变频技术

变频技术（精选十篇）

变频技术篇1

1 变频调速的原理

变压变频调速是改变异步电动机同步转速的一种调速方法, 在极对数np一定的情况下, 同步转速n1随频率变化:

而实际转速n= (1-s) n, 1当转差率s不变时, 转速n与频率f成正比, 这时改变电源的频率就可对电机的转速进行控制。而调速所用的变频器实际就是一个可以改变频率的交流电源。

变频器按变频方式分为交交变频器和交-直-交变频器两种。综合考虑改造成本, 空调容量, 通用性, 联合运行等实际因素决定选用交-直-交变频器因为只是进行变频控制, 所以电压不变, 故交-直-交变频器先将恒压恒频的交流电以二极管为整流元件, 采用三相全桥不可控整流电路整成直流, 为了减小整流直流电的脉动, 采用大电容滤波 (电压型) , 再用全控型器件 (IGBT) 与续流二极管将直流电逆变成频率可调节的交流电, 这种变频方式被称作间接变频。在逆变中驱动全控器件的驱动信号采用SPWM控制技术, 设定启动的最低频率为35Hz, 上限为工频50Hz。

2 在空压机上的应用

为了避免电机启动对电网的冲击, 并减少能耗, 设定一个启动的最低频率 (35Hz) , 并让电机以这个最低频率启动, 拖动空压机运行。将产生的压缩空气送入风包, 以风包为中枢, 将压缩空气送入井下。因此, 可以设定一个初始压力, 并通过通过的压力的闭环控制来实现空压机的变频控制。以两台空压机 (分别1#、2#) 的变频控制为例, 在风包设置一个压力传感器, 将压力信号转换为电信号, 再将电信号传递给PLC, 通过PLC发出指令给变频器, 不断根据负载需要改变电源的频率, 即首先启动1#空压机, 当反馈压力小于给定压力时, PLC发出升频指令, 变频器提升频率, 空压加速运行, 当1#空压机的频率达到工频时, PLC发出启动指令, 2#空压机以最低频率启动并逐步提升变频器的频率至所需频率, 但不得超过工频运行频率;反馈压力大于给定压力时, PLC发出指令降低频率, 2#风机首先降速运行, 当2#空压机频率降低至最低运行频率时, PLC发出指令, 2#空压机退出运行, 1#空压机也逐步降低频率运行至所需运行频率, 但不得降低到最低运行频率。这样就实现空压机的经济运行, 从而减少了不必要能源浪费。风机的控制原理图如图1所示, 其控制流程图如图2所示。

3 在胶带运输机上的应用

作为煤矿煤炭输送过程中应用最多的运输设备, 胶带运输机一般情况都采用交流电动机作为动力装置以工频进行拖动, 用液力耦合器进行传动, 这样就存在传动效率低、启动冲击电流大、机械冲击力大等缺陷, 这样导致了胶带和液力耦合器的严重磨损, 大大提高了维修及维护成本, 造成了设备不能经济的运行, 降低了经济效益。在对胶带运输机采用变频技术进行调速后, 就可利用变频器实现动力电机的软起动功能, 进而拖动整个胶带运输机系统实现软起动, 这就大大减少了胶带在启动过程中的张力, 从而减轻了启动过程中对胶带造成的损害, 延长了其寿命。在正常运行过程中可根据运输量的大小及时调整电源频率, 以实时调整胶带运输机的运输的速度, 从而实现节能的目的。变频器的使用使胶带运输机具有了低速运行的功能, 这就可以胶带检修时方便的对胶带进行验带, 而变频器所具有的如:过压、过流、欠压、短路、过载、过热、缺相等完善的保护功能, 可通过与胶带运输机综合保护装置如烟雾、打滑、跑偏、煤位、瓦斯、纵向撕裂、急停等的合理对接, 就可实现各项安全保护性能。特别是在使用下运式胶带运输机过程中, 还可进行发电制动并将产生的制动能量回馈电网, 具有明显的节能效果。

4 结语

市场经济也是效益的经济, 谁能在生产同样的产品中消耗更少的能量, 谁就能在竞争中处于更大的优势。而在煤矿的生产过程中, 风机、水泵等机械消耗着大量的电能, 而利用变频技术, 就可以根据实际生产中的需要实现电能的最经济利用, 从而节约了电能和生产成本, 这对提高煤矿的效益与市场竞争力会产生巨大的作用。

摘要：据统计, 煤矿矿井各个生产系统的用电占到矿井企业用电量的70%～90%。对矿井提升机、空压机、水泵、采掘机、胶带运输机等动力负荷变化较大的机电设备在启动、加减速、制动等方面的浪费也是非常巨大的。而变频技术以其明显的节能效果和优越的调节性能, 使其在煤矿的应用也越来越广泛。本文从节能的角度出发, 以空压机、胶带运输机的变频控制为例, 阐述变频技术在煤矿的应用。

关键词：煤矿,变频控制,节能

参考文献

[1]李宏晓.变频调速技术在煤矿的应用前景[J].科技信息, 2010 (19) .

[2]马修成.基于变频技术的煤矿机电设备应用分析[J].中国新技术新产品, 2009, 1 0.

变频技术篇2

由于传统的制冷系统采用定速压缩机，因此人们对制冷系统及压缩机的研究重点一直是在名义工况和额定转速下稳态工作时的效率和其它工作特性上。传统的制冷系统采用定转速压缩机，实行开关控制，利用压缩机上附带的鼠笼式电动机驱动压缩机，从而调节蒸发温度。这种控制方式使蒸发温度波动较大，容易影响被冷却环境的温度。压缩机电机在工作过程中要不断克服转子从静止到额定转速变化过程中所产生的巨大转动惯量，尤其是带着负荷启动时，启动力矩要高出运行力矩许多倍，其结果不仅要额外耗费电能，而且会加剧压缩机运动部件的磨损。另外这种运行方式在启动过程中还会产生较大的振动、噪声以及冲击电流，引起电源电压的波动，因此应采用变频压缩机替代定转速压缩机，从而避免这种频繁的起停过程。

而变频调速技术主要由以下4个方面的关键技术组成：逆变器，微控制器，PWM波的生成以及变频压缩机的电机选择。

2 三种变频压缩机的研究状况

针对变频压缩机的研究，是从往复活塞机开始的，但由于其往复运动的特点，影响到变频特性的发挥;从而转到滚动转子式压缩机、涡旋压缩机等回转式压缩机上来，大大提高了压缩机的性能。总体说来，实验研究居多，而理论分析较少。

2.1 往复式活塞压缩机

日本东芝公司在1980年开发了往复式变频压缩机，又在1981年开发了转子式变频压缩机，文献[1]给出这两种机器的制冷量和总效率随频率变化的实验数据，从中可以看出往复式在频率为25~75Hz时，效率高;而转子式在30~90Hz时，效率高。并且两种机型均存在效率最高频率。在大于此频率时效率缓慢降低，小于此频率时，效率则下降很快。另外，Scalabrin测量一台可变速的开启式往复压缩机在不同转速下的制冷量和输入功率，他指出这台压缩机的容积效率在转速为1000rpm时最高，而等熵效率和制冷系数随转速的降低而增高[2]。Krueger讨论了BPM电机及变频器的设计，对转速在~5000rpm的冰箱和往复式压缩机进行了实验研究，得到压缩机的转速为3000~5000rpm时制冷系数最高;而文献[3]则给出了其对冰箱用往复式压缩机的性能试验和模拟计算结果，在其研究的转速范围内2000~4000rpm，制冷系数随转速的增加而降低。还有学者对往复式变频压缩机的热力性能进行了仿真研究，计算了压缩机内各部位的换热量和压力损失。

