变频技术范文第1篇
【摘要】当前，随着我国经济社会发展的转型升级，变频技术在煤矿机电设备改造中得到了广泛的应用。变频技术的主要优势在于节能和调节性能。但是变频技术在机电设备改造中的应用比较晚，需要进一步研究。在本文中，笔者结合自身的工作实际和理论知识，从变频技术的定义出发，分析了其在煤矿机电设备改造中的应用。
【关键词】变频技术；机电设备；设备改造
在煤矿机电设备的更新改造中，变频技术得到了广泛的应用。而这主要得益于该技术在节能和调节方面的良好性能。变频技术在风机和泵类设备中具有相当的优势。众所周知，煤矿机电设备的改造是确保正常生产的重要内容，而在设备改造中利用变频技术，则有利于提升变频设备的性能。
一、变频技术及其基本原理
（一）变频技术的概念
变频技术是指通过改变电流频率的一种技术，通过变频器来实现对设备的控制。一般而言，变频器的结构比较复杂，主要包括键盘、电机、电源板和控制主板等，这些部件组合在一起，便可实现改变电流频率的目的。而在以往，机电设备的电流是不能够改变的，这也就使得设备在运行过程中，其转速无法改变，不仅会降低设备寿命，而且造成电能的浪费。而变频技术对于改变这一现状提供了可能。
（二）变频技术的原理
在不变动电压的情况下，变频器可通过电力半导体的作用，把机电设备中无法改变的电流频率转化为可以改变的电流，从而实现电流频率的改变，以此来调节设备的运行。这是变频技术的基本原理。
当前，变频技术在煤矿机电设备改造中有着广泛的应用，对于提升机电设备的性能具有重要的意义。
二、变频技术在煤矿机电设备改造中的应用
在煤矿生产中，在煤矿机电设备中，普通的变频器应用比较广泛，但是随着技术的发展，变频器的应用目的当前正逐渐从节能降耗向系统控制的智能化和灵活性转变。此外，远程控制也是其发展方向之一。在煤矿煤机的更新改造中，一般采用变频驱动来代替传统的手动闸门控制系统。通常使用德国西门子公司声场的Micro Master440新一代没款，设计的变频器具有相当高的标准。在这变频器中，同时包括输出、输入、数值量输入和继电器输出。通讯结构等。此外，用户界面也比较高，安装和操作均比较方便，可实现灵活的控制。
某煤矿顺槽胶带传送机由于设备老化，需要通过变频技术进行改造，笔者即以传送机的改造为例，分析变频技术在煤矿机电设备改造中的应用。传送机原有的驱动力为480Kw，但是随着煤矿开采作业量的不断增加，该设备已经无法满足生产的需要，所以煤矿计划增加输送机的输送量。
该传送机下现实情况是，皮带超过了使用年限，电机和减速器属于悬挂式结构，在持续的工作中会容易出现故障，而且情况还比较的严重。所以，对其技术改造可根据下图所示的内容来进行。
该传送机改造使用的是交流——直流——交流无速传感器矢量控制技术。按照一定的原理推算出电机实际的转速数值。在传送机在运输的过程中，必须确保额定局数百分百输出，以此来实现自动向电网输电的设计目标，从而能够大量的节省电能。
主控台在接通电源之后，这时显示器就可以显示该变频技术的相关指标，如果设备的运行条件是安全的，则相关的指示灯便会自动亮起。在此工况条件下，操作人员便可以按下安全回路的启动电钮，如果安全继电器等设备显示接通装填，则这时装置处于待机装填。等开车的信号发出之后，显示器中的指示灯便会开始工作，操作人员合上制定泵，则其便开始工作，相关的指示灯这时也会亮起。
而对于对手闸的控制，则需要技术推上操作，沿着正确的方向进行操作，这时电动机便会根据预先设定好的数值提升到最大的转速。对手闸控制推上，则可实现把反转电动机转速由零向预定的数值提升。当主令手柄推到零时，则电动便会按照设定的值有规律降到零。
三、煤矿机电设备改造中应用变频技术的注意事项
在煤矿机电设备的改造中，应用变频技术，注意事项有：
（一）结合机电设备的具体使用条件。在上文中，笔者已经分析指出，基于变频技术的变频器具有诸多的优点，比如具有节能、高校和良好的调节性能等，但是不可否认的是，基于该技术的变频器也具有一定的缺点，比如噪声和振动大、价格比较高和容易发热等。这就要求在实际的应用过程中，必须结合机电设备的实际情况来应用，主要是确定该设备有无必要使用该技术、变频器的工作电压、频率限制和加减速的时间等各项技术参数的确定。
