变频器运用

关键词： 变频器

变频器运用（精选九篇）

变频器运用 篇1

1 变频器简介

变频器的主要运作原理是通过变频技术来将电压以及一些频率被设置为固定数值的交流电转换成为可调节的电压以及频率。变频器在进行作业的过程当中需要七个单元来组成, 即为:整流单元、滤波单元、逆变单元、制动单元、驱动单元、检测单元以及微处理单元。如今, 电频器的应用范围非常之广, 并且在功能的丰富上也有了一定的突破, 除去可以对电压和频率进行转换以外, 同时可以对过流、过压以及过载进行有效的保护。

2 高压变频器的控制方案和特点

2.1 变频控制方案

(1) 在对高压变频器的类型进行选择时需要采用如下方式, 即为交-直-交多电平高-高方式。

(2) 高压变频器需要具备非常良好的频率调节功能, 并且需要根据电压的变化来及时有效的对频率进行转换。

(3) 应该使用多脉波整流, 并且整流的脉波数值不能够低于48, 从而保证变频调速系统在正常运行的过程当中会有效的将频率低于30Hz的谐波消除掉。

(4) 高压变频器需要具备的保护装置有:过电压装置、过电流装置、欠电压装置、缺相保护装置、短路保护装置、超频保护装置、失速保护装置等, 除此之外还具备变频器过载、电动机过载、半导体器件的热系统保护以及紧急断电保护等。高压变频器还需要具备自动选择功能, 可以联跳输入侧10k V的开关, 并在故障发生之后及时报警。

(5) 高压变频器需要具备自动故障诊断的功能, 并且需要能够及时的对故障类型和位置以及简单的应急办法进行中文显示。这种方式能够帮助维修人员尽快的对故障进行了解, 并及时找到正确的解决方式。

2.2 高压变频器控制性能的特点

(1) 变频器中的调节风机在进行运转的过程当中, 由于扇叶的角度可以对其效率进行调节, 操作者可以通过变频器来对风机的转速来进行改变。针对不同的使用环境了强度来对风量和风压进行调节, 以此来保证风机可以时刻处于最佳的状态当中, 将节能减排工作有效的进行。

(2) 变频器除了能够对速度进行调节, 同时还需要具备主通风机的软启动功能。由于主通风机的运作功率较大, 所以会导致启动的电流较大。如果电网没有比较好的防护措施, 将会对风机的扇叶、轴以及绝缘产生一定的负面影响。而软启动功能则会让这种负面冲击力不复存在, 并且从很大程度上将电动马达、风机以及相关配件的使用寿命加长, 并同时为相关单位节省出了一大笔维修和更换设备的费用。

(3) 变频器可以对系统的可操控性带来非常正面的影响, 通过PLC控制器以及上位机的功效来让系统的监控范围以及自动控制范围加大。其中包括:高低压配电、风门的开关、变频器所输出的频率、电动机其的安全保护装置、风机的风速、风机的风量、压力以及震动等。

3 高压变频器在应用中需要注意的几个问题

(1) 工作环境问题。如今, 高压变频器的使用环境普遍较为恶劣, 除去非常高端的工程为其配备了专用的使用机房以外, 几乎都会让变频器完全暴露在室外当中。并且针对一些重工业施工现场来说, 变频器非常有可能收到灰尘、高温、高湿度的外界环境影响。除此之外, 一些特殊行业还会具有粉尘、腐蚀性气体等不良现象的出现, 从而让变频器的使用寿命大大的缩短。基于此种情况, 相关部门非常有必要结合实际情况来制定出一些应对方案。

(2) 干扰问题。在大多数的控制系统中, 通常采用的控制方法为计算机以及PLC等。在相关技术人员对系统进行设计或者改进的过程当中, 需要对变频器的自身干扰问题进行高度的重视。由于有些使用者在对危机控制板进行设计的时候为了节约成本, 其质量并没有达到EMC的国际标准。当变频器开始正常工作之后, 会产生一系列的传导和辐射干扰, 从而影响到整个控制系统的正常运作。

(3) 电网质量问题。针对一些高频率冲击负载的场合, 电压会非常容易出现不稳定的现象。尤其是在设备几种的场地中, 会让整个电网的谐波变得特别大, 从而导致电网质量出现不过关的现象。而控制设备也会在这种场合中承受非常大的冲击, 甚至还会出现设备输入回路被破坏的情况。

4 高压变频器的故障分析

变频器的型号非常之多, 并且在不同的环境中也会出现完全不同的故障现象, 下面笔者就选择富士变频器来对大家列举几种比较常见的高压变频器故障现象以及相关的检测维修方法。

4.1 OC1, OC2, OC3

当高压变频器显示的故障信息为OC1, OC2, OC3, 则代表着电频器在加速的过程当中出现了过电流, 并且在减速以及恒速的过程当中也出现了过电流。这种故障的形成原因有三种, 其中包括:

(1) 变频器的加速时间太短是如今过电流现象中较为常见的一种, 想要将此种故障进行消除的话, 只要根据不同的负载情况来对加速的时间来进行适当的调整即可。

(2) 大功率晶体管的损坏也是OC故障的一大原因之一。由于富士变频器至今为止已经对晶体管进行多次的换代, 例如最初期的G2、G5、G7三个系列中的GTR模块, G9系列中的IGBT模块, 以及更为先进的IPM模块等。如今的晶体管无论是生产技术还是相关的保护装置都有了非常明显的进步, 并且还可以在高耐压、高频、低噪音等特点之外将节能工作同时完成。那么到底是什么原因能够让大功率晶体管模块出现损坏呢?具体原因如下:第一输出负载出现了短路现象, 第二由于负载值过大而导致大电流的持续出现, 第三负载波动、浪涌电流过大等都可以让OC故障出现。

(3) 晶体管的驱动电路损坏也会让出现OC报警的现象。由于富士变频器G7S和G9S所采用的光耦为PC922和PC923, 并且这两种型号的光耦具有线路简单的特点, 所以非常容易出现缺相以及三相输出电压不稳定等情况。

(4) 检测电路也是导致变频器OC故障的一个原因, 用于电流检测工作的霍尔传感器非常容易遭受到外界因素的影响, 无论是在高温还是高湿度的环境中, 都会比较容易出现漂移现象, 从而让OC出现报警。

4.2 开关电源损坏

当变频器的开关电源出现故障时, 最为明显的一个表现则是上电无显示。那么, 富士G5S为了能够避免这种情况的发生, 将原本的一级开关增设为二级开关。首先将中间直流回路中的电压从500V调整为500V, 其次在一级开关中输出5V、24V等多路电源。开关电源的故障通常为开关管破裂、脉冲变压器短路以及次级输出两极管损坏等。如今, 很多高压变频器为了缓解此种故障, 通常会使用可供电源专用的芯片。但是这种做法并不十分有效, 由于高电压的回流, 经常会导致这枚专用芯片出现故障。并且这种专用芯片的维修和更换工作较为困难, 更加增加了整个开关电源的维修难度。

5 结语

高压变频装置的广泛应用不仅仅让软启动成为了现实, 同时还让启动扭矩和启动电流出现了不同程度上的降低。笔者建议, 相关的作业团队应该根据不同的环境需求来对变频器进行适当的调节, 从而让变频器的控制水平提升到一个新的档次当中。除此之外, 针对电能源的消耗问题也需要高度的进行重视, 以此来保证施工单位可以获得更多的经济收益。

参考文献

[1]吴守箴, 臧英杰.电气传动的脉宽调制控制技术[M].北京:机械工业出版社, 2002 (2) :1~10.

[2]刘文华, 宋强, 严干贵等.基于三电平中点钳位式逆变起到高压变频调速器[J].清华大学学报 (自然科学版) .2003, 43 (3) :357~360.

[3]李建林, 王立乔, 载波移相调制技术及其在大功率变流器中的应用[M].北京:机械工业出版社, 2009:34~51.

[4]Bimal K.Bose著, 王聪, 赵金, 于庆广等译.现代电力电子学与交流传动[M].北京:机械工业出版社, 2005:25~76.

