变频技术范文第1篇
[关键词]变频技术谐波功率因数
随着电力电子、计算机技术的迅速发展,交流调速取代直流调速已成为发展趋势。变频调速以其优异的调速和启、制动性能被国内外公认为是最有发展前途的调速方式。变频技术是交流调速的核心技术,电力电子和计算机技术又是变频技术的核心,而电力电子器件是电力电子技术的基础。电力电子技术是近几年迅速发展的一种高新技术,广泛应用于机电一体化、电机传动、航空航天等领域,现已成为各国竞相发展的一种高新技术。
一、变频技术的发展过程
变频技术是应交流电机无级调速的需要而诞生的。电力电子器件的更新促使电力变换技术的不断发展。起初,变频技术只局限于变频不能变压。20世纪70年代开始,脉宽调制变压变频(PWM-VVVF)调速研究引起了人们的高度重视。20世纪80年代,作为变频技术核心的PWM模式优化问题吸引着人们的浓厚兴趣,并得出诸多优化模式,如:调制波纵向分割法、同相位载波PWM技术、移相载波PWM技术、载波调制波同时移相PWM技术等。
VVVF变频器的控制相对简单,机械特性硬度也较好,能够满足一般传动的平滑调速要求,已在产业的各个领域得到广泛应用。但是,这种控制方式在低频时,由于输出电压较小,受定子电阻压降的影响比较显著,故造成输出最大转矩减小。矢量控制变频调速的做法是:将异步电动机在三相坐标系下的定子交流电流Ia、Ib、Ic通过三相——二相变换,等效成同步旋转坐标系下的直流电流Iml、Itl,然后模仿直流电动机的控制方法,求得直流电动机的控制量,经过相应的坐标反变换,实现对异步电动机的控制。
直接转矩控制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。它不需要将交流电动机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;它不需要模仿直流电动机的控制,也不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型。VVVF变频、矢量控制变频、直接转矩控制变频都是交-直-交变频中的一种。其共同缺点是输入功率因数低,谐波电流大,直流回路需要大的储能电容,再生能量又不能反馈回电网,即不能进行四象限运行。为此,矩阵式交交变频应运而生。
二、变频技术与家用电器
现代社会,家用电器开始逐步变频化,出现了电磁烹任器、变频照明器具、变频空调、变频微波炉、变频电冰箱、IH(感应加热)饭堡、变频洗衣机等。家用电器则依托变频技术,主要瞄准高功能和省电。
首先是电冰箱,由于它处于全天工作,采用变频制冷后,压缩机始终处在低速运行状态,可以彻底消除因压缩机起动引的噪声,节能效果更加明显。其次,空调器使用变频后,扩大了压缩机的工作范围,不需要压缩机在断续状态下运行就可实现冷、暖控制,达到降低电力消耗,消除由于温度变动而引起的不适感。近年来,新式的变频冷藏库不但耗电量减少、实现静音化,而且利用高速运行能实现快速冷冻。在洗衣机方面,过去使用变频实现可变速控制,提高洗净性能,新流行的洗衣机除了节能和静音化外,还在确保衣物柔和洗涤等方面推出新的控制内容;电磁烹任器利用高频感应加热使锅子直接发热,没有燃气和电加热的炽热部分,因此不但安全,还大幅度提高加热效率,其工作频率高于听觉之上,从而消除了饭锅振动引起的噪声。
三、电力电子装置带来的危害及对策
(一)谐波与电磁干扰的对策
1.谐波抑制。为了抑制电力电子装置产生的谐波,一种方法是进行谐波补偿,即设置谐波补偿装置,使输入电流成为正弦波。传统的谐波补偿装置是采用IC调谐滤波器,它既可补偿谐波,又可补偿无功功率。其缺点是,补偿特性受电网阻抗和运行状态影响,易和系统发生并联谐振,导致谐波放大,使LC滤波器过载甚至烧毁。此外,它只能补偿固定频率的谐波,效果也不够理想。电力电子器件普及应用之后,运用有源电力滤波器进行谐波补偿成为重要方向。其原理是,从补偿对象中检测出谐波电流,然后产生一个与该谐波电流大小相等极性相反的补偿电流,从而使电网电流只含有基波分量。这种滤波器能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿,且补偿特性不受电网阻抗的影响。大容量变流器减少谐波的主要方法是采用多重化技术:将多个方波叠加以消除次数较低的谐波,从而得到接近正弦的阶梯波。重数越多,波形越接近正弦,但电路结构越复杂。小容量变流器为了实现低谐波和高功率因数,一般采用二极管整流加PWM斩波,常称之为功率因数校正(PEC)。典型的电路有升压型、降压型、升降压型等。
2.电磁干扰抑制。解决EMI的措施是克服开关器件导通和关断时出现过大的电流上升率di/dt和电压上升率du/dt,目前比较引入注目的是零电流开关(ZCS)和零电压开关(ZVS)电路。方法是:(1)开关器件上串联电感,这样可抑制开关器件导通时的di/dt,使器件上不存在电压、电流重叠区,减少了正关损耗;(2)开关器件上并联电容,当器件关断后抑制du/dt上升,器件上不存在电压、电流重叠区,减少了开关损耗;(3)器件上反并联二极管,在二极管导通期间,开关器件呈零电压、零电流状态,此时驱动器件导通或关断能实现ZVS、ZCS动作。
目前较常用的软件开关技术有部分谐振PWM和无损耗缓冲电路。
(二)功率因数补偿
早期的方法是采用同步调相机,它是专门用来产生无功功率的同步电机,利用过励磁和欠励磁分别发出不同大小的容性或感性无功功率。然而,由于它是旋转电机,噪声和损耗都较大,运行维护也复杂,响应速度慢。因此,在很多情况下已无法适应快速无功功率补偿的要求。随着电力电子技术的不断发展,使用SCR、GTO和IGBT等的静止无功补偿装置得到了长足发展,其中以静止无功发生器最为优越。它具有调节速度快、运行范围宽的优点,而且在采取多重化、多电平或PWM技术等措施后,可大大减少补偿电流中谐波含量。更重要的是,静止无功发生器使用的抗器和电容元件小,大大缩小装置的体积和成本。静止无功发生器代表着动态无功补偿装置的发展方向。
电力电子技术将成为21世纪重要的支柱技术之一,变频技术在电力电子技术领域中占有重要的地位,近年来在中压变频调速和电力牵引领域中的发展引人注目。随着全球经济一体化及我国加人世界贸易组织,我国电力电子技术及变频技术产业将出现前所未有的发展机遇。
参考文献:
[1]刘志、朱文坚,光机电一体化技术,现代制造工程,2001(12).
