调速变频

关键词： 水泵

调速变频（精选十篇）

调速变频 篇1

三相异步电动机由于结构简单、价格低廉、维护方便等优点被广泛应用于现代企业中。在由三相异步电动机作为原动机的电力拖动系统中, 被拖动的生产机械为适应工艺过程的要求, 往往需要改变运行速度。实现生产机械转速变化的要求有两种办法, 一是机械调速即通过改变机械传动机构速比来使速度变化;二是电气调速即通过改变电动机电气参数, 在负载不变的情况下, 得到不同运行速度的方法。实践生产中常用的电气调速方法比较多, 有变极调速、变转差率调速。变极调速是通过改变定子绕组的接线方式改变电动机的极数从而实现电动机转速的变化;变转差率调速包括绕线式电动机转子回路串电阻调速、串级调速和调压调速。这些方法存在调速不平滑、不节能或机械特性不理想等问题。随着电力电子技术的快速发展, 变频调速以显著的节电效果、优良的调速特性及广泛的实用性正逐渐取代传统的调速方法, 成为是现代交流调速技术的主要方向。

1 三相异步电动机的工作原理

三相异步电动机也被称为感应电动机, 与直流电动机不同, 其转子绕组是在旋转磁场的切割作用下产生感应电流, 并在磁场中受到电磁力作用, 产生电磁转矩, 从而使转子旋转。旋转磁场如何产生的是理解三相异步电动机工作原理的关键:空间对称分布的三相定子绕组通以三相对称交流电, 由于交流电电流方向会随时间发生周期性变化, 使定子绕组磁场的方向随时间旋转, 旋转方向由相序决定 (电流超前相指向电流滞后相) , 旋转速度与交流电频率成正比列关系, 与磁极对数成反比例关系。

2 变频调速

2.1 变频调速原理

三相异步电动机转子转速为

式中n为电动机转速;n0为电动机定子旋转磁场转速;s为转差率 (转子转速落后旋转磁场转速的比率) ;f为定子电源频率;p为定子磁极对数。由 (1) 可知:三相异步电动机转子转速由定子电源频率、磁极对数及转差率决定。要想改变电动机的转速只要改变定子电源频率、磁极对数及转差率即可达到调速的目的。

2.2 变频调速基本控制方式

三相异步电动机的电源额定频率称为基频。变频调速时可以从基频向上调, 也可以从基频向下调, 这两种情况下的控制方式是不同的。

2.2.1 基频向下的变频调速:

电源频率降低, 如果保持电压不变, 主磁通将增加, 使励磁电流增加使励磁绕组过热;同时磁路处于过饱和状态, 铁芯损耗急剧增加导致电动机过热。这都将造成电动机绕组老化甚至烧毁。所以在向下调节电源频率的同时应配合向下调节电源电压并保持U/f=常数, 才能使电动机保持一个良好的运行特性。

2.2.2 基频向上的变频调速:

电源频率升高, 如果保持电压不变, 主磁通将减少, 由于电动机电磁转矩与磁通成正比关系, 所以电动机输出的转矩将随电源频率升高反比下降。对于鼠笼式三相异步电动机都采用从基频向下的变频调速, 而不采用基频向上的变频调速。

3 变频器

实现三相异步电动机的变频调速关键是要有一套能同时改变电源电压及频率的供电装置, 可以将电压和频率固定不变的工频交流电转变成电压和频率可变的交流电, 该装置称为变频器。

3.1 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外频率和电压值的电能控制装置。变频器主要由整流 (交流变直流) 、滤波、逆变 (直流变交流) 、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。通过改变电源的频率来达到改变电源电压的目的, 根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压, 进而达到节能、调速的目的, 另外, 变频器还有很多的保护功能, 如过流、过压、过载保护等等。

3.2 变频器硬件结构

3.2.1 主电路:

是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分。变频器的主电路大体上可分为两类:电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器, 直流回路的滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器, 其直流回路滤波是电感。它由三部分构成, 将工频电源变换为直流功率的“整流器”, 吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”, 以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。 (1) 整流器:最近大量使用的是二极管的变流器, 它把工频电源变换为直流电源。也可用两组晶体管变流器构成可逆变流器, 由于其功率方向可逆, 可以进行再生运转; (2) 平波回路:在整流器整流后的直流电压中, 含有电源6倍频率的脉动电压, 此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动。为了抑制电压波动, 采用电感和电容吸收脉动电压 (电流) 。装置容量小时, 如果电源和主电路构成器件有余量, 可以省去电感采用简单的平波回路; (3) 逆变器:同整流器相反, 逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率, 以所确定的时间使6个开关器件导通、关断就可以得到3相交流输出。

3.2.2 控制电路:

是给异步电动机供电 (电压、频率可调) 的主电路提供控制信号的回路, 它有频率、电压的“运算电路”, 主电路的”电压、电流检测电路”, 电动机的“速度检测电路”, 将运算电路的控制信号进行放大的”驱动电路”, 以及逆变器和电动机的“保护电路”组组成成。。 (1) 运算电路:将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号进行比较运算, 决定逆变器的输出电压、频率; (2) 电压、电流检测电路:与主回路电位隔离检测电压、电流等; (3) 驱动电路:驱动主电路器件的电路。它与控制电路隔离使主电路器件导通、关断; (4) 速度检测电路:以装在异步电动机轴机上的速度检测器的信号为速度信号, 送入运算回路, 根据指令和运算可使电动机按指令速度运转; (5) 保护电路:检测主电路的电压、电流等, 当发生过载或过电压等异常时, 为了防止逆变器和异步电动机损坏, 使逆变器停止工作或抑制电压、电流值。

4 结束语

变频器不但可以用于调速, 还可以用于三相异步电动机的软启动。由于三相异步电动机旋转磁场速度与交流电频率成正比例关系, 低频启动降低了旋转磁场速度, 即降低了磁场切割转子的速度, 所以降低了电动机的启动电流。变频调速以显著的节电效果、优良的调速特性及广泛的实用性正逐渐取代传统的调速方法, 成为是现代交流调速技术的主要方向。

摘要：三相异步电动机由于结构简单、价格低廉、维护方便等优点被广泛应用于现代企业中, 为满足现代企业对交流拖动设备的需求, 如何合理地选择调速方法并发展更先进的调速方法是摆在相关技术人员面前的一项现实任务。文章对三相异步电动机的变频调速原理做了阐述, 并对变频器的硬件结构做了介绍, 说明了变频调速方法的先进性和实用性。

关键词：三相异步电动机,变频调速,变频器

参考文献

[1]杨宗豹.电机及拖动基础[M].冶金工业出版社, 2003.

