变频调速器应用（精选十篇）
变频调速器应用 篇1
但是变频器在工作中不断地整流和变频, 给电网带来的最大影响就是谐波干扰。谐波干扰会使电动机的效率降低, 发热增加;变压器等设备由于谐波电流的增大而增加磁滞损耗和涡流损耗, 绝缘介质老化加速;电容器容易吸收谐波电流而引起过载发热, 谐波过大易导致绝缘击穿;谐波较高还容易引起继电保护的误动或拒动, 使电力系统可靠性降低;谐波对通信线路和电子设备的工作最容易产生干扰。可见变频器在给生产带来便利和效益的同时, 也会带来不少的烦恼, 所以在实际应用时还应了解变频器的特性, 采取相应措施, 尽量减小变频器的负面影响。
下面就供热装置的特点, 阐述变频器在变频系统中的选择。
1 变频器输出的变频电源对电动机的影响
变频调速系统中变频器输出的电压、频率随负荷的变化而变化, 变频器的输出对电动机的影响主要有以下几个方面:
1) 电动机升温的问题。
正常运行中的变频器, 会产生一小部分的谐波电流, 但并不影响电动机的运行, 其电流波形近似于正弦。变频器的低次谐波可以有效抑制, 高次谐波含量较小却无法消除。高次谐波会增加电动机绕组中的铜耗、铁耗及附加损耗, 特别是转子铜耗。
低频运行时变频调速系统中电动机的转速很低, 电源中高次谐波会增大损耗, 但电动机的冷却风量随转速的三次方成比例减小, 致使电动机的低速冷却状态变得很差, 温升增加。
综上所述电动机额外发热, 温度增高, 效率降低, 电动机寿命减小。如将普通三相异步电动机运行于变频器输出的非正弦电源条件下, 其温升一般要增加5℃~10℃。
2) 电动机绝缘强度问题。
变频调速系统中电动机定子绕组要承受很高的电压上升率, 会对电动机定子绕组绝缘构成威胁, 瞬间高压的反复冲击会加速绕组绝缘的老化, 严重的会引起绕组匝间短路, 烧毁电动机。
3) 谐波引起的电磁噪声与振动问题。
变频器供电时, 电磁、机械、通风等因素引起的振动和噪声变得更加复杂。变频电源中含有的各次谐波与电动机电磁部分的固有空间谐波相互干涉, 形成各种电磁激振力。由于变频调速系统电动机工作频率范围较大, 转速变化范围也大, 各种电磁力波的频率很难避开电动机的各构件的固有振动频率。当电磁力波的频率和电动机机体的固有振动频率一致或接近时, 将产生共振, 从而加大噪声。
2 变频电动机与普通电动机的区别
1) 电磁设计方面。
工况下的变频电动机, 由于临界转差率反比于电源频率, 因此起动性能不需过多考虑。关键是非正弦波电流对电动机的影响, 电磁设计时注意从以下几个方面采取措施:
a.尽量减小定子和转子绕组的电阻, 减小定子电阻可以降低基波铜耗, 弥补高次谐波引起的铜耗。
b.抑制电流中的高次谐波, 需适当增大电动机定子和转子绕组的电感。
c.变频电动机设计时电磁负荷设计余量大, 主磁路设计一般为不饱和状态, 首先考虑高次谐波会对深磁路饱和;其次考虑低频时, 适当提高变频器的输出电压来提高输出转矩。
2) 结构设计方面。
结构设计时, 主要从以下方面考虑非正弦电源对变频电动机的绝缘、振动、噪声、冷却方式等方面的影响:
a.绝缘结构加强, 电动机绕组绝缘等级一般为F级绝缘, 对地绝缘和匝间绝缘强度的加强, 以提高承受高频电压的水平。
b.对电动机的振动、噪声问题要充分考虑电动机构件及整体的刚性, 尽力提高其固有频率, 以避开与各次力波产生共振。
c.电动机需经常在低速状态下运行时, 冷却方式一般为强迫通风, 即采用独立的电动机驱动主电机散热风扇。
d.防止轴电流措施, 对容量超过160 k W电动机 (一般为10 k V) 应采用轴承绝缘措施。主要是因为易产生磁路不对称, 也会产生轴电流, 当其他高频分量所产生的电流结合一起作用时, 轴电流将大为增加, 从而导致轴承损坏。