2.2 滚动转子式压缩机

在1984年，日本东芝公司的Sakurai和美国普渡大学的Hamilton建立了简单的滚动转子式压缩机的摩擦损失模型[4]，并选取不同的边界摩擦系数和制冷剂在油中的溶解度计算了不同的转速下的摩擦功耗。其结果与实验值相比较，偏差较大。文献[5]叙述了日立公司1983年批量生产的变频转子压缩机在结构和材料上的改进。文献[6]研究了单缸和双缸转子压缩机的转速波动，讨论了电流频率减小时，压缩机性能降低的原因。文献[7]采用低密度和铝合金制作的滑片和转子以降低高转速时滑睡瑟转子间的接触力和转子轴承承载。文献[8]简单分析了适当降低滑片的质量和厚度可以提高变频转子压缩机的效率，并给出了气缸、转子和滑处的温度及应力分布的有限元分析结果。Liu和Soedel分析了变频转子压缩机的吸气和排气气流脉动[9，10]和吸气管气缸间的传热及压缩机的温度分布[11]，讨论了影响变频转子压缩机容积效率和气缸压缩过程效率的因素，给出了他们用计算机模拟计算出的在不同转速下的容积效率和压缩过程效率，从实验数据和文献[1]的实验可以看出，其计算的容积效率随转速的增大而很快的增大。

2.3 涡旋式压缩机

涡旋式压缩机的原理早在1886年意大利的专利文献[12]论及到了，19法国工程师Creux正式提出涡旋式压缩机原理及结构，并申请美国专利[13]。涡旋式压缩机是一种新型的容积式压缩机，具有结构紧凑、效率高、可靠性强、噪声低等特点，尤其是用于变频控制运行。但由于没有数控加工技术和缺乏对轴向力平衡问题的妥善解决方法，因而长期未能完成其实用化。进入70年代，美国A.D.L公司完成富有成效的研究，首先解决了涡旋盘端部磨损补偿的密封技术。并在此基础上与瑞士合作开发了多种工质的`涡旋式压缩机样机。涡旋式压缩机的真正规模生产始于日本。1981年日本三电(SANDEN)公司开始生产用于汽车空调的涡旋式压缩机，1983年日立公司开始生产2~5Hp用于房间空调的涡旋式压缩机。此外，在美国，自Copeland公司1987年建立涡旋式压缩机生产线推出其产品后，Carrier、Trane、Tecumseh等公司也分别设厂生产高质量的涡旋式压缩机。而变频涡旋压缩机已应用于柜式空调器上，节能效果明显，制冷系数提高20%左右，成为目前涡旋压缩机的一个研究热点。

3 变频调速技术的发展及现状

变频调速技术适应于节能降耗和舒适性的要求，目前已应用于新一代的空调器上，在90年代初进入国内空调市场，其核心是：逆变器、微控制器、PWM波的生成和变频压缩机的电机。

3.1 逆变器

变频空调的核心部件是变频器，其主要电路采用交-直-交电压型方式。交-直过程一般采用单相二级管不可控直接整流，直-交过程一般采用6管三相逆变器，另有一个辅助电源，一个逆变器控制器和相应的驱动电路。

早期的变频器采用分立元件构成，整流器采用单相倍压整流电路，逆变器由6只分立的功率晶体管(GTR)构成。这种电路复杂，可靠性差。目前大部分厂家采用的逆变桥由6个绝缘栅极晶体管(IGBT)组成，其综合了MOSFET和GTR的优点，开关频率高、驱动功率小。随着智能功率模块(IPM)技术的发展应用，IPM正在逐步取代普通IGBT模块。由于IPM内部既有IGBT的棚极驱动和保护逻辑，又有过流、过(欠)压、短路和过热探测以及保护电路，提高了变频器的可靠性和可维护性。另外，IPM的体积与普通IGBT模块不相上下，价格也比较接近，因此目前应用较为广泛。比较成功的产品如：日本三菱电机公司所生产的PM20CSJ060型以及日本新电元公司生产的TM系列IPM模块等。

功率因素校正(PFC)环节和逆变桥集成是新一代的空调器逆变电源技术。PFC技术的应用不但可以极大改善电网的工作环境，减少输电线的损耗，而且在变频工作时可以减小输入端电感和输出端电容器，减小模块体积。因此PFC环节和IPM逆变桥集成一体化是家用空调器发展的必然。

3.2 微控制器

微电子技术的发展使变频调速的实现手段发生了根本的变化，从早期的模拟控制技术发展数字控制技术。目前国外一些跨国公司的微控制器产品占据着主要的市场，如：Motorola公司的MC68HC08MP16、Intel公司的80C196MC、三菱公司的M37705等。这些公司的产品性能价格比较高、功能强大，如带有A/D转换器、PWM波形发生器、LED/LCD驱动等，且一般都有OTP产品以及功耗低可长期稳定的工作。微控制器目前主要由单片机向DSP(信号处理器)过渡。以目前应用比较广泛的TI公司的TMS320C240为例，其具有：50Ns的指令周期，544字的RAM，16K的EEPROM，12个PWM通道，三个16位计数器，两个10位A/D转换，WATCHDOG，串行通讯口，串行外围接口等，采用DSP，可使控制电路简单，而且控制功能强大。

3.3 PWM波的生成

在家用空调器中，目前国内大部分厂家采用常规的SPWM方法，在国外，在部分厂家以采用磁通跟踪型SPWM生成方法，该方法以不同的开关模式在电机中产生的实际磁通去逼近定子磁链的给定轨迹―理想磁通圆，即用空间电压矢量的方法决定逆变器的开关状态，以形成PWM波形，该方法电压利用率高，低频谐波转矩小，频率变化范围宽、运行稳定，具有比较好的控制性能。近期出现的PAM控制(Pulse Amplitude Modulation)不采用载波频率进行整流，而直接改变电压，减少了整流所需的能耗，提高了变频器的工作效率，满足了节电和降低高次谐波的要求，使供暖能力得到提高。

3.4 变频压缩机的电机

变频压缩机电机主要分为交流异步电动机和直流无刷电动机两种。目前国内一些大的压缩机生产厂家如：万宝、松下、上海日立、东芝万家乐等已有能力生产变频压缩机(包括交流机和直流机)，交流电动机成本低，制造工艺简单，但其节能效果较差。直流无刷电机拖动由无刷电机本身，转子位置传感器和电子换向开关组成。转子磁极为永磁体，电枢绕组采用自控式换流，定子旋转磁场与转子磁极同步旋转，通常采用按转子磁场定向的定子电流矢量变换控制，既有普通直流电机良好的调速性能和启动性能，又从根本上消除了换向火花、无线电干扰的弊端，具有寿命长、可靠性高和噪声低，控制方便等优点。以三菱电机公司开发的适用于空调压缩机的节能高效直流无刷电机为例，其具有：转子上安装了8块V字型永久磁体。磁体为埋入式，转子不会在不锈钢外壳中因涡流因而产生损耗;采用了新的压缩机电机驱动方式，效率比普通的无刷电机高，但是这种压缩机电机的价格较高。