（二）合理的负载匹配。选择电动机和变频器的类型，主要是根据负载特性。比如通常恒转矩负载应选择转矩特性较好、启动和制动大、过载时间和能力均较好的变频器。而对于风机的选择，则需要选择经济、可靠的变频器，选择U/f=const的变频器。恒功率负载要求为定值控制，具有专业的设计。
（三）正确的安装和使用。对于变频器来说，其对于安装质量有着比较高的要求。通常，变频器的使用温度范围为-10℃～50℃，而且对海拔也有一定的要求，不能超过1000m。如果超过这个限制值，则需要降容；变频器不能安装在振动比较频繁的地点，如果安装在振动频繁的地点，则需要采取一定的防震措施；在电磁干扰到的区域，也不能安装变频器；对于潮湿、带有腐蚀性气体的环境，也不能安装变频其。总而言之，变频器对于安装有著比较高的要求，必须注意安装的注意事项。
结语
当前，随着我国经济社会的发展，对于煤炭的需求量越来越大。这就需要确保煤矿机电设备的性能良好。在当前的煤矿机电设备改造中，一般使用变频技术进行改造。在本文中，笔者从变频技术的概念和原理、变频技术在设备改造中的应用及其注意事项等方面分析了变频技术在煤矿机电设备更新改造中的应用。
变频技术范文第2篇
变频调速技术的优越性除表现在提高产品质量和产量外;另一重要表现即为节电显著。据统计, 我国的用电量中约有六成是通过电动机消耗的。由于起动、过载、安全系统等原因, 高效的电动机经常在低效状态下运行, 因此其中节能空间巨大, 如采用变频器对交流异步电动机进行变频调速控制, 可使电动机重新回到高效的运行状态, 从而节省大量电能。
1 调频调速原理
(1) 变频节能由流体力学可知:风量Q与转速的一次方成正比例, 压力H与转速的平方成正比, 功率P与转速的立方成正比。即:Q=K1n, H=K2n2, P=K3n3。因此, 如果风机的效率一定, 当要求调节流量下降时, 转速可成正比例下降, 此时风机的轴输出功率是成立方关系下降的。
(2) 功率因数补偿节能无功功率会增加线损和设备的发热, 且功率因数的降低会导致电网有功功率的降低。由公式P=S*COSφ中, Q=S*SINφ, 其中S为视在功率, P为有功功率, Q为无功功率, COS中为功率因数, 可知COS中越大, P越大, 普通水泵电机的功率因数在0.6~0.7之间, 使用变频调速装置后, 由于变频器内部滤波电容的作用, COSφ≈1, 从而减少了无功损耗, 增加了电网的有功功率。
(3) 软启动节能由于电机为直接启动或Y/△启动, 启动电流等于4~7倍额定电流, 这样会对机电设备和供电电网造成严重的冲击, 瞬间产生的震动对挡板和阀门的损害极大, 影响设备寿命。而使用变频节能装置后, 利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始, 最大值也不超过额定电流, 减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求, 延长了设备和阀门的使用寿命, 节省了设备的维护费用。由于变频器每千瓦的成本随着其功率增大而减少, 变频调速装置的经济性也随着电机功率的增大而提高。变频调速装置投资回收期为一年左右, 使用寿命约10年。
2 变频调速节能技术
2.1 节能原理
根据流体力学的原理理论, 泵、风机类负载的流量与转速成正比。泵风机类的负载的压力与转速成正比即:=Q (流量) *H (压力) , 可知公式表明, 功率P与转速N的立方成正比。如果水泵的效率一定, 当要求调节流量下降时, 转速N可成比例的下降, 而此时轴输出功率P成立方关系下降。即水泵电机的耗电功率与转速关系近似成立方比的关系。如一台水泵电机功率为55kW, 当转速下降到原转速的0.8时。其耗电量为28.1kW, 节能48.18%。当电动机转速降低时, 电动机输出功率将大幅下降。转速紧下降10%, 功率消耗下降了27.1%。也就是说节省了相当一部分的电费支出。变频调速技术对风机、泵类电动机的节能效果非常明显。
3 变频技术在节能技术领域的应用
当然变频调速的节能效果也视其负载决定, 在恒功率负载时 (即在基频以上工作) , 转矩大致上与速度成反比。而在恒转矩负载 (基频以下工作) 和风机、水泵类负载时, 其节能效果就会凸显出来尤其是对于后者来说, 更是节能调速的最佳方案。
根据流体理论, 离心式风机、水泵的轴功率是转速的三次方函数的关系。根据流体机械的公式为:
