变频调速技术（精选十篇）
变频调速技术 篇1
1 装置的变流 (控制) 电压
变频与串级装置都是由半导体电力电子器件作成的变流器。由P-N结原理制造的各种半导体器件不容易做得耐压很高，因而对高电压的变流是变流器制造的主要困难之一。
(1）变频技术
由上述原理可见，变频技术是将供电电源进行变流，因而变流电压是供电电压。就我们所讨论的高压电机调速而言，其电压是6kV和10kV。由于目前大功率耐高压电力电子器件制造技术上的困难，难于承受6kV和10kV的高压，因而目前高压变频技术中多采用变压器分多路降压，分路多功率单元(变流单元)串联技术解决耐高压的问题。由于功率单元串联的均压和其它相关问题复杂，从而使变流电路变得复杂和故障因素增多，可靠性受到影响。
(2）现代串级调速技术
同样由上述原理可知，现代串级调速的变流装置在转子回路，而电机的转子回路是低电压回路。转子的开路电压E2E一般为几百伏至1.5kV，而在转子回路经调速装置闭合工作时，实际回路工作电压E2S还要乘以小于1的转差率：E2S=E2E·s，所以一般其工作电压为几百伏至1kV左右。这样的电压对单只半导体电力电子器件便可以承受。因而，其变流装置十分简洁，不存在串联的需要，器件选择可以有足够的耐压裕度，因而故障因素少，可靠性大大提高。
2 装置的变流 (控制) 功率
由于大功率半导体器件制造上的困难，变流功率大是变流器制造又一主要困难。
(1）变频技术。
由变频原理可知，电网供给电机的全部功率都经过变频器，因而变频技术是电机全功率变流。就我们所讨论的高压电机而言，一般都是大功率电机，其功率范围在几百千瓦至上万千瓦，因而，变流装置的半导体电力电子器件又存在耐受高功率的困难。因而在高压变频中同样采用功率分散变流的办法来解决，同样造成装置庞大，系统复杂和故障因素多，可靠性下降的问题，当然还有由此引起的下面将讨论的其它问题。
(2）现代串级调速技术。
由于串级调速技术工作在转子回路，电网供给电机的功率大多由转子变为机械功率输出驱动了负载，而输入串级调速装置进行变流的只是转子绕组回路中的转差电功率，是电机定子的输入功率减去机械功率。该转差功率的大小随负载性质不同而不同，随转速的变化而变化。如对最大量应用的泵和风机这类平方性转矩负载的拖动电机而言，其调速范围内的最大转差功率只是电机实际最大负载功率的14.815%，或者说是变频变流功率的14.815%。
因而，无论从泵、风机这类最大量的拖动负载角度讲还是特殊的负载，串级调速变流功率比变频小得多。因而使装置简洁，故障因素少，可靠性可以更高。
因变流电压的高低和功率的大小直接关系变流器(调速装置)制造的难易，为了更清楚的说明它们在这方面的区别，将两种调速装置在电机系统功率流中的安装位置见图1和图2。
串级调速中不同性质负载的转子转差功率随转速 (转差率) 变化的计算公式和曲线见表1、图3所示。
3 节电率比较
调速系统的效率决定了调速的节电率。而系统效率反映的是调速装置的效率，装置效率就取决于装置(变流装置)的变流功耗。而在相同变流技术条件下，变流功耗直接与变流功率的大小成正比。
(1)变频技术。
如上所述，变频技术需变流电机的全功率，因而造成变流功耗大，据不同的变频器变流技术水平不同，其变流功耗在电机功率的3%～6%不等。效率在97%～94%之间。
另外，作为大功率电机，3%～6%的变流功耗均变为大量的热量使装置发热严重，因而一般都要给变频机房加装相当容量的制冷空调以便将热量带走 (以1400kW电机为例，1400kW电机变频器机房内需配置功率约为15匹的工业空调) ，这些空调的功耗大约为电机功率的1%～2%。因而高压变频器的使用效率应在93%～95.5%之间。
(2)现代串级调速技术。
如上所述，现代串级调速技术只变流14.815% (泵、风机负载) 的转差功率，因而，串级调速装置的功耗只是变频装置功耗的15%左右，其自身功耗不到电机额定功率的1%，由于功耗小，因而装置发热很小，在一般厂房温度下不需空调制冷散热，因而其装置使用效率大于99%，较变频的节电率高出3.5至6个百分点。这对大容量电机是一个可观的数字。
4 调速范围
调速范围的要求主要取决于生产工艺的要求，对一般绝大多数生产工艺而言，三相异步机的调速范围要求在40%～100%之间，只有极个别生产工艺有更低转速的要求。
(1)变频技术。
由于变频技术可以实现逆变频率自0Hz至50Hz以上的变化，因而，变频技术可以实现零转速至额定转速，甚至超同步转速的调速，在极个别特殊生产工艺中有其优势。另一方面，由于大多使用三相异步机的场合，机械负载不允许超同步转速运转以及过低转速只在启动过程中有一定意义外，其超同步调速的特点不带来实际应用意义。
(2)现代串级调速。
现代串级调速中随串入反电势的大小，转速调整范围可以在零转速至额定转速间平滑无极调速，但串入反电势不能达到超同步转速。由于生产工艺实际需要的原因，绝大多数调速要求在40%～100%之间(如风机，低于一定转速其出口压头将无法满足生产要求)，因而串级调速的调速范围完全满足生产要求。串级调速技术也同样可以实现所谓零转速的软启动功能。
5 调速精度
调速精度的要求同样依工艺要求不同而不同。可能除精密切割机械需要极高转速精度外，大多泵、风机、轧制机械，牵引机械等的转速精度要求不高。
(1)变频技术。
变频技术的调速精度取决于逆变控制的精度，一般转速精度可达99.8%。
(2)现代串级调速。
现代串级调速技术由于斩波频率的适度提高和优化设计技术的应用，系统的转速开环控制精度也已达99.8%，如加入转速闭环控制，精度将进一步提高。
6 机械特性
机械特性是指在泵或风机等机械负载有扰动情况下，调速系统抗击负载扰动和转速自平衡的能力。
(1)变频技术。
变频调速有硬的机械特性，具有一般抗负载扰动的能力，在小于最大允许过载量扰动下可以自平衡转速。
(2)现代串级调速技术。
现代串级调速同样具有硬的机械特性，同样具有抗一般负载扰动的能力。在小于最大允许过载量的扰动下可以自平衡转速。
7 谐波
电力电子变流是产生谐波的原因。因谐波会影响装置、电机和网上用电设备，因而谐波需限制在允许量内。变流产生的谐波功率与变流功率成正相关关系。
(1）变频技术
变频技术是电机的全功率变流，且在电网和电机间进行，因而，在相同技术条件下变频器产生的谐波功率大，并已成为变频器制造中需突出解决的问题。所以变频器制造中需要采取一系列技术手段消除对网侧和电机侧的谐波功率影响。由于谐波功率大的原因，高压变频器的安装和使用有一系列严格的要求和限制。
(2）现代串级调速技术。
由于串级调速装置的变流功率很小，因而变流产生的谐波功率相应也很小。另外整流部分在转子回路进行，整流产生的谐波经转子、气隙向定子、电网侧的影响被进一步减弱。而逆变部分，一则功率小，二则可通过变压器绕组接线方式的变化而抑制主要谐波分量。如采用二级或多级逆变技术或最新多电平逆变技术，逆变谐波将十分小。目前即便采用普通的逆变技术，系统的谐波量均可满足国家标准要求。因而，在谐波控制上，串级较变频有着明显优势。
8 系统功率因数
用电设备功率因数影响本身效率和供电效率，因而要求较高的功率因数值。
(1)变频技术。
变频技术在变频中同时调压，从而保持系统有较高的功率因数，较好的解决了这一问题。
(2)现代串级调速技术。
现代串级调速采用了固定最小逆变角和斩波控制方法，已使系统功率因数大大提高。在不采取补偿措施情况下，系统功率因数在向下调速中会有所下降。然而，分析其原因是在调速中无功功率下降较慢，而有功功率迅速下降所至，而不是系统自电网吸收大量无功造成。在调速中定子电流随转速下降而下降。从这个角度讲，现代串级调速的使用不增加而是减小供电线路的负载和损耗。一般意义上讲，不加补偿装置，现代串级调速完全可以使用而不构成问题。
在对功率因数要求高的场合，可以在定子侧供电线路上加适当电容补偿便可容易的解决这一问题。因而，功率因数的问题不构成应用的问题。
9 装置尺寸、安装和耗材
(1)变频装置。
由于高压变频装置变流功率大，变流电压高，因而装置本身器件多，系统复杂，装置尺寸很大，装置的制造耗材大。一般1400kW左右的高压变频器装置净尺寸约为4.4×2×2.2 (m) (长×宽×高) 。
(2)现代串级调速装置。
由于现代串级调速系统变流功率小和电压低的原因，装置本身结构简单，器件少，尺寸小得多。1400kW左右的装置尺寸约为2×1×2.3 (m) (长×宽×高) ，是变频的1/2～1/3。电机功率越大，尺寸的差距也越大。同样，串级调速装置的制造耗才要少得多，安装更为容易和方便。
1 0 使用运行环境
(1）变频装置。
由于变频装置的控制复杂性和高功耗，高压变频装置一般有严格的防尘和环境温度要求，一般需为其单独建造一间变频器机房，需要加防尘措施，并使用大功率制冷空调(1400kW电机变频器机房需配置功率约为15匹的工业空调)。
(2）现代串级调速装置。
由于其结构及控制简单，自身功耗很小，串级调速装置可安装运行于一般的泵房、风机房内。除灰尘过大的情况外，无需加防尘措施，也无需加装制冷设备。
1 1 造价
(1）变频装置。
由于装置的复杂和庞大，变频造价高。
（2）现代串级调速装置。
如上的原因，装置造价要比变频装置低。
1 2 适用电机
(1）变频技术。
由于变频技术自电机定子侧施加控制，因而它适用于鼠笼式电机和绕线式电机，这也是变频技术最突出的优势。同时也要看到，变频技术的谐波问题对电机温度和寿命可能产生的影响。
(2）现代串级调速。
因串级调速自电机转子侧施加控制，因而须使用绕线式电机，从而带来绕线电机的滑环、炭刷的运行维护问题。这也是串级调速技术唯一难于避免的问题。
1 3 系统运行维护量和费用
系统的运行维护须全面综合考虑。
(1）变频系统。
变频调速系统应用于鼠笼电机的情况下，系统中鼠笼电机运行维护量较小，而维护量主要在变频装置的防尘除尘维护和空调制冷维护，这种维护是日常性的。由于变频装置造价高的原因，系统故障后的维修费用一般较高。
(2）现代串级调速系统。
由于使用绕线电机的缘故，绕线电机滑环和炭刷的部分在较长时间运行后需作维护工作。由于装置本身的结构简洁、功耗低、可靠性高，因而不需要防尘除尘、空调制冷等日常维护。同时，故障后的维修费用要低得多。