e.恒功率调速时 (频率向50 Hz以上调整) , 电动机转速可能会很高, 这由变频调速系统的调速范围确定。一般电动机的临界转速为额定转速的1.2倍, 而恒功率调速电动机的临界转速可能很高, 所以设计时对转子、轴及轴承的机械强度要有高要求。
从以上分析可得出, 变频调速系统设计中应尽量选择变频电动机。若选择普通电动机, 从原理上说可用, 但电动机的温升增大, 效率降低, 最终会大大降低电动机的使用寿命。
3 变频调速系统中变频器的选择
1) 变频器控制方式的选择。
变频器控制方式主要分四种, V/fl控制方式、转差控制方式、矢量控制方式和直接转矩控制方式, 前两种是开环控制, 后两种是闭环控制。变频器控制方式的选择要根据生产机械的类型、调速范围、静态速度精度及起动转矩的要求等方面综合考虑。
对于水泵、风机、压缩机等负载, 为恒转矩负载, 对调速范围和调速要求较低, 可选择V/fl控制方式。V/fl控制方式调速范围一般在10∶1;转速精度在2%~3%, 优点是结构简单、操作方便、价格便宜, 缺点是开环控制, 控制性能较低, 低速时, 需改变低频转矩特性, 来进行转矩补偿。
对于要求张力、恒线速的浆纱机、热定型机等低速时要求有较强的机械特性, 并要有一定的调速精度, 可选不带速度反馈的矢量控制方式;对于对调速精度及动态性能方面都有较高要求的, 可选带速度反馈的矢量控制方式。矢量控制方式优点是调速范围可达1 000∶1, 转速精度在0.5%左右。
对于电力机车、交流伺服系统、起重机、电梯等要求高精度控制力矩的设备, 常采用直接转矩控制方式。直接转矩控制是直接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, 不需要将交流电动机转化成等效直流电动机, 因而省去了矢量旋转变换中的许多复杂计算。计算速度和精度都比矢量控制方式有所提高。
2) 变频器容量的选择。
变频器容量的选择应根据所拖动负载的类型和调速要求, 计算出运行过程中出现的最大工作电流来选择, 同时考虑变频器容量与电动机容量的匹配。
a.风机、水泵、空压机等常用的负载, 调速范围不大, 变频器的额定电流一般按电动机额定电流的1.1倍选择, 则变频器的容量也按电动机容量的1.1倍选择。
b.周期性变化负载连续运行时变频器容量的计算, 很多情况下电动机的负载具有周期性变化的特点。在此情况下, 按最大负载选择变频器将是很不经济的, 变频器的容量可在最大负载和最小负载之间适当选择, 以便变频器得到充分利用而又不过载。
c.非周期性变化负载连续运行时变频器容量的计算, 这种情况很难做出负载电流图, 可按电动机在输出最大转矩时的电流计算变频器的额定电流。
d.单台变频器驱动多台电动机时容量的选择, 一般情况下多台电动机由单个变频器供电时, 功率较小的电动机采用直接起动, 功率较大的电动机则由变频器实现软起动。
4 结语
近年来, 随着变频器设计开发技术的进步, “绿色”变频器逐步推广使用。所谓“绿色”变频器即输入、输出电流都是正弦波;输入因数可控, 带任何负载时都能使功率因数达到0.95以上;可获得工频上下任意可控的输出频率。变频器内置交流电抗器, 能很好的抑制谐波, 同时保护整流桥不受电源电压的瞬间尖波影响;为了减少谐波造成的干扰, 在变频器输出回路安装噪声滤波器, 降低载波频率;在大功率变频器中采用低谐波技术。这样的变频器虽然一次投资高于普通变频器, 却可明显提高电源质量。装置变电所使用变频器较多时, 节省了治理电网谐波、提高电网质量的费用, 是解决电源污染, 真正环保节能的有效方法。
参考文献
[1]李发海, 朱动起.电机学[M].第3版.北京:科学出版社, 2005.
[2]杨兴瑶.电动机调速的原理及系统[M].第2版.北京:水利电力出版社, 1995.