[5]李建林, 王立乔.一种新型的组合变流器错时采样空间矢量调制技术分析[J].中国电机工程学报, 2004, 24 (1) :142.146.

变频器的运用及其发展趋势论文 篇2

目前，我国的城市化进程不断的加快，对城区的改扩建工程不断的增加，城市的建设和拆迁基本上是在同步进行的，这就增加了很多不确定的因素，同时在建筑中多层建筑和高层建筑处于共存的状态，这二种不同的建筑结构对于供热的热水参数也有较大的差别，特别是出回水的压力及补水的压力，都需要满足不同的用户要求，否则会产生较大的矛盾。同时，近几年来很多城市存在着开发热，开发的面积越来越大，每年的供热面积都在增加，同时在开发的前几年因入住率达不到，所以供热面积都会处于一个较低的水平，这样就对供热设备提出了较高的要求，需要其具有较强的可调节性，在这种前提下，变频器起到了关键的作用。

随着科学技术的快速发展，各行各业都在发展过程中充分利用科学技术，有效的节约人力，使其工作实现智能化，这就需要在工作时接受模拟量的自动信号，这是传统的设备无法满足的，因此只有变频器技术可以有效的解决这一问题。近年来，随着社会的不断发展，国家和地方的法规也在不断的完善，目前对于所有新建的住宅楼在供热上都需要进行分户计量，这样住宅里的住户就可以随时关闭和调节自家的供热阀门，但相对于老住宅来说，对只能接受管网内的热水流量，无法进行调节，这样整个管网将处于一种失控的状态，严重影响系统的稳定性，在这种情况下，就需要智能系统的大量应用，从而实现供热系统的稳定性，变频器技术在这时就发挥了其最大的功能性。总之随着变频器技术的快速发展，不仅在供热系统，在各行各业都将得到广泛的应用。(本文作者：王庆国 单位：哈尔滨市直属房产经营公司通达分公司)

现代煤矿机电工程中变频技术的运用 篇3

关键词：现代煤矿机电工程；变频技术；节能减排；运用

中图分类号： TM921 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）36-184-2

0 引言

近年来，随着我国煤矿资源的不断开发，煤矿行业的发展利润日趋减少，煤矿行业间的竞争日趋激烈。对于煤矿企业来说，因为需要用到大量的电能，如果能有效提高节能效率，那么煤矿企业就可以在很大程度上节约成本，从而提高生产效率。在我国当前的煤矿企业日常生产中，机电工程的耗电量数额巨大，约占到了企业用电总量的70%以上。变频技术是一项新技术，它具有较强的调节性能和节能效果，将其运用在煤矿机电工程中，可以更好地实现节能减排，从而让煤矿企业在激烈的市场竞争中占据一席之地。

1 变频技术在煤矿机电工程中运用的原理概述

1.1 变频技术运用原理

对于煤矿生产机械来说，它的正常运行并不需要在满负荷的情况下长期进行工作。所以只要机械能满足正常的动力需求即可，煤矿机电工程应将机械的耗电量降到最低，运用变频技术可以很好地满足该要求。对于变频技术来说，它集多种综合技术于一体，比如电力电子技术和数控技术等。变频技术将工频电源通过可控制半导体器件设备转换成其他频率的电能，然后控制相关设备。变频技术的基本工作原理是将工频交流电压通过整流桥变成直流电压，通过逆变器把它变成频率和电压都可以有效调节相应交流电压，让交流电机在驱动电压模式下进行驱动操作。变频技术的运用充分倡导了我国当前提出的节能减排的目标，变频技术可以有效实现电机负载的自动加速、减速和平滑等功能，[1]确保电机工作效率的提高。变频技术同时还具有很好的软停机和无冲击启动等各种控制性能，在生产条件相对特殊的煤矿机电工程中得到了广泛的运用。

1.2 变频技术在煤矿机电工程中运用的重要性分析

近年来随着对煤炭资源的不断开采，煤炭资源已经越来越少了，各地的煤矿企业要想在激烈的市场竞争中取得优势需要节能减排，这也是煤矿企业综合实力的重要表现。变频技术的运用很好地实现了煤矿企业节能环保的目的，同时也为企业的可持续发展奠定了基础。在我国当前的煤矿企业开采中，机电设备的用电量占了总量的70%以上，如果运用变频技术可以有效节约电能，所以煤矿企业采用变频技术对自身的发展意义重大。变频器的选择需谨慎，应综合可控性、简易性和安全性等各方面的性能，采用节能效果最高效的设备。

1.3 变频技术的发展形式

我国的变频技术在电子信息技术和高科技发展的基础上取得了丰硕的成果，在实际的生产应用中也得到了不断发展。比如，智能控制模块的应用和变频技术的控制方式改进等都被广泛应用于各领域，并且取得了很好的节能减排效果。我国当前的很多煤矿企业都在机械设备中应用了变频技术，不仅确保了机械设备的科学合理运转，同时也使得变频技术在其他领域的应用得到了推广。在运用变频技术的过程中，变频技术的集成化程度因为自动化控制和网络技术而得到了不断提高，机电设备的调速功能得到了很好的改善，同时机电设备还可以有效结合计算机技术实现编程和识别等功能。[2]

2 变频技术在现代煤矿机电工程中的运用

2.1 变频技术在提升机中的运用

对于矿井的提升机来说，它需要在繁重和复杂的运行条件下运转，因为其繁杂的工作条件，使得提升机需要具备较强的设备性能。在提升机工作的过程中，需要进行繁重的调速任务，启动关闭，机电设备在反复的工作中容易出现故障，如果机电设备频繁发生故障，其使用的周期就减少，将变频技术运用到提升机中，不仅有效保护提升机，还能提高工作效率，同时还可以提高提升机的运行能力，降低了因调速而出现的电阻发热损坏故障的发生，最终变频技术应用于提升机中可以实现节能减排效果。随着变频技术的不断改进和完善，很多的技术设备得到了更好的兼容性，比如提升机的专用变频器等不仅能满足煤矿企业的机电性能需求，同时也被广泛使用在煤矿企业的机电生产中。

2.2 变频技术在皮带机中的运用

在煤矿企业的生产过程中，需要使用较大功率的皮带机，皮带机的工作原理是利用电机的转动带动皮带转动，然后将皮带上的原煤通过皮带运送到目的地。这样的话在皮带运转的过程中就需要使用较大的电流，同时还需要通过皮带和轮轴的摩擦来进行运转。在工作中液力耦合器会产生大量的热能，使得机器内部的油温升高，机械老化的速度会因此而加快，同时机器设备还会存在一些安全隐患。如果将变频技术运用在皮带机中，那么机器运行和起停的稳定性和安全性会得到大幅提高，同时皮带机的软启动效果也会得到保证。变频技术的运用还有效提高了能量的利用率，根据相关的统计结果，运用变频技术可以将能源的利用率提高到百分之九十以上，不仅将能源的使用效率提高了，同时也达到了节能减排的目标，使得企业的成本得到节约，从而确保了煤矿企业的效益。[3]

2.3 变频技术在通风机中的运用

因为煤矿开采生产的特殊性，通风设备以其自身的功能在所有的设备中占据最重要的地位，在煤矿开采的过程中必须要保持开采现场的空气流通，通风设备在开采的整个过程中必须始终处于工作状态。随着开采的深度不断增加，对风压的要求就会越来越高，这需要调整通风设备的功率来实现。这就使得通风设备面临着两方面的问题：一方面是需要根据开采的深度进行变动，另一方面启动需要较大的电流。如果运用变频技术可以有效控制通风设备的运转情况，以此来满足不同的开采深度需求，同时通风设备的使用寿命因为能耗得到降低而延长。随着科技的发展，煤矿开采行业的通风设计方案也各不相同，生产时期不同煤矿风机的更换方式也不同，所以在实际操作中具有很高的难度系数。在更换风机的过程中，传统的风机一般会被搁置，不仅造成资源的浪费，同时也影响了设备的利用效率。运用变频技术后，可以将传统风机的运行情况进行极好地改善，将传统风机和变频调控技术相结合可以不再出现重复作业问题，同时煤矿开采的通风问题也得到了解决，比如，煤矿企业如果使用传统的通风机进行作业开采，可能需要在使用的过程中更换很多的风机，这样不仅浪费了大量的时间和人力资源，同时也影响了矿井的通风。变频技术的运用，可以确保在整个煤矿开采过程中仅使用一台风机就够了，既满足了基本的开矿通风需求，同时也提高了设备的使用效率。