1 4 变频技术与现代串级调速技术的综合比较分析
交流变频调速技术复习考试总结 篇2
2、转差率：同步转速n0与定子转速n之差称为转速差，转速差与同步转速的比值称为转差率S。额定状态下运行时，异步电动机的转差率sn在0.01~0.06之间；空载时，sn在0.05以下。
3、三相异步电动机的调速方法：调频调速、改变磁极对数、改变转差率。
4、三相异步电动机的机械特性：三个主要特征点理想空载点（N0）：负载转矩T为零，异步电动机的转速n最大，达到同步转速n0。启动点（S）：异步电动机接通电源瞬间，电动机的转速n为零，此时的和转矩为启动转矩Ts，称为堵转转矩。临界点（K）：异步电动机的机械特性有一个拐点K，此时对应的转速为临界转速nk。
5、异步电动机负载的机械特性主要是指负载的阻转矩与转速的关系。常见的有恒转矩负载、恒功率负载和二次方率负载。恒转矩负载（负载功率与转速成正比）、恒功率负载（转速和转矩成反比）、二次方率负载（负载的阻转矩与转速的二次方成正比）。
6、变频器的分类：⑴按变换环节：①(间接变频)交-直-交变频器②(直接变频)交-交变频器 ⑵按电压的调制方式：①PAM(脉幅调制)②PWM(脉宽调制)⑶按滤波方式：①电压型变频器②电流型变频器 ⑷按输入电源的相数：①三进三出变频器②单进三出变频器⑸按控制方式：①v/f控制变频器②转差频率控制变频器③矢量控制变频器④直接转矩控制变频器⑹按用途：①通用变频器②高性能专用变频器③高频变频器⑺按变频器的供电电压的高低分类：①低压变频器②高压变频器
7、直流电动机的工作原理。为什么直流电动机有优越的调速特性！
答：直流电动机有两个独立的绕组：定子和转子。定子绕组通入直流电，产生稳定磁场；转子绕组通入直流电，产生稳恒电流；定子的稳恒磁场和转子的电流相互作用，产生机械转矩，拖动转子旋转。并且，此机械转矩分别为和定子的稳恒磁场和转子电流成正比。
因为直流电动机的定子电路和转子电路彼此独立，互不干扰；可以分别调节定子磁场的强弱和转子电流的大小。二者相互作用产生的机械转矩分别和定子的稳恒磁场和转子电流成正比。所以，直流电动机有优越的调速性能。
8、三相异步交流电动机的工作原理和机械特性，画出异步电动机的机械特性曲线！答：三相异步交流电动机的工作原理是：定子绕组通过相位差为120°的三相对称的交流电，产生大小不变的旋转磁场。此旋转磁场切割笼型转子导体，在转子中感应出电流；旋转磁场又和感生电流相互作用，产生机械转矩，拖动转子旋转。其特性：一只有定子回路从外界供电，电枢电路中的电流是由转子导体切割定子电流产生的旋转磁场感应而来的，两者并不相互独立。二两个磁场值相差很小的度数，也不相互独立，电枢感应磁场不能单独存在，很难从外部进行控制。
9、功率晶体管（GTR）的结构及其特点：其结构分为二级或三级达林管模块化结构。其工作特点是电流控制型器件，其优点：控制方便，大大简化了控制电路，提高了工作的可靠性；能较好地实现正弦脉宽调制技术；具有自关断能力。主要用于高电压、大电流的场合。GTR有三种工作状态：放大状态、饱和状态、截止状态。GTR的主要参数：开路阻断电压UCEO集电极最大持续电流ICM电流增益hFE④开关频率。
10、功率场效应晶体管（MOSFET）的结构、工作特点：结构由场效应晶体管组成的模块，是单极性的。工作特点：其是电压控制型器件，优点：控制方便，驱动电路简单；自关断能力强，开关频率高（≦20MHz）；输入阻抗极高。
11、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的结构与特点：其结构由场效应晶体管和功率晶体管模块组合而成。工作特点：其是电压控制型器件，优点：输入阻抗高，开关速度快；电流波形比较平滑，电动机基本无电磁噪声，电动机的转矩增大；驱动电路简单，已经集成化；通态电压低，能承受高电压；能耗小；增强了对故障的自处理能力，故障率大为减小。
12、MOS控制晶闸管的结构与工作特点：其结构是由MOSFET和晶闸管复合而成的器件。工作特点：其是电压型器件，优点：其具有高电压、大电流、高电流密度、低导通压降；可以承受极高的电流、电压的变化率；开关速度高，损耗小。
13、智能电力模块（IPM）的结构与工作特点：结构由逆变的半导体器件和其配套的驱动、保护、检测、以及接口电路集成在一起的模块。其优点：具有过电流、短路、欠压和过热等保护电路。
14、变频调速的基本原理：只要平滑地调节三相交流电的频率，就能实现异步电动机的无级调速，就有可能使三相异步电动机的调速性能赶超直流电动机。变频调速最大的特点：电动机从高速到低速，其转差率始终保持最小的数值，因此变频调速时，异步电动机的功率因数都很高。但其需要由特殊的变频装置供电，以实现电压和频率的协调控制。
15、变频调速系统的控制方式：在基频以下调速(属于恒转矩调速)和在基频以上调速（属于恒功率调速）。
16、通用变频器五部分组成：整流、逆变单元、驱动控制单元、中央处理单元、保护与报警单元、参数设定和监视单元。
17、滤波电路中的电容除了具有滤波外，还具有在整流与后面的逆变电路之间起去耦作用，消除两电路之间的互相干扰；为整个电路的感性负载提供容性无功补偿；电容还具有储能的作用。
18、交频器主回路的外置硬配件：断路器、主接触器、交流电抗器、进线与电机侧滤波器、直流电抗器、外接制动单元与外接电阻。
19、V/F控制型通用变频器的优缺点：优点：转速开环控制，无需速度传感器，控制电路比较简单；电动机选择通用标准异步电动机，因此通用性比较强，性价比比较高。缺点：不能恰当地调整电动机转矩，不能补偿适应转矩的变化。无法准确地控制电动机的实际转速。转速极低时，由于转矩不足而无法克服较大的静摩擦力。
20、转差频率控制系统的控制思想：当转差频率fs较小时，如果E1/f1为常数，则电动机的转矩基本上与转差频率fs成正比，即在进行E1/f1控制的基础上，只要对电动机的转差频率fs进行控制，就可以达到控制电动机输出转矩的目的。
21、转差频率控制系统的控制原理：在电动机转子上安装测速发电机等测速检测装置，转速检测器可以测出fn,并根据希望得到的转矩的调节变频器的输出转矩f1，就可以输出电动机具有设定的转差频率fs0，即使电动机具有的输出转矩，就是转差频率控制的基本原理。优点控制电机的转差频率还可以达到控制和限制电动机转子电流的目的，从而起到保护电动机的作用。而且过电流的限制效果也更好。
22、矢量控制的基本思想：仿照直流电动机的调速特点，使异步交流电动机的转速也能通过控制两个相互独立的直流磁场进行调节。矢量控制的核心：是等效变换，变换分别为坐标变换矢量旋转变换。
23、试述异步电动机直接转矩控制的基本思路：直接转矩控制是继矢量控制变频调速技术之后的一种新型的交流变频调速技术。他用空间矢量的调速方法，直接在定子坐标系下计算与控制转矩，采用定子磁场定向，借助于离散的两点式调节产生PWM信号，把转矩的检测值和转矩给定值做比较，使转矩波动限制在一定的容差范围内，直接对逆变器的开关状态进行最佳控制，以获取转矩的高动态性能。
24、直流转矩控制系统的结构：电动机的定子电流、母线电压由电压、电流检测单元测出后，经坐标变换器变换到模型所用的d、q坐标系下，计算出模型磁通和转矩。它与转速信号n一起作为电动机模型的参数，同给定的磁通、转速、转矩值等输入量比较后送入各自的调节器，经过两点式调节，输出相应的磁通和转矩开关量。这个量作为开关信号选择单元的输入，以选择适当开关状态来完成直接转矩控制。
25、简答：变频技术的发展方向：①、高水平的控制。②、开发清洁电能的变流器。③、缩小装置的尺寸。④、高速度的数字控制。⑤、模拟器与计算机辅助设计技术
26、交-直-交变频器的主电路包括哪些组成部分：整流电路、中间直流电路、逆变器。
27、高压变频为什么不采用双电平控制方式？简述其工作原理：在高电压、大电容、交-直-交电压源型变频调速系统中，为了减少开关损耗和每个开关承受的电压，不采用双电平控制方式，人们提出了三电平或五电平逆变器。进而还可以改善输出电压波形，减少转矩脉动。1变频器的额定数据和性能指标有哪些？额定数据有：输入侧的额定值：电压、频率、相数；输出侧的额定值；输出电压的最大值Un;输出电流的最大值In；输出功率容量Sn=(√3Un*In)；配用电动机功率Pn；超载能力；性能指标有：频率指标；在0.5HZ时能输出多大的启动转矩；速度调节范围的控制精度；转矩控制精度；低转速时的转速脉动；噪声及谐波干扰；发热量
2变频器的选择主要考虑哪些方面？负载情况；工作环境；选择变频器的特性和根据需要选择附件
3变频器所带负载的主要类型有哪些？各个负载的机械特性及功率特性是什么？恒转矩类负载；其机械特性为转矩恒定；其功率特性为功率正比于转速N。恒功率负载；其机械特性为功率恒定；其功率特性为转矩反比于转速N。风机、泵类负载；其机械特性为转矩TL正比于转速n的平方；其功率特性为功率正比于转速n的三次方。
4变频器的容量用所配备的电动机功率（KW)、输出功率容量（KV*A）、额定输出电流（A）表示。额定输出电流是指变频器连续运行时输出的最大交流电流的有效值。输出容量决定于额定输出电流与额定输出电压下的三相视在输出功率。
5根据控制功能变频器分：普通功能型V/F控制变频器；具有转矩控制功能的高功能型V/F控制变频器；矢量控制高性能型变频器
6电网与变频器的切换？一旦断开工频电网，必须等电动机完全停止以后，再切换到变频器侧启动；即使不使电动机完全停止就能切换到变频器侧，一般是先断开电网后，再使自由运行中的电动机与变频器同步，然后再使变频器输出功率。
6变频器的外围设备：1电源变压器2避雷器3电源侧断路器4电源侧交流接触器5电动机侧电磁接触器和工频电网切换用接触器6热接触器
7外围设备的目的？1保证变频器驱动系统能够正常工作2提供对变频器和电动机的保护3减少对其他设备的影响
8构建变频调速系统的基本要求：1负载的机械特性，要确定异步电动机在实施了变频调速之后，能在整个频率范围内都能带动负载长时间的运行2电动机在变频调速后的有效转矩线 9构建变频调速系统在机械特性方面的要求：1对调速范围的要求2对机械特性硬度的要求3对升、降速过程及动态响应的要求4负载对动态响应的要求