变频调速器使用要点 篇2

1)变频调速器接地端子必须可靠接地，以有效抑制射频干扰。

2)变频器与被驱动电机之间不宜加装交流接触器，以免在断流瞬间产生过电压而损坏逆变器。

3)变频器不宜做耐压试验及绝缘电阻试验。

4)用变频器电动机低速运转时，由于电机冷却效果下降，必须保证电机具有良好通风条件，必要时采取外部通风冷却措施。

5)用一台变频器控制多台电动机时，除了使电动机运行的总电流小于变频器额定电流外，还至少要考虑一台电动机起动电流的影响，以避免变频器过流跳闸，

6)变频器输出端不可接电容补偿装置，以免高次谐波造成电容器过热损坏以及变频器过电流保护动作跳停。

7)由变频器驱动的电机的运行和停止，不能使用断路器和接触器直接操作，而要用变频器控制端子来操作，否则会造成变频器失控，并可能造成严重后果。

8)避免用变频调速器驱动与其容量不符的电动机。电动机容量偏小会影响有效力矩的输出，容量偏大则加大电流的谐波分量。

9)被驱动的电动机另有制动器时，变频器应工作于自由停机方式，且制动器的动作信号须在变频器停车指令发出后才发出。

变频调速电机节能应用分析 篇3

【关键词】变频调速；电机；节能；应用

1、引言

根据研究得知，电机运行所消耗的能量能占到世界用电总量的一半以上。处于对电机安全性能的角度考虑，许多高效能的电机经常在低功率的状态下进行运作和生产，这样做不仅造成了电能的大量浪费，还会在一定程度上降低工业生产的效率。通过建立完善的实时监测系统来全面监测电机的运行参数，从而采用变频调速功能来适时地调整电机的输入功率，使电机按照需要进行输出和输入，灵活机动地调节，从而减少功率的消耗，减少电能的浪费与消耗。

2、变频调速电机节能改造实践

我公司两套化肥装置1987年和1999年投产，为国家重点鼓励和支持的项目，也获得了自治区政府的重点帮扶。凭借其先进的技术和安全环保等性能在该地区获得了长足的发展。公司变频设备的配制早期，仅仅限于部分的低压电机，采用西门子、富士、ABB、爱默生、东芝等品牌变频器，大多数的低压电机和全部的高压电机并未安装变频调速装置，低压电机也未使用软启动装置。随着技术的发展与进步，公司电气设备的使用也在不断的改革当中，许多设备也及其精良，紧跟国际化的发展脚步，不断满足节能降耗及工艺操作的要求。自2002年以来，经过生产运行人员、设备维护及机动处管理人员的共同研究和现场确认，选择工艺需求调速的4#炉引风机（1050kW），对其进行变频改造，作为6kV高压变频器的试验，再扩大其它风机、泵类的改造。改造之后的结果显而易见，符合预期的设想。后期对二化气化炉引风机（710kW）及锅炉给水泵（1600kW）、一化联醇压缩机（450kW）及两台天然气压缩机（每台2002kW）等高压电机进行了变频改造，采用西门子、罗宾康、ABB等品牌高压变频器。同时，对大负荷的低压电动机采用ABB软启动装置，避免其启动影响低压电网的运行。在我公司成功的应用高低压变频器装置，不仅大大提高了生产效率，最主要的是节约了大量的电能，这是变频调速电机节能改造的一个成功典型。

3、变频调速电机的节能分析

根据电机的运行速率原理可知，电机的转速和工作电源的输入频率成正比关系，因此，改变电机的工作频率即可改变电机的转速。变频调速的工作原理基本上就是依据这个原理。变频器通过改变供电电源的速率来平滑连续地调节电动机的转速，自动控制的方法来达到节能的目的。变频调速设备能够根据负载量来改变交变电流频率的电气设施。在变频调速电机的运行过程中，能把电源转变为各种频率的交变电源，从而达到电机运行频率和速率的变动。变频调速的技术发展是非常迅速的，在工业生产中有着广泛的应用，该技术手段的引入能够在很大幅度上提高生产产量，改善产品质量。由于电机转速的变化，会使工业生产中的电机具有调速跨度大、精度高以及反应速度快等诸多优点。在普通电机的功能无法满足工业生产需要时变频调速电机就会弥补这种缺陷，其自动化程度较高，能轻易地实现无人操作，即便是在环境恶劣的场合依然可以创造出可观的经济效益和价值。

4、变频调速电机的应用分析

4.1软起动场合

电机的起动方式分为直接起动和降压启动。在电机起动的随后阶段会出现瞬时的较大电流，能达到额定电流的好几倍，对于质量较差的电机瞬时电流甚至能达到额定电流的十倍。这种电流的强度是十分巨大的，因此，如果不加以防护必定会引起电机的烧毁甚至造成电网冲击，进而影响其他相关电气设备的正常运行。除此之外，高强度的超负荷电流会使电机产生强大的电磁应力和机械应力，大大缩短电气设备的使用寿命。变频调速电机的应用，能够缓解瞬时电流的冲击，利用变频器对电机进行软起动，使电流从弱到强，避免瞬时强电流的通过，使最大电流值也在额定电流范围内。这种装置不仅保护了电机本身，提高了电气设备的使用寿命，而且减弱了对电网的冲击和供电电能的要求，达到节约电能的根本目的，也为电气设备的维修和保养节省了大量的费用，有利于为企业创造出更高的经济效益，带来了更加可观的利润。

4.2家电的应用

家电的浪费电能情况甚至比工业用电还要严重，这主要是因为家电的普及率相当高，耗电总量大。因此，通过改革传统的技术减少家电的耗能情况可以大幅度地减少电能的消耗，节约电能。普通的家用电器所采用的电动机的耗电情况并不乐观，经常处于重复工作的状态，电机启动频繁，耗电量极大，且电机运行的过程中会产生极大的噪音，导致电机的使用寿命大幅度缩短，散热性能较差，温度变化范围大，不稳定。将变频调速电机应用于家用电器中，有助于改变以上的这些缺陷，促进家用电器的变频化，使更多的家用电器具有省电节能高效的特点，并且能够在一定程度上降低噪音的困扰，增长电器的使用寿命。目前，该类型的变频调速电机主要在空调、冰箱以及洗衣机中获得广泛使用，达到了节能降噪、保护环境的目的。