即流量与转速成正比, 压力与转速平方成正比, 轴功率与转速的立方成正比, 当所需风量减少, 风机转速降低时, 其轴功率按转速的三次方下降, 理论上如果风量为额定流量的80%, 感应电动机转速控制在额定转速的80%运行, 其轴功率将为额定功率的51%与采用挡板调节相比, 可减少49%的功率。如果流量下降到额定流量的50%时, 感应电动机转速可控制制在额定转速的50%运行, 其轴功率为额定功率的13%, 与采用挡板调节相比, 可减少87%的功率。
根据以上分析, 变频调速技术可应用在矿山、冶金、建材、石油、石化、电力等行业, 因为这些行业皆应用大量的通风机、压缩机、提升机、补水泵、加压泵等设备, 这些设备多数用交流电机驱动, 功率均在几百千瓦以上, 有的高达数千甚至上万千瓦, 消耗电能巨大, 但大部分设备不是工作在额定功率, 经常只有50%至80%的输出, 如采用变频调速技术对其控制, 节能意义不言而谕。另外采用变频调速技术还可减少设备振动, 消除大电机起动的电流冲击, 避免机械震荡, 降低设备故障率, 减轻设备维修工作量。
4 电力电子变频节能技术的优点和前景
4.1 效率高
发电机方案要作电一机一电的变换, 存在传动, 空载损耗, 其效率在满负荷时只能达到70%, 低负荷时不到30%。但变频器仅作电能变换, 即交流一直流一交流的方法, 故效率高达95%, 长期工作时效果更显著。
4.2 适应性好
发电机要根据频率、电压、功率米选择, 变颇器只需按功率来定, 它的频率, 电压均可无级调节, 适应各种新、老砂轮轴的驱动要求。
4.3 加工方便, 通用性强
对各种砂轮轴供电的发电机, 要专门设计、制造、加工复杂周期长、体积笨重, 变频器用电子元件组成电箱, 装配方便, 电路通用, 仅需按功率不同配备不同的功率管就行。
4.4 起制动性瞳好
发电机都是在额定频率、电压起动、起动电流是额定电流的5倍, 对砂轮轴冲击大;变频器是变频、变压, 从小到大同步起动, 起动电流限制在额定电流以内, 升速平稳, 停车时可作能耗制动, 停车时间比发电机快, 同时, 还具有无噪音、无振动、控制方便等优点, 也是发电机无法比拟的。但变颓器也有弱点, 线路复杂, 电子元件有一定的工作环境要求, 如耐冲击性较差等, 因此其稳定性, 可靠性还有待提高。
5 结语
节能降耗是国际大势所趋, 也是我国寻求可持续发展的重要途径。随着电力电子技术、微电子技术与控制理论, 以及电力开关器件的发展, 交流变频技术从理论到实践, 已日益成熟。变频调速以其效率高、范围大、精度高、特性硬、无极调速等优点, 在各种交直流调速系统中已逐渐占主导地位, 尤其是节能技术方面, 变频调速的应用必将不断扩大。
摘要：变频调速技术是当代电机调速的潮流, 它有体积小、重量轻、精度高、通用性强、工艺先进、保护齐全、可靠性高、操作简单等优点。文章通过介绍变频调速和节能的原理, 简诉变频技术是如何达到节能的目的。
关键词：变频技术,交流电,调速,节能
参考文献
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变频技术范文第3篇
[摘 要]在矿山开采过程中，由于矿山机电设备所消耗的能源较大，产出和消耗不成比例，因此受到人们的广泛关注。近年来，我国在变频控制技术方面的资金与精力投入不断加大，且把此种控制技术推广到机电生产与矿山领域，合理化应用变频控制技术，能实现对机电设备功耗的合理化控制，有利于延长机电设备的实际使用寿命，也推动了我国矿山产业的进一步发展。对此，本文就矿山机电设备变频控制技术展开了相关的分析与研究。
[关键词]矿山;机电设备;变频控制技术
矿山产业为整个社会和工业发展提供了一定的能源，是我国的重点发展产业，且我国矿山企业拥有相对先进的设备与技术。如今，人们对能源的需求量逐步增加，且矿产资源的产量也受到了国家的重视，对此，将相关的科学技术应用到矿山机电设备中具有重要意义。其中以变频控制技术为典型的科技元素逐步被注入到矿山机电设备系统中。目前，矿山数量在不断增加，变频控制技术在整个矿山机电设备中的应用，大大提高了机电设备的运行效率。
1 变频控制技术的基本原理与发展现状分析
通常情况下，矿山机电设备无需长时间且满负荷的运行，为了满足矿山开发与资源保护的基本要求，可将变频控制技术应用到矿山开发之中，以防止机电设备产生过剩的力矩。变频调速技术主要包括计算机技术、电力电子技术与电机驱动技术。在变频调速技术应用的过程中，主要是将机械设备与强弱电技术进行有机的结合，以形成一种强大而创新型的技术体系。