开关磁阻电动机(SRM)是80年代新推出的变速传动系统，由磁阻电动机和控制器组成，是新一代机电一体化产品。该电机结构十分简单，但是比普通磁阻电动机多了转子位置检测器(一般为光电检测)，总体上比较流异步电动机简单、坚固和便宜，又因为绕组电流是直流脉冲，只需整流，无需逆变，所以控制电路简单。目前有关SRM的理论尚不够完善，低速时，转矩有些脉动，噪声和震动较大，转速的稳态精度不够高等，有待今后进一步研究解决。

异步电机变频技术专利分析篇3

关键词：异步电机变频调速专利分布专利分析

中图分类号：M343 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）07（b）-0049-02

进入20世纪70年代，随着电力电子技术、微电子技术及大规模集成电路的发展，使得采用电力电子变流器的交流拖动系统得以实现，特别是大规模集成电路、专用集成电路和计算机控制的出现，使高性能交流调速系统应运而生，交直流拖动按调速功能分工的格局终于被打破了[1]。交流调速性能完全达到了与直流调速性能相媲美的程度，而交流电机的优势则转化成为了其调速系统的优势。于是，交流调速拖动取代直流调速拖动的呼声日益高涨，交流调速控制系统已成为当前电力拖动调速控制的主要发展方向。目前，变频调速技术受到交流调速技术和微机控制技术发展的影响，其研究和应用将朝着高性能交流变频调速和特大容量、极高转速的交流变频调速方向发展[2]。

该文针对异步电机变频技术进行检索，以CNABS和DWPI专利数据库中的检索结果为分析基础，从专利文献的视角对异步电机变频调速技术的发展进行了全面的统计，总结了异步电机变频相关技术的国内和国外专利的申请趋势、申请人分布，探讨异步电机变频技术研究现状与发展趋势，为相关技术研究人员的研发方向和专利战略提供参考信息，也为相关企业科技管理人员对技术发展政策的制定提供参考。

1 异步电机变频技术专利布局分析

该文分别在中国专利文摘数据库CNABS和英文摘要数据库DWPI中对异步电机变频调速技术进行检索，其中CNABS数据库收录了1985年以来中国所有的专利文摘信息，DWPI数据库收录了1948年至今47个国家和组织的专利文献，并人工改写了摘要等信息。

在这两个数据库中采用异步电机变频技术领域通用的关键词表述，将检索结果进行人工浏览降噪，获得国外发明专利申请345件，中国发明专利申请761件。

1.1 发明专利申请年度分析

图1示出了异步电机变频调速技术国外专利申请趋势，大致可以分为三个时期，各时期划分别以申请量增长率的变化为标准。

第一时期为技术萌芽期（1979年之前）。20世纪70年代以前，实用的静止变频器没有问世，交流电机主要用于拖动场合，较少用于调速。高性能的交流调速技术还停留在理论上的期望阶段。从图1中可以看出，在1979年之前，异步电机变频调速技术的发明专利申请量很少。1979至1991年，异步电机变频技术相关发明专利申请量快速增长，在1983年的时候达到顶峰。1983年之后，国外的申请量总体有所下滑，但是仍然比1979年以前的申请量有较大的增长。在冷战的国际背景下，到1991年，申请量达到最低值。1991年后，异步电机变频调速技术专利申请再次逐渐增多。这一时期的发明专利技术主要集中在采用直接转矩的方式进行异步电机变频调速。主要原因为1985年德国学者Depenbrock提出了异步电动机的直接转矩控制理论。从2001年起，关于异步电机变频调速技术的专利的申请量处于稳定期。在这一时期，相关专利主要集中在基于矢量控制理论在变频调速技术中的运用以及无位置传感器的控制系统的相关研究方面。

图2示出了关于异步电机变频调速技术中国专利申请趋势，与国外专利申请相比较，中国专利申请大致也可以分为三个阶段，第一阶段为萌芽期（1985-2001年），第二阶段为发展期（2002-2007年），第三阶段为快速增长期（2008-2013年）。1985-2001年，中国专利关于异步电机变频调速领域的专利申请数量很少。而在这一时期，国外在异步电机变频调速技术领域已经经过了两次发展期，分别为基于电力电子技术和集成电路技术而发展起来的变频调速技术，和以直接转矩控制为基础的变频调速技术。2002-2007年，中国的专利申请总体呈现上升趋势，且每年的申请量趋于平缓的上升趋势。在该阶段，中国申请的申请人主要分布在高校和个人申请，其中，个人申请占有很大部分。经过对这些个人的百度分析，发现他们大多是从国外留学回来的教师。从整个申请量和申请人分布上来看，一方面当时中国的专利申请意识还不强，另一方面反映了在这一阶段中国对异步电机变频技术的研究还很缓慢，生产应用也不足，因此企业申请量还很少。2008年开始，中国有关异步电机变频调速技术的专利申请大量增多，这六年的申请量是前二十年申请总量的近两倍。

1.2 重要申请人分布情况分析

本节从国内外专利申请重要申请人方面对异步电机变频调速技术相关专利做进一步分析，主要考虑申请人历年的申请总量，按照申请总量进行排名，取前10名申请人进行分析。

图3示出了国外专利申请量排名前10名的申请人，分别是：（1）东芝照明技术株式会社（日本）；（2）株式会社日立信息通信工程（日本）；（3）富士电机株式会社（日本）；（4）三菱电机株式会社（日本）；（5）西门子公司（德国）；（6）ABB公司（美国）；（7）株式会社明电舍（日本）；（8）通用电气公司（美国）；（9）罗伯特·博世有限公司（德国）；（10）AS MOLD POWER CYBER（苏联）。排在前10名的申请人主要集中在美日德三个国家。而前四名均被日本公司占据。

图4为中国专利申请量排名前10名的申请人，分别是：（1）浙江大学；（2）卢骥；（3）清华大学；（4）永济新时速电机电器有限责任公司；（5）襄樊宇清电动汽车有限公司；（6）沈阳工业大学；（7）襄樊特种电机有限公司；（8）华南理工大学；（9）湘潭电机股份有限公司；（10）汪槱生。

在中国关于异步电机变频调速技术的申请主要为高校申请和企业申请。根据前面的分析可以知道，在异步电机变频调速技术领域，国外的研究主要集中在1979-2001年。而中国在这个领域的发展明显滞后于国外，主要是在2007年之后开始快速发展。总体而言，中国对于异步电机变频调速技术领域的研究滞后于其他国家，尤其是日本、美国、德国这些变频调速技术领域的强国。

2 结语

该文通过对国内外异步电机变频调速领域的发明专利申请的分析，分别从申请的总体情况、申请量年度分析、申请人分布情况以及关键技术方面进行了分析。通过对异步电机变频调速技术的国内外专利申请量的分析可以看出，中国在异步电机变频调速技术领域研究迟缓，错过了两次发展热潮，相关专利申请很少。随着近年来人们专利意识的提高，以及市场对变频器需要的增多，有关异步电机变频调速技术的中国专利申请量快速增长。近年来，国内外对于变频器的要求主要在于其节能性、产品质量的提高、设备合理化等方面。从技术角度看，变频调速技术在平滑起动、力矩和定位控制、减噪等方面还需要提高，有学者提出了通用变频器的研究，相关专利申请较少，相关企业可加大对这些领域的研究。通过对专利申请内容的分析可知，中国专利申请的整体技术有待提高，国内申请人专利撰写的能力需要将强。同时，企业应加强对专利的布局，提高对异步电机变频调速相关技术领域出现的新技术和新方法的敏感性，积极研究核心技术，防止国外相关领域的专利申请对我国企业的发展产生制约。同时，企业可加强与高校或研究机构的合作，利用高校或研究机构在理论研究上的优势和企业自身产业制造的能力，将专利技术转化到产业制造上。

参考文献

[1]李春文，张爱芳，曹玲芝，等.交流异步电机变频调速系统研究综述[J].科技资讯，2009（33）：47.

