再生能量，德国西门子公司已经推出了电机四象限运行的电压型交-直-交变频器，日本富士公司也成功研制了电源再生装置，如RHR系列、FRENIC系列电源再生单元，它把有源逆变单元从变频器中分离出来，直接作为变频器的一个外围装置，可并联到变频器的直流侧，将再生能量回馈到电网中[3]。同时，已见到国外有四象限电压型交－直－交变频器及电网侧脉冲整流器等的研制报道[4-9]。普遍存在的问题是这些装置价格昂贵，再加上一些产品对电网的要求很高，不适合我国的国情。国内在中小容量系统中大都采用能耗制动方式[10-13]，即通过内置或外加制动电阻的方法将电能消耗在大功率电阻器中，实现电机的四象限运行，该方法虽然简单，但有如下严重缺点[14-18]: [!--empirenews.page--](1)浪费能量，降低了系统的效率。(2)电阻发热严重，影响系统的其他部分正常工作。(3)简单的能耗制动有时不能及时抑制快速制动产生的泵升电压，限制了制动性能的提高(制动力矩大，调速范围宽，动态性能好)。上述缺点决定了能耗制动方式只能用于几十kW以下的中小容量系统。国内关于能量回馈控制的研究正在进行，但基本上都处于实验阶段，目前已经见到有关的文献报道[14-18]，但尚未见这方面产品的报道。4 能量回馈系统的拓扑结构 按照所选用的功率开关器件的不同，能量回馈系统的拓扑结构可分为半控器件型结构和全控器件型结构两大类。4.1 半控器件型(晶闸管型)结构 由于晶闸管的耐压、耐流、耐浪涌冲击能力是全控型功率器件所无法比拟的，加之驱动、保护电路简单，价格低廉等原因，采用晶闸管构成有源逆变电路在七、八十年代获得人们普遍的研究，即使在现阶段也仍有一定的实际意义。下面将要介绍几种基于晶闸管的有源逆变电路的结构、基本原理以及优、缺点的对比。(1)可控整流-可控有源逆变型 该方式是人们早期研究的一种方案。基本思路是在可控整流桥的基础上再反并联一套有源逆变装置，当电动机处于电动状态时，整流桥T’1~T’6工作;而当电动机处于发电状态时，随着直流回路电压的升高，三相可控整流器被封锁，三相可控有源逆变器T1~T6工作，将能量回馈到电网中，同时该方式有效的阻断了环流的发生。其主回路结构如图2所示。众所周知，在晶闸管逆变电路中，为保证逆变器换流的可靠性，对逆变角β有一定的限制，即βmin=300，同时为满足有源逆变的条件，避免直流环流，还应使变频器的最高直流侧电压Udmax小于逆变电压Uβmin，即:(1)式中:E为电源相电压有效值，△Um为允许的最高泵升电压。由(1)式可知，αmin应大于βmin。于是带来了两个问题: 1)较大的αmin将引起波形畸变干扰电网，并降低了电网的功率因数。2)直流回路电压降低将使常规380V交流电机得不到充分利用。为此人们又提出了一种可行的解决办法，就是将有源逆变器通过升压变压器与电网相连，整流电路改为不可控。显然，波形和功率因数都可得到改善，升压变压器可以切断上下桥臂产生的直流环流，同时为了限制交流环流以及满足有源逆变条件在电路中设置了电抗器，但它又有如下缺点: 1)增加的变压器和环流电抗器使装置的成本提高、体积增大。2)因只要Uα虽然可以采用电压、电流滞环控制方法来克服这一缺陷，但所有的控制均基于对逆变角β的控制，这就大大增加了β角的控制难度。特别是在发生误触发时，没有有效的方法防止有源逆变器颠覆而产生的短路电流。(2)可控整流/有源逆变复用型 Keiju.Matsui 等人提出了以下几种拓扑结构[18-19]，其基本思路是利用一套可控整流桥既完成整流，又实现有源逆变，这样就可以减小装置的体积，降低成本。[!--empirenews.page--]1)多脉宽调制(MPWM)方式 主电路结构如图3所示。采用一个电抗器和一个大功率晶体管作为能量暂存环节。α900(β这种方案的优点是巧妙地利用一个整流桥同时实现整流和有源逆变两种功能，结构简单，体积较小。缺点是它的输出波形包含大量的低次奇次谐波，噪声大，同时能量回馈过程间断进行，回馈效率低，能量损耗较大，功率因数低。为减少MPWM输出波形包含的低次奇次谐波，进一步改善电路的结构，Keiju.Matsui等人提出了SPWM方式[20,21]。2)正弦波脉宽调制(SPWM)方式 该方式控制电路仅采用一只晶体管来实现能量的回馈控制，使电路的结构更加简单，且有效的抑制了低次谐波，但它需要晶闸管S1~S6的协调配合，同时该方案的开关损耗较大，能量回馈过程是间断进行的。为了获得连续的电流波形，Keiju.Matsui等人又提出了一种新的方案，即MCC方式。3)可调的库克(MCC)方式 该方案是在MPWM方式的基础上增加一只大型电容器，通过控制电容器的充放电来保证能量回馈过程的连续，工作原理同MPWM一样，先将再生能量储存在电感中，待条件满足后再将能量回馈到电网中。该方案的优点是可以连续的回馈再生能量，保证了电流的连续性，从而使回馈的功率较高，开关损耗较小，但由于引人了大型电容器，使装置体积增大，成本提高，同时该电路输出电流波形包含较大的低次奇次谐波成分，易造成负载转矩脉动、噪声较大。(3)滞环控制斩波-逆变回馈方式 上述几种方案虽然都能实现能量回馈控制，但其缺点是显而易见的，同时由于晶闸管存在强迫换流关断的问题，导致对直流侧电压有限制，若直流侧电压过高，则有可能由于晶闸管换流关断失败而导致逆变颠覆，这就限制了它们的应用。因此Dennis等人提出了一种基于晶闸管的新型回馈装置[22]。其主电路结构如图4所示。主回路主要包括三部分:同步整流器SR、母线换相器BC、电流调节器CR。其基本思想是当直流母线电压达到一定值时启动该装置，通过控制回馈电流的大小，将再生能量有效的回馈到电网中。为了避免整流与有源逆变在一点来回切换，回馈电流采用滞环控制方式。该电路的工作原理如下:当直流母线电压达到一定值(如740V)时开通Q1，将能量回馈到电网，同步整流器SR以a=1800的固定相位角工作。随着回馈电流的增加，当电流传感器检测到电流超过设定值时关断Q1，此时回馈电流开始下降，当电流降到下限设定值时再开通Q1，如此循环往复。母线换相器BC的作用有二:一是为晶闸管的换相提供零电压钳位，以保证它们可靠地关断;二是在紧急状态时为能耗制动提供回路。其中大功率晶体管Q2在每次晶闸管换相时都触发导通一次，即每600相位角导通一次，为晶闸管提供零电压钳位，这样就可以确保晶闸管可靠地换相，并可以省去强迫换流电路[22]。[!--empirenews.page--]该方案采用电流滞环控制回馈电流，为一大类负载提供了一种切实可行的拓扑方案，具有一定的通用性。其特点如下: 1)可广泛应用于PWM交流传动的能量回馈制动场合，克服了晶闸管强迫换相对直流侧电压限制的缺点。