变频调速器在涂层机上的应用 篇2
多单元织物涂层机的工艺流程为：织物进给à上胶à焙烘à1轧à刀涂à2轧à锡林à成品卷取，整机由5台电动机拖动。生产要求车速在0 ~ 30m/min范围内连续调节，各单元同步运行，并保持一定张力。该机各单元均为恒转矩负载，要求起动平稳、低速起动力矩较大。通过分析比较，确定各单元均采用FTY系列三相永磁同步电动机驱动，由一台变频器控制，以确保各单元齐速运行。为弥补各单元由于机械磨损而造成的累积线速度误差，则通过装于各电动机轴上的齿链式无级减速器作速度微调。
1. 控制系统的组成
根据工艺要求，4个单元的驱动电机均选用3kW、380V；锡林的驱动电机选用7.5kW、380V。变频器选用三垦SAMCO - LF-37K型。
2. 控制系统的工作过程
(1) 工作单元的选择
根据生产品种和工艺条件的.不同，织物涂层时，有些单元不需运转，这可通过选择电路进行选择。选择只能在开车前进行，不允许在运行中投入和切换单元电动机，以防过压、过流保护动作，使变频器停止工作。开车前，继电器KM1的触点11-13为常闭状态，此时按SST1 ~ SST5中的任何一个起动按钮，就可使相应的接触器吸合，使预选的单元电动机投入。若投入有错，可按SSTP1，使电路复位，重新进行选择。当电动机起动后（K吸合后），KM1的触点11-13断开，11-33闭合，保证了在运行中任何单元电动机不能投入，也不能使选择电路复位进行单元切换。
(2) 起动过程
1 工作单元选好后，按下按钮SST6，接触器K吸合并自保，变频器电源接通。
1 按下按钮SST7，继电器KM1吸合并自保，使FR-COM1接通，调节电位器RP，变频器驱动各单元电机正转，外接频率计P，则显示频率，将频率调至工艺车速值，系统开始正常运行。
(3) 停车过程
1 正常停车：按下SSTP3（SSTP4），KM1失电，FR - COM1断开，系统按设定的减速时间降频停车。
1 自由停车：按下SST8（SST9），KM2得电吸合并自保，其触点43 - 45断开、MBS - COM1接通，变频器即停机，输出频率降为零，电机呈空转自由停车状态。
1 紧急停车：当任一电机过载，使其热继电器动作时，触点11-57接通，KM4吸合，ES - COM1接通，变频器则报警停机。
正常停车或自由停车后，再开车时，按下SST7，系统即按设定的升速时间升至工艺车速；紧急停车后，待事故处理完毕再开车时，应先按复位按钮SST10解除报警，再按SST7，系统亦将按设定的升速时间加速到工艺车速。
3. 变频器参数的设定
SAMCO - LF -37K变频器可供设定的参数有215个，根据工艺要求，只对其中的部分参数给于设定，其它参数可采用出厂时的设定值。我们只对下列参数进行设定。
(1) 运转指令选择 以外部信号控制运转。
(2) 频率指令选择 频率设定用电位器操作。
(3) 频率、电压和电流的设定 基准频率和最高频率均设定为50Hz，最高输出电压设定为400V，最大输出电流设定为额定电流的120% 。
(4) 加减速时间的设定 三相永磁电动机的起动
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
变频调速器在供暖水泵中的应用 篇4
水泵是提升输送液体的机器, 它把原动机的机械能转化为被输送液体的势能。随着东北老工业基地的发展建设, 东北特钢集团北满特殊钢有限责任公司管理越来越科学化、精细化, 拆除了很多不合理的建筑, 使供暖面积相对减少, 所以供暖水的流量压力必须做相对的调整。方法有二种:一是人工关小阀门, 此时水泵功率减小幅度不大, 出口压力很高, 阀前阀后形成很高的压差, 轴封处会造成很大的资源浪费和能量损失, 存在着“大马拉小车”的情况。二是给供暖水泵电机安装变频调速器, 使供暖供水系统变为变频调速供水系统。用不改变阀门开度, 通过调节电动机的转速来达到调节流量的方法。实践证明系统运行可靠达到了良好的节能效果。
1 变频调速供水系统的工作原理
水泵启动后向管网供水, 由于用水量的增加, 管网压力降低, 由传感器将压力的变化转换为电信号, 输给控制器, 控制器向变频调速器提供控制信号, 经比较计算处理后, 变频器改变电机的频率和电压, 从而改变水泵的转速, 从而达到随时调节管网压力保持恒定的目的。
2 变频器调速节能原理分析
我们采用了LGSV220TH-4U型变频调速器对供水系统进行变频调速控制。
以前靠调节闸阀增加管路阻抗力来改变流量或压力, 消耗水泵多余的扬程。如图1。
R1—管路原有阻抗曲线
R2—关小闸门后阻力曲线
H—Q (100%) ——100%转速时扬程流量曲线