[2]郑巍.基于变频调速大型电机的发展问题分析[J].中国新技术新产品，2014（11）：119.

通用变频器的技术分析篇4

变频器的基本结构

变频器是把工频电源交换成各种频率的交流电源, 以实现电机的变速运行的设备。

一、变频器中常用的控制方式

1、Uf控制

Uf控制是在改变变频器输出电压频率的同时改变输出电压的幅值, 以维持电动机磁通基本恒定, 从而在较宽的调速范围内, 使电动机的效率、功率因数不下降。由于电动机实际电路中定子阻抗上存在压降, 尤其是当电动机低速运行时, 感应电动势较低, 定子阻抗上的压降不能忽略, 采用Uf控制的调速系统在工作频率较低时, 电动机的输出转矩将下降。为了改善低频时的转矩特性, 可采用补偿电源电压的方法, 即低频时适当提升电压U来补偿定子阻抗上的压降, 以保证电动机在低速区域运行时仍能得到较大的输出转矩, 这种补偿功能称为变频器的转矩提升功能。

2、矢量控制

矢量控制是通过矢量坐标电路控制电动机定子电流的大小和相位, 已达到对电动机在d、q、o坐标轴系中的励磁电流和转矩电流分别进行控制, 进而达到控制电动机转矩的目的。

3、直接转矩控制

直接转矩控制是利用空间矢量坐标的概念, 在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型, 控制电动机的磁链和转矩, 通过检测定子电阻来达到观测定子磁链的目的, 因此省去了矢量等复杂的交换计算, 系统直观、简洁, 计算速度和精度都比矢量控制方式有所提高, 即使在开环的状态下, 也能输出100﹪的额定转矩, 对于多拖动具有负荷平衡功能。

二、变频器的故障原因分析

1、将变频器放入电动机控制中心时, 会引起一些潜在的问题。

(1) 当电动机电缆长于或等于临界长度时, 可能发生电压反射波损坏电动机。在大多数安装情况下, 如果把变频器放入电动机控制中心时, 电动机电缆长度一定超过29ft, 。有可能发生电压反射波。为了减轻这种情况, 可以采取一些措施, 如输出侧采用dudt滤波器或专用逆变器供电的电动机;

(2) 发热半导体开关器件产生的损耗范围通常为4%—6%, 把变频器放入电动机控制中心需要在电动机控制中心内散热。

(3) 增容时困难把变频器放入电动机控制中心会使增容时发生困难。

(4) 变频器的可维护性会发生问题。

2、参数设置类故障一旦发生了参数设置类故障。变频器就不能正常运行, 可根据故障代码进行参数修改。

3、过电流跳闸的原因分析

(1) 重新启动时, 一升速就跳闸。这是过电流十分严重的表现。如果有230V电源, 也可以用230V的变频器。主要原因有:负载侧短路;工作机械卡阻;逆变管损坏;电动机的启动转矩过小, 拖动系统转不起来。

(2) 重新启动时, 并不立即跳闸, 而是在运行过程中跳闸。原因有:升速时间设定太短;转矩补偿设定较大, 引起低频时空载电流过大;电子热继电器整定不当, 动作电流设定的太小, 引起误动作。

4、过电压跳闸的原因分析

主要原因有电源电压过高;降速时间设定太短;降速过程中, 再生制动的放电单元工作不理想。

5、欠电压跳闸的原因分析

原因有:电源电压过低;电源缺相;整流桥故障。

6、电动机不转的原因分析

(1) 功能设置不当原因有:上限频率与最高频率和基本频率与最高频率设定矛盾, 最高频率的预置值必须大于上限频率和基本频率的预置值;使用外接给定时, 未对“键盘给定外接给定”的选择进行预置;其他的不合理预置。

(2) 使用外接给定方式时, 无“启动”信号。当使用外接给定信号时, 必须由启动按钮或其他触点来控制其启动。如不需要由启动按钮或其他触点控制时, 应将RUN端与GND端之间短接起来。

(3) 其他原因:机械卡阻现象;电动机的启动转矩不够;变频器发生电路故障。

7、考虑变频器输出因素

我公司聚氯乙烯二厂的三台厢式自动压滤机是一种间歇性操作的加压过滤设备, 适用于各种悬浮液的固液分离, 采用机、电、液一体化设计制造, 它主要由五大部分组成:机架部分、自动拉板部分、过滤部分、液压部分和电气控制部分。是由变频调速控制, 通过安置于压滤机上的限位开关或接近开关发出的信号来实现的。采用小型可编程序控制器PLC, 线路逻辑关系尽在PLC编程内计数器、记时器、中间继电器和外部的限位开关、压力继电器、电接点压力表控制按钮等的转换完成的。

由于PLC是“软继电器”, 无触头机械损耗, 故障率大大降低, 减轻了查找故障的难度, 降低了线路功耗, 以达到工艺生产不同要求以及节约电能。但压滤工段本身环境恶劣, 弥漫于空中的石灰粉、一氧化碳和潮湿的空气、安装变频器的低压配电柜密闭性不好, 夏季高温, 温度常达35~40℃, 为此必须采用强迫通风方式, 这是必须得到根本解决的。

通常, 只是根据负载公率大小、负载转矩的性质来选定变频器的额定容量, 却忽视了变频器的安装场所的运行环境温度对变频器额定输出电流的影响, 其实, 变频器厂家有规定:安装使用场所允许最高环境温度, 对恒转矩负载, 不得超过50℃。即TAMB.max=50℃。对变转矩负载不得超过40℃即TAMB.max≤40℃在实际使用中, 一般运行环境温度不要超过40℃, 如变频器, 当TAMB.max≤40℃, 且TAMB.AVG≤35℃时, 可连续输出100%IN。当TAMB.max≤45℃, 且TAMB.AVG=40℃时, 连续输出电流等于80%IN;TAMB.max=50℃, ;且TAMB.AVG=45℃时, 该变频器连续输出电流等连续输出电流等于60%IN。可见, 运行环境温度超标时对变频器可连续输出电流额定值的影响很大。

输油泵变频节能技术分析论文篇5

摘要：石油化工业对国民经济的发展具有重要的意义，输油泵作为原油生产过程中的重要耗能设备，对输油泵进行技术改造、降低能耗、提高效率，成为技术工作人员长期研究的课题。本文通过对输油系统的能耗现状分析、输油泵变频调速节能技术的原理和影响因素的阐述，分析了输油泵的节能效果。

关键词：节能;变频调速;输油泵

目前，输油泵的变频调速器可以最大限度的降低能耗，保护电机，而变频调速器的核心技术便是变频调速技术，变频调速节能技术是一种交-直-交电源变换技术，它集电脑控制和电子技术于一身。这项技术的应用，不仅具有节能降耗的效果，而且还能够实现高精度的调速。目前被广泛应用于输油泵机组上，不仅满足了生产的需要，而且节约了大量的能源。