[2]梁进秋,微光机电系统国内外研究进展,光机电信息,2000(8).
[3]宋云夺编译,光机电一体化业的未来,光机电信息,2003(12).
作者简介:
黄世祥,男,贵州大学07级微电子学与固体电子学在读研究生,研究方向:电子技术。
变频技术范文第2篇
摘要：变频调速技术作为一种通过调节电机频率来达到节能目的的技术越来越多地被企业所青睐，通过变频调速来降低设备使用的功率，从而降低设备的耗能，具有效率高、精度高、易操作的特点。本文通过介绍变频调速技术在风机、泵类设备中的应用来分析该技术的节能效果，以期进一步推广该技术。
关键词：变频调速;节能;风机;泵
传统的风机、泵类设备，电能消耗很大，而且只能以定速方式运行，不仅功耗较大，效率也较低。如今，随着我国社会的发展，科技的进步，我国自80年代初发展了变频调速技术，制造了一个又一个全新的智能电机，这种智能电机具有先进的调速性能，节约电力，使用寿命长等优点，不仅解决了电能消耗大的问题，而且可使系统高效无压力的运行。目前，这种智能电机在很多领域得到了有效的使用，变频调速技术也成为了现代电力传动技术的主要发展方向之一。
1风机、泵类控制设备现状
风机、泵类设备运行控制设计简单，应用领域广泛，例如铁路的动力设备大多采用的就是风机、泵类。然而，风机、泵类控制设备面临的巨大挑战之一是电能的浪费。大多数情况下，风机的流量设计是以对最大风量的需求进行设计的，水泵的流量设计也是按对最大流量的需求进行设计的，对于风机的调整方式常常采用风门、回流等方式进行控制，不能形成一个闭环;对于水泵的调控主要通过调整阀门的大小，以及对电机的开关等方式。一些生产厂家为了保证产品的可靠性，在对风机、泵类设备配载动力驱动时，还留有裕量，例鼓风机，排风机，流风机，离心泵等。所以，很多顾客所使用的电机虽大部分时间是在额定功率下运行的，但其不能在任何情况下进行满负荷的运行。如此一来，这些电机设备除达到对动力驱动的需求外，还会消耗多余的力矩，这些力矩也是有功功率的消耗，从而浪费了大量的电能。与此同时，有些生产工艺在产品的生产过程中，需要不断的改变设备的风量或流量，工作原理其实就是给机器施加阻力，以达到调节风速与流量的目的，而这种调节的方式及其消耗电能。在对于电气的控制方面，传统的方式是设置启动装置，直接启动。这种直接启动的方式，目的是为了降低对电网的冲击，而不能调控风机、泵类的转速，因此这种方式对于节能并没有太大作用，相反，还会加大对设备的机械冲击，减少设备的使用寿命。然而目前，电动机的使用还是主流，电动机在铁路动力的提供上占60%-70%，甚至更高，因此，研究风机、泵类设备的节能问题任重而道远，意义重大。
2变频器的结构和基本工作原理
变频调速器是一种通过改变电机频率和电压的自动化装置，简称变频器，具有耐用性、高精度、多功能的特点，传统的风门、阀门、挡板逐渐被变频调速器所取代。变频器的组成部分主要包括IGB7r模块、集成电路板、开关、电容、电阻、CPU等零件。变频器采用电源变换技术将电力电子和计算机技术融合在一起形成综合性的电气设备。变频调速器通过调节电机的转速和电源输入的频率来控制电机的功率，通过电机电源频率的改变来实现电机转速的改变。变频调速器就是通过改变输入频率、电机磁极对数、电机转差率等变量来达到控制电机转速的目的。
2.1电动机调速与节能的关系
作为非固定型的设备，风机和水泵等流体机械的性质决定了其转速变化与流量、压力和功率之间存在一定的运算和逻辑关系，其中流量与转速成一次方正比关系，压力与转速成二次方正比关系，功率与转速成三次方正比关系，也就是说，转速的降低可以减少流量，从而节约能量，而最终所消耗的功率也会降低。转速与流量之间的相互关系，可以决定其功率的大小，例如转速下降20%时，则流量也相应减少20%，最终的轴功率将会下降到额定功率的（1-20%）?;若流量下降60%，则转速也会相应地下降60%，此时轴功率就会降低到额定功率的（1-60%）?。
由上可以得出，至少有两种方式可以调节风机和水泵的流量，首先在电机的转速不变的前提下，可以调节风阀等来控制流量，以此来改变风阀的开度，使管道内的特性发生变化来增大管道内的阻力。另一种是保持风阀开度不变，管道内特性不变、阻力不变，调节电机的转速来控制和调节设备的流量来降低轴功率的消耗。因此，调速在风机和水泵等流体机械设备中的运用在节能方面发挥着非常关键的作用。企业生产股衡中风机和水泵等类似的机械比较多，通过控制其中的变量可以将耗能大的设备降低其生产过程中的耗能，降低企业的经营成本，且此类设备内附潜能巨大的节能特点，值得各生产企业的大力推广和应用。
2.2电机在不同频率下运行的节电效果
电机在不同频率下降比下的节电率对比如下：
计算公式为：节电率=1-（1-频率下降比）?，频率下降比为10%、15%、20%、25%、30%时，节电率分别为27.10%、38.60%、48.80%、57.80%、65.70%。由以上計算可以得出，倘若电机的运行频率保持在30%的下降率，从长期的负载来看没有扩张趋势，成本和效益上来说更换电机系统更加合理经济。
3节能计算
一般常用的会有两种计算方式来计算变频调速技术用在风机、泵类设备上的节能效果：
第一种是基于在不同控制方法下，按照风机和泵类设备在流量和负载的关系与实际产生的负荷之间的关系来计算。以离心泵为例，假设离心泵的额定流量是200m?/h，扬程50m;配套使用的电动机额定功率是45kw，则根据实际需要，假设水泵24小时不间断运行，其中11小时产生90%的负荷，其余时间产生50%负荷，按照一年300个工作日来计算每年的节电量如下：节省电量=45×300×（11×（100%-69%）+13×（95%-20%））=177660kW/H，按照0.6元每度电的价格来计算，每年累计可节省约106.6kRMB。
