变频技术范文

变频技术范文第1篇

我电厂的综合泵房共有9台水泵,其中有3台工业水泵,2台消防稳压泵,2台消防泵,2台生活水泵。而工业水泵承担着我公司两台5万KW汽机,两台额定蒸发量220T/H锅炉生产用水的供水任务,工业水泵的型号:250SSK468/54,流量:468m3/h,扬程54米,转速1470r/min,配用功率110KW;配用电机型号Y315S-4B3,电压380V,电流201A,转速1480r/min.建厂初期由于设计问题,全部采用工频运行。为了保证生产的可靠性,各种水泵在设计配用动力驱动时,都留有一定的富余量。电机不能在满负荷下运行,除达到动力驱动要求外,多余的力矩增加了有功功率的消耗,造成电能的浪费,

2007年由于燃煤机组发电成本越涨越高,为了节能增效,公司采购了2台西门子MICROMASTER430系列MM400变频器,对供水量最大的工业水泵进行节能改造。控制方式为1#工业水泵使用一台变频器,2#和3#共用一台变频器控制。一台变频器设一台压力变送器,压力变送器把工业水泵出口母管压力信号转换成4—0mA电流信号送到变频器。变频器根据变送器提供的电流信号自动调节水泵转速,从而维持生产需要的供水压力,形成一个闭环调速控制系统。改造完成后,工业水泵的控制系统不仅很好的完成了公司生产用水的任务,而且给公司节约了大量的能源。

2采用变频技术前后工业水泵的流量特性

水泵电机工频运行如图1所示,当水泵工作在曲线②的A点时,其流量与压力分别为Q1、P2,此时水泵所需的功率正比于P2与Q1的乘积。由于工艺要求需减小水量到Q2,通过增加管网管阻,使水泵的工作点移到曲线③上的B点,水压增大到P1,这时水泵所需的功率正比于P1与Q2的乘积,由图可见这种调节方式控制虽然简单,但功率消耗并无减少。

若水泵电机采用变频调速,水泵转速由n1下降到n2,这时工作点由A点移到C点,流量仍是Q2,压力由p2降到p3,这时变频调速后水泵所需的功率正比于p3与Q2的乘积,由图可见功率的减少是明显的。

3改造设计

3.1调速控制系统设计

根据终端用户生产工艺供水要求,考虑若干方面的因素,采用闭环调速控制(图2)。系统主要由两部分组成。

(1)控制对象。工业水泵电机功率110kW,额定电流201A;水泵配用功率l10kW,流量468m3/h,扬程54m。

(2)变频调速设备。变频器选用西门子MICROMASTER430系列MM400变频器,适配电动机功率150kW;PLC选用S7-200CPU226;扩展模块EM235;操作面板选用PSW1711-CTN。

(3)压力测量变送器(PT)。选用EJA430A-630SE/S1-2Mpa。用于控制水管出口压力并将压力信号变换为4mA-20mA的标准电信号,再输入调节器。

3.2鼠笼型电动机变频改造设计

(1)变频器选型。

电机用变频器运转同采用工频电源运转相比,电机的效率、功率因数将降低,电流增加,对同一负载而言约增加10%,400V电压等级频率为50Hz和60Hz时有如下电流关系:I400/50>I400/60。电机变频运转在50Hz时温升裕量小,要降低负载转矩使用;当电机极数>4极时(如8极、10极等),选择变频器容量要用电流来校核,即电动机脉动电流应不超过变频器的过电流耐量,1脉动<1.51;Ie电机负载很轻时,即使电机的电流在变频器额定以内,亦不能使用比电动机容量小很多的变频器。

低速时,电机的铜耗大体与额定时相同,但由于转速越低,电机冷却效果越差,定子的温升会发生变化。因此,选择变频器时,要考虑在低速下使用电机的温升,相应减小运转转矩(电流),降低铜耗。

电机运转在低频区时,转矩特性会大幅度降低。对于负载变动大或启动转矩大的情况,可选用上一级电动机与变频器。要考虑电机允许最高频率的范围。

(2)容量的选择。

连续运转设备所需的变频器容量的计算,要考虑变频器传给电动机是脉动电流,其脉动值比工频供电时电流要大,因此变频器的容量须留有适当的量。考虑到离心泵负载的具体情况,并参照厂家提供的产品选择样本确定变频器的容量为150kVA。

4节能效果计算

节能效果可按GB12497《三相异步电机经济运行管理》强制性国家标准实施监督指南中的计算公式计算:采用阀门调节流量对应电动机输入功率P1V与流量口的关系为:

P1V=[0.45+0.55(Q/QN)2]P1e;

式中P1e——额定流量时电动机输入功率,KW;

QN——额定流量,m3/h;

工业水泵采用变频调速后节电率Ki为:

Ki=1-(Q/QN)3/[0.45+0.55(Q/QN)2]。

低压配电系统运行电压380V,电机实际运行电流201A,水泵电机功率l10kW、极数4极、实际出力为55%～83%,取Q/QN=0.69得:

Ki=1-(Q/QN)3/[0.45+0.55(Q/QN)2]=1-0.693/(0.45+0.55×0.692)=0.5385;

P1e=1.732×380×201=132KW;

P1V=(0.45+0.55×0.692)×P1e=0.7119×132=94kW。

变频器调速调节水量时相对阀门调节水量的节电率为0.5385。设备运行每年按300天计算。年节电量超过27万kW/h。按电价0.55元/kW/h计算,年节约电费超过14.8万元,技术经济效益可观。

5我公司变频器其它方面的应用

工业水泵变频节能改造成功之后,公司又对两台消防稳压泵和两台除盐水泵进行了改造。两台消防稳压泵自动切换使用一台西门子MICROMASTER430系列MM400变频器;两台除盐水泵自动切换使用一台西门子MICROMASTER430系列MM400变频器。也都获得了很好的节能效果。

然而,在电厂厂用电中耗电最多的四大辅机:给水泵(3台),引风机(4台),一次风机(2台),二次风机(2台),却仍然没有采用变频或是液力耦合等节能技术。电机全部工频运行,只是用调节其出口阀门开度来调节介质流量,系统瘪压情况较严重,压力不稳定。设备振动厉害,给生产带来很多不稳定的因素,同时浪费了大量电能。