1、输油系统的能耗现状

伴随着油田的长期开采，目前含水量都比较高，随着含水的上升，产油量的减少，输油泵的实际输油量越来越小，输送的大部分都是水，并且输油量存在不稳定性，输油泵很难控制在最佳的工作点上运行。因此，为了实现输油泵的高效经济平稳运行，在提高输油泵的效率、降低摩阻以及进行合理有效的调度基础上，采用变频调速技术是更加有效、直接的办法，它的主要优势就在于可以提高输油泵和整个集输系统的工作效率，降低能耗。

2、输油泵变频调速节能技术原理

变频调速技术之所以是一种高效的节能技术，是因为它是将现代电子技术和计算机技术集于一身。随着计算技术和集成电路技术的迅猛发展，变频调速技术已经日益完善，得到了更加广泛的应用。它的基本原理如下：输油泵作为原油运输的桥梁，它的主要作用是原油在低压内循环的条件下，向喷油泵输送足够压力和数量的燃油，这一工作主要由输油泵中的离心泵来完成。离心泵主要依靠旋转叶轮对液体的作用把原动机的机械能传递给液体这一工作原理，输油泵的变频调速正是依据了离心泵的这一工作特性，对进入和排出输油泵的原油流量进行调节。通常运用两种方法进行调节，一种是对离心泵内部的叶轮转速进行调节，原油流量随着叶轮转速的增加而增大，反之则减小。另一种是对离心泵出口的开口阀门大小进行调节，原油流量随着阀门开口的增大而变大，反之则变小，这种方法的优点是操作简单，简便易行，缺点是由于要不断对阀门进行开关操作，需要消耗大量的能源，会造成对资源的浪费，这和目前我们倡导的节能环保的宗旨不符，因此在实际运用中的应用并不广泛。相反，输油泵的变频调速是通过对泵内叶轮的转速进行调节来完成的，即输油泵输油量的`调节是通过对输油泵的电机进行变频改造来完成，最终达到节能的目的，因此这对技术改造、节能减排来说是可行的。

3、输油泵变频调速的影响因素

改变电机定子的电压频率可以改变电机的转速，进而改变电机的频率，达到调节输油泵内叶轮转速的目的。由交流电动机工作原理中的转速关系式：n=60f(1-s)/p，其中f，p，s分别代表输油泵电机的电源频率、电机极对数和转差率，由上式可知，要想使电机的输入功率升高，就要使轴功率相应升高，升高轴功率可以通过升高电动机转速实现，最终通过匀速改变电机的电源频率来改变转速。当电机转速降低时，轴功率降低，输入功率降低，这样就实现了输油泵的变频调速节能。影响变频调速的因素主要有以下几点：

3.1调速变频的范围受输油泵的工况影响，只有在适宜的情况下才适用调速变频来节能。例如当输油泵的转速过低，导致功率明显下降，这时采油调速变频对效率的影响也会变小，此种情况下采用调频并不能获得满意的效果。

3.2调速范围还受电机的工作效率影响，在理想的情况下，轴功率会随着电机转速的下降而下降，但是当电机出现故障，造成输出功率与额定功率出现偏离，且偏离幅度较大时，就会使整个输油泵的工作效率因为电机效率的下降而造成不利的影响。

3.3定速泵的影响，在实际的工作中，因为工作的需要，定速泵和调速泵需要同时工作，不能随时对输油泵进行全部的调速控制，这时就要关注定速泵与调速泵的工作状况，要保证他们都在高效区运行且达到系统最优，因此，定速泵和调速泵共同运行时，它必然会对调速范围产生影响，也是我们需要关注的。

3.4不同输油管路的特性曲线不尽相同，不同的特性曲线也会对调速节能产生影响。

4、输油泵变频调速节能效果分析

我们以TDCG-200变频器为例，来对输油泵的变频节能效果进行分析，它的特点是可以带动外输油泵，并能实现对输油泵进行变频调速。在运行的过程中，变频器为输油泵的电动机提供可以调节频率的电源，对电机实现无极调速，进而使管网的油压发生变化。通过对管网压力的监测可以得出，设定的压力单元内可以为用户提供符合要求的压力和流量。当变频器收到设定信号和反馈信号时，内部的分析程序就会对信号数据进行分析计算，并以转速控制信号输出。变频器收到信号后，就会启动输油泵，使管网压力上升，达到预定值后，变频器的输出功率同时上升，达到峰值后，变频器通过控制转速达到生产的预设值。通过对启动为50Hz、转速为1980r/min、输出量为150m3/h、额定功率为185kW的输油泵安装TDCG-200变频器后进行节能分析，一年可以节电66×104kWh以上，节能效果显著。

、5结语

输油泵变频节能主要通过对离心泵的转速调节，进而对整个机组进行工况控制。利用变频调速可以有效改善输油泵的工作效能，节能效果显著。在满足了生产需要、节能降耗的前提下，还延长了输油泵的使用寿命，提高了企业的经济效益。

参考文献：

[1]张承惠.交流电机变频调速及其应用.机械工业出版社，.9.

电机变频控制节能技术及其应用探讨篇6

关键词：电机；变频控制；节能技术；特点；应用

引言

在我国，可持续发展战略被提出以后，很多的企业和机构都为在未来实现低碳节能的环保型生活而努力着。节能减排是实现可持续发展战略的重要举措，在电力系统方面，主要是对风机、电动机、泵类设备实行节能减排。为了实现这个目标，大力的开发和研究交流电机变频调速节电技术。在我国工农业当中，应用最为广泛的就是异步交流电动机，异步电动机存在着功率因数低、调速能力差、能耗高等显著的缺点。而将电机变频节能技术应用到异步交流电动机中之后，能够很好的解决异步交流电动机的这些问题。能够很好的实现异步交流电动机的节能减排工作，为我国的可持续发展战略做出贡献。

1.电机变频控制技术的原理与特点分析

变频电机是变频器驱动电机的统称，包括变频感应电机和变频器两部分，能够提高电机的工作效率，减少电能的消耗。以交流发电机为例，其转速公式如下：

n1=60 f/p. （1）式（1）中：n1——同步转速；f——电源频率，50 Hz；p——电机磁极对数。

电机转差率用公式表示为：s=（n1–n）/n1. （2）式（2）中：s——电机转差率；

n——電机转速。

由式（1）和式（2）可以推得：n = 60 f（1-s）/p. （3）

电机变频控制技术通过变频器能够很好的控制输出频率和输出电压的大小，这是电机变频控制技术的一大显著特点，是其他的电机控制系统所不具备的。同时，电机变频控制技术还具有软启动和通知的功能。采用电磁设计，减少电子和和转子的阻值。能够实现无级变速。电能消耗少，充分体现节能减排的特点。

2.电机变频控制的发展与应用分析

在最初的时候我国的电机频率都是固定的，电机只能固定的输出一种功率，一个电压。所以说当时的电机在工作的时候输出的驱动频率是完全不变的。但是往往负载所需要的驱动频率却是在不断变化的，为了能够满足负载所需要的驱动频率，电机的额定驱动频率一般都是大于负载所需要的驱动频率的。这样做虽然能够保证电机提供足够的驱动频率，保证电机的正常运作，但是其中有很大一部分的驱动频率都会被浪费掉，这就造成了大量的电力能源被浪费，不能得到有效的利用，完全不符合我国可持续发展的战略要求。为了达到节约电力，使电力得到充分利用的要求，电机变频控制技术被开发了出来，电机变频控制能够根据负载所需要的驱动频率来改变电机输出的功率和电压，保证不会有多余的驱动被浪费，很好的提高了电能的利用率，完全符合我国节能减排的要求。随着我国对节能减排的要求越来越高，对于变频节能控制系统的开发和研究也不断的完善，并且得到了更好的推广，在越来越多的地方被应用。