4.3风机、水泵中的应用

除了家用电器中的应用，目前应用最广泛的其实是高压电动机驱动的风机、水泵和压缩机。当其他情况相同的条件下，装机容量越大绝对的节电量也就越大。变频调速器的应用和普及，还使电机实现了软起动和软停止，避免了瞬时强大电流的通过，极大程度地减少了电机的故障率，延长了电机的使用寿命，不再出现对电网的冲击和电能损耗。因此，变频调速装置的推广和使用已成为目前节约电能工作的重点和首要工作。

5、结语

随着电子电力技术的飞速发展和工业生产对电气设备性能的要求越来越高，变频调速设备的适用范围和普及率也越来越高。但是，变频调速装置也有其调速和控制范围。根据平方转矩的特性分析可知，只有明显的调速才能实现电能的节约，不明显的调速或是调速不在设备的工作频率之内节能效果是无法实现的。因此，只有在适合使用变频调速装置的情况下，积极地引进先进的技术手段，对设备进行适当的更新换代，才能达到节约电能的目的。虽然短期看来更换设备资金消耗和投入较大，但站在长远的角度来看，是符合企业的根本利益的明智之选，能够为企业带来长期的利益，促进企业的可持续发展。在当前国家实行节能减排的大政策面前，变频调速电机的使用符合我国的基本国情，是适应国情发展的必然选择，也是为企业谋求经济效益提高的根本途径，企业必须认识到这个发展的大趋势，积极地革新技术手段，引进新技术新方法，更换陈旧的设备，站在长远的角度对待目前公司的发展，实现变频调速电机的应用最大化。

参考文献

[1]李涛，徐士杰.变频调速电机节能与应用分析.《中国科技投资》，2013年27期

[2]王恩娜.分布式控制系统对设备搅拌器变频调速的应用.《电机与控制应用》，2011年6期

[3]林道远.高压变频调速节能控制技术在水电厂水泵系统中的应用.《科技创新导报》，2013年9期

变频调速原理及应用 篇4

1 变频调速原理

1.1 电机的旋转速度改变原理

电动机的转速公式;n=60f/p (1-s)

式中:n———电机的转速;f———电源频率;p———电机磁极对数;s———电机的转差率。

电机的转速=60 (秒) *频率 (Hz) /电机的磁极对数-电机的转差率;电机旋转速度单位:每分钟旋转次数, rpm/min也可表示为rpm;电机的旋转速度同频率成比例, 同步电机的转差矩为0, 同步电机的转速=60 (秒) *频率 (Hz) /电机的磁极对数;异步的转速比同步电机的转速低。

例如:4极三相步电机60Hz时低于1, 800[r/min]4极三相异步电机50Hz时低于1, 500[r/min]。

1.2 变频器控制电路组成

控制电路由以下电路组成:频率、电压的运算电路、主电路的电压、电流检测电路、电动机的速度检测电路、将运算电路的控制信号进行放大的驱动电路, 以及逆变器和电动机的保护电路。

逆变电路中都设置有续流电路。续流电路的功能是当频率下降时, 异步电动机的同步转速也随之下降。为异步电动机的再生电能反馈至直流电路提供通道。在逆变过程中, 寄生电感释放能量提供通道。另外, 当位于同一桥臂上的两个开关, 同时处于开通状态时将会出现短路现象, 并烧毁换流器件。所以在实际的通用变频器中还设有缓冲电路等各种相应的辅助电路, 对换流器件进行保护。

2 变频电控系统在我矿的应用

我矿的NT变频提升机电控系统用于低压380V~660V的变频电控设备, 适用于地面或井下非防爆场合中2.2KW~2000KW的矿井提升机, 本提升电控系统由3台主要控制设备构成, 另附轴编码器和必要的外部控制端子, 其系统配件配置如下:

2.1 提升机主控台

主控台是该变频电控系统的控制中心, 该设备采用操作台式结构, 除位置、速度、温度、压力、电流等必要的信号采集传感器和终端执行设备外, 所有控制回路装到操作台中。司机可操作主控台上的开关及按钮来控制提升机运行, 并通过指示灯和人机界面及时了解提升机的运行状态及运行参数, 可显示提升机的运行状态、运行参数及各种控制元器件的工作情况, 具有上位监控功能。

主控台采用技术先进、性能可靠的可编程控制器, 安全回路双线制的设计, 完成了提升机运行过程中应有的逻辑控制、时间和速度控制, 具有按行程的速度给定、速度闭环控制以及上述各种情况下的安全保护。具有逻辑编程简单、安全保护可靠、状态显示齐全等功能。

2.2 变频调速柜

变频调速柜是该系统的调速设备, 由日本安川公司原装6SE70VS-616G5系列全数字、矢量控制型变频调速装置及其它必要的电器组成, 用于向鼠笼式交流电机供电, 构成高性能、数字化的变频调速系统。它将50Hz工频变成0~50Hz连续可调的变频电源, 以满足矿井提升机工艺要求, 同时完成提升机运行参数的调节, 其设置与保护为:1) 起动防冲击控制 (“S”型给定曲线) ;2) 能进行无功功率补偿;3) 控制系统对电网可以有任意的扰动, 即有一个最佳的综合功率因数;4) 在电网电压骤降或故障时, 有防止传动系统颠覆功能;5) 故障自诊断功能 (缺相、欠压、堵缸、欠磁等50种以上) 。