变频技术范文第2篇

一台施耐德变频器，频率只能上到20Hz，检查了各项参数，发现最高的频率上限均为50Hz，由此排除了参数的问题。再检查是不是给定方式不对，改成面板给定频率，变频器最高可运行到50Hz，因此，判断是模拟量输出电路出现了问题，检查后，发现一贴片电容损坏，更换后，变频器频率调节恢复正常。

2变频器过热

这几台使用不到一年的变频器，复位开车后还是可以正常的运行，只不过几个小时候又发生同样的故障，检查电动机没有发现问题，但注意到变频器的通风口风量很小，于是把变频器拆开检查，发现这几台变频器有的因为散热风扇烧坏，有的因为风扇保险烧坏，更换风机后，此类情况就没有在出现。4）过压和欠压。一台施耐德的变频器出现过压，总是在停机时跳“OU”，这个时候我们可以重点检查制动回路，测量放电电阻没有问题，测量制动管被击穿，把制动管换掉之后，便没有出现这个问题。出现欠压情况的DANFOSS变频器，在加负载后出现“DCLINKUNDERVOLT”，经过仔细检查问题不是特别的复杂，应该重点检查整流桥，经过检查整流桥发现有一路桥壁开路，更换后问题解决。

3故障出现的原因和应对方法

3.1不能调高频率的变频器

分析原因后得出结论，是因为电动机安装在外面，现场对于电动机保护不当，下雨时不能对电动机及时防雨，造成了电动机受潮，雨后也未能对电动机烘干，造成了电动机内部局部发生短路现象。这样的情况比较容易解决，只要做好对电动机的保护工作，增加电动机防雨系统，及时检查电动机，如有受潮的情况及时烘干。

3.2变频器频率上不去

变频器调频，发现频率调不上去时，首先看各项参数是否正常，如果参数问题排除，可以检查给定方式，如果都排除了，那么就知道是模拟量输出电路出现了问题，仔细检查模拟量输出电路，找出问题所在，排除问题。

3.3变频器过热

这个问题最终很显然是因为变频器的通风排热系统出现问题，散热风扇的质量过于粗制劣造，造成不必要的麻烦。应该选用正规厂家合格的有质量保证的变频器，及时的跟变频器厂家沟通散热排风扇的质量问题。

3.4过压和欠压

变频器过压和欠压是两个不同的故障，所以有不同的原因和应对方法。变频器过压报警，主要原因是因为减速的时间太短，或者制动单元出现了问题。变频器在减速的时候，电动机转子绕组切割旋转磁场的速度加快，转子的电流增大，电机从而处于发电的状态。这个时候，我们就要认真检查制动回路，发现问题，然后换掉出现问题的部分。欠压报警主要原因在于整流桥某一个部位的损坏，刚才也已经举了一个例子，是整流桥有一路桥臂开路。出现变频器欠压的问题，就要仔细检查整流桥，查看问题的部位并撤换掉。

3.5变频器的运行环境

在一些工厂内，空气中的粉尘和蒸汽含量很高，所以变频器一半在现场的控制柜中保护，为了更好的散热，就在控制柜上安装了冷却风扇[3]。变频器的各个部分的电缆都从控制柜的底部连接变频器，导致控制柜封闭不严，粉尘和蒸汽可以通过控制柜的底部进去到控制柜影响变频器。

4针对变频器出现故障的原因提出对策和建议

1）变频器的控制柜。建议把变频器的控制柜移到室内，把变频器的防护等级提高到IP54，防止粉尘和蒸汽进入到变频器内。2）变频器的选择。根据不同的负载选择恰当的变频器，保证变频器的正常运行。3）变频器电源柜的改变。可以把供电给变频器的电源柜改为馈电柜，从而可以避免操作人员对变频器进行多次强制复位，保护变频器不受人为破坏。4）关于长期不用的变频器和变频器电容器。长期用不到的变频器，要定期进行带电运行，这样可以对变频器内件进行充电式的保护。如果有时间和条件，对使用多年的变频器的电容器进行测试。

5结语

本文介绍了变频器出现的故障，原因和解决对策。分析这些出现的故障及其出现的原因，我们可以从中得出结论，在购买和选用变频器的时候，一定要选择正规有质量保障的厂家，不可为贪图一时便宜而使将来麻烦重重，根据变频器使用的环境和实际需求的负载来选择合适的变频器也是关键，避免因为机型不合适的问题造成生产的阻碍，避免因为机型的不合适造成变频器不能正常运行从而造成损坏的情况。买到正确的变频器也要正确的使用，对变频器变频技术维护和保养也不能马虎。用一些小技巧和小方法保护变频器的使用寿命，在变频器出现问题的时候，不要强制的运行和停止，要积极联络维修人员，仔细检查变频器出现问题的原因和部位，做到真正的爱护和保养。只有这样才能延长变频器的寿命。

变频技术范文第3篇

关键字：变频器；检修；技术

引言：变频调速器作为一种高效节能的电机调速装置，因其较高的性能价格比在工厂得到了越来越广泛的应用。维护、维修、测试变频调速器的工作变得日趋重要，因而使变频调速器维修测试平台成为应用领域不可缺少的设备。莱钢自动化部于2002年设计、组建了变频调速器维修测试平台。变频调速器维修测试平台主要由两部分组成，维修部分和测试部分。

1.变频器的构成

变频器主要是由主电路、控制电路组成。

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”。

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(tg、plg等)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、变频器应用维护保养。由于变频器能适应生产工艺的多方面要求，尤其是在工业自动化控制应用上，交流变频调速技术已经上升为工业自动化控制的主流。交流调速系统的性能已经可以和直流调速系统相匹敌，甚至可以超过直流系统。它采用的全数字控制方式，使信息处理能力大幅度地增强。同时它将实用经验和技巧不断地融入软件功能中，采用模拟控制方式无法实现的复杂控制在今天都已成为可能，使变频器的可靠性、可使用性、可维护得以充实。由于变频器具有调速性能好、调速范围宽和运行效率高，使用操作方便，且宜于同其它设备接口等一系列优点，所以应用越来越广泛。