10构建变频调速系统在运行可靠性方面的要求：1对于过载能力的要求2对于机械震动和寿命的要求
什么是有效转矩线？它对变频调速有什么作用？1电动机在某一频率下允许连续运行的最大转矩称为有效转矩。电动机在某一频率下工作时，对应的机械特性曲线只有一条，而有效转矩只有一个点，将所有频率下的有效转矩点连接起来，即可得到电动机在变频调速范围内的有效转矩线。2要使拖动系统在全调速过程中都能正常运行，必须使有效转矩线把负载的机械特性曲线包围在内。如果负载的机械特性曲线超越了电动机的有效转矩线，则超越的部分不能正常工作
恒转矩负载，在构成变频调速系统时电动机和变频器的选择要点？对恒转矩负载在构成变频调速系统时，必须注意工作频率范围、调速范围和负载转矩的变化范围能否满足要求，以及电动机和变频器的选择
恒功率负载，在构成变频调速系统时电动机和变频器的选择要点？恒功率负载在构成变频调速系统时，必须注意的主要问题是如何减小拖动系统的容量
风机和水泵负载，在构成变频调速系统时电动机和变频器的选择要点？电机：绝大多说的风机水泵在出厂时都已经不配上了电动机，采用变频器调速后没有必要另配。变频器：1风机和水泵一般不容易过载，所以，这类变频器的过载能力较低，最高工作频率不得超过额定频率2配置了进行多台控制的切换功能3 配置了一些其他专用于能耗控制的功能，如睡眠与唤醒功能，PID调节功能等
当Fx≦Fn时，电动机的散热效果将因转速下降而变差。长时间运行在额定转矩下运行，会导致电动机过热而损坏，能够长时间运行的实际有效转矩下降。若能充分改善散热条件，如外加强迫通风或拖动短时负载，电动机有效转矩线可以是恒转矩
当Fx≧Fn时有效转矩线的特点：1当Fx≧Fn时，Ux=Un.因此随着f的上升主磁通Φm将减小2电动机的额定电流是由电动机的允许温升决定的，所以不管在多大的频率下工作，电动机的允许工作电流是不变的
当Fx≧Fn时有效转矩线有哪几类？1功率不变的有效转矩线2过载能力不变的有效转矩线3全频率范围内的有效转矩线
平方律负载的特点：负载的阻转矩与与转速的二次方成正比，负载的功率与转速的三次方成正比
平方律负载实现变频调速后的主要问题是如何得到最佳节能效果
混合特殊性负载是金属切削机床中的低速段是恒转矩负载；而在高速段，将保持切削功率不变，属于恒功率性质
电力拖动系统中应用变频器有哪些优点？电机交流变频调速技术以其优异的调速和启动、制动性能，高效率、高功率因数，显著的节能效果，进而可以改善工艺流程，提高产品质量，改善工作环境，推动技术进步，还有广泛的使用范围的优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方法
构建恒压供水变频调速系统时，变频器的选用和功能设置？1变频器的选用：一般情况下直接选用“风机水泵专用型”的变频器；但对于杂质或泥沙较多的场合，应根据水泵对过载能力的要求选用通用型变频器；如果是齿轮泵，它属于恒转矩负载，应选用V/F控制方式的通用型变频器；对于具有恒转矩特性的齿轮泵以及应用在特殊场合的水泵，应以带的动的原则，根据具体工况进行设定。2功能设置：最高频率；上线频率；下线频率；启动频率；加速与减速时间；睡眠与苏醒功能
机床的变频调速系统变频器的选用和功能设置？变频器的容量应比正常的配用电动机容量加大一档。功能设置：1控制方式①V/F控制方式，能满足切削精度，但节能效果不理想②无反馈矢量控制方式，能够克服V/F控制方式的缺点，故是一种最佳选择③有反馈矢量控制，需要增加编码器等反馈控制环节，不但增加费用而且安装麻烦2频率给定：无级调速频率给定；分段调速频率给定；配合PLC的分段调速频率给定
溜钩问题？由于制动器从抱紧到松开以及从松开到抱紧的动作过程需要时间，而电动机转矩的产生与消失是在通电或断电的瞬间完成的，因此两者在动作的配合上极易出现问题，使电动机处于未通电且制动器尚未抱紧的状态，则重物必将下滑，即出现溜钩现象。溜钩现象降低了重物在空中定位的准确性，有时还会产生严重的安全问题。
金属切削机床的基本运动是切削运动。切削运动由主运动和进给运动组成。在切削运动中承受主要切削功率的运动称为主运动。
变频器运行时需要设置基本功能参数和选用功能参数。基本功能参数是指变频器运行所必须具有的参数，包括：转矩补偿、上下限频率、基本频率、加减速时间、电子热保护等。选用功能参数是指根据选用的功能而需要预置的参数，如PID调节的功能参数等如果不需要预置参数，则变频器参数自动按出厂时的设定选取。
选用功能参数设置大致步骤：1查功能码表，找出需要预置参数的功能码2在参数设定模式下，读出该功能码中原有的数据3修改数据，送入新数据
基本频率给定是指在给定信号Ug或Ig从0增加到最大值的过程中给定频率的范围从fmin线性的增加到最大频率fmax。用什么方式频率给定？数字量给定的方式；模拟量给定的方式
与生产机械所要求的最高（低）转速相对应的频率称为上（下）限频率。用fh(fl)表示。上（下）限频率不是最大（小）频率。上限频率必小于最高频率
1、直流电动机调速好的原因是什么？
（1）、定子励磁电路和电枢供电电路基本上是相互独立的，可以分别进行调节。
（2）、两个磁场（由定子励磁电路产生的主磁场和电枢供电电路产生的电枢磁场）互相垂直。
2、三相交流异步电动机工作原理？
在定子内由永久磁铁形成的固定磁场内放置绕有n闸线圈的转子，线圈在感应电流和电磁力的作用下与定子形成旋转磁场。转子跟随旋转磁场转动。
3、同步转速n0与转子转速n之差称为转速差，转速差与同步转速的比值称为转差率S=(n0-n)/n0
1、直流电动机调速好的原因是什么？
（1）、定子励磁电路和电枢供电电路基本上是相互独立的，可以分别进行调节。
（2）、两个磁场（由定子励磁电路产生的主磁场和电枢供电电路产生的电枢磁场）互相垂直。
2、三相交流异步电动机工作原理？
在定子内由永久磁铁形成的固定磁场内放置绕有n闸线圈的转子，线圈在感应电流和电磁力的作用下与定子形成旋转磁场。转子跟随旋转磁场转动。
3、同步转速n0与转子转速n之差称为转速差，转速差与同步转速的比值称为转差率S=(n0-n)/n0
4、分析题P38图基频以下与基频以上：
一、在基频以下调速1：在此通量最大值不变前提条件下2：控制过程中必须U1/f1等于常量3：它具有恒转矩特点励磁电流I1不变，电动机的转矩不变所以在基频以下调速时电动机调速机械特性具有恒转矩特性。
二、在基频以上调速 1：E1/f1不能是常量2：U1小于等于Un 3：变大所以基频以上调速属于弱磁恒功率调速。
5、P45电源型交-直-交变频电路结构图；各元件作用，工作情况
滤波电路 本电路滤波元件是电容器Cf,受到电解电容器的容量和耐压能力的限制，滤波电容器通常是由若干个电容器并联成一组在由Cf1和Cf2串联而成，在电容器组Cf1和Cf2旁各并联一个R1和R2两者其阻值相等 起均压作用。
电容器组Cf1和Cf2作用：滤波、在整流与后面的逆变电路之间起去耦作用，消除两电路之间的相互干扰、为整个电路的感性负载提供容性无功补偿、Cf1和Cf2还有储能作用。限流电阻Rl作用：在变频器接通电源瞬间滤波电容的充电电流很大，此冲击电流可能损坏整流桥。当电路中串入限流电阻Rl后，就限制了电容的充电电流对整流桥起保护作用。晶闸管Kl作用:当电容器组Cf1和Cf2充电到一定程度时，限流电阻Rl就起反作用，妨碍电容器组Cf1和Cf2进一步充电。所以在RL旁并联一个短路开关Kl，当电容器组Cf1和Cf2充电到一定程度时让Kl接通Rl短路，变频器中Kl可用晶闸管代替。电阻R01和二极管D01的作用：R01不起作用或者限流作用。
6、续流电路是由续流二极管D7到D12构成。主要功能1：为电动机的感性无功电流返回直流电源提供”通道”2：当频率下降同步转速也下降电动机处于回馈制动状态，再生电流将通过续流二极管返回直流电源3：逆变过程中同一桥壁的两个逆变管以很高的频率交替“导通”和“截止”，在其换向过程中也需要续流二极管提供通道。
7、变频器外围设备选择：1电源变压器2避雷器3电源侧断路器4电源侧交流接触器5电动机侧电磁接触器和工频电网切换用接触器6热继电器
8、电抗器的作用：输入交流电抗器的作用1实现变频器和电源的匹配，限制因电网电压突变和操作过电压所引起的冲击电流，保护变频器2改善功率因数3减少高次谐波的不良影响。输出交流电抗器的作用1降低电动机噪声，降低输出高次谐波的不良影响2限制与电动机相连的电缆的容性充电电流，使电动机在引线较长时也能正常工作3限制电动机绕组上的电压上升率。
9、滤波器作用，其目的在于允许特定频率的信号通过，阻止干扰信号沿电源线传输并进行阻抗变换，使干扰信号不能通过地线传播而被反射回干扰源。
10、制动电阻的作用：当电动机制动运行时，储存在电动机中的功能经过PWM变频器回馈到直流侧，从而引起滤波电容电压升高每当电容电压超过设定值后，就经过制动电阻消耗回馈的能量。
11、抑制谐波干扰常用的方法具体常用方法：
(1)变频系统的供电电源与其他设备的供电电源相互独立，或在变频器和其他用电设备的输 入侧安装隔离变压器，切断谐波电流。
(2)在变频器输入侧与输出侧串接合适的电抗器，或安装谐波滤波器，滤波器的组成必须是LC型，吸收谐波和增大电源或负载的阻抗，达到抑制谐波的目的。
(3)电动机和变频器之间电缆应穿钢管敷设或用铠装电缆，并与其他弱电信号在不同的电缆沟分别敷设，避免辐射干扰。
(4)信号线采用屏蔽线，且布线时与变频器主回路控制线错开一定距离(至少20cm以上)，切断辐射干扰。
(5)变频器使用专用接地线，且用粗短线接地，邻近其他电器设备的地线必须与变频器配线分开，使用短线。这样能有效抑制电流谐波对邻近设备的辐射干扰。
12、变频调速的基本原理
答：交流电动机的同步转速No=60f1/p，异步电动机的转速n=60f1(1-s)/p，由此可见，若能连续地改变异步电动机的供电频率
f1，就可以平滑地改变电动机的同步转速和相应的电动机转速，从而实现异步电动机的无级调速，这就是变频调速的基本原理。
13、电动机拖动系统的工作点指的是电动机的机械特性与负载机械特性的交点Q。
14、变频调速的优点主要有：
（1）调速范围宽，可以使普通异步电动机实现无级调速；（2）启动电流小，而启动转矩大；