2)这种结构不产生任何异常的高次谐波电流成分，同时它控制方便，不需要辅助关断电路，是一种经济可行的方式。3)通过在回路中增加电阻R1和开关Q2，提供了能耗制动的可选方式，可以实现紧急制动。基于晶闸管的再生能量回馈系统的优点是:结构和控制简单，成本较低，耐压和耐浪涌电流的能力较强，在大容量的逆变装置中具有一定的优势。但是其缺点是显而易见的:它输入功率因数低;输入侧有高次谐波存在，谐波损耗大;需要复杂的辅助关断电路，从而使装置成本增加，体积增大，可靠性降低，动态响应慢。故一般用于较大容量和对系统动态性能和快速性要求不太高的场合。4.2 全控器件型结构 全控型器件如GTR、MOSFET、IGBT或IPM具有开关频率高、集成度高和动态响应快等优点。采用上述的全控型器件作为有源逆变的功率开关器件可以提高系统的效率，抑制谐波和机械噪声，这使得基于全控型器件的能量回馈控制系统已经成为研究的重点。目前国内外流行的控制方式仅对电流回路进行滞环控制[14-18]，虽然控制方式和控制电路比较简单，但系统的主要控制对象-回馈电流的控制精度难以保证，从而造成系统的动态性能和抗干扰性能较差，功能不够完善。作者设计了一种全新的控制方案[25-28]，该方案采用PWM控制方式有效地克服了传统控制方式的缺陷，提高了系统的控制精度和动态性能。如图5所示。回馈电流大小的控制是整个系统的核心环节。本系统创新之处是摈弃了传统的滞环控制方式，采用了PID技术和PWM控制技术，利用电压型PWM控制芯片SG3525A作为主控芯片进行闭环控制，综合了滞环控制方式和PWM控制方式的优点，克服了采用滞环控制时回馈电流波形差、其高频分量大、控制不精确的缺限，提高了系统的控制精度、动态性能和抗干扰性能。控制系统包括同步信号获取电路、电压检测与控制电路、电流检测与控制电路、以及故障检测、显示与保护电路。其中，同步信号电路是有源逆变的基础和关键，回馈电流的检测与控制则是系统的控制核心和难点。同步信号获取电路采用同步变压器降压全波整流法获取。实验表明，该方法线路简单，精度高，可以很好地满足控制系统的要求。电压检测和控制电路采用高速高线性度光电耦合器TLP559将直流母线电压线性地变为弱电压信号，该信号经变换后为回馈电流提供控制信号，以决定是否开启逆变装置进行能量回馈。电流检测及控制电路使回馈系统成为闭环控制系统。能量回馈过程中，首先要保证回馈电流的大小要满足回馈功率的要求。同时回馈电流的控制精度和纹波大小直接影响到系统的控制性能，因此对电流的实时检测与控制是一个非常关键的环节。本系统采用霍尔电流传感器对回馈电流进行检测，霍尔电流传感器的特点是体积小、响应速度快、准确度和线性度高，完全可以胜任电路的要求;采用PID调节器和SG3525A型PWM控制芯片进行脉宽调制，综合了滞环控制方式和PWM控制方式的优点，使系统能快速、准确地控制回馈能量。实验结果表明电流控制完全符合设计要求。[!--empirenews.page--]系统提供交/直流过压、欠压、过流、缺相、交直流快熔保护和IPM故障等齐全保护措施，以保证系统和电路的正常工作，减小故障情况下的损失。采用新型功率器件-智能功率模块IPM是本系统的又一特色。IPM内部集成了高速、低耗的IGBT芯片和优化的门极驱动及过流、短路、欠压和过热保护电路，它提高了系统的性能和可靠性，降低了系统成本，缩短了产品开发周期，是值得推广的产品开发途径。5 能量回馈技术的新发展--双PWM控制技术[23] 交-直-交电压型变频器的主电路输入侧一般是经三相不控桥式整流器向中间直流环节的滤波电容充电，然后通过PWM控制下的逆变器输入到交流电动机上。虽然这样的电路成本低、结构简单、可靠性高，但是由于采用三相桥式不控整流器使得功率因数低、网测谐波污染以及无法实现能量的再生利用等。消除对电网的谐波污染并提高功率因数，实现电机的四象限运行以构成变频技术不可回避的问题。为此，PWM整流技术的研究，新型单位功率因数变流器的开发，在国内外引起广泛的关注。传统的制动方法是在中间直流环节电容两端并联电阻消耗能量，这既浪费了能量，又不可靠，而且制动慢;或者设置一套三相有源逆变系统，但增加了变压器，加大了回馈装置的体积，增加了成本而且逆变电流波形畸变严重，电网污染重，功率因数低。而整流电路中采用自关断器件进行PWM控制，可是电网侧的输入电流接近正弦波并且功率因数达到1，可以彻底解决对电网的污染问题。由PWM整流器和PWM逆变器无需增加任何附加电路，就可实现系统的功率因数约等于1，消除网侧谐波污染，能量双向流动，方便电机四象限运行，同时对于各种调速场合，使电机很快达到速度要求，动态响应时间短。图3位变频器双PWM控制结构，其中ia*、ib*、ic*是与电网电压ea、eb、ec具有同频同相位的电流信号，经PWM电流控制器与实际电流ia、、ib、ic比较生成6路PWM开关信号控制整流器中开关元件导通和关断，是实际电流跟随ia*、ib*、ic*、网侧功率因数约等于1。双PWM控制技术的工作原理:①当电机处于拖动状态时，能量由交流电网经整流器中间滤波电容充电，逆变器在PWM控制下降能量传送到电机;②当电机处于减速运行状态时，由于负载惯性作用进入发电状态，其再生能量经逆变器中开关元件和续流二极管向中间滤波电容充电，使中间直流电压升高，此时整流器中开关元件在PWM控制下降能量馈如到交流电网，完成能量的双向流动。同时由于PWM整流器闭环控制作用，使电网电流与电压同频同相位，提高了系统的功率因数，消除了网侧谐波污染。双PWM控制技术打破了过去变频器的统一结构，采用PWM整流器和PWM逆变器提高了系统功率因数，并且实现了电机的四象限运行，这给变频器技术增添了新的生机，形成了高质量能量回馈技术的最新发展动态。
浅谈交流变频调速技术的发展 篇3
关键词：变频调速 交流 节能
中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2012）002-051-02
近年来，随着电子电力技术、信息技术、自动控制技术的迅速发展，交流传动与控制技术成为目前发展最为迅速的技术之一，电气传动技术面临着一场历史革命，即交流调速取代直流调速和计算机数字控制技术取代模拟控制技术已成为发展趋势。和过去的的直流调速技术相比，现在的交流调速技术已经取得了突飞猛进的进展，改革开放以来，我国在交流电动机系统研究上取得了巨大的进步，世界新技术也取得了巨大的成就，这个事实证明了交流变频调速技术是举得了巨大的进展的。
1 交流变频技术的现状
我国在变频技术上有很大的进步，也有很大的生产能力，目前我国有很多企业有生产交流变频技术的能力，大部分的产品都是异步控制和矢量控制的变频器，在精度和可靠性上效率不高，国产变频器的质量精度不高，所以市场占有度不高，主要是小工厂的操作，国外的产品的质量要好，自动化程度高，总体来说，交流变频调速的调速精确，速度平稳。
交流变频调速技术有三个优势：(1)转差频率控制、矢量变换控制和直接转矩控制等新的交流调速理论的诞生，使交流调速有了新的理论基础，这个理论基础是的交流变频技术的更加成熟；(2)功率晶体管、绝缘栅双极型晶体管等为主题的现代功率较大的电子器件的出现，其开关频率、功率容量都有很大的提高，为交流调速装置奠定了物质基础，这个些为交流变频技术的总体上、硬件上取得了巨大的进步；(3)得益于现代微电子技术的进步，信息化时代促进了交流变频技术的变革。
2 交流变频调速技术的前景展望
我们将交流变频调速的设别为变频器。一般来说，交流变频器可以分为滤波部分、整流部分、控制部分、驱动电路、保护电路等等。一般认为交流电动机的感应电势约等于交流电机的端电压，和频率和磁通的乘积成正比。当频率上升且端电压保持不变时，势必造成磁通量的减少，而磁通量增加将造成电机磁饱和。频率下降时（高于电源频率），磁通量将增加，造成电机不足。无论饱和还是欠不足，对电机都是有害的。所以，需要使电机磁通量恒定。这就是变频时电压要相应调节的原理。
(1)将常用的三相交流电源经过交流变频整流装置并经电容滤波后，逐步变成幅值基本稳定的直流电压通向逆变装置上，利用逆变装置功率元件的通断的控制，使逆变装置输出端获得一定形状的长方形脉冲波形；(2)通过改变长方形脉冲的幅度控制电压幅值；(3)通过改变调制周期控制其输出频率等等。
交流变频技术的发展特点有很多，主要是电力电子器件的升级和控制策略的更新以及数字微电子器的应用。电力电子器件的升级在交流变频技术的发展中起到了重要作用。首代交流变频调速技术使用的是恒压频比控制模式，第二代交流变频调速技术使用的是采用矢量控制模式与此同时还有直接转矩控制模式。数字化使得控制器对信息的处理能力大幅度提高，许多难以实现的复杂控制，采用微机控制器后便都解决。数字化使得控制器对信息的处理能力大幅度提高，许多难以实现的复杂控制，采用微机控制器后便都解决了，下面进行详细的介绍。