2.1电机变频技术的发展过程

现在的电机变频系统大都是采用的恒V/F 控制系统，这个变频控制系统的特点是结构简单、制作便宜。这个系统被广泛应用在风机等大型的并且对于变频系统的动态性能要求不是很高的地方。这个系统是一种典型的开环控制系统，这个系统能够满足大多数电机的平滑的变速要是，但是对于动态和静态的调节性能都是有限的，不能应用在对动态和静态性能要求比较严格的地方。为了实现动态和静态调节的高性能，我们只能采用闭环控制系统来实现。所以有的科研人员提出了控制闭环转差频率的电机调速方式，这种调速方式能够在静态动态调速中达到很高的性能，但是这种系统只能在转速比较慢的电机中得到应用，应为在电机的转速较高的时候，这种系统不仅不会达到节约电能的目的，还会使电机产生极大的瞬态电流，使得电机的转矩在瞬间发生变化。所以说为了实现在较高的转速中实现较高的动态和静态性能，只有先解决电机产生瞬态电流的问题，只有将这个问题合理的解决我们才能更好的发展电机变频节能控制技术。

2.2电机变频控制的应用

在电机的能耗中，大约有百分之七十都是应用在了风机和泵类负载当中，所以说电机变频控制技术能够很好的节约这一部分负载的能耗，实现节能减排的目的。就以空调来举例说明吧，没有应用变频控制系统的空调，在设置的温度低于阈值的时候，只能通过关闭风路的方式来实现，但是这个时候空调的电机还是在继续运转的，这一部分驱动功率就完全没有被利用，只是单纯的被浪费掉了。但是在赢了变频控制系统的空调当中，如果当空调设置的温度降低的时候，只需要控制电动机的转速降低，减少输出的驱动功率就可以实现，完全没有必要将风路进行关闭，而且也不会浪费电机的驱动频率，很好的提高了电能的利用效率。

3.结语

为了顺应国家可持续发展战略的要求，电力系统大力推行电机变频节能控制系统，这个系统的应用在很大程度上缓解了我国电力能源紧缺的现状。电机变频节能控制系统能够减少电机不必要的驱动频率的输出，达到对电力的合理应用。

参考文献：

[1]巨志忠，杨小强. 试论电机变频控制节能技术和运用[J]. 科技与创新，2014，07：15-16.

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[3]孔昊. 刍议电机变频控制节能技术与应用[J]. 科技创新与应用，2012，27：136.

[4]周雄，王浩，赵秀芳，高凤，吴红波. 论变频控制节能技术及应用[J]. 贵州科学，2007，S1：334-338.

[5]周雄，赵秀芳，王浩，高凤，吴红波. 论变频控制节能技术及应用[J]. 冶金标准化与质量，2006，05：55-57+60.

[6]黎柏源. 变频节能技术及其在锅炉风机中的应用[J]. 广西电业，2010，04：81-82+85.

浅谈变频液压技术的发展篇7

液压是机械系统中常见的一种动力装置, 具有传动平稳, 调速方便的优点, 但是由于液压系统在使用过程中容易发生泄漏, 导致其能量传动效率较低, 因此如何提高液压系统的传动效率成为人们研究的热点。电机变频中通过改变其供电电源的频率实现对电机速度的调节, 如果将其成功应用在液压系统, 就能够实现液压回路的简化, 降低液压系统中的能量损失, 即变频液压技术。工作过程中液压泵的输出流量计算公式如下所示:

其中n表示液压泵的转速, 表示液压泵的排量, 表示液压系统中电机的极对数, 表示电机的转差率, 表示电机的供电频率。

通过液压泵的流量计算公式, 可以看出, 只要改变电机的频率, 即可实现对电机转速的调节, 进而实现对液压泵流量的调节, 达到调节液压马达速度的目的。跟传统的液压系统相比, 变频液压系统不再通过改变液压泵的排量实现对其转速的调节。

2 变频液压技术使用中存在的问题和对策

通过对国内外已经发表的文献来看, 变频液压系统虽然能够克服传统液压系统能量利用率低的问题, 但是也存在着动态响应慢, 调速精度低等问题, 特别是在低速条件下, 其稳定性较差, 导致变频液压系统的应用受到了很大的限制。下面我们就变频液压系统存在的主要问题和解决策略进行探讨。

(1) 低速稳定性。

液压泵在低速条件下运行时, 其吸油能力较差, 容易产生气泡等缺陷, 导致油量脉动, 引起系统运动噪声和运动不稳定性。同时使用过程中变频器容易受谐波电流和基波磁场的作用, 产生一定大小的脉动转矩, 引起电机转速的波动。

为了解决上述问题, 在进行液压系统设计时可以选择低速性能较好的液压泵或者性能较好的变频器, 但是这样会导致系统的设计成本较高。考虑到经济性原因, 一方面可以增加系统中阻尼的大小, 以提高系统在低频下的稳定性, 但是这种方法会影响变频系统的动态响应速度, 使变频液压系统的控制性能较差;另一方面可以采用先进的控制结构和算法, 如模糊控制, 增强变频液压系统动态响应特性和低速稳定性。

(2) 响应特性。

变频液压系统中通过控制电机的速度来实现其调速功能, 由于电机的转动惯量较大, 其承受过载的能力有限, 一般不超过1分钟, 所以系统在使用过程中其加速或者减速性能受到了限制, 这就要求变频液压系统的运行速度不能过快, 影响了系统的动态响应特性。

为了解决变频液压系统的动态响应特性, 可以通过改善控制系统的结构, 降低控制环节的数量来实现。如果工作过程中既要求系统具有较大的调速范围, 又要求有较快的动态响应速度, 可以采用综合调速方法或者合适的控制算法来实现对变频液压系统响应速度的调节。

(3) 调速精度。

影响液压系统调速精度的主要因素是速度刚度和慢时变特性, 这是由液压系统本身的特点所决定的。随着系统工作时间的延长, 系统中的温度会逐渐增加, 导致油液温度增加, 油液的黏性和泄漏量等参数就会产生非线性变化, 影响系统调速的精度。

为了解决上述问题, 可以从以下两个方面来考虑。一是确保变频所用电机的转速不随着系统负载大小的变化而变化;二是降低慢时特性对系统性能的影响。具体的措施是使用过程中设定合适的转矩补偿、滑差补偿等补偿参数, 实现对电机转速的调节。

(4) 启动和换向平稳性。

变频液压系统中电机的速度在0附近时, 电机所能够提供的力矩值几乎为零, 导致系统在使用过程中存在一定的死区。同时系统在启动或者停止时, 都会受一些非线性环节的影响, 使系统产生较大的压力和转速波动, 影响变频液压系统对执行元器件的控制性能。

为了改善变频液压系统的控制性能, 保证其启动和换向的平稳性, 可以在液压系统中增加蓄能环节或者采用软件补偿方法, 降低变频液压系统在启动过程中的振动。

3 变频液压技术的发展趋势

随着科技的发展, 变频液压系统也会向着更好的方向前进, 下面给出几个变频液压系统的主要发展方向。

(1) 提高能源利用率。

能量损耗是液压系统的主要缺陷, 变频液压技术未来发展过程中必须要最大限度的降低能量在传递过程中的损失量。同时还要加强对新材料的研究, 提高液压系统的密封性能, 减少油量的泄露损失。