（3）启动平滑，消除机械的冲击力，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）具有显著的节电效果；
（6）通过调节电压和频率的关系方便的实现恒转矩或者恒功率调速
15、试简述风机和水泵类负载，在构成变频调速系统时电动机和变频器的选择要点。答：1 电动机的选择：绝大多数风机水泵在出厂时都已经配上电动机，采用变频调速后没有必要另配。2变频器的选择：大多数生产变频器的工厂都提供了风机和水泵用变频器可供选用。他们的主要特点有：①风机和水泵一般不容易过载，所以，这类变频器的过载能力较低，为120%/1min。因此，在进行功能预置时必须主要，由于负载的转矩与转速的平方成正比，当工作频率高于额定频率时，负载的转矩有可能大大的超过额定转矩，使电动机过载。所以，其最高过载频率不得超过额定频率。②配置了进行多台控制的切换功能。如上述，在水泵的控制系统中，常常需要有1台变频器控制多台水泵的情况。为此，大多数变频器都配置了能够自动切换的功能。③配置了一些其他专用于能耗控制的功能，如睡眠和唤醒功能，PID调节功能等。
16、简述构建恒压供水变频调速系统时，变频器的选用和功能设置？
答：变频器的选型：一般情况下可直接选用“风机，水泵专用型”的变频器系列，但对于杂质或泥沙较多的场合，应根据水泵对过载能力的要求，选用通用型变频器，如果是齿轮泵，它属于恒转矩负载，应选用V/F控制方式的通用型变频器。大部分变频器都给出两条“负补偿”的V/F线，对于具有恒转矩特性的齿轮泵以及应用在特殊场合的水泵，则应以带得动为原则，根据具体工况进行设定。变频器的功能预设：（1）最高频率：变频器的工作频率是不允许超过额定频率的，其最高频率只能与额定频率相等。
（2）上限频率：是与生产机械所要求的最高转速相对的频率，它不是最高频率，一般比额定频率略低一些，所以上线频率设为49.5Hz最宜。
（3）下线频率：转速过低会 出现水泵的全杨程小于基本杨程，形成水泵“空转”现象，所以一般下线频率设为30--35Hz。
（4）启动频率：水泵在启动前，其叶轮全部是静止的，启动时存在着一定的阻力，在从0Hz开始启动的一段频率内，实际上转不起来，因此应适当预置启动频率，使其在启动瞬间有一点冲力。
（5）加速和减速时间:减速时间只需和加速时间相等即可。
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 篇4
在化工企业中,电机作为动力源和过程控制的主要设备被广泛使用。化工装置主要采用防爆电机,其耗电量占企业耗电的90%以上,存在很大的节能潜力。因此,在电机系统中采用节能技术可为企业节省可观的用电量[1]。
1 变频调速技术
在化工企业中,主要的控制对象是工艺介质的流量、温度、液位及压力等参数,传统控制参数的方法是调节阀门、挡板等设备的开度,这样易造成风机、泵类等设备的输出功率大量消耗在阀门、挡板的节流过程中,同时在实际生产中,工艺参数往往需要实时调节,使得风机、泵类等设备大部分时间处于非满负荷运行,造成大量输出功率的浪费。
若采用变频调速技术对风机、泵类等设备进行直接控制,利用变频调速装置(即变频器)内置的软件设置并通过一些通讯手段将工艺参数指令发送给变频调速装置,就可以根据工艺参数对电机输出功率和转速进行精确控制,从而达到工艺要求。实际应用证明,当电机运行于额定转速的80%时,节能效率可达40%。此外,在设备启动过程中,利用变频调速技术也可对电机进行软启动,降低启动电流,避免因启动对电网造成的冲击,一方面延长了设备的使用寿命,另一方面也可起到一定的节能作用。
2 变频调速节能原理
2.1 变频调速的方法
变频调速是通过改变输入到交流电机的电源频率调节交流电动机的输出转速。交流异步电动机的输出转速和输入频率关系如下:
式中n——电动机的输出转速;
f——输入电动机的电源频率;
s——电动机的转差率;
p——电动机的极对数。
由式(1)可知,电动机的输出转速与输入电源频率、转差率和极对数有关,而电动机一旦购买,其转差率和极对数均不可改变,因此需通过调节输入电动机的电源频率改变电动机的转速。在实际应用中常采用变频器将工频电源变换成频率和幅值可调的交流电动机,实现交流电动机的变速运转。
2.2 变频调速的节能原理
在化工企业中,风机、泵类设备应用广泛,所以笔者以该类设备为例,讨论变频调速技术的节能原理。
2.2.1 设备运行中的节能原理
通过流体力学的基本定律可知,风机、泵类设备均属平方转矩负载,其转速n与介质(气体或液体)流量Q、压力(扬程)H、轴功率P的关系如下:
其中Q1、H1、P1为风机、泵类设备在转速为n1时的流量、压力(扬程)和轴功率;Q2、H2、P2为风机、泵类设备在转速为n2时的相似工况条件下的流量、压力(扬程)和轴功率。由式(2)～(4)可知,风机、泵类设备的流量与其转速成正比,压力与其转速的平方成正比,轴功率与其转速的三次方成正比。由此可见,当通过降低转速仪减少流量来达到节流的目的时,所消耗的功率会降低很多。如,当转速降到80%时,流量减少到80%,而轴功率下降到额定功率的51%左右;若流量需减少到40%,则转速相应减少到40%,此时轴功率下降到额定功率的6.4%左右。表1列出了不同输入频率下转速、流量、压力和轴功率的变化情况。
由表1可知,当需要介质的流量下降时,通过调节电动机的转速,使得轴功率出现大幅下降,当需要流量调节到满负荷流量的30%时,理论上仅需电动机额定功率的21.6%,即节约了78.4%的电能,相比传统采用挡板、阀门等节流件的方式,节省了大量电力消耗。
2.2.2 设备启动时的节能原理
一些化工机械设备在启动时,若采用全压启动,则由于电机启动力矩的需要,需从电网吸收电机额定电流的5～7倍,而大的启动电流即可视为电力浪费,同时也会对电网造成冲击,增加了线路损耗和变压器损耗。此外,启动转矩过大也会对设备产生机械冲击,减少设备的使用寿命,增加设备维护和维修的成本,因此采用全压启动的方式,既增加了成本,同时还在设备启动时会消耗更多的电能。
若采用变频调速技术,对化工机械设备进行变频启动,就可以解决设备启动时耗能较大的问题,同时使设备平稳启动,减小了启动时的冲击、延长了设备寿命。
变频软启有多种模式(图1),可根据不同的负载特性进行设定。一般有如下几种启动模式:
a.限流启动,即限制电机的启动电流,根据负载转矩的特性调节启动电流,该启动模式主要用于轻载启动和对电机启动电流要求较高的场合;
b.降压启动,即将输入电动机的电压由小到大逐渐增加,主要用于重载启动和对启动电流要求不高的场合;
c.转矩控制启动,把电机的启动转矩由小到大线性设置,主要用于重载启动。
由图1可见,3种启动模式都使设备平稳启动,减小了启动时的电流、电压或转矩,从而间接降低了设备启动的功率,与全压启动时相比节省了大量的电能[2]。
2.3 变频节能使用误区
变频器在工频下运行具有节电功能,但具有节能功能的前提条件是:大功率且为风机、泵类负载;装置本身具有节电功能(软件支持);长期连续运行。一般交流电动机的机械特性曲线是一定的,理论和实际都已证明,当负载功率小于电动机的额定功率时,其效率随着负载转矩的减少而降低,也就是说,电动机轻载时相对比较费电。而变频器会根据负载的大小自动调整V/f值(其中V为电动机定子绕组的电压,f为定子绕组的电压频率),改变电动机的机械特性曲线,使其与负载相适应,从而提高效率,达到节能的目的[3]。
3 变频调速技术的实际应用
结合以上描述,在榆林能源化工有限公司的设计建设中,也采用了变频调速技术,实现了化工装置节能的目的。该公司采用煤、油田气和炼厂干气联合制甲醇,甲醇、渣油裂解制烯烃,随后发展烯烃下游产业,该项目在设计阶段就充分考虑到相关节能减排的政策,结合项目实际,采取了很多节能措施。笔者以该项目聚合物界区中的装置为例,讨论有关变频调速技术在该界区中的应用。表2中列出了聚合物装置区各装置的用电负荷情况。
根据表2的数据可知,聚合物装置区中除了照明电路和其他耗电以外,五大装置和一个循环水厂合计用电负荷为122 867kW,考虑到用电设备的平均功率系数为0.95,因此折算后的用电负荷为116 724kW,同时考虑到各装置电动机设备占设备总数的90%,可计算出聚合物界区的电动机总负荷为105 052kW。此外,在供配电设计时还考虑了5%的裕量,因此实际电动机负荷为99 799kW。
以上计算的是聚合物界区所有电动机的负荷,在这其中由于10kV系统的用电设备目前基本不使用变频器驱动,因此在项目设计过程中仅考虑为10kV以下电机配备变频器。
通过和设计院进行沟通,有些泵和风机根据工艺要求需要进行调节,为满足工艺和设备要求,同时考虑降低电能消耗,为这些泵和风机配备了变频调速装置。表3列出了需要安装变频器的电机的种类和个数。
由表3的统计数据可计算配备变频器的电机总负荷为21 440kW,若按每台电机设备采用变频调速技术后平均节电40%、每年平均运行8 000h计算,则每年可节约用电6.86×107kWh,节约电费4 100多万元,节约设备维护费、材料费等200多万元。
聚合物装置界区为整个项目耗电量最大的界区,仅一个界区每年就可为企业节约8 000多万元的成本,由此可见,变频调速技术的应用提高了企业的运行效率和企业利润。
4 结束语
电机系统节能是国家发改委启动的十大重点节能工程之一。国家发展规划要求当前应推广变频调速节能技术,即风机、水泵及压缩机等通用机械系统采用变频调速节能措施,工业机械采用交流电动机变频工艺调速技术。电机系统节能是目前中国节能市场上最具商业潜力的领域,在项目电气设计中考虑变频调速技术是项目建设的一个趋势,既响应了国家节能减排的政策,同时也能为企业提高生产效率、节省生产成本做贡献。
摘要：介绍了化工企业节能的重要性,对变频调速技术的节能原理进行了分析,同时结合某公司聚合物装置界区的设计情况,分析计算了采用变频调速节能技术后每年节省成本的情况,分析结果充分证明了变频调速技术应用的必要性。
关键词：节能技术,变频调速技术,化工企业
参考文献
[1]赵瑛.浅析“电器节能措施”在石油化工企业的应用[J].电气应用,2006,25(4):44-46.
[2]赵纯禹.浅谈石油化工企业电气的主要节能方法[J].石油和化工节能,2007,(4):8-12.