H—Q (80%) ——80%转速时扬程流量曲线
R1管路阻抗曲线变到R2, 工作点由A点移至B点, 在这种传统调节流量的方法中, 泵转速不变 (100%) , 减小流量要关小阀门, 流量从Q1—Q2, 是靠管道阻抗曲线由R1变到R2 (靠关小闸门) 来实现的。此时扬程由HA升至HB, 相对A点HA消耗扬程为HB-HA, 相对变频C点HC消耗扬程BC段即HB-HC, 这部分扬程为功率损失增大部分, 显然BC段为增加闸阀损失, 即浪费电能。
现在, 我们取消闸阀操作, 代之以变频调速, 转速下降到原来的80%, 使水泵具有的扬程曲线改为80%的转速时的扬程曲线 (H-Q) 曲线, 它与R1管路阻抗曲线交于C点, 泵的扬程由AE降为CD, 即由HA降至HC, 节约扬程HA-HC, 由于流量减少, 管道阻抗压降也减小, 实际节约BC段即 (HB-HC) , 大于HA-HC段, 因为HB大于HA, 所以不难看出阴影部分面积是最少节约的电能。
这就是用变频调速器控制代替闸阀控制节约电能显著的原理。
根据水泵的比例律可知:当水泵转速从n变至n′时水量Q、扬程H及轴功率N的变化关系如下式:
即流量与转速成正比, 扬程与转速的平方成正比, 轴功率与转速的立方成正比。如图2
Q-H流量与扬程的特性曲线
Q-N流量与功率的特性曲线
Q-η流量与效率的特性曲线
3 应用实例
北方冬季供暖时间一般是六个月, 共计180天
3.1 用闸阀控制供暖压力时
水泵实际电流460安培, 电压380伏, 效率85%, 水泵实际每小时输出功率为:
千瓦时即每小时耗电218.7度
其中1.732为常数, 0.85为功率因数
每天耗电:218.7度/小时×24时=5248.8度
每个采暖期耗电:5248.8度/天×180天=944784度
3.2 采用LGSV220TH-4U变频调速器后水泵实际电流250安培, 电压380伏、效率0.85%, 水泵实际每小时输出功率为
千瓦时即每小时耗电118.9度
每天耗电:118.9度/小时×24小时=2853.6度
每个采暖期耗电:2853.6度/天×180天=513648度
通过对比分析, 采用变频调速后每小时可节电99.8度, 每日节电2395.2度, 每个采暖期可节电431136度。若电费按0.7元/度计算, 每个采暖期节约电费301795元。安装SV220TH-4U变频调速器系统总投资额为40万元, 投资回收年限n
因为n=1.3年≤2年, 所以在2年以内投资额全部回收并有部分收益。
4 应用效果
自采用SV220TH-4U变频调速器后有以下效果:
4.1 系统性能稳定, 工作可靠、操作简单、维修方便。
4.2 设备具有软起动功能, 响应速度快, 调速方便。
4.3 提高了供暖质量, 使供暖压力基本恒定。
4.4相对于原系统节能效果显著。
结束语
《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
DCS系统结合变频调速应用实例 篇6
关键词：DCS；PID组态；变频调速；自动控制
中图分类号：TH445 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）05-0036-02
1 DCS系统结合变频调速运行的原理
目前大型工业锅炉自动控制使用的DCS系统能够在线实时采集过程参数，实时对系统信息进行加工处理，结果能迅速反馈给系统，完成自动调节和控制。组态软件系统中各功能块的组合可精确实现偏差运算、PID运算、调节器等功能，与变频调速装置及压力测量反馈配合能构成高稳定性的闭环控制系统，可实现跟踪负荷的变化，根据目标值自动调节变频器的运行频率给定值。
2 DCS系统控制变频风机恒压运行方案的设计
2.1 控制对象
灰库，容积300 m3，由于储存的物料为粉状物，因此要求库内压力维持在-800 Pa左右的负压，以利于输送管道里的物料顺利进入。
2.2 执行机构
调速变频器及负压风机电机，变频器选用ABB ACS 800—04P—0025—3+P901适配通用电机，功率25 kW额定电流49 A。一般用于连续运行的变频器容量的选择基本方法是，变频器额定输出电流约等于1.03倍电机的额定电流。 电机功率 22 kW，额定电流：42.2 A。
2.3 传感器
压力变送器（PT），选用罗丝蒙特3051型-1.5～1.5 kPa，用于检测灰库压力，将压力信号变换成4～20 mA的标准电流信号反馈给DCS系统的Dev模块。
3 DCS系统组态的设计