2.1 电力电子器件的升级
电力电子器件的升级在交流变频技术的发展中起到了至关重要的作用，电力电子器件主要有逆变器、绝缘栅双极型晶体管、智能功率模块。电力电子器件主要的升级和改造主要有逆变器的升级、绝缘栅双极型晶体管的升级、智能功率模块的升级。目前这个方面对交流变频调速技术的发展起到很大的作用，此外，还有一些技术也得到了升级。
2.2 控制策略的更新
控制策略的更新有很多，一般认为主要是控制策略的更新换代。一般认为，第一代交流变频调速技术使用的是恒压频比控制模式，第二代交流变频调速技术使用的是采用矢量控制模式与此同时还有直接转矩控制模式。目前主要使用的第三代是不依赖电动机模型的人工神经网络、模糊自寻优控制等智能化控制方法开始引入到交流调速系统中，成为交流调速控制理论、控制技术新的研究发展方向。总体而言，控制策略的更新尤为重要和主要。
2.3 数字微处理器的应用升级
数字微处理器的应用的升级和换代促进了变频器的质量更加稳定，功能更加成熟，数字化使得控制器对信息的处理能力大幅度提高，许多难以实现的复杂控制，采用微机控制器后便都解决了。高性能的矢量控制系统，如果没有微机的支持是不可能真正实现的。此外，微机控制技术给交流调速系统
变频调速技术发展问题 篇4
注塑机的电能损耗主要表现在以下几个方面：液压系统油泵的电能消耗;加热器的电能消耗;附属循环冷却水泵的电能消耗(在注塑车间内，一般有常温水冷却系统及冰水冷却系统)。其中液压油泵电机的用电量占整个注塑机用电量的80%以上，所以降低其耗电量是注塑机节能的关键。
1 注塑机变频节能的技术分析
1.1 注塑机注塑成型的工艺流程
注塑机注塑的工艺流程(如图1所示)：
(1)锁合模：让模板快速接近定模板(包括慢-快-慢速)，确认无异物存在后，将系统转为高压，使模板锁合(保持油缸内压力)。
(3)注塑:可设定螺杆以不同的速度、压力和行程将料筒前端的熔料注入模腔。
(4)冷却和保压：按所设定的多种压力和时间段保持料筒的压力，同时让模腔冷却使模腔内的塑料冷却。
(5)冷却和预塑：模腔内制品继续冷却，同时液力马达驱动螺杆旋转将塑料粒子前推到预定位置，螺杆停止旋转，注射油缸设定松退，预料结束。
(6)射台后退：预料结束后，射台后退到指定位置。
(7)开模：模板后退回原位(包括慢-快-慢速)。
(8)顶出：顶针顶出制品。
1.2 注塑机液压系统及其能量消耗
注塑成型是由塑料熔融、模子闭合、注射入模、压力保持、制品固化、闭模取出制品等工序所组成的连续生产过程。液压合系统和电气系统则是为了保证让注射成型机按工序过程预定的要求(压力、速度、温度、时间及位置)和动作程序准确无误地进行工作而设置的动力和控制系统。其中，液压部分主要由动力油泵、比例压力阀(控制压力变化)、比例流量阀(控制速度变化)、方向阀、管路、油箱等构成。
普通液压型注塑机其液压油泵大多采用叶片泵柱塞泵和齿轮泵，是典型的容积式油泵，供油量与油泵的转速成正比。在油泵马达以50Hz恒速运转时，油泵的供油量是不变的，所以液压油泵又称定量泵。
液压驱动的注塑机在其注塑过程的各个阶段所需压力和流量都是变化的，当注塑机的油量需求发生变化时，由设在油泵出口的比例流量阀和比例压力溢流阀来调节负载压力和流量，提供各油缸和液力马达所需的推力，调节压力方向和移动速度。油泵的输出功率等于电机的输出转矩和转速的乘积，当系统要求低流量时，油泵电机的输出功率不变，多余的液压油则通过压力比例阀和溢流阀流回油箱，即使空载(如冷却)也是如此。这样，节流功率损失非常大，效率很低，一般只有60%～70%，造成能量浪费。同时，液压油长期的全速循环流动，与液压件、机械件剧烈摩擦，造成油温过高、噪音过大等问题，消耗大量的热能。另外，为降低油温，往往还需要增加额外的冷却水循环系统，进一步浪费了能源。
1.3 注塑机节能的基本原理
变频器控制的油泵电机从根本上克服了传统注塑机能量浪费的弊病。当系统需要的流量发生变化时，电机的转速也跟着变化，从而使定量油泵派出的油量发生变化，即“需要多少供给多少”，从而节约了大量的电能。同时，变频器能够将用电功率因数提高到95%以上，有效地改善电网品质，减少了无功损耗。注塑机节能控制系统能够自动跟踪注塑机本身的工作状态、工作压力和流量信号，控制变频器的运行，通过变频器来准确地调节油泵的转速，使油泵的实际供油量与注塑机的工作流量需求相一致，既满足生产需求，又达到了节能的目的。根据注塑制品的不同，由变频器控制的油泵电机节电率为20%～70%。图2为阀门控制和变频控制两种油泵控制特性功率曲线比较。
1.4 注塑机节能变频器的控制原理
利用注塑机同步信号及电气控制系统,根据注塑成型的工艺要求,将电液比例控制系统模拟成负载跟踪控制系统,使油泵电机的转速与注塑机工作所需液压的流量与压力乘积成正比,将传统的定量泵改造成变频变量泵,从而使溢流阀的回油流量降到最小,使之无高压节流能量损失,从而将传统的有高压节流能量损失的“耗能型”注塑机升级为无高压节流能量损失的“节能型”注塑机。节能型注塑机除了节能这一主要特性外，还具有一系列附加的优点：可减轻开、锁模冲击，延长机械和模具使用寿命;延长油路系统(密封组件等)使用寿命，减少维修次数，节省维护费用;降低噪音，改善工作环境;系统油温被大幅降低，冷却用水可节省30%以上;对电机具有过压保护、过流保护、缺相保护等保护作用。另外，系统保持了注塑机原有的控制方式和油路。图3为注塑机变频调速系统控制框图。
1.5 变频器控制信号的选取
注塑机液压油需求的信号是由连接压力和流量比例阀的电信号(0～1A)经积分处理并转换成4～20mA的标准信号后直接输入到变频器的，以控制变频器改变输出频率，进而改变油泵电机的转速，达到调压、节电的双重作用。针对注塑机液压系统特有的大负荷超载、频响要求高和低速转矩大、电机加减速时间长的特点，采用PLC控制器，引入各电液换向阀的信号，由PLC根据这些信号鉴别注塑机的工艺流程，提前对变频器发出加速和减速的指令。
1.6 变频器的谐波污染治理
采取以下措施可减小谐波危害：不要使变频器的输入、输出电缆与变频器的控制信号线(包括其它设备的控制信号线)平行走或捆扎在一起;减少变频器的载波频率;在变频器的输入侧和输出侧加装变频器专用滤波器、电抗器等，减小高次谐波电流;变频器的外壳必须可靠接地。
2 变频器节能应用实例
以深圳某电子厂采用亿利达品牌注塑机为例进行说明，注塑机油泵电机为三相异步电机。
变频器设备的基本参数数据见表1。变频器机台实测参数数据见表2、表3。
注塑成型机用电由液压系统电机与电加热器两部分组成，加装变频器对马达可起到节能作用。
机台1工频运转平均每小时用电量为7.7kW，机台2工频运转平均每小时用电量为6.1kW;机台1变频运转平均每小时用电量为4.2kW，机台2变频运转平均每小时用电量为4.1kW。
机台1加装变频器马达每小时节电3.5 kW，节电率为45%，机台2加装变频器马达每小时节电2.0 kW，节电率为32%。
机台1年节电(马达功率×节能率×使用系数×稼动率)：30×45%×27%×90%×24×365=28737kW·h。每度电按0.56元计算，年节电费16092元。以变频器预计投资25800元/台计算，约1.8年可收回成本。
机台2年节电：20.44×32%×30%×90%×24×365=15470kW·h。年节电费8663元，以变频器预计投资19418元/台计算，约2.2年可收回成本。
参考文献
[1]吴忠智,吴加林.变频器应用手册(第3版)[M].北京:机械工业出版社,2007
[2]钟汉如.注塑机控制系统[M].北京:化学工业出版社,2004
[3]彭勇刚.节能环保注塑机控制系统设计[D].杭州:浙江大学电气工程学院,2004