3 变频调速使用中应注意的问题

3.1 变频器散热问题

在变频器工作时, 流过变频器的电流是很大的, 变频器产生的热量也是非常大的, 不能忽视其发热所产生的影响。电抗器安装在变频器侧面或测上方比较好。这时可以用估算:变频器容量 (KW) ×60[W]因为各变频器厂家的硬件都差不多, 所以上式可以针对各品牌的产品。注意:如果有制动电阻的话, 因为制动电阻的散热量很大, 因此最好安装位置最好和变频器隔离开, 如装在柜子上面或旁边等。当变频器安装在控制机柜中时, 根据机柜内产生热量值的增加, 要适当地增加机柜的尺寸。因此, 要使控制机柜的尺寸尽量减小, 就必须要使机柜中产生的热量值尽可能地减少。如果在变频器安装时, 把变频器的散热器部分放到控制机柜的外面, 将会使变频器有70%的发热量释放到控制机柜的外面。由于大容量变频器有很大的发热量, 所以对大容量变频器更加有效。还可以用隔离板把本体和散热器隔开, 使散热器的散热不影响到变频器本体。这样效果也很好。变频器散热设计中都是以垂直安装为基础的, 横着放散热会变差的。关于冷却风扇一般功率稍微大一点的变频器, 都带有冷却风扇。同时, 也建议在控制柜上出风口安装冷却风扇。进风口要加滤网以防止灰尘进入控制柜。注意控制柜和变频器上的风扇都是要的, 不能谁替代谁。比实际使用的要大, 所以也要看具体应用。

3.2 电机转矩的矢量控制

此功能增加变频器的输出电压, 以使电机的输出转矩和电压的平方成正比的关系增加, 从而改善电机的输出转矩。改善电机低速输出转矩不足的技术, 使用“矢量控制”, 可以使电机在低速, 如 (无速度传感器时) 1Hz (对4极电机, 其转速大约为30r/min) 时的输出转矩可以达到电机在50Hz供电输出的转矩 (最大约为额定转矩的150%) 。对于常规的V/F控制, 电机的电压降随着电机速度的降低而相对增加, 这就导致由于励磁不足, 而使电机不能获得足够的旋转力。为了补偿这个不足, 变频器中需要通过提高电压, 来补偿电机速度降低而引起的电压降。变频器的这个功能叫做“转矩提升”。

3.3 变频器制动的情况

《变频调速应用》课程教学大纲 篇5

Variable Voltage and Variable Frequency Technology 课程编号：2000652

适用专业：电气工程及其自动化

学 时 数：32 学 分 数：2

执 笔 者：汤钰鹏 编写日期：2002年5月

一、课程的性质和目的

课程性质：《变频调速应用》是电气工程及其自动化专业的专业选修课。

主要任务：通过对《变频调速技术及应用》课程的学习，使学生对异步电动机变频调速系统有一个系统的了解，对变频调速方法的特点、重要性、应用领域有一个正确的认识，为在今后工作中解决实际问题打下良好的基础。

二、课程教学内容:

第一章 交流调速系统概述（讲授4学时）

了解交流调速传动的发展过程及其应用领域、应用目的，了解异步电动机的基本调速方法、了解变频器的基本分类。

重点：变频调速方法及特点。

第二章 异步电动机的变频调速（讲授4学时）

了解异步电动机在非正弦电源供电情况下的运行特点，掌握异步电动机的变频运行方式、运行特性（包括V/F运行方式、恒磁通运行方式和恒功运行方式）；掌握在非正弦电源供电情况下异步电动机的磁通、电流、转矩分析方法及特点。

重点：异步电动机的变频运行方式、运行特性。

第三章 变频器的结构及工作原理（讲授2学时）

了解变频器的基本结构及工作原理，掌握逆变器的工作原理。重点：交直交电压型逆变器的工作原理。

第四章 脉宽调制技术（讲授8学时，实验4学时）

了解脉宽调制方式的种类和脉宽调制技术的作用。

重点：正旋脉宽调制技术、磁通轨迹控制（电压空间矢量控制）脉宽调制技术。第五章 变频调速系统（讲课2学时）

了解变频调速系统的构成、控制对象和控制方式。

重点：异步电动机、变频器和外围设备的选择。

第六章 通用变频器的运行功能（讲课2学时、实验2学时）

了解通用变频器的运行功能，掌握通用变频器的参数设置方法。

重点：变频器运行功能的选择。

第七章 通用变频器的应用（讲课4学时）

了解通用变频器的应用情况及其应用领域的相关技术，掌握通用变频器的应用方法。

重点：通用变频器的应用方法。

三、课程教学的基本要求

本课程的教学环节包括：课堂讲授、课外作业、实验和考试等。通过各个教学环节重点培养学生分析问题和解决问题的能力。

（一）课堂讲授

以案例教学和实验教学为主，教学中多提问题以引导学生思考，设置适当的课堂讨论，以加深学生对知识的理解和提高学生对知识的应用能力。

（二）课外习题

第一章1题、第二章2题、第三章1题、第四章2题、第五章1题、第六章2题。

（三）实验

开设6个学时的开放性实验，让学生了解电压型变频器的基本结构、熟悉输入测、直流测、输出测的电压波形和电流波形，掌握改善电流波形的方法。熟悉通用变频器的各项运行功能，掌握通用变频器的参数设置方法。

（四）考试环节

考试形式分为笔试和实际操作考试两部分，考试题型分为：简答题、论述题等。

四、本课程与其它课程的联系与分工

本课程的先修课为“电机学”、“电力电子技术”等。

五、建议教材与教学参考书

1．满永奎编著，《通用变频器及其应用》机械工业出版社

浅谈交流变频调速技术的发展 篇6

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

高温风机变频调速改造 篇7

高温风机在水泥生产中是举足轻重的大型设备, 其运行状况的好坏直接影响生产的正常运行。我公司一条2500t/d熟料生产线的高温风机原为液体电阻器调速, 2004年3月投产。从2006年9月至2007年6月, 高温风机因液体调速器故障停车18次, 累计造成窑系统停车时间达到194小时。2007年下半年, 公司对该高温风机进行变频调速改造, 取得了良好的运行及节能效果。

1 液体电阻调速器的缺陷

液体电阻器在运行一段时间后, 容易使冷却器结垢堵塞, 造成液温高故障, 过一段时间就需要对换热器进行清洗。液体电阻调速是属于有转差损失的低效调速方式, 其调速效率等于转速比, 即η=n2/n1=i, 式中n2为电动机串接电阻R时的转速, n1为电动机的外接电阻R=0时的转速, 其转差损失的最大值发生在2/3额定转速处, 即ΔPmax=0.148Pn, 式中Pn为电动机在额定转速时的功率。转差损失在外加电阻上以热能形式散发。转子串接的电阻值R越大, 其机械特性也越软, 即转矩很小的变化将引起转速较大的波动, 加大了操作控制的难度;在负载小时 (即转矩小时) , 其调速范围变窄。