2.4 变频技术在空气压缩机中的运用

一般来说空气压缩机是煤矿风动机电运行的基本动力，它需要利用交流电机来完成，所以电动机会一直处于高速工作的状态下。空气压缩机一般使用上下两点控制的方式来进行压力控制，也就是说交流电动机会一直处于工频运行状态，当预设压力值和空气压缩机的值达到一致时，此时的空压机进气阀会关闭，也就不再有压缩气体产生了，电动机处于空载；在压力不断下降后，达到预设压力值时，空压机的气阀便会打开，因此产生压缩气体，电动机此时处于重载。在实际的应用过程中，煤矿的实际用气量和产气量是不等的，这就使得空压机不停地进行加载和卸载，这会对空压机和整个电网造成很大的不利影响。变频技术具有操作性强、维护便捷和高控制精度等优点，将其运用在电动机调速中，可以适当调整转速，变频器可以通过调节电机用电量的大小来自动调控转速，因此改变了空气压缩机加载和卸载供气的控制方式，确保供气压力能得到恒定，即使是在低于额定的转速情况下电机仍然可以不间断地运转，这样可以有效减少压缩机的启停次数。

3 小结

煤矿机电工程中运用变频技术能大大提高工作效率，同时达到节能减排的目标，变频技术在我国的煤矿工程中得到了广泛的推广和运用，同时还可以通过网络技术实现各种机电设备的不同功能需求，因此变频技术有着理想的发展前景。

参 考 文 献

[1] 曹宏伟.变频技术在现代煤矿机电中的应用[J].中国高新技术企业，2015（28）.

[2] 吕晓伟.现代煤矿机电工程中变频技术的应用研究[J].科技创新与应用，2015（22）.

试论工业电器中变频器的节能运用 篇4

1.1 电机调速原理

电机调速的基本原理可通过下式表述:

式中:n1代表同步转速, r/min;f1代表定子供电电源频率, Hz;P代表磁极对数。

通常情况下, 异步电机转速n和同步转速n1保持滑差关系, 关系式如下:

式中:n代表异步电机转速, r/min;S则代表异步电机转差率。

根据上述公式可知, 若要改变电机同步转速, 只需变化电源频率f1即可。电机的实际转速不大于同步转速, 且会随着同步转速的变化而产生变化。电源频率增高, 同步转速也会随之加快, 实际转速也相应加快。电源频率减小, 电机转速也相应减缓。借助改变电源频率以调节速度的过程便称为变频调速。变频调速技术当中, 变频器不仅能够为电机提供频率可变化的电源, 还能够对电机的转速进行调节。工业电器设计人员可通过以下三种方式改变电动机转速:其一, 改变滑差。其二, 改变电动机极对数。其三, 改变输入电压频率。针对异步电机而言, 设计人员选用的方式应为改变电压频率, 即f1, 对其进行调速控制, 根据电机理论可知, 三相异步电机各相电势的有效值, 具体式子如下:

式中, E1代表定子各相电势的有效值, V;f1代表定子供电电源频率, Hz;N1代表定子绕组的有效匝数;Φm代表定子磁通。

1.2 变频器电路工作原理

变频器电路一般含有四个部分:其一, 整流部分, 目的是将交流电压转换为直流电压。其二, 滤波部分。变频器电路通过滤波, 将脉动较强的电流转化为较为平滑的直流电。其三, 逆变部分。将直流电转化为三相交流电, 通常情况下, 该逆变电路是通过功率开关元件依照控制电路当中的驱动以及输出脉冲实际宽度, 使得电力被转换为pwm波, 或是正弦脉冲实际宽度被转换为spwm波。若呈该类波形的电压被添加至负载之上, 因为受到负载电杆的作用, 会导致电流呈现连续化状态, 逐渐形成与正弦形波相近的电流波形。其四, 控制部分。控制部分电路是一种驱动信号, 可以用以形成输出逆变桥, 控制电路的运行需要工作人员对其下达指令。控制部分电路的控制对象如下:频率、频率上升速率与下降速率。变频器内部各类保护与反馈信号的控制以及外部通断控制器[1]。

2变频器在工业电器当中的节能运用

2.1 变频器于水泵与风机之上的节能运用

如今, 我国大部分工厂、矿井、发电厂、船舶等建筑领域都需要使用水泵以及风机。据相关统计, 工厂每年于水泵和风机之上的耗能能够占有工厂总用电量的10%。故而, 水泵以及风机上的节能能够帮助企业节省大量的能源, 也是各个领域节能的主要目标。通常情况下, 阀门调节功耗是水泵耗能的主要部分, 水泵流量自Q1下降至Q2时, 小阀门应呈关闭状态。此时, 小阀门关闭, 工作阻力增加, 运行情况由a转换为b , 扬程则自Ha升高至Hb, 运行工况也由R转化为R '。而将其改进为变速调节功耗, 根据图中所示可知, 水泵流量自Q1下降至Q2时, 由于工况曲线固定, 因此水泵管道的阻力, 即R不会发生变化, 该种工况下, 水泵特性受到转速的影响。若水泵的转速从n降低至n ', 则其工况点、扬程以及性能曲线都会随之产生相应的变化。

离心水泵于某工况点, 其特性曲线的求值可通过下式表达:

式中:P代表水泵轴的功率, k W;S代表水泵的实际流量, m3/s;H代表水泵的实际扬程, m;ρ 则代表水泵的输出介质密度kg/m3;η 代表水泵的实际工作效率。

依照上述公式, 能够求得离心水泵在工况b与工况c时的轴功率, 具体公式如下:

此时求解工况b与工况c轴功率的差值, 便可得出供率损耗, 具体公式如下:

根据离心水泵于某工况点所使得出的的特性曲线以及其所产生的功率损耗可以得出, 工业电器如选用阀门对水泵流量进行控制与管理, 则离心水泵所产生的功率损耗△P并没有被利用。不仅如此, △P的损耗还会因为水泵流量的降低而升高。若工业电器所通过转速对离心水泵进行控制, 此时流量 (S) 、扬程 (H) 、转速 (n) 以及轴功率 (P) 之间则呈现以下关系:S ∝k n , H ∝k1n2, P ∝k2n3, 且k 、k1、k2都为比例系数。由此可见, 若工业电器并不将小阀门关闭, 而是通过降低电机转速控制离心水泵, 则离心水泵在运转相同流量的状态下, 消耗于阀门处的功率便能够全部消除, 从而获得效果较好的节能效果。变频机在风机当中的运用原理与其在离心水泵当中的运用基本相同。

2.2 变频器在热电厂工业水泵当中的实际运用

某热电厂当中共有4 台工业水泵, 该四台水泵在热电厂运作过程中, 需为热电厂所有的生产以及生活提供水量。随着用水成本的逐渐升高, 该热电厂为节省生产费用以及用水成本, 因此将热电厂内部辅机轴承冷却水、冷油器所用水以及发电机组空冷器撤换, 转而利用机组循环冷却供水。使得热电厂用水量大幅降低, 用水成本也得到控制。然而机组循环冷却水虽然降低了热电厂用水量, 但加重了机组的负荷, 令工业水管所受到的压力出现较为频繁的转换, 使得企业的电能消耗大幅提高。

针对上述情况, 热电厂采用以下措施:第一, 采用变频器, 令变频器与压力变送器相互配合, 令水泵能够达到恒压供水的效果。第二, 利用自耦变压器进行降压启动工作, 以减少用以气动电机的电流。在水泵当中安装变频器, 能够有效合理地控制水泵阀门的开合, 并能够实现对电机启动时间、电机加速时间以及电机减速时间的控制。第三, 变频器运用于水泵中, 能够科学地配置水泵所产生的压力信号以及其自身的转速, 使工业水泵能够达到自动闭环控制的效果。