变频调速技术发展问题 篇5
【摘要】随着科技的发展，自动化已经成为了各行各业发展的必然趋势，而自动变频控制系统的出现更是给工业生产带来了极大的便利，减轻了相关工作人员的工作负担，提高了电气系统工作的效率，创造了较大的经济效益。本文将简述变频技术的原理和使用意义，分析变频柜的节能与技术发展，提出变频柜使用的注意事项，希望能进一步改善变频电气控制柜的使用功能，促进其推广应用。
【关键词】变频电气控制柜；节能效果；技术发展
现代工业生产中电动机是主要的工作设备之一，而人为进行电动机的控制很容易导致电动机出现不正常的磨损，缩短了电动机的使用寿命，作为实现精细控制电动机的技术措施，变频技术的出现为延长电动机使用寿命做出了极大的贡献。作为工业生产控制技术的重要发展方向之一，探究变频电气控制柜的节能效果和技术发展趋势是工业生产的需要，也是我国实现工业现代化的必经之路。
1.变频技术的原理和使用意义
变频电气控制柜的工作原理如下：市电经过整流器后变成恒定的直流电，直流电经过逆变器后逆变成可变电压、可变频率的交流电源，由于采用微处理机编程的正弦波PWM控制，电流输出波近似正弦波，故可用交流电动机的无级调速。而通过对交流电动机的无级调速可以实现对功率的实时调整，这样就避免了电动机空转导致不必要的磨损。
以油田的生产为例，由于油田的生产环境复杂，主机功率的需求也会时时变动，而为了保证生产的需要，主机都是长期处在高压运行状态，不仅电缆发热量较大，造成了较多的电能浪费，同时也会加剧主机的磨损，缩短主机的使用寿命。而将变频电气控制柜应用在油田生产之中，省去了来回开关电动机闸门的麻烦，既满足油田生产对于主机负荷的要求，又能够降低主机的磨损，节约能源的同时延长主机的使用寿命，具有重要的应用价值。此外，还要通过变频器对工频电源进行变频，以保证主机正常运行。再加上主机需要长时间连续运行，供电是保证主机安全稳定运行的一个前提条件，因此变频电气控制柜的稳定和节能要予以重视。
2.变频柜的节能与技术发展
当前我国对于动力变频柜中再生电能的处理方式主要有制动电阻、吸收电阻和回馈制动三种，以前两种处理方式较为成熟，而第三种处理方式技术较为先进，尚未推广使用。其具体的操作原理是系统将电脑回馈给相应的电源，并且将设备的能量回馈到变频控制柜上，从而实现能量的科学分配，提高能量的利用率。一般认为，电动机在运行过程中如果能够达到额定的荷载或者接近额定荷载，其工作效率是最佳的。而在实际运行的过程中，电动机往往不会达到荷载，但是此时又会有较高的能耗，经济性与性能严重不匹配，通过变频电气控制柜能够实现对频率的调节，从而科学控制电机的效率，提高电能的利用率。
如利用对设备载荷的变化和功能图等采集数据与变频柜的变频器实现联动，这样对上下行不平衡的工况就可以根据其具体工作参数进行控制。以油田的注水泵为例，通过对注水的量和井下压力的实时收集和分析，可了解注水泵是否处在超负荷运转状态或者空载状态，这样就可以利用变频器进行控制，时刻调节泵组的工况以控制注水电机的速度，提高注水效率的同时降低其能耗。
3.变频柜的组成及应用
要了解变频电机控制柜的技术发展以及节能的效果，首先需要了解的是变频控制柜的基本结构。常规的系统组成为变频器、PLC、PID，当前工业上生产的变频控制柜主要用在工业泵系统中，主要是利用变频技术对水泵系统实现复杂的变频控制，实现水泵的高效工作。具体说来，通常是通过传感器来测量管道内的压力或者流速来获得相应的数据信息，数据信息传递至变频控制柜内置的PID 运行，从而调控水泵的工作。这样管道内的压力或者流速能够始终保持在恒定的状态，更能够满足生产的需要。
举例而言，，在实际应用变频电气控制柜的过程中，首先需要了解其工作的具体条件和需求，在进行变频柜型的选择。机安全稳定运行是整个系统正常运作的前提，变频柜需满足主机所需要的转速条件。由电机转速与频率的公式：
n=60f/p
可知，n——电机的转速（转/分）；
60——每分钟（秒）；
f——电源频率（HZ）；
p——电机旋转磁场的极对数。
在变频调速系统中，根据公式n=60f/p可知：改变频率f就可改变转速，降低频率↓f，转速就变小：即60f↓/p=n↓，增加频率↑f，转速就加大：即60f↑/p=n↑。主机对于频率的要求直接决定了所配备的变频器应具有的参数，同时对稳定性也有一定的要求。
4.电气技术发展展望
随着计算机技术的发展，现代电气技术与互联网技术已经融合为一体，变频电气控制柜也开始朝着网络化、智能化、自动化、绿色化的方向快速发展。变频电气控制柜的网络化能够帮助相关工作人员实现远程实时控制，省去了各种操作的麻烦，提高了管理的效率。而变频电气控制柜的智能化则可以面对各种复杂的系统进行高效控制，在出现问题时能够迅速进行反应，真正实现了机械的24小时无人操作，有利于提高工作的效率，也可以降低人力成本的支出。自动化变频电机控制柜的出现意味着企业可以付出更低的人力成本就能完成原有的工作量，同时操作也更加精确，有良好的容错能力。当前可持续发展是社会发展的主流价值观，以绿色、节能、高效，可再生资源开发等低碳经济为代表的深刻变革已成为我国的重大战略产业，电气技术同样应该抓住这种机遇，在发展的过程中时刻以绿色化为指导方针，探究更低能耗的控制方式，推动我国的自动化产业不断向前发展。
5.变频柜应用中的注意事项
在实际的生产过程中变频电器柜的应用是一个动态化的调试过程，其安装地点应该根据工作环境而定，设备要保证接地良好。安装变频柜的接地要求，使用短粗接地线完成对公共接地点的连接。对于要求较高的工作环境应采用金属网等进行接地，同时低压单元和继电器等注意与熔断器的连接，从而提高变频柜的保护效果。考虑到较长的电缆会有较大的电能损耗，因此要避免变频控制柜的电缆过长，而且为了保证变频控制柜的高效稳定运行，有必要为变频控制柜提供独立的电源，这样也可以避免线缆之间的电磁干扰，同时可以采用变频器间互相备用来保证运行的稳定性。为保证变频电器控制柜的散热良好，在应用中变频器多安装在控制柜的中间，且变频器应垂直安装，保证变频器之间有足够的空间散热。由于变频柜持续运行会产生大量的热量，因此选择合格稳固的散热手段也是非常必要的，运行过程中应保证变频器冷却水持续稳定的供应。
变频电气控制柜的运行受到多种因素的影响，如环境温度、湿度、粉尘、震动等，这些因素都可能导致电气控制柜内部的元件出现问题。因此为了保证变频电机控制柜能够长期有效运行，外变频电气控制柜创造良好的工作环境是非常有必要的，最好能够控制变频电气柜
所在环境内的环境温度、湿度、粉尘、震动等情况。如果变频电气柜经过了长途运输，在安装之前首先应该检查变频电机控制柜的各个部件是否完好无损，螺钉是否能紧固，安装后尝试能否正常运行。对于投入正常工作的变频电机控制柜应该定期予以维护，维护的过程要做好记录，以便后期抽查。
6.结束语
变频电器控制柜是工业生产上精细控制电动机的主要技术，同时也是工业发展的重要方向。传统的人为控制电动机的运转避免不了电动机空载运行或者超负荷运行的情况，既浪费了大量的电能，又加重了电动机的磨损，为企业带来了诸多额外的损失。而变频电气控制柜技术的发展将信息技术、计算机技术、调频技术、传感器技术等多种技术集于一体，可实现对电动机的适时调控，能够保证荷载和输出功率之间处于平衡状态，提高机械对于能量的利用率，促使电机长期稳定的工作，这对于正常生产十分有利。
参考文献
[1]刘英凡.变频电气控制柜的节能原理与效益[J].现代企业教育，2012，（15）：258-260.
[2]施邦元.浅谈人货两用施工升降机电气控制系统的改进设计[J].中国机械，2015，（1）：572-573.
[3]施耐德电气标准柜式变频器优化成本取得新成果[J].现代建筑电气，2012，（5）：I378-379.