DCS系统能对实时数据处理并输出测点的节点称为DPU，DPU可用类似CAD方式的图形组态工具进行组态，组态针对一个DPU进行，组态内容包括DPU内部的控制策略，内部点与I/O卡及端子板等硬件的对应关系及内部点与全局点之间的对应关系等。
3.1 控制外部设备和测点信号采集
系统控制外部设备和测点信号反馈、采集等都必须由端子板硬件模块I/O板来完成，根据信号的不同性质选择相对应的端子模块。如启动信号反馈，远方/就地等属于开关量输入信号，应选用开关量输入端子模块即DI板，用于变频启/停信号是属于开关量输出信号，相应选用开关量输出端子模块，即DO板。
3.2 DPU组态功能模块设置
DPU是DCS的一种功能，而并不具体到什么硬件，可以通过I/O驱动与不同的I/O硬件连接，本项目的DPU组态思路。变频器的启动，模块中的Out 1点是风机启动停止指令输出点。
3.3 变频自动控制DCS逻辑图
变频器的频率给定控制是按照闭环控制系统（closed-loop control system），如图1所示。
如图所示，变频器运行频率的给定有两种方式，手动及自动控制方式，并且手自动的切换实行无扰切换。由AO摸块模拟量页间输入模块37引用，通过AO板端子输出4～20 mA电流信号作为变频器频率给定，控制变频器运行。
变频器运行频率的给定有两种方式，手动及自动控制方式，并且手自动的切换实行无扰切换。图中灰库风压给定和灰库风压反馈两个值分别送入Dev（偏差运算模块）的X1、X2输入点，Dev模块将两个值进行比较求出偏差，其偏差值由Y点送出至Epid（PID运算模块）的E点输入，Epid模块中TR点是被跟踪量设置、Kp点是放大系数设定、Ti是积分时间设置、Td是微分设置。
以上几个参数是根据厂家推荐的经验值结合凑试法得出的参数设置。凑试时先调比例系数，将参数由小变大并观察系统响应，直到得到反应快，超调小的响应曲线。
在调整积分时，先将积分设定在一个较大的值，然后略为调小比例系数，再减少积分时间，使系统得到良好的动态响应，且静差得到消除。
以上调整已能满足要求，微分可不须调整设置为0。偏差信号经Epid模块运算后由Y点送出至ES/MA（模拟软手操器摸块）的X点，M/A站输入，作为模拟软手操器的自动调节信号。SP点是负压给定值打包控制点输出，信息送至模拟量上网模块31供实时网共享，其信息被Dev模块的X1点灰库风压给定引用。ES/MA模块的FB点是变频频率反馈，S点是手动自动无扰切换点，Y点是M/A站输出，属于被控量输出，送至模拟量页间输出模块37。
由AO摸块模拟量页间输入模块37引用，通过AO板端子输出4～20 mA电流信号作为变频器频率给定，控制变频器运行。 4 变频器的选择
4.1 现在较常用的交流调速传动
主要是指采用电子式电力变换器对交流电动机的变频调速传动，即变频调速。交流调速传动控制技术是电力电子器件IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor），包括半控型和全控型器件的制造技术、基于电力电子电路的电力变换技术、交流电动机的矢量变换控制技术、直接转矩控制技术、PWM（Pulse Width Modulation）技术以及以微型计算机和大规模集成电路为基础的全数字化控制技术等。
4.2 交-直-交变频器
变频器是利用交流电动机的同步转速随电机定子电压频率变化而变化的特性而实现电动机调速运行的装置，先把工频交流电通过整流器变成直流电，然后再把直流电变换成频率、电压均可控制的交流电，它又称为间接式变频器。本课题中所用变频器即为交-直-交变频器。
4.3 交-直-交变频器其基本构
由主电路（包括整流器、中间直流环节）和控制电路组成，各部分作用如下所述。
4.3.1 整流器
电网侧的变流器，是整流器，它的作用是把三相（或单相）交流电整流成直流电。
4.3.2 中间直流环节
由于逆变器的负载属于感性负载，在中间直流环节和电动机之间总会有无功功率的交换。这种无功能量要靠中间直流环节的储能元件（电容器或电抗器）来缓冲。
4.3.3 控制电路
控制电路由运算电路、检测电路、控制信号的输入、输出电路和驱动电路等构成。其主要任务是完成对逆变器的启停控制、对整流器的电压控制、对逆变器的输出频率、电压进行控制以及完成各种保护功能等，主要靠软件来完成各种功能。
5 结 语
DCS系统结合变频调速技术是利用现代先进的计算机工控技术及电力电子技术，交流调速技术达到远程控制、自动调节的目的，体现了科技就是第一生产力和以人为本的现代化生产观念。在倡导节约型社会的今天，应用变频调速也是企业改造挖潜、提高效益的一条有效的途径，同时也是国民经济可持续发展的需要。