2 改造方案的选择

目前, 大功率高压异步电动机的主要调速方式还有内反馈串极调速、液力耦合器调速及变频调速等。

内反馈串级调速是在普通绕线电动机的定子绕组同槽放置另一套绕组, 把电动机制造成内反馈串级调速电机。将该电动机部分转子能量取出以改变电动机用以产生的拖动转矩, 使主绕组从电网吸收的能量下降来实现节能。优点:可以回收转差功率, 调速效率较高, 体积小。缺点:需更换专用电机;虽采用频敏变阻启动但启动电流仍很大 (2.5～4Ie) , 对电机和电网冲击大, 启动复杂;调速范围小。液力耦合器可具有空载起动和无级调速等优点, 但其属于低效调速方式, 调速范围有限, 高速丢转约5%～10%, 低速转差损耗大, 最高可达额定功率的15%。且该调速装置必须加装在设备和电机之间, 不适合改造。

高压变频调速是通过改变定子供电频率f来改变同步转速而实现调速的, 在调速中从高速到低速都可以保持较小的转差率, 因而消耗转差功率小, 系统效率高;调速范围宽、平滑性较高、机械特性较硬;高压变频可实现电机零转速启动, 无启动冲击电流, 减轻了冲击扭振;异步电动机功率因数由变频前的0.85左右提高到变频后的0.95以上。其缺点是一次性投资较大。

通过对以上几种调速方式的比较, 最终我公司决定选用高压变频器对高温风机驱动进行改造。

3 具体实施方案

根据现场的实际情况, 高压变频器安装后, 原有的水电阻装置继续保留。高压变频器与原有的水电阻控制回路有接口, 提高系统的可靠性。高压变频驱动装置带有旁路开关 (如图1所示) , 以实现在检修变频器时, 有明显断电点, 能够保证人身安全, 同时也可手动使负载投入工频电网运行。

原理是由三个高压隔离开关QI1、QI2、QI3与原有的断路器QF组成。通过在机械上实现互锁, 保证QI2和QI3不能同时闭合。当变频运行时, QI1和QI2闭合, QI3断开;工频运行时, QI3闭合, QI1和QI2断开。当QI1、QI2闭合后, 输出变频状态信号送至水电阻二次回路, 该信号有效后通过原有水电阻二次回路, 直接短接电机转子绕组, 切除水电阻装置, 由变频器对电机实现软启动;当QI3闭合后输出工频旁路状态信号, 该信号有效后通过原有水电阻二次回路, 恢复高压电机的串水电阻调速功能, 以备高压变频器故障期间, 仍可通过原有启动回路启动设备工频运行。现场设备规格如表1所示。

4 应用效果

(1) 再未发生过因高温风机调速装置故障而造成窑系统停车的情况, 大大提高了窑运行的可靠性。

(2) 实现了电机的软启动, 调速平稳, 易于操作。

(3) 采用变频调速后, 将风门开到100%, 大大减小了风的阻力消耗, 改变了风在管道内的振动频率, 减小风机的振动, 从而减小维修成本。

(4) 改造前电机功率为1260k W, 改造后电机平均功率为980k W。节电功率:1260-980=280k W, 年节电量:280k W×24小时×310天=208.32万k Wh, 年节电效益:208.32万k Wh×0.58元/k Wh=120.8万元。

5 结束语

变频调速系统的干扰抑制 篇8

1 变频调速系统的噪声源

变频调速系统外部噪声源主要有两类:一类是外部电磁感应干扰,主要指通过电磁感应原理进入变频调速系统的干扰,如电流和电压干扰信号对变频调速系统的干扰;另一类是外部传导干扰,主要指通过传导原理经电源进入变频调速系统的干扰,如电网谐波对变频调速系统的干扰[2]。

内部噪声源也主要有两个:一个是变频器整流装置中的非线性元件产生的谐波,非线性元件产生的谐波干扰会使电网电压畸变,影响供电质量,据测试,这种干扰引起的电压畸变率为10%～40%;另一个是变频器逆变器处于开关模式并作高速切换时产生的大量耦合性噪声,这种噪声严重时会影响周围设备运行。

2 变频调速系统外部和内部噪声的危害

外部噪声的危害主要有:变频调速装置外部整流装置产生的谐波有可能会使变频器中的整流装置出现较大的反向电压,从而使设备损坏;补偿电容在投切的暂态过程中产生的电网电压峰值会使变频器中的整流元件击穿。

内部噪声的危害在变频调速器容量较小时对电网和周边设备影响不大,但如变频器容量较大或数量多时,则会对电网和周边设备造成影响。对电网的影响体现在能产生电压畸变,引起公用电网局部的并联谐振或串联谐振,使公用电网产生谐波损耗,降低设备使用率;对变压器的影响体现在使铁耗上升、温度升高,影响变压器绝缘能力,并会引起绕组与线间电容产生共振和磁通饱和。对电动机的影响体现在使电机转矩出现脉动,如电机低速运行(<2 Hz)会导致转速不均匀。另外还会产生使电容器谐振和保护装置误动作等危害。

3 变频调速系统噪声的干扰途径

变频调速系统噪声的干扰途径主要有四种:一是通过空气辐射传递噪声,这是频率很高的谐波分量的主要传递方式;二是通过电磁感应传递噪声,这是电流干扰信号的主要传递方式;三是通过静电感应传递噪声,这是电压干扰信号的主要传递方式;四是通过电路传递噪声,这是一般谐波分量的主要传递方式[3]。这四种干扰途径见图1。

4 变频调速系统的抗干扰途径及措施

构成干扰的三要素是噪声源、噪声干扰途径和受扰体。变频调速系统的抗干扰途径分别是减少和抑制噪声源、切断噪声对系统的耦合通道和降低系统对噪声的敏感性[4]。在制定抗干扰措施时,首先要找到干扰源和分析干扰发生的失效机理,再根据干扰源和干扰发生的失效机理选用合适的抗干扰措施。在分析失效机理时,首先要判别干扰类型,为选用简单有效的抗干扰措施提供依据。