作者简介
朱悦：1988.5，男，天津，2011.6，防灾科技学院，电气工程及其自动化专业，助理工程师，变频电气。
变频调速技术发展问题 篇6
1油井生产特点导致了机采系统效率偏低
产液量和动液面是影响长庆油田机采系统效率的两个关键因素。受储层条件本身的影响, 长庆油田单井液量普遍偏低 (4.53m3/d) , 供液能力较差 (动液面1250m) , 这也引起泵效和机采系统效率总体偏低, 分别为40.1%和19.9%, 低于股份公司 (泵效平均为42.2%, 机采系统效率为22.9%) 的平均水平。
同时, 机采设备选型偏大或者抽汲方式不适合于低产井, 也是导致系统效率偏低的因素。长庆油田在所调查的24941口油井的结果表明, 抽油机主要以八型、十型、六型机为主, 抽油机平均负载利用率62.1%, 电机功率利用率24.0%。分析主要有两方面原因:一是产建新区抽油机及电机选型充分考虑油井生命周期, 结合开发后期生产, 一般按最大生产参数设计, 而实际上油井的产量一般低于预计值, 参数的放大尚留有一定的余量;二是电机起动力矩和堵转力矩要求至少是正常运行时的2.2-3倍, 所配电机功率必须远大于实际运行时的负载功率, 一般比实际运行消耗的有功功率大3-5倍, 因此, 普遍存在着所谓的“大马拉小车”现象。
2原有技术很难实现最佳的供排协调
合理的工作制度目的就是实现供排协调, 原有技术难以实现供排协调的主要原因:一是优化设计本身是根据地质部门的预测产量以及油田长期开发的需要, 合理的选择最佳的抽汲参数, 而实际上地层供液在一定时间段内是动态变化的过程, 很难做到设计排量恰好等于实际产量;二是抽汲参数是不连续的, 是一个由泵径、冲程和冲次组成的有级组合, 通常泵径系列为Φ28mm、Φ32mm、Φ38mm、Φ44mm等;冲程一般为1.2m、1.8m、2.4m、3.0m;冲次为5次/min、3.5次/min、2.5次/min等, 这样的抽汲参数组合很难与地层供液量达到最佳匹配关系。
3抽油机系统本身存在的缺陷
(1) 、抽油机的启动为全压起动, 启动时电流达到其额定电流的5-7倍, 对电网和电机电流冲击大, 电网电压波动大。
(2) 、“倒发电”现象普遍且严重
“倒发电”是指电机在负载的作用下工作在同步转速以上, 电动机变成了发电机, 倒发电产生的能量损耗为26.8%。
(3) 工频运行特性硬、冲击损耗大。
电机工频运行时呈现“硬特性”, 在负载大小变化转换时冲击损耗大, 同时, 掩盖了不平衡状态, 导致抽油机把能量浪费在“举重”上。
(4) 功率因数低, 线路和电机无功损耗大。抽油机普遍存在“大马拉小车”现象, 负载变化大造成电机功率因数低 (0.1~0.5, 平均0.35) , 变压器效率降低, 配电线路损耗增大, 线路和电机投资也自然增大。
二、“一拖多”转子变频调速技术优势1技术优势
通过抽油机“一拖多”转子变频调速技术先导性试验研究表明, 该系统节电效果显著, 应用于抽油机是可行的。与其他类型节电装置相比该技术具有明显的优势:
(1) 实现了对抽油机的无级调速控制功能, 便于调节抽油机冲次, 改变传统通过更换皮带轮调冲次的管理模式。
(2) 该系统对抽油机的调速范围 (最大转速与最低转速之比) 宽, 一般可达5.0, 可最大范围满足油井生产需要, 可实现低产油井生产的供排协调。
(3) 该系统节电率可进一步提高, 试验井组目前平均有功节电率18.3%。研究得出抽油机电动机的输入有功功率随冲次的降低而基本线性降低, 冲次越低, 电动机有功输入功率越小, 有功节电率就越高。
(4) 该系统具有较高的功率因数, 一般在0.9以上。而原鼠笼式电机的功率因数一般在0.1~0.5以内, 平均0.4, 明显低于“一拖多”绕线式电机变频调速装置。
(5) 该系统实现对电机的合理降容, 在不改变电机特性的情况下, 电机装机容量下降8%, 提高了电机功率利用率, 提高了电机运行效率。
(6) 该系统实现了转差能量回馈和再生能量回馈, 节电性能高, 基本解决了抽油机运行过程中因“倒发电”造成的电能损失的问题。
三、转子变频技术前景展望
依据长庆油田发展规划, 长庆油田油气当量将达到5000万吨, 油井总数也将达到5万口井左右。如果推广抽油机“一拖多”转子变频技术将为企业创造更多的效益, 具体表现在两个方面:
1具有较好的经济效益
(1) 按照单井日耗电量65.0KW.h (7型机) 计算, 全油田抽油机年耗电量约为12.0×108KW.h, 年电费支出7.44亿元。按照20%的节电能力计算, 年节约电量2.40×108KW.h, 节约电费支出1.49亿元。
(2) 抽油机一般标配三个皮带轮, 更换皮带轮费时费力、效率低。只有无级调速才能使抽油机实现和达到最佳供排协调。无级调速和远程调参减少了现场人员劳动强度和工作量, 有效降低了人力成本和费用, 提高了劳动效率。
(3) 低冲次既满足了油井供排协调的需要, 又减少了管杆的偏磨, 在延长设备使用寿命的同时, 节约了维修作业成本。
2具有较好的社会效益
(1) 实现智能调速将可以大大降低人工劳动强度, 从而催生管理模式的转变, 减少用工, 同时还可以把技术人员从现场解脱出来, 专门从事技术政策的制定分析与技术研究。
(2) 按每节约1度 (千瓦时) 电, 就相应节约了0.4千克标准煤, 同时减少污染排放0.997千克二氧化碳的标准换算, 年节约电量2.40×108KW·h相当于年节约9.6万吨标煤, 年减少CO2排放量23.9万吨, 符合国家节能减排工程总体要求。
总之, 该技术在节约成本的同时又符合国家低碳环保的总体要求, 有较强的经济效益和社会效益, 具有较好的推广应用前景。
四、结论与认识
1长庆油田三低的地质特点决定了油井产量普遍较低, 采用游梁式抽油机举升时机采系统效率偏低, 存在“大马拉小车”现象, 难以实现油井生产供排协调。
2通过先导性试验表明, 将“一拖多”转子变频技术应用于抽油机是可行的, 具有明显的技术优势。
3先导性试验表明, 抽油机“一拖多”转子变频技术具有较高的节电效率, 具有较高的经济效益和社会效益, 符合国家节能减排和低碳环保的要求, 具有较好的现场应用前景。
摘要：长庆油田“三低”的地质特征决定了油井单井产量普遍偏低, 目前主要采用游梁式抽油机举升方式, 油井生产特点和抽油机系统本身存在的缺陷导致机采系统效率低, 功率因素低, 难于实现油井的最佳的供排协调。通过开展抽油机转子变频调速技术研究表明, 该技术具有明显的技术优势, 在长庆油田低渗透油井具有较好的发展前景。
关键词：长庆油田,机采效率,转子变频,节能减排
参考文献
[1]陶景明, 杨敏嘉.采油机械[M].北京:石油工业出版社, 1994.
[2]孙正贵.游梁式抽油机节能控制技术[M].东营:中国石油大学出版社, 2008.
现代交流调速技术的应用和发展 篇7
关键词：交流调速技术,直流调速技术,应用和发展
1 现代交流调速技术的应用
1.1 变级调速系统的应用
所谓变级调速就是有效调节旋转磁场使其运行速度一致, 这是最简单的调节方法。采用交流调技术就是通过利用电动机的改接技术, 实现电机从一个级数到另一个级数的转变, 从而实现了不同步电动机的有级调速。变级调速系统操作简单、设备价格低, 工作轻松且具有可靠性, 但仅限于有级调速, 其速度一般可分为两种速度, 在现实中三种速度以上的变级电机, 由于结构复杂、操作繁琐等原因, 在现实中很少应用。电机绕组设计是采用变级调速技术的关键, 因此, 最佳的电机技术性能指标就是采用最少的绕组线圈改接与引出头。
1.2 串级调速系统的应用
串级调速系统也称为绕线转子不同步电动机串级调速系统, 其原理是将电动机转差功率加以利用的一种节能、高效、经济实用的调速方法。在转子回路中串入阻值大小不相同电阻, 从而得到电动机不同斜率的机械性能, 有效实现了电动机的速度调节功能, 这是传统改变电动机转差率的方法, 同时也是一种简短的操作方法, 缺点是调速是有级的、不平滑, 并且由于电动机的转差功率大多都消耗在电阻发热上面, 降低了转差效率。随着大功率的电子器件产品的诞生, 传统采用在转子回路中串联的电阻转变为晶闸管功率变换器, 有效实现转差功率的作用, 同时也构成了晶闸管串级调速系统, 是由绕线不同步电动机与串联晶闸管变换器两者组成。这种方法的采用, 不仅增加了转子回路中的电势, 同时也改变了转子回路中的转差功率值, 因此, 也改变了不同步电动机的功率因数。 (1)
1.3 变频调速系统的应用
变压变频调速系统是各种不同步电动机调速系统中, 具有高效率、高性能的最好的调速系统。变夺变频调速系统的调速原理是, 同时对定子电源电压与电源频率进行有效调节, 在这种情况下, 机械特性大体上处于上平行移动状态, 而电动机的转差功率保持不变。变频调速系统是现代交流调速的主要发展趋势。变频调速系统具有高效率性、高性能、高精度性以及宽调速范围等优势, 是现代最具有发展前景的调速方式。现代交流电动机变频调速系统分为很多种, 例如最早的电压源型变频器、电流源型变频器、脉宽调制型变频器等。
1.4 调压调速系统的应用
不同步电动机电机转矩与输入电压基波的平方成正比的关系, 因此有效改变电动机电机的电压, 可以有效改变不同步电动机的机械特性等, 有效实现了不同步电动机的调速功能。不同步电动机调压调速是一种操作比较简单的调速方法。在二十世纪五十年代以前, 工业电动机调速方法是采用串饱和电抗器的方式, 对电动机进行调速。随着科学技术的不断发展, 现代大多采用双向晶闸管调压的方式实现电动机的交流调压调速功能。采用双向晶闸管调压的方式主要有两种:一种是整周波斩波控制方法调压, 而另一种是相控技术。但采用整周波斩波控制方法的缺点是调速不平滑, 因此, 在实际应用中大多数工业都采用相控技术。 (2)
2 现代交流调速技术的发展研究
2.1 新型电力电子器件的研制
限制现代交流调速技术中电力电子技术应用的因素主要有以下四个方面: (1) 是指基于电力电子技术的控制手段与控制策略的因素; (2) 是指电动机变换器的结构限制因素; (3) 是指电子电子器件的性能限制因素; (4) 是指电力电子器件的价格因素。伴随着现代交流调速技术的发展, 电力电子器件由原来的不可控制到现代的可控制技术, 由原来的低电压等级到现在的高电压等级, 同时也促进了各种新型电动机变换器的诞生, 形成了各种新的控制理论在工业领域中的应用与发展。科学技术的发展, 推动了交流调速技术的不断进步, 对电力电子器件提出了更高的要求, 有效促进了先进的、新型的电力电子器件的诞生, 以满足现代应用系统的高效性、智能性、集成性、统一性、数字性以及高频性等一系列的发展要求。与此同时, 电力电子器件应用所产生的谐波, 会对电动机电机产生一种转矩脉冲, 不仅增加了电动机的附加损耗量, 也形成了噪音污染, 而产生的转矩呈现周期性的波动, 大大影响了电动机电机的调速范围与稳定性, 因此电力电子器件应用所带来的污染问题, 也是目前研究的重点课题。 (3)
2.2 数字化控制系统
为了有效使现代交流调速技术与现代先进的计算机技术、网络技术以及智能技术有效结合, 同时还可以有效提高现代交流调速系统的性能, 因此, 必须使现代交流调速系统实现全数字化控制。在过去的交流调速系统应用中, 广泛应用的是单片机, 然而随着新的交流电动机电机的控制理论的不断推陈出新, 电动机电机的控制技术、控制方法以及控制策略等也趋向于复杂性控制、自适应化控制、智能化控制、模糊化控制、个性化控制等, 在现代交流电动机电机的直接矩控制与入存量控制中得到广泛的应用。随着科学技术的不断进步, 单片机受自身性能限制, 已无法满足现代社会发展的需求。 (4)
3 结语
随着科学技术的不断发展, 现代交流调速技术已相对成熟, 并在工业领域得到了广泛的应用。然而随着新的科学技术手段、新的电子产品以及新的控制方法的诞生, 丰富了现代交流调速技术的功能, 满足了现代工业领域的发展需求, 现代交流调速技术的应用与发展具有很大的发展潜力与空间。 (5)
注释
1肖倩华, 廖世海, 刘华民.现代交流调速技术的应用和发展[J].科技广场, 2009.14 (6) :187-189.