2.变频调速器维修部分的组成

从前几次维修变频器的经验来看，与强电相关的器件、大功率器件，电源部分以及相应的驱动部分电路损坏频率较高，当然在以后的维修过程中会出现各种各样的故障现象，表现与其相应的电子电路有关。电子设备的维修过程就是寻找相应故障点的过程。在维修过程中，我们还是应该坚持以人为主，设备为辅的原则，充分发挥人的主观能动性，降低维修成本，从故障现象入手，分析电路原理、时序关系、工作过程，找出各种可能存在的故障点，然后借助一些维修检测设备，确定故障点，确定故障元器件，(包括定性与定量指标)，然后寻找相应的器件进行替换，使设备恢复其固有的性能指标。

3.变频器维修方法

往往变频器的故障只有一点，而对于维修者最重要的就是找到故障点，有针对性地处理问题，尽量减少无用的拆卸，尤其是要尽量减少使用烙铁的次数。除了经验，掌握正确的检查方法是非常必要的。正确的方法可以帮助维修者由表及里，由繁到简，快速的缩小检测范围，最终查出故障并适当处理而修复。

3.1报警参数检查法：变频器会针对电压、电流、温度、通讯等故障给出相应的报错信息，而且大部分采用微处理器或DSP处理器的变频器会有专门的参数保存3次以上的报警记录。

3.2类比检查法：此法可以是自身相同回路的类比，也可以是故障板与已知好板的类比。这可以帮助维修者快速缩小检查范围。

3.3备板置换检查法：利用备用的电路板或同型号的电路板确认故障，缩小检查范围是非常行之有效的方法。

3.4隔离检查法：有些故障常常难于判断发生在那个区域，采取隔离的办法就可以将复杂的问题简单化，较快地找出故障原因。

3.5直观检查法：就是发挥人的手、眼、耳、鼻的感知器官来寻找出故障原因。

3.6升降温检查法：此法对于一些特殊的故障非常见效。人为地给一些温度特性较差的元件加温或降温，产生“病症”或消除“病症来查找故障原因

3.7破坏检查法：就是采取某种手段，取消内部保护措施，模拟故障条件破坏有问题的器件。令故障的器件或区域凸现出来。

3.8敲击检查法：用绝缘的橡胶棒敲击有可疑的不良部位，如果变频器的故障消失或再现则很可能问题就出在那里。

3.9刷洗检查法：很多特殊的故障，时有时无，若隐若现，令人无法判断和处理。这时就可以用清水或酒精清洗电路板，同时用软毛刷刷去电路板上的灰尘，锈迹，尤其注意焊点密集的地方，过孔和与0伏铜层接近的电路也要清洗干净，然后用热风吹干。往往会达到意想不到的效果。至少有助于观察法的应用。

3.10原理分析检查法：原理分析是故障排除的最根本方法，其他检查方法难以奏效时，可以从电路的基本原理出发，一步一步地进行检查，最终查出故障原因。

4.维修过程

4.1询问用户变频器的故障现象，包括故障发生前后外部环境的变化。例如，电源的异常波动、负载的变化。

4.2根据用户的故障描述，分析可能造成此类故障的原因。

4.3打开被维修的设备，确认被损坏的程序，分析维修恢复的可行性。

4.4根据被损坏器件的工作位置，通过阅读电路，分析电路工作原理，从中找出损坏器件的原因，以及一些相关的电子电路。

4.5寻找相关的器件进行替换。

4.6在确定所有可能造成故障，所有原因都排除的情况下，通电进行实验，在做这一步的时候，一般要求所有的外部条件都具备，并且不会引起故障的进一步扩大化。

4.7在设备工作正常的情况下，就可以进入下一个程序，系统测试。

5.变频器本身的故障自诊断及预防功能

老型号的晶体管变频器主要有以下缺点：容易跳闸、不容易再启动、过负载能力低。由于IGBT及CPU的迅速发展，变频器内部增加了完善的自诊断及故障防范功能，大幅度提高了变频器的可靠性。 如果使用矢量控制变频器中的“全领域自动转矩补偿功能”，其中的“启动转矩不足”、“环境条件变化造成出力下降”等故障原因，将得到很好的克服。该功能是利用变频器内部的微型计算机的高速运算，计算出当前时刻所需要的转矩，迅速对输出电压进行修正和补偿，以抵消因外部条件变化而造成的变频器输出转矩变化。此外，由于变频器的软件开发更加完善，可以预先在变频器的内部设置各种故障防止措施，并使故障化解后，仍能保持继续运行。

6.结束语

变频器的维修工作是一项理论知识、实践经验与操作水平的结合的工作，其技术水平代表着变频器的维修质量。所以我们要经常阅读一些有关的书报杂志，不断了解这些电子元器件所具备的功能和特点，开拓思路，给维修工作以启迪，并将这些学到的知识应用于实际工作中，解决一些维修过程中无法解决的问题，以使自己的技术水平不断提高。变频器是运动控制系统中的功率变换器-变频发展分析变频器是运动控制系统中的功率变换器。当今的运动控制系统是包含多种学科的技术领域，总的发展趋势是：驱动的交流化，功率变换器的高频化，控制的数字化、智能化和网络化。因此，变频器作为系统的重要功率变换部件，提供可控的高性能变压变频的交流电源而得到迅猛发展。

参考文献：

[1]变频器应用技术（华南理工大学出版社）

变频技术范文第4篇

（1）交流-交流变频，使固定的交流电源转换成频率变化的交流电源，主要特点是没有中间环节，缺点为变换的频率范围不大。（2）交流-直流-交流变频，使固定的交流电源转换成直流，将直流电源转变成频率变化的交流电。由于直流到交流环节易于控制，因此，频率可调节范围和提高变频电机特性等，具有明显的优势。其装置在煤矿井下已大量使用。如图1所示为交直交变频器的主电路图。这种方法只适用于小容量逆变器，不常用。还有一种方法为脉宽调制，逆变器电压的大小经过变化，使输出脉冲进行变化。现在国内外变频器技术以惊人的速度在发展，在不同的功能上，模拟早期的设置已被设定数字量取代，特别是在我国煤矿井广泛应用，带来了巨大的经济和社会效益。