1.1 变频控制技术的基本原理
1.1.1 电压转换与调速
（1）变频控制技术在矿山机电设备中的应用。为实现电子技术、危机管理技术和电子传输技术的有机结合，机电设备主要利用电能实现混合处理的综合技术。其主要目的是利用功率半导体器件的实际开关效应，使工频电源及时转换为另一种变频调速装置。
（2）变频技术在煤矿机电设备中的应用，.主要是将变频技术转化为一般的电流和电压，通过改变其频率来实现互用。在这一过程中，交流电压成为实现无级调速的重要驱动电源，电压的基本要求也达到了无损调速的目的。
1.1.2 提高整体性能
结合变频控制技术的基本运行原理，通过调速的方式来应对矿山机电设备的基本负荷变化，以达到自动加减速的效果，有利于提高矿山的基本运行效率。变频控制技术的应用就是矢量控制与转矩直接控制的有机结合，而共同研发的智能化自动控制系统，主要是借助数字信号处理技术与单片机通过集成电路来科学的进行调速，从而达到参数识别与合理化编程，以达到智能化管理效果，更好的应用到矿山机电设备之中。
1.1.3 变频控制技术发展现状分析
目前，变频控制技术仍旧处于积极发展的状态，最关键的是核心功率器件进一步的发展。变频控制技术具有很好的智能化优势，旨在达到直接控制的目的，从而体现变频调速的高效性。近年来，随着科学技术的逐步发展，电子信息技术、自动控制技术、计算机技术和大功率输出技术的应用，使变频控制技术在煤礦机电设备中的应用有了很大的突破。目前，各个行业都在积极地推进环保工作，通过相关的分析可得知，电气设备、采矿、机械与矿山的能耗量比较大，会对周边环境造成严重的负担，从而影响到人们的实际生活，这主要是由于压气、通风等设备会耗费大量的电能。为优化与完善变频控制技术，使其能够更大程度处理好节能问题，从而获得理想的效果。近些年来，通过对神经网络的研发与设计，促使变频控制技术更好地应用到智能控制系统之中，使得变频技术在机电设备中的应用范围逐步拓宽。借助变频控制技术能提高开发效率，有利于推动矿山运行系统的进一步发展。把变频控制技术应用在矿山机电设备中，能有效提高内部编程效率，能精准识别各项参数性，便于煤矿机电设备安全而稳定的运行。
2 矿山机电设备变频控制技术的应用
2.1 变频控制技术在提升机中的应用
在矿山运行系统中，提升机具有高度的存在价值，其主要负责人员与物料的安全运输，在整个矿山生产体系中发挥着十分重要的作用。通常情况下，先通过电动机转子电路与金属电阻器进行有效地连接，利用接触器关闭电阻或鼓型控制器来调节速度，由于电频范围不造成的电阻消耗过大、散热性较差，且精度比较低等问题，在提升机下坡或减速段所设置的直流电源与低频电源，容易造成严重的资源浪费。将变频控制技术应用到提升机驱动系统内，主要是能够从根本上排除一系列的缺点，以达到无极加速与减速的目的，以提高系统的保护性能，其主要优势表现如下：
（1）相关的编程工作可通过程序员的具体指令来完成，为控制与处理好继电器的逻辑关系，电路图和梯形图之间的有效转换更容易控制。
（2）由于外部线路继电器的实际数量大大减少，其所占据的空间也在逐步下降，使得维护成本与故障发生概率大大降低。
（3）借助触摸屏与编程器能够很好的检测出系统存在的故障，能及时检测出机械故障与电气故障。
（4）扩展性能与控制精度大大提高。为更好的修改内部程序，其在不改变硬件连接的基础上，实现系统功能参数的不断变化，以达到柔性控制的目的。
（5）当提升机处于一种负力状态之下，电动机所产生的再生能量会回馈给电网，能有效节约电能，且由于自动力矩的逐步增加，促使轿车安全性能逐步提高。
（6）变频控制技术的应用，有利于促进提升机速度的控制与制动，可大大降低系统设备的磨损率，能有效延长机械设备的使用寿命。
2.2 变频控制技术带式输送机上的应用