2杨晓丽, 沈爱弟, 俞宏生.现代交流调速技术在船舶电力推进中的应用[J].大连海事大学学报 (哲学社会科学版) , 2009.46 (9) :223-224.
3张维竟, 刘晓伟, 张小卿.船舶电力推进中交流调速技术的应用与发展[J].中央民族大学学报 (哲学社会科学版) , 2009.15 (1) :104-106.
4郝绣, 柳金华, 张阿龙.国外现代交流调速系统的发展及其在船舶电力推进中的应用[J].船电技术, 2009.25 (22) :109-120.
变频调速技术发展问题 篇8
自1885年异步电动机问世以来,由于其结构简单,在国民经济各个领域中得到了广泛应用。但异步电动机的启动性能不理想,启动电流大,启动转矩并不大,特别是大容量异步电动机启动冲击大,对电网及设备有不利影响。为了改善启动性能,随着晶闸管技术的发展,20世纪70年代以来,开始使用晶闸管移相触发降压软启动技术,到目前为止,市售软启动设备均采用晶闸管移相触发降压来启动异步电动机[2]。由于在频率一定时(如工频50 Hz下),启动转矩与相电压的平方成正比,故基于晶闸管调压原理的常规软启动器,虽具有电压可连续调节、电流连续、省去换档硬开关、减少启动设备体积等优点,但存在降低启动转矩的局限,常限定于轻载启动的应用场合。对于需重载或满载启动的设备,采用常规软启动器启动,不但达不到减小启动电流的目的,反而会要求增加软启动器的晶闸管容量,增加成本,若操作不当,有可能烧毁晶闸管,采用变频软启动技术是适应重载启动需要的较佳选择[3][4]。
虽然变频调速器可采用变压变频控制方式实现异步电动机理想的平滑软启动,但其存在成本较高等局限。
1997年,美国田纳西州科技大学Antonio Ginart博士提出了离散频率控制方法(即分级变频),为适应重载启动需要的软启动器开发提供了理论依据。分级变频软启动通过控制晶闸管触发顺序,在改变电压的同时改变交流电的频率,以实现高转矩的恒压频比控制软启动方法。
继Ginart博士之后,国内外许多学者进行了离散变频软启动相关技术的研究,目前研究主要集中于采用离散变频软启动技术,提高电动机启动转矩、降低启动电流。实际上,由于离散变频特殊的晶闸管触发方式,异步电动机运行状态较复杂,对其进行良好的启动控制并不容易,需要做的工作仍有很多。
作为一项方兴未艾的重载软启动新技术,离散变频软启动[4,6,9]结合了传统晶闸管软启动器和变频器的优点,在不增加成本的前提下可有效减少启动电流,提高启动转矩,拓宽了晶闸管软启动器应用领域,市场应用前景广阔。
本文阐述了异步电动机离散变频软启动器的结构和原理,综述了异步电动机离散变频软启动技术的研究现状,对其发展进行了展望。
1离散变频软启动的原理[1,6,9,10,17]
分级变频软启动器在保持常规晶闸管相控调压软启动器主电路不变的基础上(图1),在启动过程中,通过改变晶闸管触发角控制策略,对电动机定子相电压频率进行变换,使其随着相电压逐渐增大,从较小的某一初值分步离散地增加至工频。分级变频技术采用将N个工频周期组合为一个周期交流电,选择在其正负半周期分别只让工频电压的正负半波导通,实现N分频,由于新频率是对交流电源分频而得,是工频电源的一系列子频率,其不可能实现连续的变频软启动, 故称之为离散变频软启动。
对单相交流电进行交交变频时,只能实现1/n分频,故采用的方法是通过晶闸管控制交流电的通断,将n周期工频交流电合为一个周期,其正半周时只让正向半波导通,负半周时只让反向半波导通[4,5]。Ginart博士提出的将工频电压离散成低频电压供电的方法,虽可提高启动转矩,但尚存在一些问题,如未考虑一个正弦周期内两个过零点处电压瞬时值单调性的不同,使得三相初始相位角组合过多,其中有一半组合对实际应用没有意义,产生最大正序分量的相位角组合方法繁琐等。
2 分级变频控制研究进展
2.1 离散变频软启动过程中频率的选择
异步电动机离散变频启动过程中应调节晶闸管的触发序列,逐渐减小分频数,提高频段频率,最后从离散变频启动方式切换到工频电源运行方式。离散变频软启动过程由若干离散频段构成,实现这一过程需要选择最低离散频段、过渡频率段,且要解决离散频段切换、离散频段向工频切换及基于时间片段的控制策略等问题,文献[12]对此进行了探讨。
文献[9] 研究了分级变频频率等级并得到各频率最大转矩电压组合,建立了f/7-f/4-f/3-f/2-f的5级变频仿真模型,研究表明,异步电动机启动过程中,采用适当分级变频控制,可使启动电流很小、启动转矩很大。
文献[6]分析了前人过高估计 2分频带载能力的研究局限,指出在诸多分频数中只有3n+1分频可在对称分频的前提下不改变相序, 3n-1 分频得到的相序同原来相反, 而 3n分频则得不到对称的三相分频。有鉴于此,离散变频软启动只能利用3n+1分频作为启动频率[2,3,4,5,6,8,9,10,11,12]。
2.2 触发角的计算与修正[12][15]
软启动控制器的交流调压器在改变触发角α时有两种不同的工作状态:其一,同一时刻每一相有一只晶闸管导通;其二,在同一时刻,有一相两只晶闸管都不导通,另两相各有一只晶闸管导通。输出电压波形及有效值随触发角α不同而改变,如,对应工频50 Hz,
对应各级分频,其相电压有效值为:
可算出n=2,3,4,5,7各级频率所对应的触发角α,如表1所示[30]。
以上计算是基于理想状态进行的。但异步电动机是感性负载,存在滞后的功率因数角,其相电压与相电流有相位差,它等于电动机一相阻抗的阻抗角。由异步电动机T 型等效电路,可得一相阻抗Z为
设
2.3 等效正弦触发控制及改进[4,8,9,32]
等效正弦触发控制策略基于面积等效原理,通过调节不同半波的触发角,使导通半波的面积等于期望正弦波的幅值,以减小输出电压的谐波含量。
文献[32]以七分频为例,对等触发角控制、等效正弦触发控制两种触发方式下的输出电压波形进行了谐波分析。
图2为七分频基波示意图,设工频(f1=50 Hz)电压为u1=U1sinω1t,其中,ω1=2πf1,七分频后电压基波为:u7=U7sin(ω1t/7),根据面积等效原理得:
∫0.01xU1sinω1tdt=∫0.020U7sin(ω1t/7)dt (4)
由式(4)可得第一个工频正半波触发角对应的时间x,再据式(5) 转换为对应的触发角α,即
依此类推,可得其余3个正半波的触发角。由正负半波的对称性,4个负半波触发角应与对应的4个正半波触发角相等。文献[32]仿真表明,采用等效正弦触发方式后,输出电压总谐波畸变率(THD)由采用等触发角控制时的240.16%降为191.57%。
采用等效正弦触发控制可有效抑制输出电压谐波,降低电动机启动转矩振荡,但一个工频周期内的输出电压不仅取决于晶闸管触发角且受电动机续流角影响。续流角不仅与电动机有关,且与负载有关,因此,触发角按固定规律变化的方式仅适用于特定的电动机和特定负载。为此,需对等效正弦触发控制策略进行改进,引入对续流角的检测,并在计算触发角时考虑负载续流角的变化,以适应不同的电动机负载[9]。
2.4 分级交交变频技术启动转矩研究
2.4.1 转矩的控制方法[9,10,23,29,31]
转矩控制方法通常有转矩控制启动和转矩加突跳控制启动两种。
转矩控制启动主要用于重载设备启动,其控制电动机的输出转矩线性增加,可使启动设备平稳升速,避免启动过程的转矩振荡,降低负载、传动设备、电网的启动冲击,但缺点是启动时间相对较长。
转矩加突跳控制启动和转矩控制启动的控制原理相似,不同之处是在启动初期控制电动机产生一个突跳的启动转矩,以克服电动机刚开始启动时较大的静摩擦转矩,可使电动机快速启动,但该方法会对电网产生瞬间的电流冲击,从而影响其他设备正常运行。