变频调速技术在污水处理厂的应用 篇5
我国作为一个能源短缺的国家，节能尤为重要，《中国节能技术大纲》提出水泵风机类应最大发挥其节能作用的要求，对污水处理厂来说，水泵风机类负载作为其主要的用电设备，节约能源、降低消耗尤为重要。在污水处理厂采用变频调速技术，既可实现无级调速，满足污水处理工艺过程中各项指标对电机速度控制的要求，保证工艺流程的相对稳定，又可实现节约能源、降低消耗，减少相关设备的开停次数，延长设备使用寿命，并可解决由于工程实际运行规模与设计规模不一致带来的运行过程的偏差，对协调各工艺流程间匹配关系，起到重要的调节作用，因此变频调速技术在污水处理厂的生产过程中得到越来越广泛的应用。
1.1风机、水泵等设备调速节能特点
污水处理厂内一般风机、水泵的流量有一定的变化范围，根据风机、水泵的扬程-流量特性曲线，按照工艺要求的流量，实现变速变流量控制，是很有效的节能方法。风机、水泵具有以下特点：
电机轴功率P和流量Q、扬程H之间的关系为：
P=K*H*Q/η
其中K为常数;
η为效率。
它们与转速N之间的关系为：
Q1/Q2=N1/N2
H1/H2=(N1/N2)2
P1/P2=(N1/N2)3
式中：Q1、Q2DD流量，m3/s;
N1、N2DD转速，r/min;
P1、P2DD功率，kW;
H1、H2DD扬程，m。
上图中曲线1为风机在恒速下压力,H和流量Q的特性曲线，曲线2是管网风阻特性(阀门开度为100%)。假设风机在设计时工作在A点的效率最高，输出风量Q1为100%，此时的轴功率P1=Q1×H1与面积AH10Q1成正比。根据工艺要求，当风量需从Q1减少到Q(例如70%)时，如采用调节阀门的方法相当于增加了管网阻力，使管网阻力特性变到为曲线3，系统由原来的工况A点变到新的工况B点运行，由图中可以看出，风压反而增加了，轴功率P2与面积BH20Q2成正比，减少不多。如果采用变频调速控制方式，将风机转速由N1降到N2，根据风机的比例定律，可以画出在转速N2下压力H和流量Q特性如曲线4所示，可见在满足同样风量Q2的情况下，风压H3将大幅度降低，功率P3(相等于面积CH30Q2)也随着显著减少，节省的功率△P=△HQ2与面积BH2H3C成正比，节能的效果是十分明显的。
即流量与转速成比例，而功率与流量的3次方成比例。由于风机、水泵一般用不调速的笼型电动机传动，当流量需要改变时，用改变风门或阀门的开度进行控制，效率很低。若采用转速控制，当流量减小时，所需功率近似按流量的3次方大幅度下降。例如风量下降到80%，转速也下降到80%时，则轴功率下降到额定功率的51%;如风量下降到50%，功率P可下降到额定功率的13%，当然由于实际工况的影响，节能的实际值不会有这么明显，即使这样，节能的效果也是十分明显的。
2、变频调速技术在污水处理厂不同工艺流程中的应用
城市污水处理工艺按流程和处理程序划分，可分为预处理工艺、一级处理工艺、二级处理工艺、深度处理工艺和污泥处理工艺，以及最终的污泥处置。下面就不同阶段工艺设备所选变频设备进行预处理工艺通常包括格栅处理、泵房抽升和沉砂处理。
格栅处理的目的是截留大块物质以保护后续水泵管线、设备的正常运行。一般均采用格栅除污机进行清污，尽管除污机可采用变频调速技术，实现除污速度的无极调节，但目前大部分污水处理厂均利用格栅前后的液位差值给出动作信号控制格栅除污机的动作，较少采用变频调速装置。
污水提升泵房的目的是提高水头，以保证污水可以靠重力流过后续建在地面上的各个处理构筑物。污水提升泵作为污水处理厂的重要耗能设备，节能非常重要。污水提升泵采用变频调速装置，可根据进水流量的大小，进行调节，避免水泵的频繁起停，延长水泵寿命。需要注意的是，一般情况下，应保持集水池的高水位运行，这样可降低泵的扬程，在保证提升水量的前提下降低能耗。
沉砂处理的目的是去除污水中裹携的砂、石与大块颗粒物，以减少它们在后续构筑物中的沉降，防止造成设施淤砂，影响功效，造成磨损堵塞，影响管线设备的正常运行。一般分为曝气沉砂池及旋流沉砂池。曝气沉砂池中设备一般为刮泥机及鼓风机，因刮泥机运行速度很慢，一般仅设双速电机运行;鼓风机为沉砂池曝气，使污水产生一定的旋流速度，以便于污水中的较大砂粒沉淀，根据工艺需要，可将沉砂池鼓风机设为变频调速，以调整曝气强度，可根据进入沉砂池的水量来调整转速。旋流沉砂池与曝气沉砂池道理一样，不是采用曝气方式产生旋流速度，而是直接采用搅拌器使水流产生旋转速度，一般可将搅拌器设为变频调速。
(1)一级处理工艺主要是初次沉淀池，目的是将污水中悬浮物尽可能的沉降去除。该部分设备主要是刮泥机，刮泥机基本是连续或间断匀速运行，一般不设变频装置。
(2)二级处理工艺主要是由曝气池和二沉池组成，目的是通过微生物的新陈代谢将污水中的大部分污染物变成CO2和H2O。该部分作为污水处理厂的主要处理工段，组成较复杂，根据不同的工艺，设备选择也不尽相同。以下就一般的活性污泥工艺中的一些设备及控制做一下简单描述。
曝气池是由微生物组成的活性污泥与污水中的有机污染物质充分混和接触，并进而将其吸收并分解的场所，它是活性污泥工艺的核心。曝气系统分为故风曝气及机械曝气两大类。
曝气设备主要有鼓风机及表曝机等，鼓风机及表曝机作为污水处理厂的主要设备，它们的运行工况不仅关系到污水处理效果的好坏，而且和整个污水处理厂的运行成本有极大的关系。
曝气鼓风机一般采用离心式鼓风机，又分为单级高速离心风机及多级低速离心风机，对于单级高速离心风机，由于风机本身的特性要求，国内大部分污水厂均采用自动调节进口导叶片来达到节能效果，实际运行效果也不错;对于多级低速离心风机，常采用变频调速装置控制，已达到节能效果。
对于表曝机设备，均采用变频调速装置来控制曝气量，达到节能目的。
无论是鼓风机还是表曝机，一般均采用曝气池污泥混和液的溶解氧DO值作为控制参数对变频调速装置进行调节，从而调节曝气池的曝气量。
有些曝气池因为工艺方式的不同，设有曝气池混和液回流泵，该泵可采用变频调速装置控制来调节混和液回流量。混和液的回流量采用内回流比控制(可根据曝气池污泥浓度控制内回流比)，因为该参数与污水性质、温度情况、进水水量及运行效果等多种因素有关，该参数需要在运行过程中逐渐摸索调整(一般人工调整)，因此该泵一般采用人工调整，
因为混和液回流量的不确定性及连续性，采用变频调速装置控制比较容易实现。
为防止污泥沉淀，曝气池内还安装有水下推进器，该设备定速运行，不需要调速。
二沉池的作用是使活性污泥与处理完的污水分离，并使污泥得到一定程度的浓缩。该部分设备主要是吸泥机，基本是连续或间断匀速运行，一般不设变频装置。
回流污泥系统主要是把二沉池中沉淀下来的绝大部分活性污泥再回流到曝气池，以保证曝气池有足够的微生物浓度。主要设备为回流污泥泵，应采用变频调速装置控制，回流污泥量主要靠回流比来调节，调节回流比的参数较多，可以根据二沉池泥位、沉降比、回流污泥及混和液的浓度等参数综合进行调节。
剩余污泥系统主要是把曝气池中每天净增的一部分活性污泥排放，主要设备有剩余污泥泵，因为剩余污泥量的原因，剩余污泥泵电机功率一般不大，设变频调速装置一方面节能，另一方面也是工艺处理过程的需要，变频剩余污泥泵的控制可由生物池的混和液污泥浓度决定，现在越来越多的污水厂在浓缩脱水前不设贮泥池，因此采用变频调速来调节剩余污泥量就显得更加重要。
污水处理厂还有一种常见的工艺为氧化沟工艺，氧化沟工艺的主要设备为转碟或转刷曝气机，也有安装表曝机的，表曝机的运行控制方式基本上采用变频调速装置控制，转碟或转刷曝气机因为在氧化沟中安装台数较多，一般为了调节多采用双速电机，很少采用变频调速装置控制。
(3)深度处理工艺主要是为污水回用于工业等特殊用途而进行的进一步处理工艺。通常的处理工艺有混凝沉淀、过滤、加药加氯等，并设有出水泵站。深度处理和一般的净水厂工艺有相似之处，变频装置一般用在混凝沉淀池的刮泥机、滤站的反冲洗水泵及鼓风机、加氯加药间的加药泵、出水泵站的出水泵等，有关该部分的控制可参照有关净水厂工艺控制资料，本文不再描述。
(4)污泥处理工艺及污泥处置主要包括污水厂污泥部分的浓缩、消化、脱水、堆肥或制肥、农用填埋等。污泥消化及污泥制肥在多数污水厂较少采用，不在多述，仅就污泥浓缩及脱水工艺介绍一下变频调速装置的应用。
污泥浓缩就是将含水率很高的污泥进行浓缩，以方便污泥的后续处理或处置，污水厂一般常用的有重力浓缩及离心浓缩。
重力浓缩主要靠浓缩池进行浓缩，主要设备有污泥浓缩机，一般浓缩机为连续工作，不采用变频调速装置。
由于离心浓缩具有浓缩速度快、臭味小等特点，现在被越来越多的污水厂采用，主要设备有污泥浓缩机，加药泵、进泥泵等。一般污泥浓缩机及加药泵均采用变频调速装置控制，一般在设有贮泥池时设进泥泵，因此进泥泵进泥量一定，一般不加调速装置。控制污泥浓缩设备的主要参数为进泥量及污泥的性质、温度等因素，速度调节比较复杂，需在运行中根据实际情况给出模型进行控制。
污泥脱水就是将浓缩后的污泥中的含水量进一步减少，使污泥体积缩小，便于外运及堆放。一般采用机械脱水。主要设备为污泥脱水机、加药泵、进泥泵、冲洗泵等。
脱水机常用的有带式压滤脱水机及离心脱水机两种，带式脱水机带速及滤布的调节主要靠减速机械及其它机械装置来完成，一般不用变频调速装置;离心脱水机一般均采用变频调速装置控制，脱水机的控制参数需根据进泥泥质的变化进行调节。
其它如加药泵也需要随时进行调节，一般也采用变频调速装置控制，离心脱水机的进泥泵也常采用变频调速控制。
为带式脱水机冲洗滤布用的冲洗泵因为压力流量的恒定，不采用调速控制。
污泥处理厂新工艺比较多，随新工艺及新设备的投入，控制精确度、运行经济等多方面的要求，需要变频调速装置控制的设备越来越多，这就要求设计人员需根据工艺过程的特点，认真选择，既要做到运行安全、经济、节能，又要考虑投资的经济合理。
3、污水处理厂变频器选择及使用中应注意的一些问题
(1)变频器选择中，应按电动机的额定功率及额定电流、额定电压综合考虑，合理选择变频器的参数，与用电设备配套。污水厂中有些机械配套的电动机属于大电流、低转速电机，在选择变频器时在按额定功率选择变频器时，必须校核变频器的额定电流要与设备配套。