第二种是基于风机和泵类设备在变频调速下产生的负载关系来计算节约的能源，二者的关系为P/P0=（n/n0）?，额定转速n0控制下产生的功率为P0，实际转速n控制下产生的功率为P。以功率为20kW的工业鼓风机为例，假设鼓风机是24小时不间断运行，其中10小时产生90%的负荷（46Hz的频率，挡板调节时造成98%电机功耗），其余14小时产生50%负荷（20Hz的频率，挡板调节时造成70%电机功耗）。
最终可以节省的电量W=Wb-Wd=101092.992-29040=72052.992kW/H，按照0.6元每度电的价格来计算，使用变频调速技术企业每年可节约电费约43kRMB。
4.结束语
综上所述，变频调速技术不仅可以协助企业达到节能效益，还可以带来可观的经济收益。作为一项节能技术，变频调速技术运用在风机和泵类等设备中需要我国政府和企业大力推广及使用，不仅是因为其能够节约能源和资源，更是因为其作为一项先进的技术能够有效地提高企业的生产力，提升设备的效率和良率，在生产工艺得到满足的同时可以降低设备维护维修成本，提高单位产能，从而提高企业的生产经营能力和企业效益，是一种值得广泛用于各个行业的技术。
参考文献：
[1]张选正，张金远.变频器应用经验.中国电力出版社，2007（4）.
[2]李方园.基于变频控制的离心脱水机控制系统.机械工业出版社，2003（5）.
[3]姚潇雨.几种泵类/风机控制方案浅析.变频器世界，2011（6）.
作者简介：张晓东（1991.11—），男，汉族，籍贯：内蒙古自治区呼和浩特市，本科，助理工程师，研究方向：热能与动力工程。
变频技术范文第3篇
摘要：节能增效是煤矿生产作业的重要要求，而变频节能控制技术的应用能够显著提高煤矿机电的运行效率，进而达到节能增效的目的。本文在阐释变频节能技术的基础上，分析了其在煤矿机电设备中的应用情况，以期为提高煤矿机电设备运行效率和节约能源提供参考。
关键词：变频节能技术;煤矿;机电设备
煤矿资源是我国经济社会发展的重要能源，随着国有企业改革的深入推进，煤矿企业发展面临前所未有的困境，提质增效成为其摆脱困境的重要途径，但若实现提质增效，就必须利用先进的技术去提高其机电设备运行的效率，以降低能源消耗，进而达到提质增效的目的，这也是实现煤矿企业可持续发展的重要思路。对于煤矿机电设备来说，其运行效率的提高及能耗的降低，必须改进优化机电技术，应用技术手段提高其运行效率和节能效果。本文在阐释变频控制技术的基础上，分析了其在煤矿机电设备中的应用情况，以期为煤矿产业的健康发展提供参考。
1 变频节能控制技术
煤矿机电设备运行的效率直接关系到其能源消耗，提升煤矿机电设备运行效率能够显著降低其电能消耗，从而实现节能增效的目标。而变频技能控制技术作为智能化的频率控制技术，能够有效地提高机电设备的运行效率。这主要是因为，变频节能控制技术中，交流电首先流经半导体，而后再变为其他频率，经有关设备将此交流电转变为直流电，由逆变器控制和调节电压及电流[1]。从而实现煤矿机电设备运行中的无极调速，利用此调速方法可以有效地提高机电设备的运行效率，同时也降低其生产能耗，进而节约能源。
当然，在应用变频节能控制技术的过程中，可以依据煤矿机电设备的工作量更改和调整其工作速度，若其负荷过大，此变频节能控制系统会自动增加速度，若工作负荷降低，则其机电设备的工作速度也降低，通过这种方式可以实现电流频率有效地控制电机的转速，进而对机电设备的运行进行更好的控制，在提高煤矿作业效率的同时，也为煤矿作业的安全性和稳定性提供重要保障。
在煤矿机电设备中应用变频节能控制技术能够有效地增强机电身边的性能，确保其运行效率的提供，从而降低开采作业中的能耗，在一定程度上推动了煤矿企业发展的提质增效，成为煤矿企业生产作业中的重要技术之一。随着现代信息科学技术的发展，变频控制技术的应用领域不断扩大，编程领域、数字化及通讯领域等都被应用在煤矿作业生产中，为煤矿机电设备中应用变频控制技术提供了重要的技术支撑。
2.变频节能控制技术在煤矿机电设备中的应用分析
2.1 煤矿提升机设备中变频控制技术的应用
煤矿作业开采中，提升机发挥着重要作用，不但负责运输开采材料和作业人员，还负责运输煤炭，在整个作业系统中，提升机处于频繁启、停及调速的状态中。在传统的技术环境中，提升机作业过程中需要不断地切换档位来调速，此档位连接着提升机转子上串的电阻，作业过程中则是利用对电路中电阻的调节来实现调速[2]。虽然该操作方式相对简单，但在实际操作过程中会浪费诸多电能，在使用过程中电阻也会长期发热，进而出现磨损或损坏的状况，此调速方式不够经济节能。同时，这样的调速方式也无法对提升机进行无极调速，从而在启停提升机设备的过程中导致提升机发生较大晃动，给其运行的安全性带来严重影响。
鉴于此，人们对提升机设备进行了优化改进，应用了变频控制技术，技术改造后，能够实现提升机的无极调速，不但能够增强提升机启停、调速过程中的稳定性，也能减少其运行中的电能消耗，使提升机运行更加稳定和安全可靠。当然，最为重要的是应用变频控制技术能够实现“无开关”的自动化调速，这样就最大程度地避免了提升机设备损坏所致的安全事故。
2.2 应用在电控绞车及通风系统中