下面从抗干扰的三个途径介绍一些变频调速系统的抗干扰措施。

4.1 减少和抑制噪声源

4.1.1 减少噪声源

4.1.1. 1 选用合适的安装环境

选用安装环境要按照产品说明书要求选择,如因条件限制找不到适合的安装环境,则应想办法解决因安装环境不满足要求带来的问题。如在振动较大的场合应采用橡胶垫等减振措施。在潮湿、腐蚀性气体和粉尘多的环境,控制板应尽量采用封闭式结构,并应对其采取防腐防尘处理和保证通风通畅。在温度条件达不到安装要求时,则应采取安装空调或设置加热器等措施,以满足温度要求。

4.1.1. 2 避免人为损坏元器件

造成元器件人为损坏的主要原因是人体带的静电带来的干扰,具体措施如下:将绝缘薄膜或涂耐5 k V以上的绝缘漆覆盖整个操作台和电气控制柜;使电气控制柜良好接地;线间加屏蔽,以防串扰。

4.1.1. 3 削弱变频器自身干扰产生能力

具体措施如下:逆变单元的并联多元化;整流电路的多重化;功率单元的串联多重化;改善PWM调制的方法,如采用混合式PWM,在低压、低频时,用一般的正弦PWM调制方法,在高频、高压区则采用谐波消除式PWM调制方法,正弦波PWM的高次谐波也可得到改进;探讨新的变频调制方法如电压矢量的变形调制。据有关资料介绍,采用12相脉冲整流的畸变大概是10%～15%,采用18相脉冲整流的畸变大概是3%～8%,完全满足国际标准的要求[5]。

4.1.1. 4 开发新型的变频器

现在许多厂家提出生产“绿色变频器”,该变频器内置的交流电抗器能有效抑制谐波,同时可以保护整流桥不受电源电压瞬间尖波影响。

4.1.2 抑制噪声源

4.1.2. 1 屏蔽噪声源

屏蔽干扰源是抑制噪声的最有效的办法,它可以把噪声屏蔽在噪声源内部,不对外部设备形成干扰。通常做法有:用铁壳屏蔽变频器;用铁管屏蔽输出线;信号线尽可能短(一般在20 m以内),且采用双芯屏蔽,并与主线路和控制线路分离;为提高屏蔽的有效性,应将屏蔽罩可靠接地。

4.1.2. 2 增加交直流电抗器抑制干扰

采用交直流电抗器能有效抑制冲击干扰,降低整流器件电流瞬时值,能抑制变频器对其电源所连电子设备的谐波干扰,改善电源侧功率因数。但在抑制干扰能力方面,交流电抗器优于直流电抗器,据有关资料介绍在电源与变频器输入侧之间串联交流电抗器,大约能降低进线电流波形畸变30%～50%,是不加电抗器谐波电流的一半左右,如图2所示。图中实线为实际的相电流波形,灰线为理想状态相电流波形。

4.2 切断干扰对系统的耦合通道

4.2.1 接地

接地是抑制噪声和防止干扰的一种重要手段,良好的接地不仅可以抑制外来干扰,还可以减少设备自身对外界的干扰,是抑制干扰的一种好办法。其中变频器主回路端子PE的正确接地是提高变频器抑制干扰能力和减少变频器干扰的重要手段,在实践中应予以重视,具体措施如下:变频器接地点不能与其它动力设备接地点共地;接地线长度最好控制在20 m以内,截面积应大于25 mm2;接地电阻值应小于100Ω;合理选择接地极位置。

4.2.2 隔离

干扰隔离是指用隔离变压器将干扰源和易受干扰的电路分隔开,使它们之间没有电气上的联系,从而起到抗干扰的作用。使用这种办法可以将来自电源的绝大多数传导干扰阻隔在装置外部,是切断干扰路径的好办法。在变频调速系统中通常的做法是在电源和放大电路之间的电源线上安装隔离变压器,电源变压器最好采用噪声隔离变压器,如图3所示。

4.2.3 滤波

设置滤波器目的是为了抑制干扰信号从变频器通过电源线传导干扰到电源及电动机。为减少这两种干扰可通过在变频器输出侧和输入侧设置滤波器。若线路中有敏感电子设备,可在电源线上设置电源噪声滤波器,以免传导干扰。这种办法主要用于削弱较高频率经传导进来的谐波干扰。

4.2.4 合理布线

对于通过感应方式传播的干扰信号,可以通过合理布线的方式来削弱。具体方法有:设备的电源线和信号线应尽量远离变频器的输入、输出线;其他设备的电源线和信号线应避免和变频器的输入、输出线平行;降低系统对干扰的敏感性。

4.3 减少系统对噪声的敏感性

4.3.1 选用具有开关电源的低压电器

选用控制系统的电源设备或控制电器时,应尽量采用具有开关电源的电器,这是因为在开关电源的内部采用了滤波器,具有开关电源的低压设备抗电源传导干扰的能力都比较强的缘故。

4.3.2 软件滤波

在使用以单片机、PLC、计算机等为核心的控制系统中,编写软件时,可以通过在检测信号和输出控制部分加上软件滤波,以提高控制系统的抗干扰能力。

以上的抗干扰措施可根据变频调速系统的抗干扰要求合理选用。图4是某个变频调速系统主电路的抗干扰措施。

图中主要的抗干扰措施有增加交直流电抗器抑制干扰(抑制噪声源)、通过滤波器进行滤波(切断干扰对系统的耦合通道)和通过对输出线进行屏蔽来抑制干扰(屏蔽噪声源)。变压器后面的线路中加了接地是用来抑制外来干扰信号的。线路屏蔽是用铁管屏蔽。

5 结语

通过研究可以发现,变频调速系统在没有采用各种抗干扰措施时自身很容易受到来自外界的干扰信号的影响,使系统运行受到影响,因此需采取各种抗干扰措施来防护各种干扰信号的影响,具体的抗干扰途径可从构成干扰的三要素着手,分别是减少和抑制噪声源、切断噪声对系统的耦合通道和降低系统对噪声的敏感性,具体措施有屏蔽噪声源、增加交直流电抗器抑制干扰、接地、隔离、滤波、合理布线、选用具有开关电源的低压电器和软件滤波等,具体在选用这些措施时要根据干扰源和干扰发生的失效机理来选用。

参考文献

[1]韩安荣.通用变频器及其应用[M].北京:机械工业出版社,2000.

[2]马小亮.大功率交-交变频调速及矢量控制技术[M].北京:机械工业出版社,2004.

[3]张兰,刘建霞.变频器谐波干扰与抑制[J].中国科技信息,2005(16).