(2)污水厂除了水泵、风机等设备外，还有一些如转碟、表曝机等需要较大起动力矩的重载起动设备，有些生产厂的变频器分水泵风机类负载及恒转矩类负载两种，选择变频器时需特别注意,对于恒转矩类负载或有较高静态转速精度要求的机械采用具有转矩控制功能的高功能型变频器则是比较理想的。
(3)现在大部分生产厂商的变频器均采用电压源型，功率因数较高，可保证在0.95以上，在实际应用中应结合功率因数补偿协同考虑,可不需额外增加补偿装置。集中补偿的电容也可适当降低补偿容量。但也有些生产厂变频器为电流源型，变频设备随电机转速的变化，功率因素变化幅度较大，需要考虑补偿电容。
(4)大型电动机变频装置，特别是高压变频装置向电网注入谐波分量应按国家《电能质量公用电网谐波》管理标准GB/T14549-93严格执行，特殊情况还需另行提出要求。在选用时应选择相关附件，并对生产厂提出具体要求。
(5)变频器选择时还要考虑变频器电缆的传输距离，大部分变频器传输距离都不超过200M,如果需要再长的话，需要增加出线电抗器、出线滤波器等其它一些附件来完成，在设计时就需要充分考虑。
(6)由于变频器产生的高次谐波的影响，对补偿电容的影响较大，在选择电容器时需选择带电抗器的电容器，最好选择带消谐装置的电容器组。
(7)污水厂控制的参数较多，需综合各种信息综合确定控制模型，变频装置应充分考虑与其它控制系统数据和信息通讯地能力，以便更好监测变频器的各种工况及更合理的控制，充分发挥各种装置在同一系统中综合应用的潜力，达到动态、互补、经济运行的目的。
(8)变频器安装及接线中，应严格按照产品安装使用手册进行，各种辅助措施，如装置环境条件的保证，接地安全措施均应预留到位，否则会直接影响变频器的使用寿命和效率，还会造成对其它系统干扰现象。尤其环境温度的要求，尤其重要，变频器发热量较大，安装在柜内时要考虑散热的要求，必要时需增设通风设备，对大功率变频器尤为重要。
4、结束语
变频调速技术 篇6
【关键词】煤矿皮带系统；变频器；自动化控制
1、引言
随着电力电子技术的进步，变频器在煤矿皮带机场合的应用日渐成熟，针对皮带机系统多台电机协同控制的特点，采用多台变频器主从控制技术进行变频调速，能有效地提高煤矿生产效率、减小起动电流冲击及机械冲击、实现各电机之间的功率平衡。本文以某煤矿主井皮带机系统为例，详细阐述主井皮带机变频调速系统的实现方案。
2、系统介绍
2.1主井皮带机电控系统
该煤矿主井皮带机采用双滚筒、三驱模式。针对上述皮带机机械系统，设计了如图1所示的主井皮带机电控系统。
如图1所示，高压开关柜采用一备一用的双进线形式，进线电压等级为10kV，PT柜用于监测进线电压，馈出l连接10kV/660V的l#变压器原边，馈出2连接10kV/660v的2#变压器原边，馈出3连接10kv/380v的3#变压器原边；l#变压器副边给l#变频器BP1、2#变频器BP2供电，2#变压器副边给3#变频器BP3供电，3#变压器副边给低压配电柜供电；低压配电柜给工艺控制柜(PLC柜)及其他外围设备供电；1#、2#、3#变频器分别驱动电机A、B、C。
2.2变频调速系统
如图1所示，电控系统采用3台ABB公司生产的ACS80一04系列变频器BP1、BP2、BP3，分别拖动电机A、B、C。
ACS800一04变频器采用直接转矩控制。其控制思想为：结合检测的直流母线电压及变频器逆变部分三相开关管状态进行电压重构，得到定子三相电压；将重构得到的定子三相电压及检测的定子三相电流送至磁链模型及转矩模型中，可得定子磁链及转矩的实际值；在滞环比较器中，将定子磁链及转矩实际值分别与相应的给定值进行比较，得到PWM信号，驱动逆变部分功率器件的开通与关断，产生输出电压的SVPWM波形，控制电机变频调速。优点是在加减速或负载变化的动态过程中，可获得快速的转矩响应；选用定子磁链作为被控量，磁链模型不受转子参数的影响，增强系统的鲁棒性。
2.3自动化控制系统
煤矿主井皮带机自动化控制系统采用Siemans公司生产的S7-300可编程序控制器，通过CPU315-2PN/DP模块中MPI/DP端与变频器BP1、BP2、BP3及触摸屏TP170A组成ProfibusDP网络进行通讯，并对变频器BP1、BP2、BP3进行控制、过程数据采集监视。
3、系统实现方案
3.1变频器主从控制方式
由图1皮带机机械系统可知：电机A、B、C通过两个滚筒共同拖动一条皮带运行，电机A、B之间属于刚性连接，电机A、C之间属于柔性连接。在皮带机全速段運行过程中，应保证三台电机输出的转矩、转速均相同，进而保证三台电机输出功率相同。为此，需对三台变频器进行主从控制。
现场设置变频器BP1为主机，BP2、BP3为从机。电机A、B之间为刚性连接，此时机械结构已保证两电机的转速同步，故BP2从机采用转矩控制模式，即跟随BPI主机的转矩给定，以保证两电机承担的负载转矩平衡，进而达到功率平衡；电机A、C之间为柔性连接，此时机械结构已不能保证电机A、C同步运行的要求，此时BP3从机采用转速控制模式时，即跟随BP1主机的转速给定，同时需利用转矩下垂特性以保证电机A、C电机承受的负载转矩平衡，根据现场实际运行情况，可在参数60.06DROOPRATE中定义合适的下垂速率降。
3.2主从机通讯实现方案
多台ACS800变频器采用主从控制方式时，需为每台变频器配置一块RDCO板，它们之间通过光纤进行通讯。主机通过光纤向从机发送一个16位的控制字和一个16位的转速或转矩给定值，实现对从机的控制。一般情况下，从机不通过主从通讯链路向主机发送任何反馈数据，而将从机的故障信号连至主机的运行使能信号端，形成联锁。一旦发生故障，联锁将同时停止主机和从机的运行。
3.3自动化控制系统实现
如图1所示，自动化控制系统采用S7一300可编程序控制器对变频器进行控制PLC只向BP1主机发送信号，BP1主机再通过主从通讯链路(光纤通讯)对BP2、BP3从机进行控制；同时，主从机的过程数据反馈至PLC系统中，并在触摸屏TP170A中进行显示，以实现变频器数据的监视。
变频器通过RPBA一01ProfibusDP适配器模块与S7一300组成ProfibusDP网络。变频器参数98.07可选择通讯协议，参数组51COMMMODDATA月队中可设置通讯类型、站点地址、波特率。本方案中通讯协议为ABBDrives协议，通讯类型为PPO4，主从地址分别为3、4、5，波特率均为500Kbps。
在STEP7编程软件中，需进行DP网络硬件配置。安装RPBA一01GSD文件(ABB_0812.GSD)，选择Opera-tionmode(ABBDrives)，设置与变频器中相对应的通讯类型(PPO4)、主从站点地址(3、4、5)、波特率(500Kbps)。
此时，即完成PLC与变频器之间的通讯设置。通过PLC向BP1主机发送控制字47FH和转速给定，观察所有电机是否启动并最终按给定转速匀速运行；若需正常停车时，向BP1主机发送控制字476H，观察所有电机是否按所选择的停车方式正常停车；若需紧急停车时，向BP1主机发送控制字470H，观察所有电机是否紧急停车。
4、结语
总之，本电控系统在该煤矿运行两个月以来，状况良好。各种工况下，三台变频器输出转矩、转速、功率均平衡。因此，针对煤矿皮带机系统，采用多台变频器主从控制技术是一种理想方案。
参考文献
[l]陈伯时.电力拖动自动控制系统(第三版)[M].北京:机械工业出版社,2000.
[2]ABB公司.ACS80O标准控制程序固件手册[Z].ABB公司,2010.
变频调速技术的节能分析 篇7
在目前采用的各种电机调速技术方案中, 变频调速技术已经成为主流。和传统的电磁滑差离合器、液力耦合器等调速方式相比, 它具有效率高, 调速范围宽, 运行可靠, 调速性能优等特点。在火电厂的用电设备中。由于负荷的动态变化, 在实际运行中大部分设备通常不在额定工作点工作, 如引风机、给水泵等, 如果直接驱动这些设备, 存在巨大的电能浪费, 而通过对驱动电机进行变频调速的技术改造, 能大幅度减少能耗, 达到节能的目的。
1 变频调速节能基本原理
1.1变频调速的基本原理
异步电动机的转速n和电源频率f, 转差率s, 电机极对数p这3个参数有关:
由式 (1) 可以看出, 转速n和电源频率f成正比, 只要改变电源频率, 就可以改变电机转速。
1.2风机水泵的工作特性以及应用变频调速技术的节能原理
目前电机驱动的所有负载, 可以分为3种类型: (1) 平方转矩负载。此类负载的特点是负载转矩和转速的平方成正比, 常用设备包括风机、泵、冷冻机、制氧机等。 (2) 恒转矩负载。此类负载的特点是转矩恒定, 不随转速变化而变化, 常用设备包括起重机、搅拌机、离心机、电锯等。 (3) 倒数转矩负载。此类设备的特点是负载转矩和转速的倒数成正比, 此类设备包括铣床、车床、电力机车等。
在火力发电厂中, 风机和水泵的用电量大约占总用电量的45%, 在电厂能耗中占有很重要的地位。风机和水泵为平方转矩负载, 即转矩和转速的平方成正比, 应用变频调速技术的节能效果更加显著。因此, 在各个火电厂进行节能技术改造时, 风机水泵类负载成为首先的考虑对象。本文将以风机水泵类负载为例, 讨论变频调速技术的应用。根据流体力学的知识可知, 对于风机存在下列关系:
Q∝n (2)
p∝T∝n2 (3)
p∝Tn∝n3 (4)
式中, Q表示风量;p表示风压;n表示转速;T表示转矩;P表示轴功率。从上式中可以看出, 风机的风量和转速成正比, 风压与转速的2次方成正比, 而轴功率与转速的3次方成正比。而电机的轴功率P (kW) 由下式表示:
式 (5) 中, Q表示风量 (m3/s) ;p表示风压 (Pa) ;ηb表示风机的效率;ηc表示传动装置的效率。当需要的风量减小时, 改变电机的转速, 理论上电机的能耗将以其3次方的速率下降。假设风量减小为额定风量的50%, 则电机转速也减小为额定值的50%, 风压则降到原来的25%, 电机功率降到原来的12.5%, 即节能87.5%, 节能效果非常显著。图1表示出了采用不同控制手段时风机风量和风机输入功率之间的关系。
图中, 曲线1表示输入端风门控制, 曲线2表示输出端风门控制, 曲线3表示采用液力耦合器控制, 曲线4表示采用变频调速控制。图中, 0.5表示风机额定值的50%, 1.0表示风机的额定值。由图中可以看出, 在绝大部分风量需求的情况下, 采用变频调速技术都是能耗最低的。特别是在中低频段, 变频调速技术的优势更加突出。