2变频调速技术的应用

使用PID控制器和可编程控制器（PLC）控制技术来控制变频器，反向，速度，加速，减速时间，实现各种复杂的控制，为适应煤矿提升，压风，排水，电牵引采煤机设备的要求。提升机PLC，PID变频控制技术更为复杂，这里不介绍了。压风机为例，对变频调速控制技术和功能的应用，证明变频调速技术的优越性和经济效益的描述。在正常操作压力风机，当罐内压力达到规定的压力，通过压力调节器处于闲置状态，风机的压力，为了降低储罐压力，当气体储罐压力低于规定压力，机器正常使用工作。但空气压缩机输出压力波动较大，不能达到理想的空气压力，直接影响到气动工具的正常运行。在变频技术的使用，确保空气压缩机输出压力保持不变，总是让空气压缩机输出压力保持在正常的工作压力水平，大大提高煤炭生产效率。与传统的PID控制对比，检测信号反馈给变频器控制量，以控制变量的目标信号进行比较，以确定它是否是预定的控制目标，根据二者之间的差异进行调整，达到控制目的。如储气罐压力超过目标值（气舱压力给定值），应调节压缩空气同气舱压力值近视平衡。相反，如储气罐压力低于目标，应调节储气罐压力同目标压力近视平衡。通过对变频调速技术在压风机上的应用，可以达到空气压缩机输出压力基本上保持恒定的生产价值的需要，空气压缩机输出压力始终保持在最佳状态下生产。

3变频调速技术优点和效益

通过与以往的控制技术相比变频调速技术具有十分明显的优势，并带来了可观的社会和经济效益。其具有的优点如下：（1）隔爆性能可靠。（2）安全性高。（3）性能齐全，完全达到《煤矿安全规程》规定要求。（4）设备运行时可靠性高。（5）速度调节范围宽。（6）操作简单，维修方便。（7）速度平稳。（8）节能环保。实践证明，煤矿井下采用了变频调速系统后，节能效果是十分明显的。可以从几个方面来体现：（1）减少了故障的经济效益，比较直流电动机的调速性能、事故率、检修时间、影响生产、维修成本等有着不可相比的经济效益。（2）提高生产率的经济效益。由于变频调速技术的应用，使设备运行质量，生产效率在相同的条件下，可以得到巨大的经济效益。如提升机、皮带输送机、空压机等在无机变速生产中都有着不可忽视的经济效益。通过变频调速技术在现代工业技术方面的推广，特别是在煤矿产品上面的应用，给煤矿的安全生产带来了巨大的社会和经济价值，加快了煤矿的工业化进程，给经济运行创造了良好的条件。相信在不久的将来，变频调速技术将广泛应用于煤矿生产中。

变频技术范文第5篇

关键词 变频技术；煤矿绞车；PLC；电气控制；节能改造

中图分类号TD5 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）98-0198-02

1 传统绞车的应用现状与技术问题

在挖掘与开采等矿山生产过程中，绞车作为运输系统的关键设备往往对生产安全与效率的提高具有至关重要的影响作用。然而，由于电控绞车需要在一个提升周期内进行加速、等速、减速、卸载等复杂的操作任务，设备启停、加减速时，机械部件与电气元件所受到的冲击都使绞车工作的稳定性与经济性面临着巨大的考验。

调查表明，目前我国煤矿绞车在实际使用中的问题主要集中在以下两个方面：首先，费用过高、能耗过大是煤矿绞车运行的明显缺陷，由于传统绞车常利用串联电阻进行调速操作，而串联电阻系统的耗电量高，其能耗成本接近设备运行整体成本的80%，但耗电量中有很大一部分都由于井下轨道实际负载的变化而损失了；另一方面，调速电阻的控制需要技术人员在掌握其工作原理的基础上，根据经验对各种运行情况进行判断，而由于误判造成的钢丝绳被拉断、翻矸斗过卷或拉翻等问题均较为常见，加之串联电阻电路的接点多，往往会造成与行程开关配合困难的问题，导致不动作、误动作等问题的发生，造成运输过程的安全生产得不到保障。此外，为确保设备运行的安全性与稳定性，通常要求绞车维修养护人员的数量多、技术高，这又使人力资源成本进一步提高。可见，串联电阻等传统的电控方式既不利于矿山生产安全性和经济性的实现，也不符合国家节能降耗的“绿色煤矿工业”的发展思路。而要改变这一现实，达到优化系统、节能增效和净化环境的效果，将PLC变频技术作为首选，对绞车电气控制系统进行节能改造势在必行。

2 PLC变频技术在绞车运行过程中的应用

在煤矿的采掘过程中，浅煤层的开采环境相对良好，轨道坡度变化容易控制且质量较高，然而随着开采规模的不断扩大，煤层越深，轨道的质量越差，其坡度的变化也就更加难以控制。绞车在经过陡坡和缓坡时所担负的负荷变化明显，若以同一工作频率运行设备，就将使部分电机电能空耗，甚至将多余的电能反馈至电网，引发绞车主回路的母线电压出现不正常升降的现象。由于电机的实际转速与供电电源频率成正比例关系，因此可通过改变电源频率来实现改变电机转速的目的，结合绞车实际负载情况调节电机的输出功率，可以提高电网功率因数，从而更加精确地实现对绞车的电气控制目标。在这一背景下，我国煤矿绞车中的直流调速和模拟控制正逐渐被效率更高、稳定性更好、工艺流程更加合理的交流变频调速和数字控制所代替。

目前，我国煤矿绞车所选用的PLC变频控制系统多选用660V、50Hz的电源，电压的波动范围控制在±10%，允许的频率波动范围通常为±2.5%。根据实际运行需要，可将输出功率设置在200kW，并确保0～50Hz的输出频率，从而保证绞车作业能安全、高效地进行。系统应为实际生产中不同的运行环境设置保护功能，以解决设备的过流、过压、欠压等常见问题，且应以自动转矩提升功能的设置，确保处于低频运转的绞车能够满足额定转矩的规定要求。

电气控制可采用双PLC全数字控制系统，两套PLC与硬件电路互相冗余，完成绞车的提升控制与数字监控系统，并同时在PLC故障时能够分别完成临时应急提升。其中防止过卷装置、过速装置、限速装置和减速功能保护应设置为相互独立的双线形式。系统的声光信号与控制回路应具有闭锁功能，并以30天作为标准，保留信号发出的次数以及时间记录。检修时将绞车运行速度设置在0.3m/s～0.5m/s为宜，并应可调整为手动操作状态。为确保检修工作的顺利进行，操作台还应设置深度、速度、电压、电流、油压温度等指示，以确保工作人员获得的数据全面、准确、直观。