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交流变频调速器在空调风机上的应用 篇7
关键词：交流电,变频调速技术,风机,空调,节能
众所周知, 能源问题在我国相当突出, 而且近期内无法根本解决, 能源缺口大, 能源浪费惊人, 能源形势相当严峻, 能源价格不断上升, 所占产品成本比例越来越大, 这都直接影响到企业的经效益。如何应用和推广最新的科技成果, 节约能源, 让有限的能源发挥最大的作用, 对于国民经济建设的不断发展有着举足轻重的意义。
1 设计思路
交流变频调速技术以改变交流电动机的电源频率来改变交流电动机的速度, 是一项轻成熟的高科技成果。这项调速技术所采用的变频器是一种较为理想的高效调速装置, 具有体积小、重量轻、安装操作简便、调速范围平滑、节电效果好、稳定可靠等优点, 正逐步取代原有的机械调速、串级调速、滑差调速、直流调速等装置。在西欧, 尤其是在日本、美国、法国, 交流变频调速技术得到了广泛得应用。
空调风机采用交流变频调速是一项行之有效的节能措施。在城市轨道交通行业, 由于地铁车站通风空调工艺的需要, 对车站内温、湿的调控是比较严格的, 温度过高、过低、湿度偏大、偏小, 都要影响到市民乘客的舒适感。因而, 无论在设计、安装或调试过程中, 温、湿度控制都将作为一项极其重要的现场条件加以配制。而通风空调机的用电量在目前的用电水平下, 已占整个车站用电量的20% 。而且, 随着生存发展的要求, 产品结构的改革和劳动保护条件的改善, 对通风空调提出的要求越来越高, 空调机的用电量将占整个动力用电的30% 。
由于季节不同而造成城市地铁车站内外的温差, 以及通风系统工艺的变更对温、湿度的不同要求, 决定了空调机经常要相应调速, 改变风量。以往, 一帮空调风机大都配置单速电动机, 使用恒速交流传动, 季节之间的温差变化, 只采用调节管道风阀阀门的方法来进行, 费时、费工, 而且不是十分精确。通风工艺变换, 只能以挡板, 阀门和空放回流等办法进行风量调节。空调风机又长时期运行在效率极低的情况下。一般随季节气温的变化, 风量变化应是很大的, 春季只需要额定值的60 ~ 70% 而冬季只有30 ~ 50% 。即使在夏季, 深夜和气温较低时也并不需要设备的最大风量, 由于风机不能调速, 大量的电能只好白白浪费掉。
为了节约能源, 合理调节车站内的温度湿度, 减轻维保人员的劳动强度, 降低能耗, 提高运营的经济效益, 在南昌地铁1 号线各车站通风空调部分使用了schneider变频器和FRN自控调节器, 经一个多月的实际使用和测试, 证明节电效果明显。
2 节能效果
我院设计的珠江路站为例, 该车站通风空调使用分布情况如表1所示。
我院设计的珠江路站, 共有7 套空调系统, 总装机容量95. 5KW ( 不包括冷冻房的压缩机、水泵) , 空调用电占车站动力用电的20% 左右, 全年耗电超过66 万KW·h, 夏季高峰期月用电13 万k W·h, 现对变频调速与工频运行情况进行了对比分析。
根据风机所耗功率于与转速的三次方成正比的原理: P = Kn3 ( K为比例系数) ; 若所需要的风量降少20% , 则相应的电机转速应降低20% , 实际转速为80% , 则: ( 0. 8) 3≈51% , 风机节电可达50% ; 则如若降低一半转速, 则: ( 0. 5) 3≈13% , 可望节电87% 。基于这一个原理, 经可行性调研, 进行技术经济比较后, 我们于珠江路车站北端公共区通风空调风机安装、调试变频器为例, 经过一个多月的试用, 运转正常, 节电效果明显, 两次测试数据示于表2, 表3 中。
注: 表中所列的参考电压、电流、转速是指变频器荧光屏上所显示的输入电压, 输入电流及电机转速。
根据耗能公式:
可以算出, 当空调风机工频 ( 50Hz) 运转时, 每小时耗电量为27k W·h, 而当空调风机降低转速20% 时 ( 约40Hz) , 每小时耗电量约为11.25k W·h。
综上所述, 使用变频器调速后, 在30k W空调风机上, 每小时节电约为27 - 11. 25 = 15. 75 ( k W·h) , 若以每天运转22. 5 小时计, 每天节电则为15. 75 × 22. 5 = 354. 75 ( k W·h) , 每月节电: 354. 375 × 30 =10631. 25 ( k W· h ) , 每年 ( 按10 个月计算) 节电: 10631. 25 × 10 =106212. 5 ( k W·h) 。