泵的工作原理和风机类似, 它的驱动电机轴功率P (kw) 可由下式表示:
(6) 式中, ρ表示工作液体的密度 (kg/m3) ;Q表示流量 (m3/s) ;H表示泵全扬程 (m) ;ηρ表示泵的效率;ηc表示传动装置的效率。在泵的工作过程中, 下列关系同样成立:
Q∝n (7)
H∝T∝n2 (8)
P∝Tn∝n3 (9)
图2显示了采用不同控制手段时泵的输入功率和流量的关系, 图中, 曲线l表示输入端阀门控制, 曲线2表示液力耦合器控制, 曲线3表示变频调速控制, 0.5表示泵的额定值的50%, 1.0表示泵的额定值点。
从图中可以看出, 对于泵的节能, 变频调速技术也有较大的优势。
2、变频调速实际运行效果及经济效益分析
以下试举两个电厂进行变频调速技术改造的例子, 分析变频调速技术在电厂中应用的效果。
(1) 例如某大型发电厂配备100MW的燃煤机组, 锅炉配用两台送风机, 两台引风机, 送风机电机功率为780kW, 引风机电机功率为800kW。该厂近年来, 由于机组压负荷调峰和两班制调速运行, 引送风机长期处在额定状态下运行。针对该情况, 该厂对引风送风机进行了应用变频器的技术改造。改造完成后, 进行变频器的节电效果测试, 在机组负荷不同的情况下, 得到与工频时相比的节电率显示在表1。
可见, 节能效果相当显著, 而且大体上节能率随着机组负荷的降低而升高。根据以上的测试结果, 一台机组按照每年运行5500小时计算, 平均节电率按51.25%计算, 每台机组每年可得经济效益计算如下:
每年节电量=风机容量×机组年运行小时数×平均节电率=
(2×800kW+2×780kW) ×5500h×51.25%=8907250kWh,
增加上网电价收入=年节电量×上网电价=8907250kWh×0.25元/kWh=2226812元;
年节约标煤量=年节约电量×供电煤耗=8907250kWh×0.42kg/kWh=3749952kg=3749.952t,
年节约煤炭采购费用=年节约标煤量×标煤单价=3749.952t×230元/t=862488.96元。
因此, 通过变频技术对送引风机进行改造, 可每年为企业创造直接经济效益:2226812+862488.96=3089300.96元, 而4台风机改造总费用约为500万元左右, 约1.67年就可以收回全部投资。
此外, 通过使用变频器, 实现了驱动电机的软启动, 大大降低了启动电流, 可以提高电机、电缆、开关等相关设备的使用寿命, 减少了设备的维护费用等, 同时提高了送引风机的自动化控制水平, 为企业创造了间接的经济效益。
(2) 一发电厂的低加疏水泵采用55kW的电机驱动, 该泵经过技术改造后, 使用了一台55kW的变频器, 也取得了良好的效果。
通过疏水罐中的水位信号的反馈, 该水泵实现了闭环控制, 正常运行时, 变频器输出频率在31～39Hz之间, 输出功率在19.6kW～23.8kW之间, 工频时该泵的功耗大约为30.3kW, 变频器的节电率在35.4%～21.5%之间, 平均节电率为30%。
按泵每年运行5500小时, 平均节电率30%计算, 在该泵经过变频改造后, 每年可节约电量49995kWh, 按上网电价每kWh时0.25元计算, 可增加上网电量收入为12498.75元, 同时可节约标煤量21t, 可节约购煤费用4830元。总共可为企业增加直接经济效益1万7千余元。整个改造费用为2.2万元左右, 只要1.3年就可以收回全部投资。
此外通过闭环控制疏水罐的水位, 提高了整个系统的自动化性能, 通过实现软启动, 降低了启动电流, 提高了电机等设备的运行寿命。
3 结束语
随着厂网分开以及竞价上网的实行, 电厂需要通过降低运营成本来提高自身的竞争能力, 降低自身的能耗是一个比较有效的方法。通过对电厂中各种功率的用电设备进行变频调速技术改造, 可以直接地降低电厂的厂用电, 降低发电煤耗, 增大上网电量, 同时还能提高电厂设备的自动化程度, 提高设备的运行寿命, 具有非常显著的经济效益。
总之, 变频调速技术在发电厂中有很广阔的应用前景, 有很大的市场潜力, 值得在发电厂中大力推广。
参考文献
[1]韩安荣.通用变频器及其应用 (第2版) [M].机械工业出版社.2002年.
[2]胡松如, 李遵基等.高压变频调速控制节能分析[J]。中国电力, 2003, 36 (1) .
浅析变频调速电机节能技术 篇8
据悉, 电机运行所消耗的电量大约占到全世界用电量的一半以上。出于对起动冲击、过载保护、系统安全等处于对电机保护的原因, 高效能的电动机经常在低功率状态下运行, 这种“快马拉慢车”的情况工业生产中十分常见。变频调速就是通过改变电源频率调整电动机转速的连续平滑调速方法。根据系统的工艺要求, 通过实时检测系统运行参数, 采用变频调速设备对电动机的输入频率, 转速, 输入功率, 使得电机按需输出, 随时调节。避免了低效低能, 减少了功率的虚耗, 节省大量的电能。这种技术被广泛运用于鼠笼型异步电动机。
2 变频调速电机及节能简介
由于电机转速与工作电源输入频率成正比的关系, 只要通过改变电动机工作电源频率就可以达到改变电机转速的目的。变频调速节能就是利用这样的特点。其以变频器为供电电源的变频调速三相异步电动机通过改变电源频率实现平滑地调节电动机的转速, 达到节能和控制自动的目的。变频调速交流电动机, 具有体积小、重量轻、结构简单、维护方便、制造成本和运行费用低、能在恶劣环境下可靠运行等一系列优点。此类电机其具有效率高, 调速范围广, 精度高, 运行稳定, 操作和维修方便, 定额是以连续工作制 (S1) 为基准的连续定额。也可以运行在S3、S4、S5工作制下。常规电机额定频率为50HZ, 可以在3～100HZ范围内连续调速, 3～50HZ为恒转矩运行, 50～100HZ为恒功率运行。其运行特性如图1所示。变频调速电机适用于驱动轧钢、起重、运输、机床、印染、造纸、化工、纺织、制药等要求连续和频繁正反转的各种机械设备上。
由于电机中电流的大小是随负载的变化而改变, 而电流的大小又直接影响到电机的消耗功率, 实际上也就是电机消耗的功率也是随负载的大小而改变, 而在工作实际中负载的大小并非是一定值, 因此要想具体地计算系统的节能值是比较困难的。变频调速器是一种用来改变交流电频率的电气设备。它是把工频电源变换成各种频率的交流电源, 以实现电机的变速运行的设备。
变频调速技术制造业有着非常广泛的运用, 因为采用该技术既对产量有着较大的提高作用, 理论上提高5—10%转速是可行的 (主要受电机轴承制约) 。也可改善产品质量, 随着电机速度的变化, 在生产加工中的电机速度调节具有调速跨度大、调节精度高、响应速度快的优点, 相应的也就提高了产品的质量。最后变频调速特别适宜使用于常规电机功能无法企及的场合, 由于变频技术自动化程度高, 易于实现无人操作, 所以变频调速具备了在恶劣环境以及精确位置控制系统场合使用的能力。
3 变频调速使用实例
3.1 需要软起动的场合
由于电机的起动方式为直接启动或星-三角降压启动, 电机起动后段时间内存在较大的瞬时起动电流, 三相电动机启动时的瞬时启动电流一般是电机额定电流的5-7倍, 如果电机质量不好, 甚至有到10倍的。如此强大的电流如不注意防护, 可能会烧毁电机或对电网引起冲击, 并影响其他电气设备的正常运行。另外大强度起动电流对电动会产生电磁应力和机械应力, 大大降低了设备的使用寿命。使用变频节能装置, 电机在起动时可以利用变频器进行软起动, 其启动电流强度从零开始渐增, 最大值也不超过额定电流。这样的设置减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求, 延长了设备和阀门的使用寿命, 节省了设备的维护费用。
3.2 变频调速家电
普通家用电器常用单相异步电动机, 其分相主要采用电容或电阻进行。家用电器电机工况下常处于重复状态, 此类电机起动频繁、噪声大易造成电机寿命短、温度稳定性差、能耗高。变频技术的发展促进了家用电器的变频化, 变频家用电器有省电、节能、舒适、寿命长、静音等优点。主要用于空调器、冰箱、洗衣机、电热器具、照明和视听电器等, 这里的变频调速也能发挥节约电能和保护环境的作用。
3.3 风机、水泵
当前最适宜使用变频调速节能的场合是装机容量大的高压电动机驱动的风机水泵和压缩机。主要原因在于节电率百分比相同的情况下装机容量愈大, 其绝对节电量也愈大。对风机、泵、压缩机而言, 对应电机输入功率与流量的关系的三次方成正比, 急系统调速前后的速差成正比, 速差越大, 节能越显著。除去机械损耗、电机铜、铁损等影响, 节能效率也接近40%。由于采用变频器还可以实现电动机的软停止、软起动, 避免了启动时的电压冲击, 减少电动机故障率, 延长使用奉命, 同时也降低了对电网的容量要求和无功损耗, 因此为达到节能目的推广使用变频器已成为各地节能工作部门以及各单位节能工作的重点。以某钢铁厂一号锅炉现有鼓风机和引风机各一台, 分别配用160kW和185kW电机, 风量分别在80%-30%和90%-70%变化, 设全速供水量为均为Qn, 空载损耗为0.1 (Y0≈cosnt) , 每天总供风量分为60%Qn和80%Qn。则两者全速时功率分别为144kW和166.5kW。变频后:消耗功率分为:47kW和103.7kW。节约的功率分别为97kW和63kW。以0.7元/kW小时计算, 每年几月电费总量约为:59+38=97万元。
4 结束语
一般情况下, 变频器用于50Hz调速控制。在平方转矩特性负载, 或恒转矩特性负载作用下, 只有通过调速方能实现节能, 调速不明显或不调速即在工频下运行是无法显现节能效果的。因此, 在符合使用变频调速的情况下, 应该对设备进行更新换代, 尽管短期投入较大, 但就长期来看还是有百利而无一害。在当前国家提倡节能减排的大背景下, 在电机使用领域提倡使用变频调速节能电机合乎当前国情, 也是生产制造业的大势所趋。
参考文献
[1]陈丕璋, 周明宝, 俞鑫昌.电动机节能技术[M].北京:科学出版社, 1989 (03) .