3 实际效益分析

从将上述技术应用于煤矿绞车电控改造的实际效果来看，PLC变频技术主要在以下几方面具有突出的优点：首先，新系统大大降低了绞车的运行成本。变频技术使运输循环中调速运行时间所占的比例相对增加，直接降低了设备运行的能源成本35%以上，并因减少电流冲击而降低了设备的故障率，有效减少了设备的更换、维修及时间成本。其次，绞车负载随电机转速而变化，而变频技术具有精确的负载控制功能，可以确保负载量与设备输出相匹配，因此，绞车电气控制的精确程度也得到了大幅提高。此外，通过对设备停启、加减速的控制，设备机械部件与电气元件所受到的冲击都得到了缓解，煤矿运输系统运行的安全性和可靠性也得到了进一步的提升。

4 结论

作为我国煤矿工业技术革新的重要标志之一，PLC变频技术在煤矿绞车电气控制中体现出的种种成效都说明了进行设备节能改造的必要性和可行性。改进中应将变频系统的性能与煤矿生产的具体情况相结合，根据实际运输需要对PLC模块进行灵活组合，使其充分发挥与作业条件相匹配的先进控制功能。相关技术人员应认真研究PLC变频的工作原理与技术特点，将之逐步应用于矿山风机、水泵等其他设备的电气控制中，为实现我国煤矿工业技术的全面发展贡献力量。

参考文献

[1]李传伟.PLC与变频器相结合应用技术[J].通用机械，2005（11）.

[2]马修成 基于变频技术的煤矿机电设备应用分析[J].中国新技术新产品，2009（10）.

[3]栗广亮.PLC和高压变频器在矿井提升机中的应用[J].中国设备工程，2009（3）.

[4]王日全，李昌杰，王庆华，仇如庆，王广文.井下绞车电控系统变频技术应用[J].煤矿现代化，2007（5）.

变频技术范文第6篇

一、谐波问题及其对策

通用变频器的主电路形式一般由整流部分、逆变部分和滤波部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变器部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形。由于通用变频器的整流部分采用二极管不可控桥式整流电路，中间滤波部分采用大电容作为滤波器，所以整流器的输入电流实际上是电容器的充电电流，呈较为陡峻的脉冲波，其谐波分量较大。为了消除谐波，可采用：

1、增加变频器供电电源内阻抗。通常情况下，电源设备的内阻抗可以起到缓冲变频器直流滤波电容的无功功率的作用。这种内阻抗就是变压器的短路阻抗。当电源容量相对变频器容量越小时，则内阻抗值相对越大，谐波含量越小；电源容量相对变频器容量越大时，则内阻抗值相对越大，谐波含量越大。所以最好选择短路阻抗大的变压器。

2、安装电抗器。安装电抗器实际是从外部增加变频器供电电源的内阻抗。在变频器的交流侧安装交流电抗器或在变频器的直流侧安装直流电抗器，或同时安装，抑制谐波电流。

3、变压器多相运行。通用变频器的整流部分是六脉波整流器，所以产生的谐波较大。如果应用变压器的多相运行，使相位角互差30°。如Y-、-组合的两个变压器构成相当于12脉波的效果，则可减小低次谐波电流28%，起到谐波抑制作用。

4、调节变频器的载波比。只要载波比足够大，较低次谐波就可以被有效地抑制，特别是参考波幅值与载波幅值小于1时，13次以下的奇数谐波不再出现。

5、专用滤波器。专用滤波器用于检测变频器谐波电流的幅值和相位，并产生一个与谐波电流幅值相同但相位正好相反的电流，通到变频器中，吸收谐波电流。

二、负载匹配问题及其对策

生产机械的转矩特性大体分为三种类型：恒转矩负载、风机泵类负载和恒功率负载。针对不同的负载类型，应选择不同类型的变频器。

1、恒转矩负载。恒转矩负载是指负载转矩与转速无关，任何转速下，转矩均保持恒定。而恒转矩负载又分为摩擦类负载和位能式负载量两种。

2、风机泵类负载。风机泵类负载是目前工业现场应用最多的设备，虽然泵和风机的特性多种多样，但是主要以离心泵和离心风机应用为主，通用变频器在这类负载上的应用最多。这类负载对变频器的性能要求不高，只要求经济性和可靠性，所以选择具有U/f=const控制模式的变频器即可，如三菱变频器FR-F540（L）系列。风机负载在实际运行过程中，由于转动惯量比较大，所以变频器的加速时间和减速时间是一个非常重要的问题。

风机负载的系统转动惯量计算是非常重要的。变频器具体设计时，按计算结果，进行适当修正，在变频器起动时不发生过流跳闸和变频器减速时不发生过电压跳闸的情况下，选择最短时间。而泵类负载在实际运行过程中，容易发生喘振、憋压和水垂效应，所以变频器选型时，要选择适于泵类负载的变频器，且变频器在功能设定时要针对上述问题进行单独设定。

3、恒功率负载。恒功率负载是指转矩大体与转速成反比的负载，如卷取机、开卷机等。就一定的速度变化范围而言的，利用变频器驱动恒功率负载时，通常考虑在某个转速点以下采用恒转矩调速方式，在高于该转速点时才采用恒功率调速方式。通常将该转速点称为基频，而该点对应的电压为变频器输出额定电压。

三、发热问题及对策

变频器的发热是由内部的损耗产生的。对变频器进行散热，通常采用：

1、采用风扇散热。变频器的内装风扇可将变频器的箱体内部散热带走，若风扇不能正常工作，就立即停止变频器运行。

2、降低安装环境温度。通用变频器的环境运行温度一般要求在-10℃到-50℃之间，如果能够采取措施尽可能降低变频器运行温度，那么变频器的使用寿命就延长，性能也比较稳定。对于这个问题可采取两种方法：一是建造单独的变频器低压间，内部安装空调，保持低压间温度在+15℃到+20℃之间；二是变频器的安装空间要满足变频器使用说明书的要求。

以上所谈到的变频器发热是指变频器在额定范围之内正常运行的损耗。当变频器发生非正常运行（如过流，过压，过载等）产生的损耗时，必须通过正常的选型来避免此类现象的发生。