参考文献

变频器运用 篇5

为了使矿井废水得到全部处理利用, 满足生产、生活用水的需要, 改善过去定时供水的传统方式, 提高人们的生活质量, 安徽淮北矿业集团公司朔里煤矿利用日处理5 000 m3的矿井水处理厂和威胁井下安全生产中的岩石赋存水, 加上PLC与变频自动控制装置, 实现了矿区连续化供水。该矿在三年前又把原来地下附设的供水管道, 全部改制成架空式附设, 消除了二次水污染的难题, 实现了清水的“零排放”, 节水又节电, 环保又卫生。通过近几年来的管网系统不断改造, 生活区供水质量不断提高, 源源不断的清水流进了千家万户。

整个供水控制系统, 从技术可靠和经济实用的角度综合考虑, 设计使用了PLC控制与变频器控制相结合的自动恒压控制供水系统, 同时通过主水管线压力传递, 较经济地实现了加压泵系统与水处理泵系统“联动”控制的目的。

2 系统控制方式

在供水系统中, 主要采用了三菱公司的PLC控制器、富士公司的变频器和施耐德公司的软启动器、电机保护器、数据采集及其辅助设备。

2.1 水处理系统

整个水处理系统有7.5 kW水泵电机四台, 以及少量小型加药控制电机等。系统采用变频器循环工作方式, 几台电机均可设置在变频方式下工作。当变频器工作在50HZ, 管网压力仍然低于系统设定的下限时, 软起动器便自动起动一台电机投入到工频运行, 当压力达到高限时, 自动停掉工频运行电机。

系统为每台电机配备电机保护器, 以便在过载、欠压、过压、过流、相序不平衡、缺相、电机空转等情况下确保电机稳定运行, 也能达到延长电机使用寿命的目的。

系统配备水位显示仪表, 可进行水库水位高低报警, 同时通过PLC可确保取水在合理水位的水质监控, 同时也保护电机制正常运转工况。

系统配备流量计, 既能显示一段时间的累积流量, 又能显示瞬时流量, 可进行出水量的统计和每台泵的出水流量监控。

2.2 加压泵系统

根据矿内外用水的性质与压力不同, 为稳定可靠地满足矿内部分区域的供水, 保障系统压力在0.2~0.5 Mpa范围内。对于低于主管网水压力的, 配备稳压减压阀来调节, 可调范围为0.1~0.8 Mpa。对于55 kW的供水泵, 采用软起动控制, 以免影响周围设备。

来自井下的清水与废水, 均利用主排水泵的富余扬程, 使水自流到水库或废水沉淀池。

由于两种水的储水库距离供水点较远, 直接供水时扬程不足, 还要在原处设置一个加压站, 以满足较远距离区域的供水。为此配备了多台55 kW水泵。控制系统需考虑以下条件: (1) 若高位水池水位低和主管有水, 则打开进水电动蝶阀和起动加压泵向高位水池供水; (2) 若高位水池水位满且主管有水, 则给出报警信号并关闭加压泵和进水电动蝶阀; (3) 若主管无水表明用水量增大或清水库停止供水, 必须开启出水电动蝶阀由高位水池向主管补充。

为加压泵配备了软起动器和电机保护器, 确保加压泵长期可靠地运转, 同时配备了高位水池的水位传感器和数显仪和缺水传感器。

为保证整个主水管网的恒压供不, 当高位水池满且主水管有水时, 加压泵停止, 此时主管压力将“憋压”, 最终导致主管压力上升, 并将此压力传递到清水库, 水泵的控制系统检测到此压力进行恒压变频控制, 进而达到整个主管网的恒压供水, 这也是整个控制系统设计的关键。

3 系统功能

(1) 全自动平稳切换, 恒压控制。主水管网压力传感器的压力信号控制在4~20 mA, 送给数字PID控制器。控制器根据压力设定值与实际检测值进行PID运算, 并给出信号直接控制变频器的转速以使管网的压力稳定。当用水量不是很大时, 一台泵在变频器的控制下稳定运行;当用水量大到变频器全速运行也不能保证管网的压和稳定时, 控制器的压力下限信号与变频器的高速信号同时被?PLC检测到, PLC自动将原工作在变频状态下泵投入到工频运行, 以保持压力的连续性, 同时将一台备用的泵用变频器起动后投入运行, 以加大管网的供水量保证压力稳定。若两台泵运转仍, 则依次将变频工作状态下的泵投入到工频运行, 而将另一台备用泵投入变频运行。

当用水量减少时, 首先表现为变频器已工作在最低速信号有效, 这时压力上限信号如仍出现, PLC首先将工频运行的泵停掉, 以减少供水量。当上述两个信号仍存在时, PLC再停掉一台工频运行的电机, 直到最后一台泵用主频器恒压供水。另外, 控制系统把六台泵分为两组, 每台泵的电机累计运行时间可显示, 24 h轮换一次, 既保证供水系统有备用泵, 又保证系统的泵有相同的运行时间, 确保了泵的可靠寿命。

(2) 半自动运行方式。当PLC系统出现问题时, 自动控制系统失灵, 这时候系统工作处于半自动状态, 即一台泵具有变频自动恒压控制功能, 当用水量不够时, 可手动投入另外一台或几台工频泵运行。

(3) 手动运行方式。当压力传感器故障或变频器故障时, 为确保用水, 几台泵可分别以手动工频方式保障运行。

4 运行效果

通过一年多的实际运行, 该控制系统运行状态良好。它所构成的多台水处理、供水泵控制系统的, 实现了自动化控制的最经济结构。该设计方案在软件设计中充分考虑了变频与工频在切换时的瞬间压力与电流冲击, 并且较大的每台泵均采用软起动, 也是解决该问题的主要关键。变频器工作的上下限频率, 以及数字PID控制的上下限控制点的设定, 对系统的误差范围也有着不可忽视的作用。

变频器运用 篇6

高压变频器的基本组成如图1所示。高压变频器的种类很多, 其主要包括直接变频器 (循环变频器) 和间接变频器 (脉冲调制型、负载换流型、中点钳位型、飞跨电容型、H桥级联型) 。

2. 传统电动机保护配置与变频器电动机保护配置

2.1 传统电动机保护配置

异步电动机的故障有定子绕组相间短路故障、绕组的匝间短路故障和单相接地故障;不正常运行状态主要有过负荷、堵转、起动时间过长、三相供电不平衡或断相运行、电压异常等。因此, 对于高压电动机, 根据规程以差动保护或电流速断为主保护, 以过负荷保护、过流保护、负序保护、零序保护及低电压保护等作为后备保护。

2.2 变频器电动机保护配置

为了确保系统的可靠性, 工频旁路一般都是用变频器来进行, 这样也使电动机能够正常工作。如图3所示, 在保证变频器检修时, 开关K1、K2与主回路没有接触点, 此时闭合开关K, 电动机运行主要是通过旁路来进行。当按照此情况运行时, 电动机由高压母线工频电压直接驱动, 开关出线以及电动机本体就是进线开关QF处保护装置的保护对象。因此, 电动机保护配置就需要根据常规电动机保护的要求进行, 对于有差动保护要求的, 需要增加电动机差动保护装置。当断开开关K3时, 由变频器拖动电动机时, 开关出线以及变频器就是进线开关QF处保护装置的保护对象。目前, 由整流变压器等部分构成的变频器是发电厂比较常用的, 也就是说, 开关出线以及整流变压器是进线开关QF处保护装置的保护对象。此时电动机的负荷与母线隔离后高压变频器的负荷相同, 因此, 高压变频系统的控制器能够实现电动机的保护。当然也有些电动机无法实现差动保护, 因为开关处电流与电动国际中性侧电流频率不同, 此时步伐实现保护, 只能选择退出。