带式输送机的功率大于提升机的基本功率。它主要是通过绕线电机的转子绕线来达到工频运行的基本目的，并通过液力偶合器输送到带式输送机部分。带式输送机的基本工作原理主要是利用轮毂的有效转动、摩擦驱动和张力变形使皮带在滚筒上运动。传统的矿石输送带由于大电流起动，运行质量和传动效率容易受到热机械冲击和电机电压波动的影响。由于启动时间较短，皮带断裂老化，对皮带韧性要求较高。此外，液力偶合器使机械零件的磨削程度逐渐提高，容易出现内部温升、运转不良等各种问题，也极易造成更严重的环境污染。如果要解决液力偶合器的启动问题，可以将变频技术引入带式输送机，实现带式输送机的软停软启动，使带式输送机运行更加平稳。通过调节输出转矩和频率，改变和优化电机的工频恒速运行方式，不仅可以降低能耗，而且可以大大提高带式输送机的运行功率。
2.3 变频控制技术在井下绞车电控制系统中的应用
将变频调速技术应用到电控系统与保护系统内，不过要注意各项细节，要求输入电源是660V，频率为50Hz，而输出功率则要调整到0～50W，而电压变动则要控制在-15%～10%，频率调控到-2.5%～2.5%，需要强化过载能力，在负载变化方面，最低为-120%，最高荷载为120%的额定负载，从而满足四象限运转的条件。此外，還支持自动转矩的提升，在低频运转条件下，能够保证额定转矩，可对元件过热问题展开规范化的处理。当控制箱选择快开门方式时，电气控制应选择双PLC数字控制系统。硬件电路应强化对绞车的规范化控制，以达到数字化监控的目的。此外，当PLC遭遇故障时，需要进行稳步地提升。在整个控制系统之中，需要对相关的操作进行合理化的配置，还要及时配备一定的保护设备。另外，应支持一定的保护试验。若信号未发出，不可启动车辆，且信号发出时间≥30d。基于此，才能实现圣光信号与控制回路正常闭锁，且电流温度等相关指标也变得更加直观。
2.4 变频控制技术在通风机中的应用
通风机是矿井中的核心设备，其在整个矿物生产过程中发挥着十分重要的作用。通风机是十分重要的通风设备，其运行时间比较长久，因被称为呼叫系统。在新时期，伴随着采矿与挖掘工作的逐步推进，风压逐步加大，所需功率也大大增加。因此，在矿井下作业时，必须要保证通风机的实际运行功率，才可保证矿井作业的高效性。使用变频控制技术对矿山通风机进行调速，会借助巷道风量需求的有效预测来实现调速，可大大减少能耗量，其具体实施效果也比较理想。借助变频技术来完善通风机后，能够实现变频的软启动，电流冲击也逐步减弱，大大缓解了对整个电网运行设备所产生的影响，还能随时停止与启动。一般来讲，通风机运行速度相对较低，使得通风机的实际工作强度大大降低，可有效延长通风机的实际使用年限，减少维护次数。此外，为确保电动机转速的一致性，在正常运作条件下，确保两台电动机的运行频率尽可能保持一致，防止形成一定的风阻而导致风扇运行受到影响。
3 结语
综上所述，变频控制技术具有安全、高效而便捷的优势，其被广泛的应用到各领域内。在煤矿开采过程中，会耗费大量能量，且电耗是很大的。但在能耗系统中，能源浪费问题还是相当突出的。将变频控制技术应用到煤矿机电设备之中，占用空间小、方便拆卸、操作简单、速度可调节等是其重要优势，尤其是能达到一定的节能效果，能大大减少煤矿生产的能耗率。相信不久的将来，我国科学技术可以得到进一步地发展，可不断深化与提升变频控制技术，从而获得机电设备应有的成效。
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变频技术范文第4篇
(河北钢铁集团宣钢公司焦化厂 075100)
摘要：本文以现代交流调速技术的应用领域及发展趋势为背景，介绍中压交-直-交电压型H桥级联变频器的工作原理、控制方式和技术优缺点，并通过宣钢焦化厂除尘电机变频与液力耦合器不同调速方式下的对比分析，指出变频调速在高压大功率风机上使用的优越性能和良好的节能效果。
关键词：交流调速 中压H桥级联变频器 除尘风机 干法熄焦 节能
0前言
电力电子技术的发展产生了采用半导体开关器件的交流调速系统，随着对大规模集成电路和计算机控制技术的研究，以及现代控制理论的应用，促进了各种类型的交流调速技术的飞速发展，如串联调速系统、变频调速系统、无换向器电动机调速系统及矢量控制调速和直接转矩调速系统等。其中变频器作为较为成熟的高科技调速产品，其性能稳定、操作调节方便、自动化程度高、节能效果明显等优点，已普及国民经济各部门的传动领域，得到了广泛的推广应用。
1交流调速技术概况
1.1应用领域
1.1.1通用机械的节能调速
通用机械指风机、泵、压缩机等，量大而广，应用于各行各业。此类机械由交流电动机驱动，经调速改造，替代原有挡板及阀门调节，使其风量、流量可实现连续平滑和快速精确控制，优化了工艺控制过程，有助于提高产品的质量和产量。