对于风机泵类负载，以三菱变频器FR-F540为例，当变频器相对于其额定负载的120%过载时，其持续时间为60秒，并且在300秒之内不允许出现第二次过载。当变频器出现过载时，功率单元因其流过的过载电流而升温，导致变频器过热，这时必须尽快使其降温以使变频器的过热保护动作消除，这个冷却过程就是变频器的过载周期。不同的变频器，其过载倍数、过载时间和过载周期均不相同，并且其过载倍数越大，过载时间越短。

对于变频器所驱动的电机，按其工作情况可分为两类：长期工作制和重复短时工作制。长期工作制的电机可以按其名牌规定的数据长期运行。针对该类负载，变频器可根据电机铭牌数据进行选型，如连续运行的油泵，若其电机功率为22kW时，可选择FR-F540-22k变频器即可。重复短时工作制电机，其特点是重复性和短时性，即电机的工作时间和停歇时间交替进行，而且都比较短，二者之和，按国家规定不得超过60秒。重复短时工作制电机允许其过载且有一定的升温。此时，若根据电机铭牌数据来选择变频器，势必造成变频器的损坏。针对该类负载，变频器在参考电机铭牌数据的情况下要根据电机负载图和变频器的过载倍数、过载时间、过载周期来选型。如重复短时运行的升降机，其电机功率为18.5kW，可选择FR-A540-22k变频器。

通过对通用变频器运行过程中存在问题的分析，提出了解决这些问题的实际对策，随着新技术和新理论不断在变频器上的应用，变频器存在的这些问题有望通过变频器本身的功能和补偿来解决。随着工业现场和社会环境对变频器的要求不断提高，满足实际需要的真正“绿色”变频器也会不久面世。

变频技术范文第7篇

变频器的主要电路通常是“交一直一交”的模式，从外部输入的电源是1140V/50Hz，经过三相桥式无控制电流完成之后变成直流的信息。在整流的电路中，输入电流的形态是没有规则的长方形电波，电流按照特定的级数来进行分配，分别为基波和谐波，谐波分为多种，其中高次谐波将对输入供电路线产生影响。在逆变输出电流时，输出的电流会受到PWM承载电波信号的脉冲波形的影响，针对GTR大功率的逆行变化原件，其PWM在电流中承载的电波频率为2KHz~3KHz。而IGBT大功率逆流变化原件的PWM最大的承载频率可以达到15KHz。统一到输出电流时，其电流的信号可以被分解成仅包含正弦波的基础波形和其他雷系的谐波，其中高次谐波其电流对承载的电波形成直接的干扰。除此之外，高次谐波其电流还会通过电缆的途径向各个空间传递辐射，同时也会让其他的电气设备受到干扰。

2抑制谐波干扰的方法

我们都知道，谐波的传播的方法有两种，分别是传导和辐射。对于传导的干扰问题，重点是要把传导在电路中的高端频率的电流进行过滤；对于辐射干扰的解决，主要是对辐射的源头和受到干扰的路线完全的隔断。以下是经常用到的5种方法。1）让变频装置的供电源头与其他供电电源的设备进行隔离，或者将变频器与其他的输入两侧安装隔离其控制变压，同时让谐波的电流断开。2）可以选择在变频器的输入两侧与输出的两侧进行串联，安装合适的电抗器，也可以选择安装谐波变压器。其安装的滤波器的构成一定要是LC型的滤波器，这样可以让滤波器尽可能的吸收谐波，同时也可以增强电源和电流的地块能力，从而可以让谐波在干扰中可以达到较好的抑制。3）电动机和逆变器中间存在的电缆要穿过钢管的设备，或者穿过运用铠装置的电缆，相对比与其他较弱的信号，要使用不同的电缆进行分开，分别设置敷设，更好的避免谐波的干扰。4）对于设备的信号线，要采用较好的屏蔽线，在不知屏蔽线时变频器的主干回路控制的路线要相互错开保持一定的距离，其距离一般要少于20cm，可以有效的阻断敷设的干扰。5）变频器在使用时，要选用专业的接地线，并且要用粗短线来接地。针对其周边的电气设施所使用的接地线，一定要注意和变频器的配线隔开，同时也可以使用短线。通过这样的方式，就可以使电流谐波对周边的电气进行辐射时有效的抑制。

3抑制谐波措施的应用

羊场湾煤矿的机泵依靠自耦降压的方式来进行启动，为了让变频控制系统能更好的服务，对其进行改造后，让其在调频减速的功能有所提高，并且在节约省电的方面起到良好的作用。但是在变频输出部位和电动机之间存在的输出线频繁的出现发热现象，造成电动机的外壳随着温度的升高不断的发热，并且会经常性的出现保护装置跳闸，经检测，其原因是变频器在输出电压和电流在输出携带的信号中含有PWM高次谐波造成感染。谐波电流在输出时携带的电流和电动机在绕线中形成其功率的严重缺损。解决的办法：通过把变频器的输入线和输出线进行分离，分别在输出输入时走不同的电缆沟，采用大号的电缆，来取代以前的电缆。把输出部分和电动机相隔的电缆的长度尽可能的缩短。通过采取这些措施，其发热问题得到较好的解决，对出现的各种变频器受到高次谐波干扰的问题大部分得到解决。但对谐波的组成以及其自身的幅度都有严格要求的设施来说，想彻底的抑制高次谐波的干扰，在实行上难度很大。2005年12月，羊场湾煤矿的二煤轨道绞车有SQ-3的型号，改为PJT-3的型号。绞车在安装运行的过程中，南二S528机巷传感器显示其运作正常，分区一地面的检查中心频繁的出现“冒大数”的现象，并得出瓦斯超出限定值达到2.5%。根据数据的显示，对瓦斯超限的现象信以为真，但当经过调查发现，原来是绞车的变频系统在运作时产生的谐波干扰而导致。对于干扰的出现，如果不进行计算的处理，将会给煤矿井下的安全造成严重的困扰，同时对管理也会造成一些影响，同时也会让瓦斯在实地进行监控的意义不复存在。KJ66型监控系统其瓦斯的感应器所向外传输的频率为200~1000Hz，其相应的瓦斯含有的浓度达到0~4.0%。高次谐波其污染的源头来着对电源和其他传播路径辐射到瓦斯感应器的传输路线中，让瓦斯传感器的传输路线中携带着两个甚至两个以上的频率信息。当两个或两个以上的频率信号在在线路中传播时，在他们中间会存在着几百甚至几千赫兹的低频差拍。低频差拍在积满能量时会对瓦斯传感器的殊荣路线形成干扰，让传感器在传输的频率会随着幅度的增加而是瓦斯的超出限制部分出现虚假的数值。经过对实地的考察，当绞车在工作时，其变动的电流以及其挖掘迎头电源线对其线路的干扰频率会在6.8KHz~20KHz左右。绞车其在提升中产生的负荷大，在全速运行的时候，其传感器在传输信号的路线干扰达到780Hz，造成相对于的瓦斯在2.9%CH4的假值。通过对以上的分析，可以采用下列措施，消除谐波干扰：变频绞车在运行时选用单独干式变压器进行供电，从而解决电网在污染方面的问题；变频绞车的供电路线要选用隐蔽专用的电流，解决频率辐射减弱的问题；将监控路线的敷设由原本的轨道式上山改为人力上山，防止传输的过程中受到干扰；建立特有的监控室，将监控站的电源分布导入一台隔离变压器，防止电网对分站的影响；将频率传感器更换为电流型的传感器，这样可以减少干扰频率的传播。