(2) 实现机电一体化。

机电一体化是机械系统发展的主要趋势, 变频液压系统在未来的发展过程中要逐步实现闭环控制, 提高系统中各个元器件的性能, 最大限度的发挥液压系统的优势, 如实现对液压系统参数的自动诊断和测量。

(3) 实现系统的主动维护。

随着新技术的不断发展, 变频液压系统在故障预测和诊断方面将会有更多的发展, 实现系统维护的智能化。利用先进的计算机技术和数据库技术, 能够实现对变频液压系统中故障部位的自动定位和诊断, 并且采取相应的维护措施。

(4) 增加新工艺的使用。

随着科技的不断发展, 一些新型的材料和先进的工艺不断被探索, 变频液压系统中各种新型材料和新的工艺也将得到越来越多的应用。如新的铸造工艺将会逐渐改善液压系统中各个阀体的性能, 降低系统运行过程中的噪声, 同时减少油的泄露, 降低系统中的压力损失现象。

4 结语

随着科技的不断进步, 变频液压技术得到了非常迅速的发展, 将电机变频技术成功应用到液压系统中, 通过对电机电源频率的调节实现对执行元器件速度的控制, 克服了传统液压系统在速度调节中的不足之处, 解决了传统液压系统能量利用率低的问题。目前变频液压系统被广泛应用在机床、电梯以及注塑机等机械设备中, 本文就变频液压技术在使用中存在的问题和解决策略进行了探讨, 并且对变频液压技术的发展情况进行了展望。

参考文献

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[5]权龙, 李凤兰.注塑机电液控制系统节能原理及最新技术[J].机床与液压, 1999 (5) :6-7.

浅析电动机变频节能技术篇8

电机交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。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。

1 变频器基本原理

变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。变频器选型时要确定以下几点 :采用变频的目的 ;恒压控制或恒流控制等。变频器的负载类型 ;如叶片泵或容积泵等,特别注意负载的性能曲线,性能曲线决定了应用时的方式方法。变频器可以分为交 - 直 - 交和交 - 交两大类。交 - 直 - 交变压变频器先将工频交流电源通过整流器转换成直流,再通过逆变器变换成可控频率和电压的交流电源。具体的整流和逆变电路种类很多,当前应用最广的是由二极管组成不控整流器和由功率开关器件组成的脉宽调制逆变器,简称PWM变压变频器。

交 - 交变压变频器只有一个变换环节,把恒压恒频的交流电源,直接变换成可控频率和电压的交流电源。常用的交 -交变压变频器输出的每一相都有一个由正、反两组晶闸管可控整流装置反并联的可逆线路。正、反两组按一定周期相互切换,在负载上就获得了可控的变压变频电源。交 - 交变压变频器虽然少了直流转换环节,但是由于整流装置都是正反两组,所以使用的器件数量反而比交 - 直 - 交方式的多。并且,交 - 交变频器的输入功率因数低,谐波含量大,频谱负杂,且输出频率不超过电网频率的1/2。

2 电动机运行高效化

电动机为主要将电能输入合理转化为旋转运行机械能量的设备,其运行高效化便可降低该能量转换进程中形成的能量损耗,其具体的损耗涵盖转子铜耗、定子铜耗、机械损耗、铁耗与杂散损耗等。其中定子与转子铜耗主要由于电流流入定子、转子导体而形成损耗,铁耗则由于旋转于铁心中的磁场形成了涡流与磁滞损耗。机械损耗由轴承摩擦与空气阻耗引发,而产生于上述能量消耗以外的损失则为杂散负荷损耗。由变频器实施驱动的运行电动机种类包括感应电动机与永磁电动机。如果用IPM缩写字表示则意味着该电动机为内置永磁式,也可被称作为同步高效电动机。IPM电动机主要装入永磁体至转子内部,该永磁体通过内置形成磁通,因此不需励磁电流便可令定子铜损有效下降,其应用效能相比于感应电动机可最大化提升约百分之十的运行工作效率。同时IPM的低损耗性可降低热容量,因此较感应电动机具有轻量化与小型化的优质特征。感应电动机由于不包含永磁体因而具有结构坚固、易于维护等特征,在较多工厂企业中应用较为广泛,倘若要有效提升感应电动机运行服务效率则应合理降低各项损耗。其中定子铜损占据较大能量损耗比例,可通过改变藉绕线方式令导线长度缩短。为降低铜损还可提升槽满率,通过重新设计转子槽形令额定运转阶段中的转子铜耗有效降低。同时合理选用高磁密、低损耗铁心材料可降低铁耗、优化组合转子槽及定子,优化设计转子斜度与气隙长度则可有效降低杂散损耗。总之电动机运行应用的高效化可比普通电动机降低约百分之二十的能量损耗,倘若减少冷却风量,科学应用小直径风扇则可有效降低通风损耗。

3 变频器节能原理

由电动机主体旋转速度相关定义不难看出,调节改变电动机的运行转速可基于改变频率与电动机主体磁极数得以实现。而变频器可对其输出的总体电压频率进行任意调节,令三相电动机位于任意运行速度下操作进而实现无级调速目标。变频器具体由逆变直流为任意频率交流及整流工频电源为直流换流器的逆变器构成。换流器则包含全波三相整流器、滤波抑制电容器、平稳脉动滤波电容器与充电阶段浪涌控制回路。倘若在确保电压不变恒定状态下仅改变频率便能将电动机转速改变,进而确保转矩的恒定输出,即恒转矩输出。倘若输出频率低于五十赫兹,则伴随电动机磁通的持续增加到达饱和状态时,便会令电动机由于电流的持续增大引发过热现象并最终发生烧损。为科学避免该类不良现象,应始终维持磁通在一定状态,即电压与磁通应呈正比,而磁通则应与频率保持反比例固定关系。变频器的电压输出与频率输出比值是控制电动机能耗效率的主体因素。

4 变频器节能运行实例

变频器的节能运行是从泵、风机等大容量机械开始的,而且不断推广目前,家用空调压缩机也已采用该技术。

4.1 在泵类机械中的应用

恒压供水系统对于某些工业或特殊用户是非常重要的。用变频器调速来实现恒压供水与调节阀门来实现恒压供水相比较节能效果十分显著。变频器恒压供水简易控制系统应用某小区高层楼宇供水管网中,系统利用变频器内部的PID功能实现了工业过程的闭环控制。系统通过安装在出水总管上的压力传感器,实时将压力信号转换为4-20MA,并输入至变频器反馈端子上,由变频器将其用户设定的压力值(一般为0.4Mpa)进行比较,并通过变频器内置PID运算将结果转换为频率信号调整水泵电机的电源频率,从而控制水泵转速,使总管网压力稳定在0.4Mpa左右。由1台变频器控制3台水泵,正常时一号水泵工作。当一号水泵工作在最高频率上限时,而管网压力小于0.35mpa达s时,表明一号水泵不能满足用户所需的水量。这时系统发出指令,一号水泵转入工频运行,变频器控制二号水泵软起动,使二号水泵进入变频运行状态。同理,需要水量较大时一号、二号水泵在工频运行,变频器软起动三号水泵,进行PID调节以保证供水系统所需的供水压力。当用水量减少时,总管网压力升高到0.45mpa,变频器内部PID控制器输出频率降低,三号泵的转速逐渐降至20HZ达20s,系统发出推出一号泵运行指令,同理,用水量继续减少时,供水系统推出二号泵的运行指令。当深夜基本不用水时,管网压力恒定在0.45mpa,变频器频率降至20HZ达1分钟,变频器可停止工作,进入低水量睡眠状态。这对降低噪声和节能都具有非常大的作用。其优点是 :起动平稳,起动电流可限制在额定电流以内,从而避免了起动时对电网的冲击 ;由于泵的平均转速降低了,从而可延长泵和阀门等的使用寿命,消除水锤效应。