目前变频器电动机保护配置方式主要存在两个问题: (1) 对于2000kW以上的电动机, 需要配置差动保护。因此, 在变频器拖动电动机情况下, 电动机差动保护退出, 保护的可靠性受到影响。 (2) 任意时刻, 变压器保护装置、电动机保护装置只有一台投入使用, 降低了装置的使用效率。

3. 高压变频器在电动机继电保护中运用时产生的问题

一般而言, 高压异步电动机应装设纵联差动保护。对6.3MVA及以上的变压器应装设本保护, 用于保护绕组内及引出线上的相间短路故障;保护装置宜采用三相三继电器式接线, 瞬时动作于变压器各侧断路器跳闸, 当变压器高压侧无断路器时, 则应动作于发电机变压器组总出口继电器, 使各侧断路器及灭磁开关跳闸。对2MVA及以上采用电流速断保护灵敏性不符合要求的变压器也应装设本保护。

目前而言, 工变频互动方式是现场电动机加装变频器所采用的主要改造方式, 其系统架构如图2所示。

变频器可以通过可编程逻辑控制器自动完成或者手动完成变频与工频之间的切换, 但是条件是当变频器出现故障或者工况要求进入工频供电;在工频运行时, 如果变频运行需要重新投入进行, 那么工频与变频状态的切换就可以通过自动或者手动完成。

当电动机处于工频运行工况时, 那么对于现场使用要求, 常规电动机保护对此要求是能够满足的;当电动机处于变频运行工况时, 由于变频器装置的加入, 在频率、相位上, 变频器的输入和输出电流之间的关系不大, 如果其保护配置还是按照原来的方法进行, 那么要想实现保护功能就受到了阻碍。因此, 在具有高压变频器的电动机中, 只需对电动机进行单独保护就行, 不应将变频器纳入差动保护的范围。差动保护范围为:始端电流互感器应置于变频器的输出端, 而非电源开关侧, 末端电流互感器置于电动机的中性点侧。

电动机在变频运行工况时, 变频器输出频率范围一般可以达到0.5~120Hz, 现场实际调频运行范围一般在15~50Hz。而目前常用的微机保护装置均是根据行业标准设计的, 即采用固定频率50Hz进行数字采样计算, 如何让微机保护装置能够适用于大范围频率运行是变频电动机保护必须解决的问题。同时, 考虑到在变频器电源输出侧不方便装VT, 如何实时测量电动机运行频率也是需要解决的难题。

4. 变频差动保护原理

装置的宽频率运行采用实时频率测量、实时频率跟踪、实时电流互感器补偿的方式来实现引风机变频工况的差动保护。装置采用了电压和电流相结合的测频模式, 当电压不能接在装置外回路时, 此时采用电流测频。同时软件过零点测频算法和实时频率跟踪相结合是装置的频率测量的采用的主要方法, 并且在此基础上, 采用了幅值自动补充功能, 主要是考虑到了不同频率下幅频特性的不一致, 从而在不同范围内使装置具有可靠的采样精度得以保证, 装置的正确可靠动作也得到了进一步的实现。

5. 变频器电动机差动保护

高压变频器在电动机中的运用, 在此情况下, 如图3所示, 由于电动机机端CT1与CT3两处的电流频率不同, 而导致传统的电动机差动保护无法使用。目前磁平衡差动保护的应用主要存在以下问题: (1) 目前发电厂使用的电动机基本上都无法提供磁平衡差动所需要的中性侧电缆引出。 (2) 磁平衡差动的电流是在变频器下方, 非工频电流。对于微机保护, 按照工频50Hz整定的定值不适用于非工频情况。由于差动保护的两侧电流必须为同一频率下电流。可考虑在变频器下方、电动机上方加装一组CT, 即CT2, 此组CT可安装于变频器柜中, 由CT2和CT3两组电流构成差动保护。常规差动保护为相量差动, 其原理是用傅里叶算法, 根据一个周波的采样点计算出流入和流出电流的实虚部, 再计算出差动和制动电流的幅值、相位后用相量比较的方式构成判据。由于电流非50 Hz工频, 因此在进行傅里叶计算时需要通过频率跟踪保证计算结果的正确。由于变频器下方无电压引入, 因此通过常规的电压跟踪频率方式无法实现。有厂家提出利用电流跟踪频率, 但由于电流跟踪频率存在较大的误差, 容易引起保护的误动、拒动, 在实际中并不采用。

对于差动保护中采用的采样值差动, 微机保护中所有通道采样均为电流在同一时刻的瞬时值:当被保护设备没有横向内部故障时, 各采样电流值之和为零;当发生内部故障时, 各采样电流值之和不为零。采样值差动保护就是利用采样值电流之和按一定的动作判据构成。

与常规相量差动保护相比, 采样值差动具有动作速度快、计算量少等特点, 是微机差动保护领域的一个突破, 己应用于母差、变压器等保护中。采样值差动不涉及傅氏计算, 变频器所带来的谐波也不会影响其计算精度, 因此, 对工作于25~50Hz的高压变频电动机, 其差动保护可以利用该算法实现。

总而言之, 就目前高压变频器在电动机继电保护中的运用而言, 实现差动保护主要采用值差动保算法来进行, 可以最终使用一台装置来实现变压器与电动机保护装置的功能, 这样不仅使高压变频器在电动机继电保护中实现了相应的功能, 而且也使成本节省了很多。

摘要：电动机的传统保护方式已经不能在适应现代电动机继电保护的需求, 针对这个问题, 本文主要对高压变频器简介、传统电动机保护配置与变频器电动机保护配置、高压变频器在电动机继电保护中运用时产生的问题、变频差动保护原理以及变频器电动机差动保护进行了分析。

关键词：高压变频器,电动机,继电保护

参考文献

[1]刘鹏.浅议大容量变频器对电动机继电保护的影响与研究[J]科技资讯, 2011, (26) .

[2]祁红伟, 张晓睿.高压变频器构成及测试[J].中小企业管理与科技 (上旬刊) , 2010, (06) .

[3]李晓迅.高压变频器综述[J].科技信息, 2010, (08) .

[4]缪路.高压变频器低电压跳闸的应对措施[J].电力学报, 2008, (04) .

[5]李培松, 杨宇桥.单元串联多电平PWM电压源型高压变频器系统结构和原理[J].电气时代, 2008, (06) .

变频器运用 篇7

机电驱动式登机桥和混合驱动式登机桥的行走机构由水平驱动电动机、链轮传动装置、上横梁、角度测量装置、回转支承、立轴、下横梁、轮胎等组成,左右两个水平驱动电动机由变频器控制无级调速,通过链轮传动装置带动车轮转动,从而实现登机桥的伸缩和摆动运动。

有些国外客户要求登机桥需要实现新的功能要求:“在正常动力发生故障时,为使已经登机完毕的飞机按时离开起飞,登机桥必须有一个自动短距离紧急撤离功能,使接机舱能在短时间内,离开飞机机身至合理距离(4～6m)” 。

登机桥原配有手动应急撤离功能,手动操作时,操作人员要离开操纵台下到地面,需要2名操作人员在行走横梁前松开2个电动机的刹车、按照电动机上的标牌图示分别操作手摇把使两电动机转动,这种方法退桥速度比较慢,且当登机桥处于仰接飞机时,可能还需要拖车协助退桥,这种方式退桥的速度不能满足“在较短的时间内完成紧急撤离”的要求,故需要寻找新的紧急撤桥方法。

登机桥左右行走电动机的功率各为55kW,若采用电气控制方法实现上述功能需要选用一个10～11kW的三相UPS电源给登机桥行走电动机供电,价格高、体积大、质量重,不便登机桥的安装使用。

通过对施耐德ATV71变频器功能的研究,利用变频器内部具有的撤离功能,只需要单相2～3kW的UPS,即可实现登机桥在动力电源故障下的短距离紧急撤离功能,使实现该功能的成本大大降低,同时单相2～3kW的UPS价格便宜、体积小、质量轻,适合登机桥安装使用。