煤矿作业环节中，斜井绞车的控制系统通常是利用交流绕线电机串电阻的调速系统来实现，通过接触器控制其电阻投切，该系统若应用在高强度工作环境中，如频繁使用等，则会造成交流接触器的触头产生氧化，从而影响机电设备的使用寿命。此外，传统控制技术的控制层面非常低，控制的综合性能及精准性都较差。在应用过程中，时常会发生各种问题，如停车位置不够准确等。将变频控制技术应用在电控绞车上，能够更好地解决传统控制系统中的不足。当然，也能够将将绞车电压波动控制在较小范围内，并能准确控制频率波动范围，高度调控机电设备的输出功率及频率。由此可见，斜井绞车控制胸汤中采用变频节能控制技术，可以有效地提升斜井绞车的过载能力，进而满足煤矿作业运行的要求及需求。
此外，通风系统是煤矿安全作业的重要保障，良好的通风系统能够为井下作业创作安全的作业环境。煤矿作业过程中，通风系统的机械设备通常存在耗能高，通风能力差等问题，也不能为井下作业营造良好的安全作业环境[3]。在机械通风过程中，机电设备应用变频控制技术，能够按照矿井深度调整通风的大小，这不但可以减少能源消耗，还能为井下作业提供安全的工作环境。
众所周知，煤矿井下作业过程中，井深越大，送风压力就越大，通风设备的运行功率也就需要增加，若此过程中应用变频调控技术，则能够更好地提高通风机运行的效率。应用变频控制技术的过程中，要依据煤矿机电设备实际应用情况、矿井深度、巷道变化等实际状况及时调节通风机风速，进而能够合理科学地利用煤矿资源。此外，将变频控制技术应用到通风机械中，可以对通风机运行功率、功能等进行有效保护，增强通风机使用寿命，从而降低其检修及维护成本，最终实现通风机工作效率的提高和耗能的降低，為煤矿作业提供更多便利。
2.3 采煤及皮带运输环节的应用
在煤矿开采作业环节中，应用变频节能控制技术能够及时发现采煤机的运行状态，自动诊断其运行的安全性和稳定性，并根据采煤机运行状态智能化地采取一定的保护措施。同时，还能借助牵引变压器将原有电流模式依据需要转变为可变频运行模式。随着变频技能控制技术的不断进步，变频节能控制技术的应用更加广泛，其同煤矿设备的契合度也日益增强，有效提高了交流电机的性能及安全性。
此外，井下煤炭的运输任务主要是通过皮带运输机来完成，实际运输中，煤炭会受到多个方向的力的作用，如垂直于皮带的弹力、与皮带间的摩擦力等，在这些力的共同作用下，煤炭能够被运输到既定方向。传统的皮带运输机需要通过液力耦合器来实现启动，但这种启动方式会对皮带产生一定的损坏，加速皮带老化，甚至造成皮带断裂，进而给煤炭生产带来严重威胁。然而，在皮带运输系统中若应用变频节能调控技术，则能够有效地降低机电设备的冲击作用，缓解机械设备在运行中出现发热现象。在启动电机的过程中，还能够进一步增强电流稳定性。运输公路也更加平均稳定。也就是说，在皮带运输机系统中应用变频节能控制技术能够增强运输机的性能和提高其运行效率。
3 变频控制技术的应用展望
变频控制技术的高速发展能够推动压频比节能控制技术的发展。煤矿机电设备中应用的变频节能控制技术，主要应用的事情矢量变频控制和转矩变频控制技术，当前，这两项技术在煤矿作业生产中的应用频率非常高，在一定程度上提高了煤礦机电设备的运行效率，有效降低了能耗。但仍需对变频节能控制技术进行深入的研究及探讨，如探讨其人工神经元网络的应用、模糊自动化控制技术等，以提高变频控制的智能化和自动化程度。在应用变频节能控制技术的过程中，煤矿机电设备得到创新发展，这也在一定程度上促进两边跑调速的集成化发展水平，有效地完善了变频节能控制技术，实现了机电设备调速功能的控制，并有效地应用了变频控制技术中的通讯功能，促进了变频技能控制技术功能的发挥。
然而，虽然变频节能控制技术智能化水平的不断提高，且在煤矿机电设备中得到应用，但我国变频控制技术的研究及应用仍比较晚，逆变器控制技术的发展相对缓慢，在应用变频控制技术的同时会存在这样那样的问题，进而影响变频控制技术的应用效果。首先，在具体应用逆变器控制技术的过程中，尚未构建完善规范的体系，因无规范的操作管理机制，在操作过程中存在责任不明确，或责任划分分歧严重，最终影响变频控制技术的应用效果。
其次，在应用变频节能控制技术的过程中，相关管理效果较差，缺乏必要的技术应用监督管理及相应的管理机制，从而造成无人值守机电设备的数量明显不足，对于错位问题也没有相应的工作人员进行检查和监督管理，这给煤矿机电设备的运行带来严重影响。
最后，在煤矿机电设备运行过程中应用的变频控制技术，其自动化程度仍然不高，且管理混乱，甚至在应用中存在一定的遗漏，进而要靠手动完成，给煤矿机电设备稳定运行带来严重影响，降低了其运行效率。
由此可见，变频节能控制技术的应用前景非常广阔，但仍需从煤矿机电作业实际出发，制定完善的应用制度和监督管理制度，不断创新和提高变频控制技术，提高其应用效果，促进其功能发挥，并实现其最大化。同时，要从技术创新、规范管理、监管有效、责任明确、制度完善等方面强化变频节能控制技术的应用管理，为变频节能控制技术的应用营造良好的制度环境、运行环境和技术环境，从管理和技术创新等方面推动变频控制技术作用的发挥，推动变频控制技术的不断发展，以更好地应用在煤矿机电设备中，提升煤矿机电设备运行的效率及智能化水平。
总之，在煤矿作业系统中应用变频节能控制技术能够有效地提高其机电设备的运行效率和稳定性，有效地降低其机械耗能，从而达到节能减耗增效的效果。如在风泵、给水系统，以及机电设备运行维护、检修等方面都发挥着重要作用，不但能够有效地降低机电设备的磨损或损坏，提高其使用寿命，还能增强其性能及运行效率，极大地提高了煤矿作业的效率，降低了其作业能耗及成本。为此，要不断地探讨变频节能控制技术的应用问题，不断推进技术的进步及发展，提升其在煤矿作业中的智能化程度，以更好地推动煤矿作业环节的节能及减耗增效，从而推动煤矿行业的持续发展。
参考文献：
[1]王正.机电设备变频控制技术研究[J].内燃机与配件，2020（01）：205-206.