2.4.2 离散分频的启动转矩[9,28,31]
离散变频软启动是利用 3n+ 1分频来启动电动机。启动时,电动机的转差率S=1,由电动机学知,启动转矩为
式中,m1为相数,Ωs为同步角速度,R1,R'2和X1σ,X'2σ分别为定、转子相绕组电阻和漏感抗。
对于n分频, Ωs,X1σ,X'2σ均为原工频对应参数的1/n。设n分频下输出电压的基波幅值为αnUm,则n分频下电动机的启动转矩为
设Γ型等效电路中,定转子漏抗与电阻的比值为λ,即
则,n分频下电动机的启动转矩为
在七分频下,α7=0.406 8,对应的启动转矩为[9,28]
由式(10),当λ=1时,T*st≈2.27Tst;当λ=3时,T*st≈9.78Tst;当λ→∞时,T*st≈56.76Tst。
研究表明,3n+1分频可大幅提高启动转矩。当λ→∞时,七分频的启动转矩逼近直接启动转矩的 56 倍[9,28]。
3 展望
1) 采用离散变频软启动方法,在保留常规晶闸管调压软启动器结构的情况下,利用晶闸管的通断实现变压变频,有效提高了启动转矩,不仅可克服常规软启动方法启动转矩不足的局限,也可克服变频调速器应用于软启动所存在的成本较高问题,从而在不增加成本的前提下拓宽异步电动机晶闸管软启动器的应用领域,具有广阔的市场应用前景。
2) 离散变频是通过对工频进行分频来实现的, 最低频段选取、离散频段与工频切换、离散变频等效正弦控制及其改进等均为离散变频软启动研究中的关键问题。仅依靠原有晶闸管调压的拓扑结构,要在分频的同时消除50 Hz工频的影响,并得到理想的正弦分频电流面临较大的困难,适当增加一个或多个滤波环节可望滤除谐波, 但这将导致系统成本增加, 从而降低软启动器相对于变频器的成本优势[10]。
3) 作为一项发展中的新技术,异步电动机离散变频软启动研究需要做的工作仍有很多,如建立基于离散变频启动控制的异步电机软启动控制系统整体动态仿真模型,研究最佳频率切换等级的选择及基于智能控制算法的离散变频启动控制方法,研究在保留低成本优势前提下的输出谐波抑制及基于高性能单片机及DSP的异步电动机离散变频软启动数字控制系统设计开发等。
变频调速技术发展问题 篇9
随着社会的发展, 能源日渐短缺, 人们的节能意识越来越强。为了更好地节约能源, 人们开始重视各种可能节约能源的新技术, 特别是高压变频器技术。
1 高压变频器概述
1.1 高压变频器基本构成
高压变频器内部有18个结构一样的单元模块, 每6个模块合为1组, 每组各自对应着高压变频器的三相高压回路, 然后通过移相对变压器进行切分, 实现单元供电。
1.2 常见的高压变频器类型
按照不同分类方法, 可以得到不同高压变频器类型。如果依据高压变频器的结构划分, 有高—高型和高—低—高型2种;如果依据高压变频器的功率单元结构方式划分, 有单元串联多电平型和三电平型2种;如果依据高压变频器的滤波方式划分, 有电流和电压2种类型。
1.3 高压变频器的性能
(1) 应用实践性能强:
由于高压变频器的调速范围较宽, 可以实现高压变频器转速从0到工频的平滑调节, 所以高压变频器如果安置在较大的电机上可以达到较小电流就能启动的目的, 同时还可以根据工作现况及时调整高压变频器的启动时间及启动方式。
(2) 采用既新又稳的串联多重化叠加技术:
高压变频器可以避免电压的升降变换, 实现高—高型式的电力转换, 减小高压变频器装置电压转化的损耗, 有效增强高压变频器的可靠性能。
2 高压变频器技术的特点及现状
2.1 高压变频器技术的特点
高压变频器技术不仅可以减小设备活动功能损耗, 节约能源, 还可以实现多样化技术控制。除此之外, 其特点还表现在以下方面:
(1) 大功率:高压变频器大量采用SCR、GTO等, 同时结合并联、串联等技术, 进行大批量的高电压、大功率产品生产。
(2) 多样技术处理:为实现高压变频器在硬件配置上的高精度、多功能化, 研究并使用高速微处理器、DSP以及先进的ASIC等技术。
(3) 控制理论:结合矢量控制、智能控制等高压变频器技术控制理论作为技术研发的理论指导。
(4) 制造的科学与专业性:飞速发展的基础工业以及国内机械生产促使高压变频器的生产走向社会化、科学化乃至专业化。
2.2 高压变频器技术的现状
高压变频器技术涉及电力、电子、电工、信息与控制等多个学科领域。电子计算机信息、电力电子以及信息自动化智能控制等技术都推动了高压变频器技术的发展, 其不仅充分避免了直流电机的不足, 实现了交流变频调速传动元件构造简便、经久耐用、成本低以及较好的动态响应等特点, 同时弥补了交流电机调速原有的不足。
随着人们的重视, 高压变频理论也形成了一个较为完整的科学体系, 成为一门相对独立的学科, 甚至在20世纪伴随着电力电子变频技术的出现发展到鼎盛时期, 到20世纪20年代更是演变出交流变频调速理论。到60年代, 电力电子器件的发展促进了变频调速技术向实用方向发展。70年代, 发达的工业国家发生了震惊世界的石油危机, 但这不仅没有阻碍高压变频技术的发展, 反而大大促进了其前进的步伐;80年代, 变频调速已产品化, 性能也不断提高, 它发挥了交流调速的优越性, 广泛应用于各工业部门, 并且部分取代了直流调速。进入90年代, 新型电力电子器件如IGBT、IGCT等的发展及性能的提高与计算机技术的发展 (如磁场定向矢量控制、直接转矩控制等) , 促使高压变频器在调速范围、驱动能力、调速精度、动态响应、输出性能、功率因数、运行效率及使用的方便性等方面大大超过了其他常规交流调速方式, 其性能指标亦已超过了直流调速系统, 达到取代直流调速系统的地步。
目前, 交流变频调速以其优越的性能而深受各行业的普遍欢迎, 在电力、轧钢、造纸、化工、水泥、煤炭、纺织、铁路、食品、船舶、机床等传统工业的改造中和航天航空等高新技术的发展应用中无不看到变频调速技术的踪影, 变频调速技术取得了显著的经济效益。
3 高压变频器技术发展应用前景分析
20世纪末, 以电子功率变换技术、微电子控制技术为核心的高压变频器技术得到了惊人的发展。到了21世纪, 变频调速技术将会有更大的发展。下面进行介绍:
(1) 开关元件方面:不论是20世纪90年代就崭露头角的IGBT变频器, 还是21世纪成为主要高压变频器的IPM甚至智能化变频器, 都在高压变频器功率变换、控制、保护等方面实现了集成化, 增加了高节能、高性能、高智能等特性。
(2) 电路结构方面:利用电力电子智能自动控制器, 使用双PWM绿色变频控制电路, 充分缩小高压变频器直流活动滤波电容容量, 并因为电路元件采购成本较低而得到广泛认可。
(3) 电路控制方面:虽然20世纪80年代就利用16甚至32位微处理器研究高压变频器数字化控制, 但目前仍停留于此, 高压变频器仍普遍使用DSP系统。
(4) 控制技术方面:目前仍主要选择矢量控制技术 (如PWM技术、速度辨识、参数辨识、新型电力半导体器件、DSP、ASIC等) 以及直接转矩控制技术。直接转矩控制技术在低速范围的活动下还有着很多难题, 尤其是定子电阻的辨识问题仍困扰着各国的学者。对矢量控制低速范围已有了相应的解决方法, 其对于改善直接转矩控制系统的低速性能具有重大的现实指导意义。实践证明, 已不可能从电机本身来完善直接转矩控制技术, 必须另寻他法, 利用现代控制理论进行交流电机的调速研究改进, 并使用多样先进新型辅助技术即解决办法之一。