煤矿变频调速与节电技术研究 篇9
随着电力电子器件制造技术的发展, 交流异步电动机变频调速作为一种比较成熟的技术, 具有调速范围宽, 稳速精度高, 动态响应快的良好性能, 在各个工业领域得到了广泛应用。邯郸矿业集团公司通过近几年的实践, 在提升、通风、压风、供水等系统经过变频技术改造, 不仅获得了良好的调速性能, 保证了设备安全可靠运行, 而且取得了显著的节电效果。
1 压风系统多台压风机变频联合控制
邯矿集团云驾岭矿有2台螺杆式压风机采用变频控制, 其额定排气量60 m3/min, 电机功率400 k W, 额定排气压力0.8 MPa。压风机排出的压力气体先经过风包, 然后通过压风管路向各用风地区供风, 由于采用变频控制方案取代了原来的加、卸载供气控制方案, 实现了根据用风量的大小自动调整电机转速, 以保证供风压力恒定, 使电机在低于额定转速下连续运转。
变频改造后, 压风机始终运行在最低加载压力, 避免了压风机在加载压力至卸载压力区段运行所浪费的能量。在满足同样生产用风需要的情况下, 改造前压风机实际功率为2×340=680 k W, 改造后压风机实际功率为2×264=528 k W, 节电率为22%, 使矿井压风系统达到了高效节能运行的目的。
其系统原理如图1所示。
2 立井提升电控系统改造
2.1 电机转子双馈变频调速
邯矿集团云驾岭矿将原来的数字控制转子串电阻调速改造为转子双馈变频调速, 原系统电机转差功率全部消耗于转子电阻回路中, 电机长时间在低速重载工况下运行, 电能浪费大。改造后采用转子变频调速, 取消了转子电阻, 实现了无级调速,
转子双馈变频调速是指把绕线异步电机的定子绕组与交流电网连接, 转子绕组与含外接电动势的电路相连接, 使它们可以进行电功率的相互传递。通过控制绕线异步电动机的转子电压, 利用其转差功率达到调节转速的目的, 这种调节方式具有良好的调速性能和效率;至于电功率是馈入定子绕组或转子绕组, 还是由定子绕组或转子绕组馈出, 则要视电机的工况而定。
具有用电力制动方式实现负力下放, 可将转子功率回馈到电网, 功率因数提高到0.96以上, 提高了设备对电网资源的利用率。
2.2 电机定子 (低压, 660V) 变频调速
邯矿集团郭二庄二坑主提绞车电机采用变频器调速, 变频器兼有调压和调频两种功能, 调节转速的同时, 需调节电压以保持励磁磁通恒定, 从而保持电机的最大转矩不变。
利用变频器通过PLC可以根据电机负载的变化实现自动、平滑的增速或减速, 基本保持异步电机固有特性转差率小的特点, 具有效率高、范围宽、精度高且能无级变速的优点。不管是电机转子双馈变频调速还是定子变频调速, 对于提升系统来说, 其控制系统更加可靠安全, 实现了无级调速, 甩掉了电阻。消除了电流通过电阻时产生的热能损耗;电动机在负力提升时, 电机在制动工况下运行, 电机工作在第四象限, 将多余的机械能转换为电能回馈给电网, 从而实现节能。通过对以上两个矿的提升系统进行的安全技术性能检测得知, 节电率均在16%~24%之间。
3 矿井主通风机采用变频控制
邯矿集团亨健矿主通风机是按矿井寿命中期巷道距离长, 生产地区多的最大通风量进行选型, 电机功率存在较大余量。而现在处于前期, 通风需求量较小, 通过对风机特性分析, 决定通过改变风机运行参数来适应矿井各用风地区的风量需求。利用高压变频技术改造, 将风机风叶角度调到高效角度, 风机转速降到满足风量的合理转速。具体措施是将风机风叶角度由-12.5°调至0, 风机效率由70%提高到最高效率88.7%, 通过变频调速将风机转速降至600r/min, 风机确保风量6600m3/min。通过对风机风叶角度和运行转速的优化组合, 使风机高效。
通过以上分析对比可知, 当矿井通风断面受开采矿压影响不能达到设计断面, 尤其在矿井开采初期和中期乃至后期运行没有达到风机最高效工况点, 通过改变风机运行转速简便易行无需停机调节扇叶角度, 通过调节电机转速随时适应各个时期的通风要求使风机在矿井开采各个时期都能运行在最高效率状态, 一般节电率在15%~30%。
4 洗煤厂水泵变频控制自动调节流量
邯矿集团郭二庄矿洗煤用水泵采用普通电抗启动柜、人工控制阀门调节流量, 人为地增加管路的阻力, 增大管路系统的损失, 不利于水泵的节能运行。现使用变频节电装置, 采用变频器对水泵进行控制, 当洗煤用水量变化时, 电机电流也跟着变化, 通过自动检测负载电流变化, 采用全数字微处理器自动控制电机转速调节流量, 保证水泵在高效区运行, 能量损失少, 方便地实现恒压供水, 根据改造前后相同产量相同时间内用电量比较得知, 改造前平均功率95k W, 改造后平均功率75k W, 节电率达21%。
实践证明, 基于以上节电原理的变频控制系统在煤矿电力拖动系统中的应用, 节约了电力成本, 减少了能源浪费, 创造了良好的经济和社会效益。
摘要：邯郸矿业集团通过近几年的实践, 在提升、通风、压风、供水等系统经过变频技术改造, 不仅获得良好的调速性能, 而且还节约了电力成本, 减少了能源浪费, 创造了良好的社会经济效益。
变频调速控制节能技术的油田应用 篇10
1 变频调速的机理及工作原理
1.1 机理
交流异步电动机的转速公式:
式中:
n——电动机转速;
f1——定子供电频率;
p——极对数;
S——转差率。
由公式可以看出, 当S变化不大时, n正比于f1, 改变供电电源频率, 可以调节异步电动机的转速, 如果均匀地改变电动机定子供电频率f1, 可平滑地改变电动机的同步转速n, 在调速时, 为保持电动机的最大转矩不变, 需维持电动机的磁通恒定。因而, 在改变供电频率的同时, 定子供电电压应作相应调整才能保证电动机的运转性能不受到影响, 所以变频器具有调频、调压两种功能[1]。
1.2 工作原理
变频器虽然生产厂家众多, 但从结构上看, 变频器一般分为交-交变频器和交-直-交变频器两类。油田使用的变频器大都属于交-直-交变频器, 交-直-交变频器就是把频率固定的交流电源直接变成频率连续可调的交流电源, 其主电路结构图见图1。
交-直-交变频器的工作过程是:先将电源的三相 (或单相) 交流电经过整流桥整流成直流电, 经过平滑滤波, 又经逆变把直流电“逆变”成频率任意可调的三相交流电, 使电极获得无级调速时所需要的电压、电流和频率。
以某公司生产的变频器为例, 装置的控制核心为单片机控制系统, 输入部分由整流模块和高压大容量电容组成, 它们将工频电源转换成直流电, 输出部分由驱动系统、大功率晶体管 (IGBT) 模块组成, 它们将直流电转换成频率随意可调的交流电输出, 达到电动机调速的目的。
变频调速装置的闭环控制原理主要是:被控物理量 (压力、液位、流量等) 由测量该物理量的变送器测量后送入该物理量的控制器 (PID或其它控制器) , 并与该物理量的给定值 (在控制器内该值根据工艺需要确定) 进行比较、运算, 由控制器输出一调整信号给变频器, 变频器带动机泵在某一适当频率范围内运行, 使被控物理量的值与所需控制量的值偏差减小, 这一过程周而复始, 使被控物理量的实际值与所需控制量的值偏差越来越小, 变频器频率的波动范围也越来越小, 整个控制系统趋于动态平衡, 从而达到了变频器闭环自动控制的目的, 实现整个系统节能、平稳、高效的生产[2]。
系统主要控制参数是根据现场工艺情况逐渐摸索确定的, 由于每一个使用系统的工况不同, 控制器的主要参数的设定也不同, 因此控制器参数的设定, 需具体问题具体分析来确定。变频器闭环控制原理见图2。
2 用阀门控制流量与变频器控制流量节能效果对比
2.1 用阀门控制流量增大了管道阻力, 增加了阀门的节流损失
由图3特性曲线所示, 假设速度为N, 管道阻力为R1, 流量为Q2, 压力将从H1增加到H2, 但轴输出功率的减小幅度很小, 轴输出功率计算公式:
式中:
H——压力, MPa;
Q——流量, m3/h;
η——效率。
通过阀门调节来改变泵的工作点, 从表面上看, 泵效提高了, 但实际对整个生产系统来说, 并没有节能, 泵效提高所节约的能量恰好又消耗在阀门的节流损失上, 并没有达到节能的目的。
2.2 用变频器控制流量消除了阀门的节流损失
由特性曲线图4可以看出, 变频器控制流量, 管道阻力恒定, 当速度为N1, 流量为Q1时, 如果电动机从N1改为N2, 流量将降为Q2, 压力将从H1增加到H3, 所以轴功率的大量减少节能效果十分明显。
2.3 节能效果对比
阀门控制和频率控制特性曲线对比见图5。
在阀门控制的情况下, 是依靠把管道阻力从R1变为R2来控制的, 此时压力将从H1增加到H2, 轴功率变化很小, 几乎是常数, 所要求的轴功率仅从面积 (0, Q1, A1, H1) 变为 (0, Q2, A2, H2) 而在变频器控制的情况下, 在管阻恒定的情况下, 电动机速度从N1改为N2, 所得到流量Q2, 在这种情况下, 所要求的轴功率相当于面积 (0, Q2, A3, H3) 所以变频器控制多节省面积为 (H3, A3, A2, H2) 的能量。
在阀门控制流量时, 功率随着流量变化幅度极小, 在变频器控制流量时, 由流体力学可知转速 (N) , 流量 (Q) , 扬程 (H) , 轴功率 (P) 的关系:
可以看出, 当转速下降1/2时, 则流量下降1/2, 扬程下降3/4, 轴功率下降7/8, 随泵的转速下降, 轴功率成三次方关系下降, 所以节能效果比较显著。
变频器控制流量, 除节约电能外, 还可减少设备的机械磨损;对电动机有过流, 过载等保护作用;起动平稳, 可延长机泵使用寿命;减小噪音, 改善工作环境;降低劳动强度。
3 现场应用实例
以某中转站的输油泵上安装了一套变频调速器闭环自动控制系统为例分析, 该闭环自动控制系统由一台ESK851液位变送器、一台东芝37 k W变频调速器、一台37 k W电动机和泵组成。
该系统运行期间, 泵出口阀全部处于打开状态, 值班人员没有再对机泵进行人工操作, 三合一罐液位在给定液位附近上下波动仅3 cm, 频率范围波动仅2 Hz, 使整个生产过程在全自动状态下平稳运行。安装变频闭环控制系统前、后机泵参数对照 (采用安装变频器前10日、后10日数据平均值) 见表1。
从数据对比可知, 节电在32%左右, 安装变频调速控制系统前, 该站的生产工艺明显处于节流状态, 输液单耗达0.43 k Wh/m3;安装变频调速控制系统后, 节流状态基本消除了, 输液单耗也降到0.21 k Wh/m3。可见采用变频闭环控制技术, 对改变设备运行工况、实现自动化生产、对节能降耗是非常理想的。
4 几点认识
1) 变频器的软启动和无级调速, 消除了对电网的冲击, 延长电器装置的寿命, 同时可使自然功率因数达到0.95以上。
2) 操作简单, 能量转化效率高, 动态响应快, 完善的保护与故障自诊断等电脑智能化, 易于实现生产过程的自动化, 有着同类节能产品无可比拟的优越性。
3) 在较大的生产系统中, 采用变频调速闭环控制技术控制油水泵运行, 是最经济合理的生产方式, 是提高系统效率的最佳途径。不仅是节能降耗的需要, 同时也是利于科学管理, 促进稳定生产、安全生产。
4) 当负荷率长期高于95%时, 变频调速的节电效果已经很低, 甚至多耗电, 应该退出运行。满负荷的工作还会加速部分电器元件的老化, 缩短使用寿命。
5) 一套变频调速装置, 装于两个不同的生产系统中, 会有不同的节电效果。装置的手动和自动控制, 节电率要相差10%左右。所以在推广时要认真调查研究, 搞好效果预测工作, 在运行时要把生产参数调整至最佳状态, 才能获得最高的经济效益。
参考文献
[1]张智贤, 沈永良.自动化仪表与过程控制[M].北京:中国电力出版社, 2009.