1 紧急撤离功能的原理分析

施耐德ATV71变频器的“撤离功能”是专为电梯应用设计的,当电梯由于断电而卡在二层楼之间时,必须在合理的时间内将电梯内的人员疏散。此功能需要与变频器连接的紧急备用电源,该电源处于降压状态,仅容许变频器在减速运行模式下降级运行,此时变频器的功率仍能满足载的要求[1]。

ATV71系列变频器此项功能的作用是当供电系统出现问题时,可以由辅助电源(如UPS电源)给变频器临时供电,使用该撤离功能时,需要分配变频器上的一个逻辑输入端子控制撤离功能,当外部触发信号使该定义的逻辑输入端子“置1”后,变频器得知由辅助电源供电,不用进入[欠压]USF故障模式,变频器就可重新启动。由于电动机是恒功率的,变频器重新启动可以额定转矩驱动电动机,但电动机速度将降低运行,其速度(RSP)的最高值受限于辅助电源的电压,变频器降压后输出的最大值频率RSP计算公式如下:

最大值频率RSP= (电动机额定频率×辅助电源电压)÷电动机额定电压

当电动机的额定频率为50Hz,辅助UPS电源电压为220V,电动机额定电压为380V时,计算的变频器在撤离功能下输出的最大频率为29Hz,即当电动机参数一定的情况下,变频器撤离功能输出的最高频率与辅助UPS电源的电压有关,且成正比例关系。

应用变频器的撤离功能时,为了避免设备损坏,需要特别注意以下事宜:

a) 在正常电源供电时,控制变频器撤离功能的逻辑输入端子不能为1,所以为了避免电源短路,在正常电源或UPS应急电源给变频器供电时,需要一个电源转换的接触器,即在任何情况下,只能由一路电源给变频器供电, 在UPS电源供电前正常电源供电必需断开。

b) 从UPS电源切换回正常电源供电时,变频器上的撤离功能控制的逻辑输入端子需要“置0”。

登机桥紧急撤离功能后退的距离,取决于UPS电源充电的状态,一般电路设计UPS电源为浮充电状态,保证紧急撤离功能在UPS充足电的状态下进行,实桥试验证明:紧急撤离后退的距离可到达8～10米的距离,超出了合同功能的要求。

2 登机桥紧急撤离功能的实现

登机桥的行走电动机为5.5kW,其控制系统变频器型号选用的是施耐德ATV71HU55N4Z 5.5kW,电气控制系统的PLC选用三菱FX2N系列。

2.1 硬件主电源线路

为了实现登机桥行走紧急撤离功能,硬件线路选用UPS电源容量为3kVA,、输出电压220V,正常供电的主电源和应急电源切换的接触器是选用施耐德的互锁接触器,该接触器有4对触点,且机械互锁,2对常开触点接入变频器正常供电的动力回路中,2对常闭触点接入UPS供电的单相回路中,这样可保证二路电源不能同时接通,避免电源短路的发生。正常供电线路采用互锁接触器的常闭触头控制,UPS应急供电线路采用常开触头控制。

采用一个电源保护器DY来检测正常电源的失电状态,当正常电源失电时,电源保护器的DY1和DY2触点动作,给PLC信号,PLC收到信号后经过逻辑判断去控制互锁接触器KM2、KM3线圈,当接触器检测到正常动力失电时,首先切断正常动力供电的回路,同时将变频器的输入电源自动接入到UPS应急供电的回路上,登机桥紧急撤离功能的主线路图如图1所示。

2.2PLC软件控制线路及软件实现

登机桥的正常行走运动是通过面板上操作手柄控制的。手柄在推动向前、向后、向左、向右时,在各方向上有开关量信号和模拟量信号传送给PLC,由PLC经过运算后给信号变频器,实现行走速度的无极调速控制。

实现登机桥紧急撤离的功能,需在变频器上设置逻辑端子:LI3(PLC-Y6)作为激活撤离功能、LI1(PLC-Y2)作为撤离工况下的前进命令、LI6(PLC-Y0)作为撤离工况下的后退指令,PLC控制变频器逻辑端子的控制线路图如图2所示。

为了保护飞机的安全,登机桥的紧急撤离功能仅能实现登机桥向撤离飞机方向运动,不能向前运动,该功能又是特殊情况下使用的功能,为了安全起见,在面板上增加一个“紧急撤离”的操作按钮SB1,该按钮有保护罩保护,需要操作时打开保护罩。当电源保护器DY检测到主电源回路失电时,触点DY1、DY2发出信号给PLC,这时若要进行紧急撤离操作,操作人员需要按下面板上的紧急撤离按钮SB1、同时将操作手柄后推,PLC经过逻辑运算后,使得互锁转化接触器KM2和KM3得电,这时主线路由正常电源供电转为UPS电源给变频器供电;行走电动机刹车控制接触器KM1得电,刹车松开;另外PLC还要使触发变频器“撤离功能”的逻辑输入端子LI3置1、使桥后退的逻辑输入端子LI6置1,这样登机桥就会在UPS供电的情况下紧急撤离后退,安全撤离飞机。

正常情况下的紧急撤离功能按照上述的操作执行,若在登机桥接上飞机后,根据站坪的布置,轮架的接机角度(左转角度80°以上)较大,登机桥的后退是沿着飞机的方向,实际并不能远离飞机,这时可按住SB1按钮,操作手柄右转,使轮架角度减小,最好与桥身角度一致后(轮架角度为0),这时再操作手柄后退,撤离飞机。

在操作人员进行紧急撤离功能操作时,面板上的LCD界面将出现提示信息,报警喇叭会发出响声,提醒登机桥在紧急撤离功能这种特殊的状态下运行,其紧急撤离功能的PLC控制线路图如图3所示。

2.3 变频器的参数设置

除了对变频器正常运行的参数设置外,需要对变频器的[撤离功能分配]、[撤离输入电压]、[撤离频率]等参数进行设置,加上控制系统PLC的逻辑控制,可在登机桥中实现紧急撤离功能。

对撤离频率的设置,根据登机桥的实际负载,经过实桥试验后,撤离频率设置为5～10Hz即可满足功能要求。

下面是实现紧急撤离功能变频器的参数设置。

a) 变频器菜单—应用功能—撤离

撤离功能分配 —:— L13

撤离电压 —:— 220V

撤离频率 —:— 10Hz(—29Hz)

b) 变频器菜单 —故障管理

输入电压缺相 —输入缺相—忽略报警

欠压管理

电网电压 —:—380V

欠压故障电压 —:—190V

c) 变频器菜单 —输入输出设置—反转 :—L16

正传 :—L11

3 结论

详细阐述了登机桥行走系统紧急撤离功能实现的原理、系统组成、硬件线路和变频器参数设置。

利用施耐德ATV71变频器的“撤离功能”,采用单相UPS电源实现登机桥行走控制系统的紧急撤离的新方法,其系统特点:价格便宜、质量轻,使用维护方便,能在正常动力电源失电的情况下,使桥撤离飞机后退8～10m的距离,实桥使用满足功能要求,达到了理想的效果。

参考文献

[1]Altivar71异步电机变频器编程手册[M].北京:施耐德(中国)内部技术资料,2009.

[2]王兆宇.施耐德变频器原理及应用[M].北京:机械工业出版社,2009.

[3]龚仲华,史建成,孙毅.三菱FX/Q系列PLC运用技术[M].北京:北京邮电出版社,2006.