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平顶山天安煤业股份有限公司十三矿，河南 平顶山 461700
变频技术范文第4篇
供水系统是国民生产生活中不可缺少的重要一环。传统供水方式占地面积大，水质易污染，基建投资多，而最主要的缺点是水压不能保持恒定，导致部分设备不能正常工作。变频调速技术是一种新型成熟的交流电机无极调速技术，它以其独特优良的控制性能被广泛应用于速度控制领域，特别是供水行业中。由于安全生产和供水质量的特殊需要，对恒压供水压力有着严格的要求，因而变频调速技术得到了更加深入的应用。恒压供水方式技术先进、水压恒定、操作方便、运行可靠、节约电能、自动化程度高，在泵站供水中可完成以下功能：(1)维持水压恒定;(2)控制系统可手动/自动运行;(3)多台泵自动切换运行;(4)系统睡眠与唤醒。当外界停止用水时，系统处于睡眠状态，直至有用水需求时自动唤醒;(5)在线调整PID参数;(6)泵组及线路保护检测报警，信号显示等。
将管网的实际压力经反馈后与给定压力进行比较，当管网压力不足时，变频器增大输出频率，水泵 转速加快，供水量增加，迫使管网压力上升。反之水泵转速减慢，供水量减小，管网压力下降，保持恒压供水。
1 系统硬件构成
系统采用压力传感器、PLC和变频器作为中心控制装置，实现所需功能。
安装在管网干线上的压力传感器，用于检测管网的水压，将压力转化为4～20 mA的电流信号，提供给PLC与变频器。
变频器是水泵电机的控制设备，能按照水压恒定需要将0～50 Hz的频率信号供给水泵电机，调整其转速。ACS变频器功能强大，预置了多种应用宏，即预先编置好的参数集，应用宏将使用过程中所需设定的参数数量减小到最小，参数的缺省值依应用宏的选择而不同。系统采用PID控制的应用宏，进行闭环控制。该宏提供了6个输入信号：启动/停止(DI
1、DI5)、模拟量给定(AI1)、实际值(AI2)、控制方式选择(DI2)、恒速(DI3)、允许运行(DI4);3个输出信号：模拟输出(频率)、继电器输出1(故障)、继电器输出2(运行);DIP开关选择输入0～10 V电压值或0～20 mA电流值(系统采用电流值)。变频器根据给定值AI1和实际值AI2，即根据恒压时对应的电压设定值与从压力传感器获得的反馈电流信号，利用PID控制宏自动调节，改变频率输出值来调节所控制的水泵电机转速，以保证管网压力恒定要求。
根据泵站供水实际情况与需求，利用一台变频器控制3台水泵，因此除改变水泵电机转速外，还要通过增减运行泵的台数来维持水压恒定，当运行泵满工频抽水仍达不到恒压要求时，要投入下一台泵运行。反之，当变频器输出频率降至最小，压力仍过高时，要切除一台运行泵。所以不仅需要开关量控制，还需数据处理能力，采用FX-4AD(4模拟量入)获得模拟量信号。它在应用上的一个重要特征就是由PLC自动采样，随时将模拟量转换为数字量，放在数据寄存器中，由数据处理指令调用，并将计算结果随时放在指定的数据接触器中。通过其可将压力传感器电流信号和变频器输出频率信号转换为数字量，提供给PLC[1>，与恒压对应电流值、频率上限、频率下限(考虑到水泵电机在低速运行时危险，必须保证其频率不低于20Hz，因此频率上限设为工频50Hz，下限设为20Hz)进行比较，实现泵的切换与转速的变化。
系统在设计时应使水泵在变频器和工频电网之间的切换过程尽可能快，以保证供水的连续性，水压波动尽可能小，从而提高供水质量。但元件动作过程太快，会有回流损坏变频器。为了防止故障的发生，硬件上必须设置闭锁保护，即1Q与4Q，2Q与5Q，3Q与6Q不能同时闭合。
2 系统软件设计
控制系统软件是指用梯形图语言编制的对3台泵进行控制的程序。它对3台泵的控制，主要解决 系统的手动及自动切换、各元件和参数的初始化、信号及通讯数据的预处理、3台泵的启动、切换及停止的条件、顺序、过程等问题。
当变频器输出频率达到频率上限，供水压力未达到预设值时，发出加泵信号，投入下1台泵供水。当供水压力达到预设值，变频器输出频率降到频率下限时，发出减泵信号，切除在工频运行方式中的1台泵。系统刚启动时，情况简单，首先启动一号泵即可。但考虑3台泵联合运行时情况复杂，任1台或2台泵可能正在工频自动方式下运行，而其他泵则可能在变频器控制下运行，因此必须预先设定增减水泵的顺序。即获得加泵信号后，按照1号泵、2号泵、3号泵的顺序优先考虑。获得减泵信号后，按照3号泵、2号泵、1号泵的顺序优先考虑。
为了防止故障的发生，软件上也必须设置保护程序，保证1Q与4Q、2Q与5Q、3Q与6Q不能同时闭合。在加减泵时必须设置元件动作顺序及延时，防止误动作发生。
考虑到系统工作环境对运行状态的影响，在设计中采用硬件、软件上的双重滤波来消除干扰的影响。硬件上变频器提供了滤波时间常数，当模拟输入信号变化时，63%的变化发生在所定义的时间常数中;软件上采用数字滤波的方式，系统采用平均值的方法[2>。
计算最近10次采样的平均值，其计算公式如下：