4结束语

本文通过变频器谐波产生的原因进行详细的分析，从而让电流运行时防止其受到谐波的干扰，通过长期的研究，探索出抑制谐波干扰的方法，并且还分析了抑制谐波的措施在煤矿实际工作的运用，根据上述的问题，提出相应的解决措施，为以后煤矿变频技术设施探索的工作者提供有效的方法。

变频技术范文第8篇

关键词变频器；变频技术；煤矿皮带机；工作原理；效果

中图分类号TD63+4.1 文献标识码B doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2016.01.046

皮带机是煤矿井下的主要煤炭运输设备，因此，皮带运输机的安全高效运行对于提高矿井生产效益具有十分重要的意义。但由于皮带具有一定的弹性，根据《煤矿安全规程》中的相关规定，皮带机应采取的启动方式为软启动方式。目前，很多煤矿仍采用液力耦合器来实现软启动，但由于其具有能耗高等不足，因而逐渐为变频技术所代替。

1某矿皮带机系统简介

某矿井下所使用的皮带机采用双机驱动方式，即采用两台电机拖动，电机功率均为1400kW，两台电机均安设在机头处，具体如图1。该矿皮带机此前采用液压耦合器进行驱动，皮带机运转期间多次出现皮带损坏问题，增加了检修工作量，用电成本较大。

2变频器工作原理

（1）变频器将交流电变换为直流电，最初的交流电是三相或单相的；（2）变频器将第一步变换的直流电再变换为交流电。此时的交流点是三相或单相的，但从交流电电压和频率角度讲，它不同于最初的交流电，表现在电机运行曲线上则为该曲线平行下移，这表明电机具有较大的启动转矩，即电机以较小的电流启动重载负荷。

3煤矿皮带机变频调速方案分析

3.1传统液耦的不足

（1）增加空载启动环节。若采用液压耦合器，则应首先进行空载启动，因为工频启动时存在较大电流，且一般会超过4倍的电机额定电流。电流产生的瞬时冲击则会使得电机中的机械应力等瞬间变大，进而造成电机内部机件的严重损坏问题。此外，这种启动方式还会对电网造成较为严重的影响，如电压下降问题，从而使得其他机电设备不能正常运转。因此，为避免上述不利情况出现，应在皮带机上安装软启动设备，常用的软启动设备为水电阻。（2）水电阻液体温度过高会造成环境污染问题。若液压耦合器工作时间过长，液体温度则会不断升高，且达到一定温度值，就会造成合金塞的熔化问题，进而引发漏液问题，如此既污染了环境，还增加了维护工作量。（3）皮带强度要求高。若采用液压耦合器，则皮带机在很短的时间内完成加载工作，这极易使得皮带承受更大的张力，因而必须增加皮带的强度，以避免皮带破坏。（4）多电机驱动的功率不平衡问题得不到有效解决。煤矿井下所采用的皮带机一般长度较大，且承担运量大的运输工作，基于此种情况，皮带机往往采用的驱动方式为多电机驱动，而采用此种驱动方式则面临的一个问题就是必须解决多电机驱动的功率不平衡问题，而液压耦合器则无法有效解决这种不平衡问题。

3.2高压变频器的优势

（1）更好实现皮带机的软启动。皮带机的缓慢启动是以电机缓慢启动为基础的，且电机还能有效释放胶带内部贮存的能量，因而可大大降低输送机启动与停止时的冲击力，从而避免了胶带的损坏问题。（2）较低胶带强度。由于变频器的启动时间可以在一小时内调整，而皮带机的启动时间可根据实际情况在3min内进行调整，因而启动时间得到延长，这样就不需要求皮带具有较高的强度，从而减少设备的成本。同时，由于启动冲击力小，设备内部损坏较小，皮带机各部件的寿命有效延长。（3）解决了皮带机多电机驱动时的转矩平衡问题。采用变频驱动方式时，可通过一拖一控制，即采用主-从或其他控制方式，均能有效实现转矩平衡。（4）验带功能。为更好地对皮带机进行检修工作，则应保证皮带机具有低速验带功能。而变频调速系统是通过无级调速的交流传动系统来实现变速的，因而，在空载条件下，可在额定带速内任意调整带速，便于检修。（5）重载启动平稳。由于变频在低频运转条件下可输出超过2倍的额定力矩，因此可实现平稳的重载启动。（6）自动调速。在煤流传感器的作用下，变频可结合负载的轻重情况对胶带速度进行自动调节，减少了胶带的磨损。（7）节能。煤炭开采量的变化使得皮带机的运煤量也会发生变化，当负载较小甚至空载时，皮带机仍在高速运行，消耗大量的电能，但由于生产的需要，皮带机又不能停止。而变频器可控制皮带机的运行速度，可实现负载变化的变速，因而大大节约电能。