[4]石刚.变频调速系统主电路的抗干扰措施[J].水雷战与舰船防护,2006(2).

水泵的变频调速节能分析 篇9

目前, 水泵是工业应用中量大范围广的通用设备。在我部, 尤其是冲渣系统的水泵是整个冲渣工艺的核心, 水泵的交流电动机在总耗能中占很大的比重。但是就整个冲渣工艺过程而言, 出现最大负荷的条件是可以进行时间选择的。如果电机不采用调速控制系统, 则流量通常只能通过调节挡板或阀门来控制, 甚至不采用任何控制全负荷运转, 其结果会造成很大的能量损耗。采用变频器将电动机直接进行调速运行, 则耗能将会显著减少, 产生巨大的节能效益。

1、变频调速的工作原理

交流异步电机的转速公式是:

其中:N是电机转速r/min;f是定子供电频率H z;P是极对数;s是转差率。由上式可以看出, 改变异步电机的电源频率f就可以改变电机的转速N。变频调速具有调速范围宽、机械特性好、效率高等优点, 容易实现闭环控制, 是理想的调速方法。

2、水泵变频调速的节能运行原理

水泵是典型的变转矩负载。变转矩负载的特性是转矩随速度的上升而上升。水泵的电动机的轴功率P与其流量Q、扬程H之间的关系式是:

当流量Q1变化到Q2时, 电动机的转速为N1、N2, 此时Q、H、P相对于转速的关系如下:

而电动机的轴功率P和转矩T的关系为

由此:T2=T1× (N2/N1) 2

由以上分析可以看出, 水泵的电动机的轴动力 (功率输出) 与转速的3次方成正比, 而转矩与转速的2次方成正比。

图1显示出了水泵的压力和流量的关系曲线, 图2显示出转矩与电机速度的关系曲线。

从图2中可以看出, 在低速时, 功率会有很大的下降。由于水泵运行于额定转速以上是没有用的, 因为转速越高, 所耗功率越大, 水泵效率很低, 且由于其转矩 (电流) 与速度的平方正比增加, 容易损坏电机。理论上, 速度降低1 0%时会带来30%左右的功率下降, 由于功率大幅度降低, 加在电机上的电压也降低, 可获得额外的节能效果。

在冲渣系统水泵的应用中, 在压力满足生产的情况下, 保持最佳流量, 防止流量的过度浪费。当降低流量时, 若不改变水泵转速, 扬程将上升, 其功率可用扬程*流量来计算。用变频器进行调速, 流量下降时, 在压力不变的情况下, 若转速下降至额定转速的80%, 轴功率将下降至额定功率的51.2%;若使扬程恒定, 使转速下降到额定转速的70%, 此时, 轴功率是额定值的34.3%, 节能达到6 5.7%, 经济效益十分明显。

3、中型炉应用实例分析

2 0 0 4年之前, 宣钢运输部5#、6#高炉水冲渣现有冲渣泵4台, 功率220KW、电压380V、电流410A, 运行方式为两用两备软启动, 工作时序为运行40分钟, 停止2 0分钟。由于如此大功率电机频繁启停, 严重损伤机械设备及供配电设施, 故实际运行情况为两台泵24小时长期运转。

2004年运用变频技术对原冲渣系统改造的方案, 设计改造成为:电机:280KW/380V, 主控参数:运行时间, 输出频率均可在线调整, 并通过了技术中心组织的变频器项目论证。实施了这一方案后, 实现了电机频繁启停, 达到冲渣停止20分钟—电机停用20分钟的节能效果, 并减少了设备事故, 降低了维修量及费用, 从而提高生产率。

下表为改造前后的数据比较:

使用变频器调速以后, 完全达到了设计时的目标, 月均节电为8.1万千瓦小时, 年节电91.2万千瓦小时, 按现行电价0.42元/度计算, 年节约费用:91.2×0.42=38.304万元, 项目前期投入102.318万元, 大约三年收回成本, 现在处于开始盈利期。

4、结论

综上所述:

1、应用变频器调节水泵电机, 输入功率明显减少。

2、水泵工况明显改善, 对生产操作极为方便, 有利于水泵的保养, 延长了设备使用寿命。

3、操作方便, 控制精度高, 相应速度快, 使整个系统工作平稳可靠。

5、未来展望

变频器可以用来调节水泵电机实现节能和减少机械震动对设备的冲击, 所以下一步, 我们要在7#和9#高炉的八台水泵加装变频调速系统, 不仅实现电能的节约, 更进一步节约各种设备备件。

1、9#高炉水泵电机节能理论初步分析

约月节余9.9万千瓦时, 年节约118.8万千瓦时, 按现行电价0.42元/度计算, 年节约费用:118.8×0.42=49.896万元。

(2) 、7#高炉水泵电机节能理论初步分析

约月节余3.168万千瓦时, 年节约38.016万千瓦时, 按现行电价0.42元/度计算, 年节约费用:38.016×0.42=15.96672万元。

摘要：本文介绍了变频器调速实现水泵电机节能的工作原理, 以中型炉变频器对水泵电机调速的改造为实例, 讲述了变频调速实现的节能效果。

关键词：变频器,水泵,调速,节能

参考文献

[1]杨公源.常用变频器应用实例.电子工业出版社

变频调速技术及其应用综述 篇10

1 变频调速的原理与分类

三相异步电动机转速公式为:n=60f/p (1-s) 。从此式可见, 改变供电频率f、电动机的极对数p及转差率s均可达到改变电机转速的目的。如果没有调速装置, 电机工作在额定转速下, 当负载或工况变化时, 系统所积累的多余能量只能通过不同的手段消耗掉, 否则系统将无法稳定工作。对于交流电动机来说, 根据电机轴功率和转速的三次方成正比的原理, 在满足负载要求 (功率、力矩) 的前提下, 只要能降低速度, 其节电效果是不言而喻的。

交流电机调速从根本上分为三大类:变频调速、串极调速和变极调速。

1.1 串极调速 (包括转子串电阻调速)

转子串电阻是通过改变串接在转子线圈上的电阻改变电机转子电势, 从而改变电机机械特性达到调速的目的。这种方式常用在吊车和传统的提升机的调速上。长时间工作的大功率绕线式电机调速用电阻串接, 将大量的电能消耗在转子电阻上, 且只能实现有级调速。如果是转子串可控硅, 通过控制可控硅的导通角控制电流。相当于改变回路中的电阻达到同样效果。而转子的电能经可控硅组整流后, 再逆变送回电网。但其机械特性较软, 其中转子串电阻属于低效调速方式, 串极调速的应用情况不能令人满意, 已多不采用。