3 系统参数的确定
系统变频运行主要靠变频器来实现。变频器有一数量很大的参数群，初始情况下，只有所谓的基本参数可以看到。只需设定简单的几个参数，变频器就可以工作。
除基本参数外，还必须对完整参数进行设定。
完整参数的设定主要是PID参数的整定，它是按照工艺对控制性能的要求，决定调节器的参数Kp，TI，TD。控制表达式为：
变频器根据偏差调节PID的参数，当运行参数远离目标参数时，调节幅度加快，随着偏差的逐步接近，跟踪的幅度逐渐减小，近似相等时，系统达到一个动态平衡，维持系统的恒压稳定状态[
3、4>。
4 试验结果
由于系统的显示和通讯功能，可以对系统工作情况进行监测。考虑到管网覆盖面积大，泵站海拔高度相对低，远端供水压力需维持3kg，因此泵站出水口压力必须维持5kg。试验条件为管网初始无压 力，电磁阀控制一定量相同用水情况下启动系统。获得的数据经MATLAB进行插值拟合可得系统在不同条件下跟踪压力变化的曲线[5>。
试验记录的数据显示，系统在未进行滤波和PID控制时，响应速度特别慢、误差大、振荡严重，见图5。在未进行滤波而引入数字PID控制时，响应速度明显加快，但振荡问题未能得到解决，这是由于喘振现象的存在;当管道压力与设定值近似相当时，水锤效应影响明显，压力波动异常，PID的参数跟踪整定，形成恶性循环，管道中空气的存在也会导致振荡问题。
变频技术范文第5篇
摘要 据估算,我国电动机总装机容量约5.8亿千瓦,占全国总耗电量的60%～70%。其中,交流电动机占90%左右。目前各类电机的运行效率加权平均比国外低3%～5%,风机和泵的效率要比发达国家低2%～3%,整体在用的电机驱动系统运行效率比国外低近20%。如果按电动机总容量的10%进行调速改造,按年平均运行4000时、节电率20%～25%计算,年节电潜力为320亿～400亿千瓦时。加上为改善工艺流程而进行调速改造的电动机可带来的节电潜力,总节电潜力约为500亿千瓦时,相当于10000兆瓦装机容量的火力发电厂的年发电量。由此可见,电机系统节能是目前中国节能市场上最具商业潜力的领域。
关键词 变频器;制动电阻;热能消耗;节能
1 节能是变频器的重要领域和潜力市场之一
电机系统节能是国家发改委启动的十大重点节能工程之一,国家发展规划要求,当前应推广变频调速节能技术,即风机、水泵、压缩机等通用机械系统采用变频调速节能措施,工业机械采用交流电动机变频工艺调速技术。在“十一五”期间,我国将实现电机系统运行效率提高2个百分点,形成年节电能力达200亿千瓦时的目标。众所周知,风机和水泵是变频器节能的重要领域和潜力市场领域,其使用量占据变频器市场份额的半壁江山。
2 节能及能量反馈
通用变频器大都为电压型交—直—交变频器,三相交流电首先通过二极管可控硅整流桥得到脉动直流电,再经电解电容滤波稳压,最后经无源逆变输出电压、频率可调的交流电给电动机供电。这类变频器功率因数高、效率高、精度高、调速范围宽,所以在工业中获得广泛应用。但是通用变频器不能直接用于需要快速起、制动和频繁正、反转的调速系统,如高速电梯、矿用提升机、轧钢机、大型龙门刨床、卷绕机构张力系统及机床主轴驱动系统等。因为这种系统要求电机四象限运行,当电机减速、制动或者带位能性负载重物下放时,电机处于再生发电状态。由于二极管可控硅整流器能量传输不可逆,产生的再生电能传输到直流侧滤波电容上,产生泵升电压。而以GTR、IGBT为代表的全控型器件耐压较低,过高的泵升电压有可能损坏开关器件、电解电容,甚至会破坏电机的绝缘,从而威胁系统安全工作,这就限制了通用变频器的应用范围。
2.1 将反馈到直流回路的能量以制动电阻的热能消耗掉的缺点
在这种情况下,要实现四象限运行只能通过外接制动单元和制动电阻来实现,也就是说将反馈到直流回路的能量以制动电阻的热能消耗掉。所以说,这种制动方式又称为能耗制动。该方法虽然简单,但有如下严重缺点:
1)浪费能量,降低了系统的效率;
2)电阻发热严重,影响系统的其他部分正常工作。
简单的能耗制动有时不能及时抑制快速制动产生的泵升电压,限制了制动性能的提高(制动力矩大,调速范围宽,动态性能好)。正是由于能量反馈在实现上的难度系数大,很多用户甚至将此不作为节能看待,这是一个危险的信号。
2.2 能量回馈系统的特点
能量反馈系统在实际运行中主要有二种方式:单独的能量反馈装置和能量回馈技术的新发展——双PWM控制技术。
所谓能量反馈装置,就是把有源逆变单元从变频器中分离出来,直接作为变频器的一个外围装置,可并联到变频器的直流侧,将再生能量回馈到电网中。能量回馈单元的作用,就是取代原有的能耗电阻式制动单元,消除发热源,改善现场电气环境,可减少高温对控制系统等部件的不良影响,延长了生产设备的使用寿命。同时由于能量回馈单元,能有效的将变频器电容中储存的电能回馈20%～40%左右。
3 能量反馈单元具有如下特点
1)降低运行成本,包括减少电能损耗、提高功率因数、改善电网运行质量等;