也就是说, 使用交流变频调速后, 珠江路车站北端公共区的通风空调风机一年可节电10 万余度。为了取得可靠的节电资料, 我们还将使用变频调速后的珠江路车站北端公共区的通风空调机一个月的实际耗电数与工频运行时耗电数 ( 恒速交流) 作了比较。
工频运行时抄表统计耗电数为21388 ( k W·h) ; 使用变频调速后实际耗电数为: 113 ( 电表字数) × 30 ( 变化) × 3 ( 相数) = 10170 ( k W·h) ; 相比之下, 减少电耗11218 ( k W·h) ; 交流变频调速耗电与无调速耗电之比是: 10170 /21388 × 100% = 47. 5% ; 节电率为: 11218 /21388 ×100% = 52. 5% 。
若电价安0. 48 元/k W·h计算, 一月可节约5384. 64 元, 一年可节约近6 万元。大约一年办即可收回购买变频器的投资。当然, 节电的意义不仅表现在经济上, 更重要的是当前能源紧张, 供需矛盾突出。变频器的使用对暖和当前能源紧张状况可起到了一定的作用, 而且体现了“勤俭建国”的方针。因此, 它的经济效益和社会效益都不容忽视。
3 结束语
我们在应用交流变频调速节能新技术方面, 还认识到: 先进设备和高新技术在推广使用中人的因素不能忽视。虽然我们采用schneiden变频器和FRN温湿度自控调节器、传感器来调节车间的温湿度, 按规定, 只要设置好某一个定值, 风量既能自行调节, 减轻了维保人员的劳动强度, 节约了能源。但如果管理跟不上, 人的素质不提高, 节电效果还是不显著。因为车站内的温湿度, 随着通风工艺的不同要求, 经常需要调整。它不仅取决于风量的大小, 还于季节的变化, 环境温湿度的变化, 水泵的开停, 压力的大小, 喷淋效果的好坏, 冷冻水的供给, 加热管使用以及外风、回风的使用都有密切的关系。我们仅仅在风量的调节上实现闭环控制, 其他因素还需要人去调整, 因此, 提供了先进的设备后, “耗电定额”、“维护须知”等管理制度都需进一步完善, 以达到预期的效果。
交流变频调速技术用于空调风机控制, 由于其技术先进、功能齐全、效率高、调速范围大、精度高、节电效果显著, 因此是一种理想的调速控制方式。既提高了设备效率, 又降低了能源损耗, 经济效益十分显著。
参考文献
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变频调速原理及应用 篇8
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
变频调速技术及其应用综述 篇9
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
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论变频调速原理与应用状况 篇10
水泥行业的机立窑风机是立窑系统中的核心设备。由于在生产过程中立窑产量波动变化,鼓风机的负载变化较大,而动力源电机由于工频运行,其转速不变,即输出功率的变化不随负载的变化而变化,故浪费了大量的电能,同时又给调节增加困难。本文探讨变频调速原理与应用状况。
1 变频调速的控制原理
变频器根据电机的外特性对供电电压、电流和频率进行控制。不同的控制方式所得到的调速性能、特性及用途是不同的。按系统调速规律来分,变频调速主要有恒压频比(V/F)控制,转差频率控制,矢量控制和直接转矩控制4种结构形式。
1.1 V/F恒压控制
根据电机学原理,异步电机的同步转速由电频率和电机极数决定,频率改变,电机的同步转速随着改变,电机加载运行时,电机转子转速略低于电机的同步转速。即存在着滑差,滑差的大小与电机的负载大小有关。
V/F恒定控制是在控制电机电源变化的同时控制变频器的输出电压,并使二者之比V/F恒定,从而使电机的磁通基本保持恒定。它主要用于要求不高的场合。如风机水泵的节能调速。它的突出优点是电机的开环速度控制。
V/F恒定控制的主要问题是低速性能较差。其原因是低速时异步电机定于电阻压降所占比重增大,不能认为定于电压和电机感应电势近似相等,仍按V/F恒定控制已不能保持电机磁通恒定,为此常用低频磁通补偿方法进行V/F恒定控制,其控制原理如图1。图1中,磁通补偿环节PWM脉宽调制信号生成器由微机实现,给定积分器是对定于电压U1,电流i1电阻R1进行积分,即Φ=f(U1-R1i1)dt。
1.2 转差频率控制