电机拖动中变频调速技术的合理运用 篇8

变频器的选型是变频技术合理利用的重点, 笔者根据多年实践经验, 结合有关理论知识, 针对变频调速器装置的选型进行了探讨, 并得出一些相关的结论。

1 变频器电磁兼容性

近几年来, 随着我国电子产品不断更新, 应用范围不断扩大, 使得变频器电磁兼容设计越来越受到人们的关注。变频器电磁兼容性要解决的课题有很多, 例如:怎样使电子设备既能不受外界因素的干扰, 也不会对同一环境下的其他设备造成干扰;如何维持共存电路环境和兼容性正常运行等等, 这些都是我们目前所要面临和解决的重要问题。

1.1 低压变频

电机拖动中低压变频调速类型的选择空间很小, 主要有小于等于500 V的低压变频器, 这些变频器的电路都是交-直-交电压源型的, 功率器件绝大多数都是IGBT的。逆变器的调制方式为正弦脉宽, 变频器输出电压的谐波分量与逆变器的正弦脉宽调制方式有关。载波频率一定要高于被调制信号频率的6倍以上才可以使PWM的调制信号正确。一般变频器的频率是固定不变的, 但是有些比较高档的变频器可以设定载频功能, 让频率变成可调的。所以, 我们经常会选用后者。在变频设计选型中还要注意变频器输出线路长短的影响。由于电磁干扰大多数是由线路传导和辐射向外传播的, 如果频率越高, 就要使线路越短。据有关资料显示, 长度不宜超过100 m。除了电磁干扰还有调制波电压脉冲和线路分布电容导致前行波浪涌电压问题。如果变频器和电动机接线长度比较长, 输出电压达到波峰值的时间将比前行波到达电动机端子的时间要短。

由于在给排水工程中经常出现变频器和电动机之间的距离很大问题, 所以, 要求工作人员合理选择安装场地和线路路径, 尽可能减小变频器和电动机之间的距离。除此之外, 还应该在设计选型时, 要求变频器厂商提供配套使用的电抗器等装置。

1.2 中压变频

电磁兼容性能好的变频调速装置是维持电磁兼容环境良好的基本条件之一, 选择标准的设备, 并且采用一些外在的方法, 如屏蔽、滤波以及接地等方法, 这样才能使效果很好, 否则会出现不同程度的破坏。

电磁兼容性能好是指没有出现谐波污染, 是高功率因数的“绿色”产品。到目前为止, 中压领域已经开发出了很多可供选择的变频器, 例如:中压多电半PWM变频器、单元串联多电平PWM变频器、三电平双PWM电压线变频器等等, 各种变频器都有各自的优点, 在实际应用中要结合工程条件选择适合的变频器。根据笔者多年的实践经验和有关知识认为, 在中压大功率变频器中, 单元串联多电平叠加变频器具有很多优势。但是总体来说我们要根据各个变频器的原理和特点, 根据工程要求进行合理的选择, 并对厂商和设备的性能、价格进行对比, 做出最后的决定。

1.3 高压变频

在高压大功率调速领域, 早期都是采用电动机定速运行或通过机械阀门调节方式满足现场需求。20世纪80年代中后期, 随着各种高速、全控型器件, 如门极可关断晶闸管 (GTO) 、功率场控晶体管 (MOSFET) 、绝缘栅双极型晶体管 (IGBT) 、集成门极换流晶闸管 (IGCT) 等先后问世, 使得变频调速技术得到快速发展。特别是随着这些全控型器件耐压等级的不断提高, 不同拓扑结构的高压变频器被研制成功。

目前, 国外几家著名电器公司都有高压大容量变频器产品, 典型的如欧洲的西门子公司、ABB公司, 美国A-B公司、罗宾康公司等。这些公司产品的电压一般为3～10 k V, 容量为250～10 000 k W, 所采用的技术也有很大差别。

西门子公司和ABB公司的高压变频器都采用中压三电平结构, 功率器件分别是IGBT和IGCT, 是典型的电压型变频器, 器件耐压等级为4 160 V/3 300 V, 直接输出电压最高达3 300 V。所以, 国内也将此种方案称为高中方案。

美国A-B公司的变频器主要采用CSI-PWM技术, 即电流源逆变-脉宽调制型变频器, 并使用基于其公司研制的SGCT器件, 无需升降压变压器即可直接输出6 k V电压。该系统不需要隔离变压器, 成本低。

美国罗宾康公司采用大量低压IGBT功率单元, 采用串联H桥结构, 配合特殊设计的多脉冲多次级抽头输出隔离整流变压器, 同样能够实现输出端直接6 k V输出, 波形近似正弦, 谐波非常小。

国内对高压变频器的研制起步较晚, 但是经过近10年的发展, 已有多家高压变频器生产厂家拥有了自己的成熟产品。但国内研究现状主要是以低压IGBT为功率器件的单元串联多电平PWM电压源型变频器, 产品结构单一。

2 变频器负载定额的适配性

2.1 变频器负载标准

半导体器件的发热时间与变压器、电动机的发热时间相比小很多, 大部分使用分钟计算, 并且过载超温的后果很严重, 所以, 必须对负载条件有严格的规定。将变流器的运行种类划分为6级, 第一级额定输出电流完全输出, 不会出现过载;第二级基本负载电流可以连续输出, 可以有150%的短时过载运行;第三级到第六级过载需要的时间更长。现在市场上销售的产品一般只涉及到第二级。

2.2 变频器负载定额的选择

变频技术的应用要根据生产机械负载性能以及调速范围等各种要求选择适合的变频器。一般对变频器的性能要求不高, 有些变频器输出定额没有过载能力, 负载仅仅局限于离心式风机和水泵。有些特殊的还要分析实际过负载的可能性。例如水处理厂的搅拌机属于恒转矩负载, 而恒转矩负载的阻力矩与转速之间没有关系。恒力矩负载存在很多缺点, 包括应用转差调速不够节能、双速电机接线比较复杂、冲击电流过大等。在某些负载条件下, 可以充分利用变频器的过载能力。有时为了选型方便, 一些变频器厂还装有确定装置定额的软件, 用户提出明确的负载图, 就可以确定装置的输出定额。

3 变频器运行的可靠性

变频器运行的可靠性和温度有着密切的联系。一些大功率的变频器常采用空气冷却的方法, 在顶部安装换气扇进行换气, 把柜内的热空气排向室外, 改善不断恶化的装置环境。对于全封闭的变频器来说, 其柜内温度一般要小于50℃, 但是在夏季的南方, 室内温度会超过50℃, 如果没有空调等降温设备就很难保证变频器的正常运行。虽然可以短时间地降低温度, 但是这样的通风方式还不够合理, 不仅不利于通风而且会增加室内的噪声。所以, 我们要对空冷的位置进行合理安排, 尽量将柜顶采用管道式通风装置, 这样可以直接将室内的热空气排向室外。特殊情况下还可以根据需要选择适合的变频器, 并且对容易出现问题的地方定期进行维修和保护工作, 以便减少对变频器的损坏。

4 结语

经过以上的分析我们可以得出一定的结论:选择合适的变频调速装置是维持电磁兼容性环境良好的最基本的方法, 而选择装置最关键的问题就是调速和节能, 尤其在电机拖动中更要合理地运用变频调速技术。我国在近几年来, 电子产品更新迅速, 运用范围不断扩大, 电磁兼容设计越来越受到人们的关注。通过对低压变频和中压变频器类型的详细分析, 对变频器负载和变频器的可操作性、可维修性和可靠性的详细描述, 可知, 变频器的选型是变频技术合理利用的重点, 可维持良好的电磁兼容性环境, 保证变频器正常运行、减少故障。

摘要：根据实践经验并结合有关理论知识, 对电机拖动中变频调速器装置的选型进行了深入的探讨, 为工作人员熟练掌握变频调速技术提供有利的依据。

关键词：电机拖动,变频调速技术,电磁兼容性,装置选型

参考文献

[1]赵相宾, 年培新.谈我国变频调速技术的发展及应用[J].电气传动, 2000 (2)

[2]姜明远.变频调速技术在DQL630/1000.30型斗轮机上的应用[J].商场现代化, 2010 (14)

[3]张承慧, 程金, 等.变频调速技术的发展及其在电力系统中的应用[J].热能动力工程, 2003 (5)

[4]刘玉鹤.变频调速技术在供热方面的节能应用[J].煤炭技术, 2010 (10)

[5]孙向群, 王久和.电压型PWM整流器功率控制策略研究[J].华北科技学院学报, 2004 (6)

[6]詹长江, 秦荃华, 等.三电平脉宽调制高频整流器系统数学模型及仿真分析[J].中国电机工程学报, 1999 (7)

[7]韩耀飞, 等.基于简化三电平SVPWM算法的逆变器研究[J].电力电子技术, 2008 (1)