2)提高制动能力,如果以传统的标准制动电阻器与变频器的组合,制动力矩大约为120%额定力矩/10s,10%ED;而VS-656RC5与变频器的组合,制动转矩则提高到150%额定转矩/30s或者100%额定转矩/1min(25%ED)或者80%额定转矩/连续再生。送给交流电网,供周边其他用电设备使用,则可节约生产用电,一般节电率可达20%。
4 双PWM控制技术
双PWM控制技术的工作原理:当电机处于拖动状态时,能量由交流电网经整流器中间滤波电容充电,逆变器在PWM控制下降能量传送到电机;当电机处于减速运行状态时,由于负载惯性作用进入发电状态,其再生能量经逆变器中开关元件和续流二极管向中间滤波电容充电,使中间直流电压升高,此时整流器中开关元件在PWM控制下降能量馈如到交流电网,完成能量的双向流动。同时由于PWM整流器闭环控制作用,使电网电流与电压同频同相位,提高了系统的功率因数,消除了网侧谐波污染。双PWM控制技术打破了过去变频器的统一结构,采用PWM整流器和PWM逆变器提高了系统功率因数,并且实现了电机的四象限运行,这给变频器技术增添了新的生机,形成了高质量能量回馈技术的最新发展动态。无论是能量反馈单元和双PWM控制方式都能将能量反馈会电网,形成节能降耗、清洁生产的良好局面,其在变频器节能领域的占有率将从目前不到3%快速上升到15%。
5 变频器的工艺调速市场分析
目前,中国的设备控制水平与发达国家相比还比较低,制造工艺和效率都不高。但随着中国加入WTO,产品质量和生产效率都需要面临国际竞争,因此提高设备控制水平至关重要。由于变频调速具有调速范围广、调速精度高、动态响应好等优点,在许多需要精确速度控制的应用中,变频器正在发挥着提升工艺质量和生产效率的显著作用,其市场容量占到整个变频器市场容量的1/3左右。应用变频器可以提高工艺要求、提升产品质量,同时减轻了人工的劳动强度、提高了生产效率,可以说,变频器在纺织、食品、饮料、包装、造纸、机床、电梯等行业的应用前景和发展潜力都不可小觑。比如应用在传送带上的变频工艺控制系统,它采用一台变频器驱动生产线上的多台传送带电机,根据所生产的产品,通过调整传送带的速度来提高生产率。在传送带上应用变频工艺控制系统具有以下3个优点:
1)提高生产率,通过设定变频器的频率,可控制传送带生产线的速度,从而达到了提高生产率达目的;
2)可利用现有设备,可利用现有传送带上的齿轮马达和现有的传送带进行改动;
3)可用一台变频器来控制多数电动机的驱动,这些电动机均并接到一台变频器上,通过变频器的频率设定可以保证多台电动机的同步运行。
6 结束语
众所周知,采用变频调速技术是工业企业中节能降耗、保证工艺的重要途径,在实际应用中取得的效果和效益有目共睹,以上试图从市场的角度剖析变频器的容量、占有率和主要的应用领域,与广大读者一同探讨变频器的发展。
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作者简介
杨海霞(1977—),女,河南安阳人,本科,助理工程师,主要从事电气设计工作。
变频技术范文第6篇
摘 要：目前在热电厂锅炉主要采用二次风机、一次风机和引风机，因此，需要提前设计好风量和风压。然而由于技术的限制，负荷会产生较大的波动，从而浪费了大量能量。想要提高运行效率，就必须对其进行改造。对此，本文针对高压变频节能技术的改造进行如下研究。
关键词：锅炉风机；高压变频节能技术；节能改造
引言
随着社会的发展和科技的进步，我国在各行各业都取得了卓越的进步。然而在经济快速发展的同时，我们不能忽视对环境的保护。国家和政府大力提倡节能环保措施，鼓励实施节能项目。而热电厂锅炉在使用中大多采用挡板式调节，在调节的过程中消耗大量的电能、热能等，并对环境造成一定的破坏。因此，创痛的发展不符合现代社会的需求，而通过高压变频技术可以有效地提高设备的运行效率，精确地调节风机的风量，从而减少能量的损耗，实现“可持续发展”。
1 高压变频技术的现状
由于我国高压变频技术起步较晚，发展时间较短，因而与国外相比还是有很大的差距。而国外的西门子等品牌产品价格昂贵，因此，在锅炉设计中大多采用高压真空断路器直接进行启动，从而在电机启动的时候产生大量的冲击，在调节挡板时就会浪费大量的能量。
2 高压变频技术的理论依据
锅炉风机变频控制原理如下式（1）所示，
上式（1）中， n表示风机转速， s表示电机转差率， f是电机的运行频率，p 表示电机是极对数。由于风机的 s、p 均为定值，因此锅炉风机的转速可以通过f进行调节，实现对锅炉风机的变频控制。
高压变频大多采用级联式多电平拓扑式结构。级联式多电平拓扑式结构是：为整个电路输入三相高压交流电，然后通过隔离变压器降压，并通过三角形移相方式，提高电流的输入效率，将其都输入到功率单位模块中。被输入到功率单元中的低电压叠加累积之后再输出，形成高压。干式结构成 Y 型接线与高压电源相连，而变压器输出的电压情况由副边绕组数量决定，且采用沿边三角形绕组方式。干式结构也是隔离移相变压器普遍采用的结构。