异步电机的转矩与气隙磁通,转子电流及转子电路的功率因数有关,气隙磁通不变时,异步电机的转矩近似和转差频率成正比,故在恒磁通时,通过控制转差频率,就可控制转矩。转差频率控制的PWM变频调速系统原理图2。转速给定信号Un与反馈信号Un形成转速误差作为转差调节器的输入,转差调节器可用常规PI调节器,也可按其他控制规律设计,其输出为转差频率指令Us,它和反馈信号Un按Ws+W=W1的规律合成得到转子频率指令Uf1,来控制逆变器的输出频率。同时,Uf1送至恒磁通补偿器,产生相应的电压指令信号Uu1,来控制逆变器的输出电压。
1.3 矢量控制
异步电机动态数学方程式和直流电机动态方程式有相同的形式,若选择合适的控制策略,异步电机应能得到和直流电机类似的控制性能,这就是矢量控制。
从电机旋转磁场产生看,在三相绕组中通以三相对称电流可产生圆形旋转磁场,二相绕组中通互差90°的电流也可产生圆形旋转磁场,故三相绕组产生的磁场可用二相绕组产生的磁场来等效。矢量控制中的3/2、2/3变换计算就是一种等效计算;另外,从旋转磁场产生的角度考虑,设交流电机的旋转磁场由直流产生,则产生磁场的绕组需以电机的同步转速旋转,这时,在控制计算中需增加旋转变换,即将静止的定子绕组通以交流电产生的旋转磁场等效为由旋转的绕组通以直流电所产生的磁场。
以上变换原理构成异步电机矢量控制,图3为直接磁场定向矢量控制原理图,它可分别控制电机励磁和转矩电流,改善电机的动态性能。图中,从电机定子检测出的三相电流经坐标变换成ias和iqs(下标S表示定子量)。Ids和iqs分别与励磁电流分量ids和转矩电流分量iqs构成闭环控制,其误差信号经PI调节器形成(于d-q坐标系上),定子电压设定值Uds和Uas再经坐标变换(于U-V-W坐标系上)产生定子电压,设定值Uso坐标变换所需要的2种坐标系轴线之间的夹角θ由检测磁通的计算得到。
矢量控制技术在变频调速中已广泛应用,但它需要对电机参数进行估算,如何提高参数的准确性是一直研究的课题。
1.4 直接转矩控制
直接转矩控制技术是1985年由鲁尔大学Depenrock教授提出的,它用空间矢量的分析方法,直接在定子坐标系下计算并控制交流电机的转矩,用定子状态进行最佳控制,以获得转矩的高动态性能,它采用滞环比较控制电压矢量使得磁通、转矩跟踪给定值,响应速度限制在1拍之内,无超调,是一种高静动态性能的交流调速方法。
2 变频调速技术的应用
变频交流调速最适用于减转矩特性负载,此类负载的转矩与转速的平方成正比(如风机泵类等),实践证明,这类负载采用交流变频调速技术,节能效果十分显著。
对恒转矩负载(如提升机喂料机等)的输入转矩基本上与转速无关,采用变频器实现负载的无级调速可大大提高劳动生产力,但电机的启动力矩应能使设备正常起动。因设备存在静磨擦力,要提高低速时的电压补偿(即改变V/F模式)改变变频器本身短时间的过流能力,但低速电压补偿提得过高,又易引起过流保护,这种情况可将变频器的容量提高一个档次,或用矢量控制或直接转矩控制的变频器。矢量控制或直接转矩控制可在不过流的情况下提供较大的起动转矩。
对随电机转速下降而要求电机输出转矩增加的恒功率负载,虽易满足无级调速的要求,但却不能满足低转速时输出大转矩的要求,如车床的主轴运动,低速时往往进刀较深,此时要求提供大转矩,而在高速时,切削量小,此时要求提供小转矩,对这类负载,用变频器一定要慎重。总之,对不同的负载应选择不同的控制方式和变频器的容量。
应用变频时,除选择合适的容量,确定合理的控制方式外,还应选择变频器的运行方式和外用设备,因控制对象和负载及调速系统要求的响应速度和精度不一样,通常,变频器有多种运行方式,但常用的主要有正反转,并联,自动,同步及带制动器运行等方式,当变频器作为电机的电源时,有些变频器有控制电机正反转的功能,有些又没有此功能。对有正反转控制功能的变频器,可直接用变频器的正反转控制信号控制电机,对没有此功能的变频器,应用接触器切换变频器输出相序。至于变频器的外围设备,则应根据具体控制要求选用。变频器的保护和抗干扰措施也是应用变频器时应注意的问题。
3 结束语
变频器调速技术是强弱电混合,机电一体化的综合技术。变频器可根据电机的外特性对供电电压、电流和频率进行控制,改变其输出频率(即电机转速)实现电机输出与负载间的转矩平衡,满足对立窑生产中负载变化对电机要求不同转速的要求。
由于变频器用软启动方式以减少启动时对电冈及电机本身机械部分的冲击,从而延长其机械寿命,设备安装简便,调速性能优越,节电效果明显。本公司自2005年在机立窑鼓风机、卸料机、选粉风机等16台电机应用变频器,节电效果明显,吨水泥综合电耗下降18kWh,变压器容量减容1500kVA(现用2500kVA,原4000kVA),变压器容量基本电价每月20元/1kVA。8个月的节支电费和减容的基本电价就可回收16台变频器的总投资。实践证明,企业应用变频器有着重要的实用价值。
参考文献