抽油机节能方法与变频技术运用解析 篇9

以存在最广泛的游梁式抽油机为例，其工作原理如下：首先，由电动机提供原始动力带动减速机，减速机带动曲柄旋转。其次，借助四连杆机构实现，带动抽油杆进行上下往复运动，石油从地下传送到输油管道或者储油罐中，整个抽油过程实现一个周期。很显然，整个抽油过程符合周期性要求，但同时也存在瞬间冲力作用。

抽油机高能耗现象在我国油田企业中较为突出，一方面是由于我国油田特性造成的，从我国能源分布结构中可以清晰地看出，石油资源并不丰富，且大部分石油开发环境较为复杂，在进入开采中后期以后，油层的能量不足以形成喷发动力，需要通过抽油机提供补充能量，而这种采油方式也被称之为“机械采油”；另一方面，我国抽油机设备整体上较为陈旧，技术不够先进，与国外发达国家相比有很多缺陷，造成单位产量中耗电量猛增的情况。

数据显示，抽油机所消耗的电量在整个油田生产中约为40%，且生产效率较低，普遍存在空抽、负载率低等问题。除了设备本身的问题之外，造成电力高能耗的原因还与设备维护管理相关。一方面设备老化严重，特别是在中小型油田企业中，为了减少一次性投入成本，抽油机设备在新度系数极低的情况下也不更换。另一方面，忽视运行工况。抽油机工作的环境本身就很恶劣，加上周围存在大量的腐蚀性因素，在缺乏有效地维护管理前提下，不仅会由于摩擦阻力增大而造成电力高消耗，同时也会导致安全隐患的出现。

二、抽油机节能方法探究

1. 提高电动机效率利用

电动机是抽油机获得机械动能的源头，同时也是直接消耗电能的设备，因此通过改进电动机的节能方式，可以很好地实现电能节约。总体来说，抽油机的电动机节能方式实现有以下几种方式：

(1)采用双功率电动机。事实上，这也是通过人为干预影响电动机效率的最有效办法，双功率电动机的应用，改变了传统电动机的电源频率，理论上说，这种方式可以保障电动机在任何时刻都保持较高的负荷率，实现运行效率的提升。但这一方式也存在一个显著的缺点，如果不能解决双功率电动机的配合要求，节能的目的也无法实现。

(2)加装蓄能设备。在电动机上加装蓄能器，这样一来就可以有效地提高抽油机的转动惯量，减少电动机承受扭矩的波动量，保障抽油机的稳定作业。在工作的过程中，只要保持额定功率等于或大于抽油机的消费功率，就可以实现节能工作。

(3)改变电动机的机械性能。即改装电动机，符合节能电机的基本需求，如永磁同步机、双定子电机、电磁调速电机等。

2. 改善抽油机结构设计

通过改善抽油机结构设计来实现节能需求，这是目前最便于开展的途径，方法也比较多；但没有任何一种方法可以独立实现最好的节能效果，通常会采用组合方式，对抽油机结构按照需求进行针对性改造。例如，选择高效率的传动方式来降低皮带传递损失，一般来说，窄V带、同步带能够实现传动准确、不打滑等要求；又例如，采用前置式抽油机，只需要较小功率的电动机就可以带动，节能率一般在20%左右。

3. 采用高效节能深井泵

(1)积极研究提高深井泵充满系数的对策，例如，可以在抽油泵中安装气锚，其最终目的是提高抽油泵的容积效率。

(2)研究降低冲程损失的技术。冲程做功是电能消耗的主要环节，从油管锚定工具改良入手，可以有效地提高深井泵效率。

(3)以整体上的效率最大化为目标。抽油机井作为获取石油的重要手段，可以改进的方式很多，例如改进平衡方式，优化平衡相位角，或者进行变距离平衡等。其中较为有效地是通过变频技术引用，借助软件优化的方式展开。

三、抽油机变频技术运用解析

1. 抽油机变频技术运用现状

传统的抽油机节能改良中（以游梁式抽油机为例），主要采用平衡块来抵消上下冲击负荷，但效果是很有限的。滑块快速下降的过程中负荷会大幅度减轻，而这一过程中，电动机所产生的能量无法被抵消，必然会选择新的能量消耗出口，电动机会从运转状态进入再生发电状态，多余的能量被重置在电网之上，导致功率因数减小；相应地，抽油机工作是一个不断往复循环的过程，在这种周期性的运动中，会造成高压冲击损坏电动机的现象。

变频技术的引入可以实现很好的节能效果和调速需求，一方面，变频技术（交流电）提高了电网质量，减少电动机作业的不稳定性对电网的影响，另一方面，变频技术的引入以节能为目的，对于无用功的电能需求控制在最小范围，如下图所示：

变频技术引入抽油机设备上是一个很大的节能需求进步，它改变了传统抽油机的运动特性、动力特点，最大限度地实现了抽油杆、抽油机、抽油泵等设备组件之间的动作协调，节能的同时也保障了设备的安全。但变频技术在抽油机设备应用中也有一些问题，结合现状来说，主要表现有三个方面：

(1)倒发电现象。如果抽油杆下落的过程中，电机转子速度超过了电机同步转速，就会引起主回路上的电位差增加，原本用于产生机械能的电机就会转变为发电设备，这样一来就会造成泵升电压现象，整个设备会停止工作。

(2)可靠性不足。前文中已经分析过，抽油机及配套设备的工作环境十分恶劣，在野外工作环境中，容易进入风沙、雨水、杂质等，变频设备属于精密度较高的产品，一旦内部出现损坏就会引发停机故障，维修率很高，可靠性不足。

(3)管理机制较差。变频设备的运用需要在每一个抽油机设备上进行改装，换句话说，每一个抽油机设备都需要独立的变频系统和反馈系统，无法进行集中性、统一性管理，对于我国当前的油田企业来说，投入成本较大，管理难度较高，不具备可行性。

2. 变频节能控制策略

变频节能控制策略主要有两种方式实现：

(1)采取简单降速方式。即在电动机上直接安装变频器来降低电动机的运行频率，这一过程中，电动机的转速也变慢，从而实现冲程时间延长，以满足电能节约的需求，实践证明，这种方式可以节省15%-30%左右的电能。

(2)采用变化冲程方式。游梁式抽油机的一个重要特点是，可以针对每个冲程下降和提升设置不同的频率，要实现这一目标，前提是必须对油田的特点进行测量，实际测试井下的石油、水分比例，计算抽油泵的工作负荷，调节的目的是实现抽油杆的快速提升，同时缓速地下降，这样一来节能效果就会十分明显。但这一方式需要现场进行油水比例实际测量，实现步骤较为复杂。

(3)专用变频电源。从电源系统改进入手，配置变频电路（双PWN）电源系统，这样可以满足电能的双向流动，由此减少电动机功率损失，市场上广泛存在的变频电源在节能方面十分突出（15%左右），但同时也存在一定的不足，由于变频电源过于复杂精密，成本很高，环境适应性也不好，以此为改进方向，还有很大的提升空间；如下图所示：

四、结束语

总体而言，抽油机是一种常见的石油开采设备，最常见的是游梁式抽油机，此外包括塔式抽油机、无杆类抽油机等设备，就现状来说，大部分抽油机都存在耗电多、效率低等问题。通过对抽油机节能方法的探索和变频技术应用的实现，不仅可以减少我国石油产业的成本，同时还可以提高效率，提升经济效益，规避大量的设备运行风险，具有十分重要的现实意义。

参考文献

[1]吕晶,李宗芳,褚万泉,胡瑞华,张佳林.抽油机节能方法与变频技术合理应用研究[J].中国石油和化工标准与质量,2014,10:57.

[2]孙允锐.抽油机节能方法与变频技术合理应用研究[J].中国石油和化工标准与质量,2014,07:86.

[3]付卓召.抽油机节能方法和变频技术的合理应用研究[J].化学工程与装备,2015,03:117-118.

[4]刘慧芳.基于PLC的抽油机变频节能控制系统的研究[D].西南石油大学,2011.