风机主要采用风机挡板的开度大小来调节风量，在变频运行的工作情况下，风机风量的改变会导致高压电机输出功率的改变。尤其是当风量下降到 50%时，功率下降 88%。由此看来，采用高压变频技术可以节约大量的能源。
3 采用高压变频技术带来的好处
采用高压变频技术可以调节系统模式，根据需要及时调节风量的大小，其精确程度可以到达毫米级。因为风量可以稳定的输出，从而减少了风机的冲击，从而提高了工作效率，并有利于维修人员和施工人员的操作。第二，调节模式由原本的挡板式变为变速调节模式，减少了电机与轴承之间的摩擦，降低了设备的损耗，这在一定程度上也减少了设备维修费用。第三，使用高压变频技术可以提高电机的工作效率。同样的工作环境下，电机功率因素可以达到 95%以上。第四，高压输电可以降低电流的损耗，减小输电线上的温度，利于设备的长时间运作。风机自动切换工作频率，保证了工作的连续性，减少了工作时间，并提高了安全系数。第五，通过高压变频技术在降低机器运转的同时可以有效地降低噪音，不会对周边居民的生活产生干扰。
因此，综上所述，高压变频技术的使用对系统的自动调节具有重要的作用，其较高的性价比和突出的优势会促使其更加广泛的应用于工业发展中。
4 采用高压变频技术需要注意的事项
高压变频器的运行受到多方面因素的影响，例如：电磁波的干扰、各元件的使用时间、机器质量、温度和湿度等。如果不注意保护就会出现各种不良的反应，轻者导致设备损坏或停运，严重者会导致出现火灾，在经济上受到损害，并造成工作上的不便。这些严重影响到一个企业的信誉问题，因此，我们对高压变频技术进行改造，在其发生故障时需要准确找出故障处，需要及时切断电源，对其做好保护工作，从而使高压变频器不会停止工作，并保证其安全性。
高压电动机主要故障是由于短路产生较大的电流，从而造成绝缘体的烧毁，并对其他元器件的使用造成干扰。因此，在使用之前做好检查工作，限制最大电流级别和速断保护跳闸。在电动机启动时，电压处于一个不稳定的状态，因此，我们还需通过热极限曲线对电流进行保护作用。在机器高速运转，负荷增加的时候，会对电动机产生一定的影响，此时我们需要采用反时限保护。根据电动机能够承载的最大负荷，对其进行过负荷保护，当出现负荷超载时，就要发出警告。在电动机运转的过程中会释放出大量的热能，如果机器温度过高就会导致设备受到损害，从而不利于以后工作的继续，因此，我们需要设置过热保护。当机器达到一定温度时就组织起继续工作，当一段时间之后，温度下降到正常范围内才能继续工作。另外，针对不同级别的电压，也要相应的设置不同级别的保护措施。以上这些注意事项是设备在运转过程中经常出现的情况及必须掌握的几种保护事项。
5 需要改进的方案设计
5.1 对锅炉风机的高压变频调节技术改进
风机高压电机配电系统由一次系统和二次控制系统两部分组成。一次系统接到高压变频旁路柜的进线侧，再通过分合闸接到高压电机上，从而实现高压变频系统的自动切换。高压变频二次控制系统是用来提升变频系统的自动控制程度，实现远程控制。
高压变频的设备需要通过吊车进行搬运，因其体积和重量较大，因此，在选择吊车时应该慎重考虑。在将设备移入配电室时，可以采用滚轮式搬运方法。这种方法是在地板上放置滚轮，然后将设备放在滚轮上，随着轮子的转动而向前移动。因此在轮子的挑选上应该选择那些能够承载设备重量且长度够长的滚轮。
5.2 技术改进的注意事项
在技术高进的方面也是有很多需要注意的地方。以下是本人总结出的几点要求。
第一，高压变频器应该合理的安置，整齐的排放，各变压器在排列好之后用螺钉连接成一个整体。第二，所有高压变频器的底座需要固定好，这也是检查人员最需要注意和容易忽视的地方之一。底座若不能固定好，则很有可能在使用的过程中由于振动而脱离原来位置，并给工作带来不必要的麻烦。第三，高压变压器在安装、使用及维修的过程中应该时刻保持工作地点的整洁和干燥，经常通风保护空气流通，对较高温度的机器进行及时的降温处理。第四，在安装过程中或以后的工作中不能为了工作的方便而随意更改高压变频的输入端和输出端，避免出现短路的情况，并引发一系列严重的后果。第五，对各个绕组接线柱和三相输入端进行标记，这也便于相关人员的检查工作。第六，安装好的设备需要接到热电厂主接地网线上。第七，绝缘电线的距离应该符合国家安全距离要求。
6 总结
研究通过分析高压变频节能技术和发展现状，提出了相应的解决措施，促使热电厂锅炉风机高压变频技术得到发展，并实现国家提倡的“可持续发展”。虽然我国在这方面起步晚，发展时间较短，在技术上的时间还存在或多或少的问题，但是经过不断的学习和创新，我相信随着时间的推移，在不久的将来，我们一定能克服这些困难，并创造出巨大的社会和经济价值，使得我国的高压变频技术得到质的飞跃。
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作者简介：
栾长伟（1979.5.10）男，汉族，江苏扬州人，任职于江苏华电扬州发电有限公司，职称：技师，学历：大专，研究方向：火电厂集控运行。