1.2 变极调速

主要针对多极电机, 这种电机有一组或多组绕组。通过改变电机接线腔盒中的绕组引线接法, 从而改变电机的极数进行调速。如通常所说的星角变换等方式。它只能实现有级调速应用范围有限。

1.3 变频调速 (交交和交直交变频)

通过变频器改变电源频率和电压的调速 (F/U) 。其机械性能为平行于自然特性曲线的一组曲线, 特性较硬, 可实现无级调速, 调速性能优良。

2 变频调速技术的发展现状

(1) 由晶闸管变流器和可关断器件 (DJT、IGBT、VDMOS) 斩波器供电的直流调速设备市场很大。自行开发的控制器多为模拟控制, 近年来主要采用进口数字控制器配国产功率装置。

(2) IGBT或BJTPWM逆变器供电的交流变频调速设备总容量占的比例不大, 但台数多, 增长快, 应用范围从单机扩展到全生产线, 从简单的V/f控制到高性能的矢量控制。

(3) 负载换流式电流型晶闸管逆变器供电的变频调速设备在抽水蓄能电站的机组起动, 大容量风机、泵、压缩机和轧机传动方面有很大需求。国内只有少数科研单位有能力制造, 目前容量最大做到12 MW。功率装置由国内配套, 自行开发的控制装置只有模拟式的, 数字装置需进口, 自己开发应用软件。

(4) 交-交变频器供电的变频调速设备由于在低频段运行特性十分稳定, 主要在钢厂轧机和矿井卷扬机传动方面有需求, 台数不多, 功率大。主要靠进口, 国内只有少数科研单位有能力制造。目前最大容量做到7000~8000k W。功率部分国产, 数字控制装置依靠进口 (包括开发应用软件) 。但交-交变频器功率因数低, 且高次谐波分量大, 污染电网, 往往需要附加消谐装置。随着电力电子技术和计算机技术迅速发展, 推动了交直交变频技术的快速发展, 交直交变频在低频段运行不稳定的问题得到了有效的抑制, 由于其功率因数高 (在95%以上) , 对电网污染小, 现在很多钢厂轧机和矿井提升机都选择了交直交变频调速。

3 变频调速技术的应用

变频调速由于其优良的调速性能, 在许多行业得到了广泛应用: (1) 工矿企业行车设备变频调速系统; (2) 发电锅炉的风机和水泵; (3) 自来水厂、污水处理厂变频节电系统; (4) 水泥生产线变频节电系统; (5) 风机、泵高低变频节电系统; (6) 大量的输送各种工业原料和物资的运输系统。在实际应用中, 由于交流调速技术特别是交-直-交变频调速不仅具有优良的调速性能, 而且还带来节约能源、减少维护费用、节约占地面积等优点, 尤其具有适合在大容量或恶劣工作环境。还有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, 广泛的适用范围而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。下面以该技术在我们山西兰花科技创业股份有限公司大阳煤矿分公司的应用情况来举例说明。

山西兰花科技创业股份有限公司大阳煤矿分公司副斜井绞车电控系统原来采用的是TKD型转子串电阻调速方式, 此调速方式是靠消耗转差功率的办法进行调速, 耗能严重、效率低、调速特性软, 速度稳定性差, 再者, TKD型控制系统也是国家要求强制淘汰的。改造用变频调速系统是在原提升机的电控系统的基础上, 用变频调速系统替代原调速系统, 同时保留原调速系统, 使两套系统互为备用, 以增加系统运行的可靠性。本项目投资总额139万元, 其中各种设备花费的金额如下:高压电源切换柜9万元;变压器柜15万元;联络柜8万元;变频柜 (3台) 69万元;通讯控制柜4.5万元;换向智能站4.5万元;BPDKPLC变频电控 (主控台) 一套 (含后备保护) 29万元。

通过对副斜井提升机进行变频调速改造, 实现了动机的软启动、软停止, 转速连续可调, 避免电流冲击, 不仅可以提高工艺的高效性, 减少机械冲击, 延长机械寿命, 节省维护成本, 同时和原来的控制系统相比, 改造后节电率约为30%, 节约能源的效果非常明显, 具有很好的经济和社会效益。

4 变频调速技术未来发展趋势

(1) 实现高水平的控制。基于电动机和机械模型的控制策略, 有矢量控制、磁场控制、直接传矩控制和机械扭振补偿等;基于现代理论的控制策略, 有滑模变结构技术、模型参考自适应技术、采用微分几何理论的非线性解耦、鲁棒观察器, 在某种指标意义下的最优控制技术和逆奈奎斯特阵列设计方法等;基于智能控制思想的控制策略, 有模糊控制、神经元网络、专家系统和各种各样的自优化、自诊断技术等。

(2) 模拟与计算机辅助设计 (CAD) 技术。电机模拟器、负载模拟器以及各种CAD软件的引入对变频器的设计和测试提供了强有力的支持。

(3) 缩小装置的尺寸。紧凑型变频器要求功率和控制元件具有高的集成度, 其中包括智能化的功率模块、紧凑型的光耦合器、高频率的开关电源, 以及采用新型电工材料制造的小体积变压器、电抗器和电容器。功率器件冷却方式的改变 (如水冷、蒸发冷却和热管) 对缩小装置的尺寸也很有效。

(4) 高速度的数字控制。以32位高速微处理器为基础的数字控制模板有足够的能力实现各种控制算法, Windows操作系统的引入使得可自由设计, 图形编程的控制技术也有很大的发展。

5 结语

变频调速技术是一项节电效果很显著的节电技术, 特别适应变流量或压力的地点使用, 也是当今国家重点推广和普遍推广的一项技术。变频技术在大大小小的场合下都可以使用, 只是需要考虑当前的投资效益与规模。

参考文献

[1]贺和平.浅析变频和变速技术在煤矿生产中的应用[J].太原科技, 2009 (02) .

[2]李海燕, 李海宝, 赵汗青, 王学惠.数字变频调速技术在煤矿电机中的应用研究[J].煤矿机械, 2009 (04) .