1.1.2工艺调速
由于机械设备的工艺需要，要求驱动电动机必须调速运行的传动系统，如金属加工、造纸、提升等机械的传动系统。 1.1.3牵引调速
各种电动机车及船舶等运输机械的电驱动系统，要求在运行中及时调速，属于工艺调速范畴，但有许多不同于一般机械的特殊要求，如供电电源、设备尺寸、散热及防护要求等，正由于牵引机械对设备尺寸、防护严格要求及交流较直流调速的优势，交流牵引调速取得更快发展。 1.1.4特殊调速
某些应用场合为满足用户对调速特殊要求的调速系统，如转速6000r/min以上的高速系统，调速范围1:50000至1:100000的极宽调速系统，只有采用特殊的永磁交流电动机才能实现。 1.2调速用电力电子装置
交流调速用电力电子装置有交流调压装置和变频装置两大类。现有交流调压装置仅晶闸管交流调压器一种，变频装置有交-直-交间接变频器和交-交直接变频器两种，其中交-直-交间接变频器又分为电压型和电流型型两种，电压型储能元件为电容，在控制规律不变而负载变化时输出电压基本不变，电流型储能元件为电感，在控制规律不变而负载变化时输出电流基本不变。 1.3发展趋势
1.3.1电力电子器件与材料的更新
在提高现有电力电子开关器件的同时，研发新型大容量电力电子器件，通过降低MOSFET通态电阻，提高电压;研制集成电力电子模块(简称IPEM)实现标准化、模块化、高效率、低成本、低污染、可编程;采用新型半导体材料碳化硅(SiC)，其工作温度可达600℃，PN结耐压可达5000KV以上，导通电阻小，导热性能好，漏电流特别小。 1.3.2控制策略和手段研究
在以矢量控制和直接转矩控制技术为中心的控制理论不断完善的研究中，开辟了自适应和滑膜变结构控制、模糊控制、神经网络控制、无速度传感器控制系统等。
2中压交-直-交电压型H桥级联变频器
随着交流调速技术的发展，作为大容量传动的高压变频调速技术得到了广泛的应用并取得了良好的效果，其中电压型H桥级联变频器由于其电压畸变率小、功率因数高、逆变模块技术要求低、技术成熟、运行效果好等特点，得到了广泛的应用。 2.1工作原理
电压型H桥级联变频器中每一项都由多个H桥功率单元串联而成，串联数取决于变频器输出电压等级，每个H桥由4个IGBT构成，并用独立彼此隔离的整流电源供电。
图一 H桥级联变频器和H级功率单元
2.2控制方式
H桥级联变频器的输出电压电平数多，通常采用三角载波比较法实现PWM(脉宽调制)，通过给定频率的等腰三角载波与给定频率的正弦调制波相比较，以二者交点确定功率单元中逆变器的开关时刻，使脉冲宽度按正弦规律变化，输出频率等于且幅值正比于指定调制电压的基波成分。 2.3特点及问题
此类H桥级联变频器使用1200V或1700V低压IGBT不需均压措施，且输出电压电平数多，电压畸变率小，电压波形每次跳变幅值小，无需输出滤波器，同时输入整流桥数多，通过输入变压器二次绕组移相，进线交流电流谐波小，功率因数高。
但是由于H桥级联数多，主电路复杂，储能电解电容技术要求高，可靠性受一定影响;整流电源数多，电机制动再生能量吸收或回馈技术实现难度大、成本高。
3除尘高压风机中的应用
除尘风机作为焦化行业环保除尘环节中重要设备，其运行状态将直接影响烟尘回收处理效果。现以河北钢铁集团宣钢公司焦化厂1#、2#干熄焦地面除尘风机调速方式为例，对比分析变频和液力耦合调速方式下的风机运行技术特点。 3.1工艺概况
干法熄焦过程中会产生大量焦灰尘和有害物，这些有害物不仅对现场操作人员造成危害，而且将对环境造成严重污染，为消除生产过程中产生的粉尘，由除尘风机负压收集各收尘点含尘气体经管道送至脉冲布袋除尘站，净化后排放至大气。根据宣钢焦化厂干熄焦除尘工艺所需除尘风量，综合考虑系统漏风等因素，选用10KV 800KW单吸入离心式除尘风机。
其中1#干熄焦2010年投产，设计初期，由于考虑高压变频器投资高、技术不够成熟、市场应用不普及等多方面因素，该项目除尘风机设计为液力耦合调速方式;随着电力电子技术的高速发展，高压变频基本成熟，其性能稳定、控制操作方便，节能明显等优点得到普遍认可，2#干熄焦除尘风机2014年设计采用高压变频调速方式，装焦时高速运行，非装焦时低速运行。 3.2二者调速性能比较 3.2.1调速效率