4.2 在风扇、鼓风机等送风机中的应用

送风机从工作原理上可分为涡轮式和容积式,与泵相同,其轴功率与转速的立方成正比,但它不像泵类机械那样,因扬程高低而产生损耗。在这类调速系统中,只要改变变频器的运行模式,即可节约大量功率。其模式主要有 :连续低风量型,全风量变化型,低风量变化型,间接运转型。实际表明,不同的电动机容量采用变频器控制时每年节约电量是不同的。例如1.5KW风机,连续低风量型是1707KWH,全风量变化型320KWH,低风量变化型627KWH,间接运转型212KWH。

5 结束语

变频调速技术的节能分析篇9

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:

$n = \frac{60 f (1 - S)}{p}$ (1)

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:

$Ρ = \frac{Q p}{η_{c} η_{b}} \times 10^{- 3}$ (5)

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:

$Ρ = \frac{ρ Q Η}{η_{c} η_{p}} \times 10^{- 2}$ (6)

(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) .

变频技术的制动和保护功能篇10

变频技术是目前发展最为迅速的技术之一, 这是和电力电子器件制造技术、变流技术控制技术以及微型计算机和大规模集成电路的飞速发展密切相关。变频器也称之为变频调速器, 是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源转换为另一频率的电能控制装置。变频调速的原理是通过变频器向电机的定子输出一个电压, 其频率可以连续地改变, 从而达到调速的目的。

2 电动机的四象限运行

异步电动机有电动和制动两种工作状态, 我们把电动机的转速和输出转矩用坐标的形式表示, X轴表示转矩, Y轴表示转速, 当电动机转速和转矩方向相同时, 电动机处于电动状态;当电动机转速和转矩方向相反时, 电磁转矩为负, 起到制动作用;电磁功率也为负, 电动机处于发电状态 (如图1) 。

3、再生能量方法

3.1变频器的能耗制动

能耗制动采用的工作方法是在变频器直流侧加放电电阻单元组件, 将再生电能消耗在功率电阻上来实现制动。这是一种处理再生能量的最直接的方法, 它是将再生能量通过专门的能耗制动电路消耗在电阻上。转化为热能, 因此又被称“电阻制动”, 它包括制动单元和制动电阻两部分。能耗制动的过程如下:①当电机在外力作用下减速、反转时 (包括被拖动) , 电机以发电状态运行, 能量反馈回直流回路, 使母线电压升高。②当电流电压达到制动单元开的状态时, 制动单元的功率管导通, 电流流过制动电阻。③制动电阻消耗电能为热能, 电机的转速降低, 母线电压也降低。④母线电压降至制动单元要关断的值, 制动单元的功率管截止, 制动电阻无电流通过。⑤采样母线电压值, 制动单元重复ON/OFF过程, 平衡母线电压, 使系统正常运行。

3.2 回馈制动

采煤机变频器常用的回馈制动是指回馈电网制动, 是将直流母线上的再生电能回馈到交流电网, 而要实现直流回路与电源间的双向能量传递, 一种最有效的方法就是采用有源逆变技术, 即将再生电能逆变为与电网同频率同相位的交流电回送电网, 从而实现制动。

常见的做法是将整流桥的不可控器件二极管换为可控的IGBT。变频器正常工作时, 整流器起到整流的作用;当需要回馈制动时, 整流器由触发信号控制进行回馈逆变, 将电能反送至电网, 起到了逆变的作用。

4、变频器的保护功能

4.1 变频器的接地保护功能

变频器的接地故障保护, 是变频器在运行过程中, 始终监视电机和电机电缆的漏电和接地, 接地故障的检测是基于在变频器的输入端装有零序电流互感器, 对接地保护泄漏电流的测量, 通过DSP数字信号处理器计算处理, 判断是否发生接地故障, 如果有接地故障, 变频器将立即停止输出。

4.2 变频器的过压保护功能

变频器检测自身的直流母线, 来判断供电电压是否过电压。过压极限整定值为1.3Umax, Umax是牵引变压器输出的最大值。牵引变压器的输出电压为380V, 则Umax=415V, 这样过压极限值整定为1.3×415=540V, 当牵引变压器的输出高于540V时, 变频器通过直流母线判断为过压, 给出故障信号。系统的中文显示窗给出故障原因和解决方法。

4.3 变频器的欠压保护功能

变频器检测自身的直流母线, 来判断供电电压是否欠电压。欠压极限整定值为0.65Umin, Umin是牵引变压器输出的最小值。牵引变压器的输出最小电压为380V, 则Umin=380V, 这样欠压极限值整定为0.65×380=247V, 当牵引变压器的输出低于247V时, 变频器通过直流母线判断为欠压, 系统的中文显示窗给出故障原因和解决方法。

4.4 变频器的供电电源缺相保护功能

变频器通过内部的输入缺相保护电路, 通过检测中间电路的脉动增加来判断是否供电电源缺相, 一旦有缺相发生, 则变频器停止输出, 同时系统中文显示窗显示故障信息和解决方法。等故障处理完成后, 可按复位按钮, 3秒钟后, 故障复位, 这时才能进行正常牵引。

4.5 变频器输出短路保护功能

变频器在运行和启动前, 始终监视IGBT模块和电机电缆, 一旦有短路发生, 变频器以微秒级的速度封锁脉冲信号, 使IGBT逆变桥禁止输出。此时系统的中文显示窗显示故障信息和解决方法。

5、变频器的常见故障处理方法及注意事项

5.1 在判断变频器故障前, 确保给变频器提供电源。

5.2 断电检查快速熔断器, 如果有一个快熔损坏, 变频器应正常显示, 只是在带负荷运行时报出电源缺相故障, 可更换快熔;如果两个快熔损坏, 则需要用万用表检查接线端子是否有接地故障, 检查作为电能储存器的电容组。不允许在不检查的情况下, 直接更换快熔, 可能再次损坏快熔。

5.3 变频器断电后, 必须等待5分钟以上, 以防止中间直流回路放电造成电击, 并用万用表测量每个输入端子和地之间的电压, 以保证变频器装置放电完毕。

5.4 变频器在运行过程中, 不允许在1分钟内连续三次切断电源, 以避免变频器内的充电电阻因过流而烧毁, 造成变频器不能工作。

5.5 测量牵引电机的绝缘时, 必须把牵引电机和变频器的连接电缆从电机端子拆下, 否则, 有可能造成变频器内的IGBT模块永久性损坏。

6、结束语

煤矿机电的电力电子技术和微电子技术的迅猛发展, 使变频技术在矿山机电设备中应用也越来越多, 高压大功率变频调速装置不断地成熟, 很好地解决了高压问题。交流电机变频调速是当今节约电能, 改善生产工艺流程, 提高产品质量, 改善运行环境的一种主要手段。