(5) PWM及多电平技术:消除机械和电磁噪音的最佳方法并不是盲目地提高工作频率, 而是要研发新技术, 比如PWM及多电平技术。由于PWM逆变器的开关损耗随着功率和频率的增加而迅速增加, 因此, 在高频化和大功率方面还有大量工作要做。目前, 提高开关频率的一个方法是采用谐波技术及在此基础上发展起来的软开关技术。在大功率装置方面, 除尽量优化PWM模式外, 多电平逆变器也越来越受到人们的重视, 此时开关损耗问题转化为多管串联的均压问题。
(6) 以网络配置为主的系统化:为了更好地实现高压变频器各项功能, 主要利用网络化对高压变频器进行配置, 根据高压变频器基本构成, 网络化的系统化配置主要有3个层面, 即设备层、控制层及信息层。我们在构建网络化配置的变频器时应争取实现以下特点:1) 设定精度较高的变频器频率。因为只有这样才能让变频器具有较高的通讯速率, 才能实现变频的稳定以及性能的可靠, 也才能得到简单明了的接线方式, 同时在高压变频器模拟量控制时, 减小由于模拟过程中2个不同的转换器位数以及工作导线产生的能量损耗等带来的误差, 得到较高的响应速度。2) 实现基本远程控制以及信息化。由于工作环境恶劣以及超负荷、超时效工作等原因, 高压变频器故障率较高。而随着高压变频器电子技术的发展, 原有的事后维修方式逐渐转变成故障预报以及整机在线维修。为了更好地进行故障监测, 我们需要对故障进行先诊断后分析的远程及智能化控制。3) 构建变频器远程诊断系统。为了缩短高压变频器系统的维护时间, 提高高压变频器的工作效率, 节约成本, 我们需要配置Profibus-DP、Modbus Plus等总线模块, 并且选用PLC集成到高压变频器系统网络中去, 同时构建同种语言、不分型号的高压变频器。
(7) 与同步电机的配合应用:传统的自控变频同步电机调速系统有转子位置传感器, 现正开发无转子位置传感器的系统, 且已取得重大进步, 并在市场上成功应用。同步电机的他控变频方式也可采用矢量控制, 其按转子磁场定向的矢量控制比异步电机更为简单。
4 结语
本文先研究了高压变频器的基本构成、常见类型、性能, 然后探讨了高压变频器技术的特点和现状, 在此基础上又分析了其发展应用实践前景, 希望可以对广大读者有所帮助。
参考文献
变频调速技术发展问题 篇10
所谓的变频器就是正弦交流电, 将交流电通过整流, 变成直流电, 再将其按照正弦轨迹变成脉冲波, 最后用电容器将不同幅值的脉冲波滤波, 形成较平滑的积分曲线。变频器的频率改变是通过改变脉冲的宽度得以实现的。变频器用于电机调速, 根据电机所带负载的需要可分为以下三种:变频启动, 用于较大负载的启动;变频停止, 用于不能立即停车或减速的负载;变频运行, 用于负载负荷大小调整率。
2 变频器技术在油田企业中的发展
变频调速以其优异的调速和起制动性能, 高效率、高功率因数和节能效果, 广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。所以在我国油田企业中对变频器进行了改造, 并取得了显著的成果。下面以野猪峁注水站变频改造成功事例举例说明。
野猪峁注水站三台132千瓦注水泵是高压离心泵匹配高压电机, 大功率系统运行常是“大马拉小车”, 效率低下。注水压力靠泵出口安装的电接点式压力表控制, 泵、电机匹配难以达到在泵的最佳工况点运行, 管网效率低, 电能损失高达50%以上。工作人员对其进行了变频改造, 通过变频改造, 对注水泵电机转速进行调节, 不但达到了恒压注水;同时软起软停的功能代替了减压启动, 使电机起停平稳, 减少了对电网和机械设备的冲击, 不会造成管网压力、流量、流速的剧烈变化, 不需要阀门截流, 因此对防止汽蚀、水击、喘振极为有利, 可以延长管网、泵、阀门的维修周期和使用寿命。不但提高了我厂注水工艺的自动化管理水平, 而且达到节能的效果, 从而大量降低了注水工艺成本。同时还大幅度降低了耗电量, 减少了电费支出。最为明显的是改造前注水泵运行时电流为130A以上, 使用变频后, 电流降为95A以下。根据变频使用前后平均每月的耗电量绘制出对比图 (见图1) , 可以看出注水泵的耗电量对比情况。
3 变频器技术在油田企业中的广泛应用
3.1 变频器在游梁式抽油机控制中的应用
游梁式抽油机的动作原理是交流电动机恒速运转带动抽油泵, 沿着重力作用方向进行往复运动, 从而把原油从数百至数千米的井下抽到地面。在运作过程中可能会对整个电网产生冲击, 导致电网供电质量下降, 功率因数降低, 面临被供电企业罚款的危险;频繁的高压冲击会损坏电机, 对电动机没有可靠的保护功能, 一旦电机损害, 造成生产效率降低、维护量加大, 极不利于抽油设备的节能降耗, 给企业造成较大的经济损失。另一方面, 游梁式抽油机引入两个大质量的钢质滑块, 导致抽油机的起动冲击大等诸多问题。在对游梁式抽油机的交流变频技术改造后提高了电网的质量减小了对电网的影响, 同时也起到了节能的目的。
3.2 变频器在电潜泵控制中的应用
电潜泵是井下作业的多级离心泵, 同管道一同下井, 地上电源经过变压器、操控屏和电潜泵专用电缆将电能输送给井下电潜泵电机, 使电机鼓动多级离心泵旋转将电能转换为机械能, 把油井中液体举升到地面上来。由于电潜泵是在地面以下2000多米的井底工作, 工作环境非常恶劣 (高温、强腐蚀等) , 传统的供电方式-全压、工频使它故障频繁, 运行成本大。对电潜泵井进行变频改造后, 实现了电潜泵的软启动、软停车, 有效地保护了电潜泵与电缆;通过调节频率可方便的调节油压, 避免了电潜泵在高压下长期运行;延长了电潜泵的寿命。
3.3 变频器在注水泵控制中的应用
油田注水设备多选用高压离心泵匹配高压电机大功率体系功率低下, 注水压力靠泵出口闸手动操控。即靠改动管网特性由线来调理泵的排量, 泵与电机难以达到最佳运转, 管网功率低, 电能丢失达到50%以上。经变频改造后完成了电机软启动, 自在泊车。前进了功率固数, 改进了电机电源质量。电机的功率与实践负荷相匹配, 体系到节能运转的意图。消除了泵的喘振表象, 使泵运转处于最佳工作状况。完成了压力自动操控, 被调理量得到更平稳的调理, 增强了体系的稳定性和牢靠性。
变频器技术的应用, 是现代科技社会发展的需求, 是油田企业经济发展的必然产物。变频器技术已经经深透到油田企业的各个技术部门, 并发挥着它巨大的作用在节能上做出了贡献, 但是在有些技术部门中还存在问题有待于解决, 例如游梁式抽油机控制和电潜泵控制中的应用还存在问题。变频器技术在油田企业的应用中, 变频器的控制问题和成本问题都需要解决, 这样才能使变频器更充分的在油田企业中发挥作用。希望通过大家的努力使变频器技术更加的完善, 给国家和人民造福。
摘要：随着社会的不断发展, 经济的快速腾飞, 变频器技术在油田企业的作用更是不容忽视的。变频器自20世纪80年代在中国推出以后, 因为它具有优良的节能性和调速性, 所以被广泛的应用于企业生产和人们的日常生活中。我国是产值能耗世界上最高的国家之一, 要解决这一问题, 就要从节能上入手。所以变频调速已成为节能和提高产品质量的有效措施。油田作为一个耗能高的产业之一, 因而变频器技术在油田企业中得到了更好的发展与应用。文章就变频器技术在油田企业中的发展、应用问题进行了简单的分析和阐述。
关键词：油田企业,变频器技术,发展,应用
参考文献
[1]王占奎.变频调速应用百例[M].北京:科学技术出版社, 2000.
[2]俞伯炎等.石油工业节能技术[M].北京:中国石油出版社, 2000.
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