液力耦合器是装于电动机轴和负载轴之间的机械无极调速装置，利用油和两个互不接触的金属叶轮的摩擦力传导转矩，带动负载转动，可通过调节油压改变输出转矩，实现调速。当忽略轴承、鼓风损失和工作液体容积损失及摩擦力矩损失等，其调速效率近似为：nT=i;式中i为液力耦合器转速比，因此转速比nB减小调速效率降低，同时作为一种低效调速方法，其转差能量转换为油的热能儿消耗掉，当小于0.4时工作油升温加快，给设备运行带来不稳定状况。
而变频调速通过电力电子整流和脉宽调制逆变技术改变电动机电枢的电压和频率，仅控制电路本身需消耗很少一部分能量，因此可在全转速范围内保持较高的效率运行。 3.2.2启动性能
液力耦合器不能直接改善启动性能，启动电流仍达到电机额定电流的5至7倍，而变频启动可实现软启动，启动电流小，且启动全过程可控，启动点和爬坡时间可设置，可避免启动电流对电网和电动机的冲击。 3.2.3运行维护
结合焦化厂1#干熄焦除尘风机调速设备运行情况来看，液力耦合器机械结构和管路系统复杂，日常维护工作量大，且在故障下无法定速运行，必须停机检修;而2#干熄焦除尘风机H桥级联变频调速装置虽电子线路复杂，但技术成熟，尤其是单元自动切换和冗余运行特性，可在单元故障下实现不停机连续运行，运行可靠性较高，且其检修维护只需定期更换进风滤网。 3.2.4调节控制特性
液力耦合器依靠调节工作腔油量大小改变输出转速，因此响应慢(需30秒左右)，速度调节精度较低，在干熄焦装焦过程期间灰尘负压回收能力不能及时跟上，影响烟尘回收效果;而变频调速属于数字式控制，频率改变速度快，稳频精度高，可实现精准控制，提高了装焦过程期间烟尘回收率。 3.3节能经济效益分析
由于液力耦合器液力效率、转差消耗及变频器自身能量消耗的存在，其二者均存在额外的功率损耗，但变频调速运行效率随输出转速降低变化不大，而液力耦合器效率基本呈正比降低，且综合轴功率随转速呈三次方比例下降，节能和运行效率均不及变频调速。
下面在忽略液力耦合器辅机(冷油器、油泵等)所消耗功率和设备自身消耗等的理想状态下，对比1#、2#干熄焦除尘风机调速耗能情况：
1#干熄焦除尘风机为24小时工作，电机输入电流平均约为50A，年运行时间为300天，其全年用电量为：
F13UIcosHD1.732105024300=6235200kWh
2#干熄焦除尘风机为24小时工作，高速运行时，电机输入电流平均约为50A，低速运行时，电机输入电流平均约为30A，按每15min装焦一次，装焦时间5min，即每天高速运行时间为8小时，低速运行运行时间为16小时，年运行时间为300天，其全年用电量为：
F213UIcosHD1.73210508300=2078400kWh F223UIcosHD1.732103016300=2494080kWh F2F21F224572480kWh 综上可得：
全年节电量为FF1-F26235200-4572480=1662720kWh 节电率为=F166272027% F162352004结束语
通过中压交-直-交电压型H桥级联变频器与液力耦合器运行节能效果的对比分析，不难发现其在运行效率、启动性能、运行维护等方面有着突出的优势，且随着电力电子技术和控制理论的不断进步，会有更高性能的设备应用到国民经济的电气传动领域。
参考文献：
变频技术范文第5篇
摘要:介绍了电力电子器件和变频技术的发展过程，以及变频技术在家用电器的应用,分析了变频技术的应用也带来了谐波、电磁干扰和电源系统功率因数下降等问题。提出了相关的谐波抑制方法及提高电源系统功率因数的措施。
关键词:电力电子器件；变频技术；谐波；功率因数
引言
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。专家预言，在21世纪高度发展的自动控制领域内，计算机技术与电力电子技术是两项最重要的技术。
一、电力电子器件的发展过程
上世纪50年代末晶闸管在美国问世，标志着电力电子技术就此诞生。第一代电力电子器件主要是可控硅整流器(SCR)，我国70年代将其列为节能技术在全国推广。然而，SCR毕竟是一种只能控制其导通而不能控制关断的半控型开关器件，在交流传动和变频电源的应用中受到限制。70年代以后陆续发明的功率晶体管(GTR)、门极可关断晶闸管(GTO)、功率MOS场效应管(Power MOSFET)、绝缘栅晶体管(IGBT)、静电感应晶体管(SIT)和静电感应晶闸管(SITH)等，它们的共同特点是既控制其导通，又能控制其关断，是全控型开关器件，由于不需要换流电路，故体积、重量较之SCR有大幅度下降。当前，IGBT以其优异的特性已成为主流器件，容量大的GTO也有一定地位[1][2][3]。
许多国家都在努力开发大容量器件，国外已生产6000V的IGBT。IEGT(injection enhanced gate thyristor)是一种将IGBT和GTO的优点结合起来的新型器件，已有1000A/4500V的样品问世。IGCT(integrated gate eommutated thyristor)在GTO基础上采用缓冲层和透明发射极，它开通时相当于晶闸管，关断时相当于晶体管，从而有效地协调了通态电压和阻断电压的矛盾，工作频率可达几千赫兹[2][3]。瑞士ABB公司已经推出的IGCT可达4500一 6000V，3000一 3500A。MCT因进展不大而引退而IGCT的发展使其在电力电子器件的新格局中占有重要的地位。与发达国家相比，我国在器件制造方面比在应用方面有更大的差距。高功率沟栅结构IGBT模块、IEGT、MOS门控晶闸管、高压砷化稼高频整流二极管、碳化硅(SIC)等新型功率器件在国外有了最新发展。可以相信，采用GaAs、SiC等新型半导体材料制成功率器件，实现人们对“理想器件”的追求，将是21世纪电力电子器件发展的主要趋势。
高可靠性的电力电子积木(PEBB)和集成电力电子模块(IPEM)是近期美国电力电子技术发展新热点。GTO和IGCT，IGCT和高压IGBT等电力电子新器件之间的激烈竞争，必将为21世纪世界电力电子新技术和变频技术的发展带来更多的机遇和挑战。
二、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誕生的。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。
三、变频技术与家用电器
20世纪70年代,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[4]。
20世纪末期期,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。
四、电力电子装置带来的危害及对策
电力电子装置中的相控整流和不可控二极管整流使输入电流波形发生严重畸变,不但大大降低了系统的功率因数,还引起了严重的谐波污染。
另外,硬件电路中电压和电流的急剧变化,使得电力电子器件承受很大的电应力,并给周围的电气设备及电波造成严重的电磁干扰(EM1),而且情况日趋严重。许多国家都已制定了限制谐波的国家标准,国际电气电子工程师协会(IEEE)、国际电工委员会(IEC)和国际大电网会议(CIGRE)纷纷推出了自己的谐波标准。我国政府也制定了限制谐波的有关规定[5]。
（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[3]。
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斬波,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。
另一种方法是采用饱和电抗器的静止无功补偿装置。它具有静止型和响应速度快的优点,但由于其铁心需磁化到饱和状态,损耗和噪声都很大,而且存在非线性电路的一些特殊问题,又不能分相调节以补偿负载的不平衡,所以未能占据静止无功补偿装置的主流。
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。
五、结束语
我们相信，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] 周明宝.电力电子技术[M].北京:机制工业出版社,1985.
[2]陈坚.电力电子学－电力电子变换和控制技术.北京：高等教育出版社,2002.
[3]王兆安 黄俊.电力电子技术[M].北京:机械工业出版社,2003.
[4]陈国呈,周勤利.变频技术研究[J].上海大学自动化学院学报,1995(6):23-26.
[5]王正元.面向新世纪的电力电子技术电源技术应用，2001