3.3煤矿皮带机变频调速方案确定

若皮带机采用多台电机拖动，则应注意电机之间的协调控制问题，因为各电机的输出是由皮带耦合实现的。由电机学原理知，若电机存在滑差，则变频器的输出频率会出现偏差，进而造成输出转矩不平衡问题，甚至出现故障。因此，需采取适当措施，以平衡各机出力。现场应用中，主要有以下三种驱动方案：方案一：一拖多并联运行方案。这种方案的适用条件为电机（单机）功率小，电机数量少于3台，要求低成本。方案二：主-从控制方案。这种方案的适用条件为要求各电机均衡出力，电机数量少于3台，各电机之间间距小，系统简单。方案三：统一协调控制方案。这种方案的适用条件为电机数量超过3台，电机之间间距较大，系统复杂。结合该矿现场实际以及各方案适用条件，为更有效地控制负载平衡，确定该矿皮带机采用方案二即主-从控制方案作为高压变频调速系统。其中，一台变频器为主控，以确定输出转矩，另一台则由主控变频器控制，并与其同步运行。变频调速系统仅能够控制电机的转矩，而不能控制从控电机的转速。由图2可知，1#电机的转速是由主控高压变频器控制的，且两台电机的输出转矩也是由主控高压变频器发出的，而2#电机的输出转矩是由从控高压变频调速系统控制的。为保证电机的转速精度，并将其控制在0.5%以内，变频器应采用无速度传感器矢量控制技术；若精度要求更高，如将其控制在0.1%以内，则应采用速度传感器。本主、从高压变频调速系统均有以下两种功能：（1）外部信号连锁控制功能；（2）报警逻辑信号输出功能。主控高压变频调速系统即可接收来自本地或远程的指令，也可接收从控系统发送的指令，此外，从控系统也具有类似主控系统的接收指令程序。4应用效果分析现场应用结果表明，该矿皮带机采用主-从控制方案作为高压变频调速系统，可对现场工况进行有效调节，不仅改善了系统的自动化程度，而且减少了电能消耗，降低了生产成本。此外，使用该方案后，系统维护工作量减少，且带来了可观的经济效益，并未出现安全问题。

【参考文献】

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［8］程宝平.UP10变频器在煤矿皮带输送机上的应用［J］.电气技术，2012（5）：71-73.

［9］丁太木.变频器在煤矿井下皮带输送机中的应用［J］.煤炭技术，2007，26（9）：31-32.

变频技术范文第9篇

1.1变频技术在主风机调速中的应用现状

在主风机上采用变频技术进行控制已经成为许多电力企业采用的主要方式之一。变频技术的使用可以实现大范围、高效率、连续的控制。使用变频技术可以方便地对时间进行设定和改变，相较于以前的调速方式，更便捷，更具有优越性。

1.2将变频技术应用于主风机调速的发展过程

变频技术最先由一位日本的学者提出，进而被西方国家所采用，后来经过一系列的改进与发展，逐渐演变为今天的变频器。变频技术的不断发展，为电力企业带来了便利，解决了很多突出的电力问题。

1.3将变频技术应用于主风机调速所需要的环境

变频技术尽管已经被大部分企业所应用，但是变频器工作所需要的环境是我们必须注意的。首先是环境温度和工作温度，这些都必须在一定的范围之内。其次，要尽量避免腐蚀性气体损坏器件。除此之外还要减少冲击和振动。

2应用变频技术的注意事项

2.1时间的匹配

在采用变频技术对主风机进行启动和停止时，我们必须要注意时间的匹配。这里所指的匹配主要是加速时间和减速时间的匹配。因为在启动时，如果没有很好地控制与匹配时间就可能出现过流或者过压现象，最终影响整个启动。因此，在采用变频技术进行启动时，必须根据负载情况严格计算，最终选择合理的加速和减速时间。

2.2过载

过载在风机中出现的频率一般不大，但是一旦发生过载，将对设备造成重大的影响。在采用变频技术时，必须严格注意这方面的问题，尽量控制转矩等因素，尽量避免出现过载现象。这就要求我们在采用变频技术时，对变频器的选用综合考虑容量、性能等多方面的因素，并确保变频器的容量略大于电动机的容量。

2.3共振

变频技术的核心就是通过改变频率进而改变转速等因素。在采用变频技术时就不可避免地会出现共振现象。而共振现象的出现，可能会使设备出现停运，有时甚至对设备造成毁坏。这就要求我们在采用变频时对频率的设定十分注意，尽量避免所设频率与其他设备的频率重合，尽可能减少共振情况。

2.4散热与噪音

在采用变频技术时，有时会将频率降至很低，这就会对风机的散热造成影响。散热出现故障就会影响风机的运转，进而影响整个系统的工作，甚至会导致机器的损坏。因此，在采用变频技术时，要注意采取相应的措施对风机的散热进行调节。除此之外，采用变频技术还可能会增加噪音，因此，我们在采用变频技术时还需要注意噪音问题，可以采用专用电机或者安装消音器。

2.5通风冷却

通风问题是机器工作时必须要考虑的重要问题之一。通风效果不好会造成元器件温度升高，从而使其使用寿命大大缩短，最终甚至损坏器件。因此，我们采用变频技术时必须注意变频器的通风与冷却。要实时了解变频器的工作情况，除此之外，还要经常检查风扇的情况，一旦发现损坏立刻对其进行检修和更换。

3结语

综上所述，变频技术在主风机上的应用不仅可以实现调速，还可以节约能源。变频技术的使用为我们整个电力行业提供了先进的技术手段，不仅提高了用电效率，还节约能源，减小损耗。然而，在变频技术的实际应用过程中还有一些问题需要我们注意。只有对变频技术进行更加合理深入的研究，才能将变频技术更加广泛和科学地应用于我们的生活生产之中。

变频技术范文第10篇

关键词:变频器 交交变频 矩阵式变频

中图分类号: TQ153 文献标识码: A文章编号: 1007-3973 (2010) 04-019-02

自上个世纪80年代开始,随着外资变频器产品逐渐进入我国市场,再加之我国经济的高速发展和人们节能环保意识的增强,90年代变频器在中国就已经开始有所应用,2000年之后应用越来越普及,行业规模也迅速扩大。据统计,在过去的几年内,中国变频器的市场保持以12%-15%速率增长,预计至少在未来5年内将会保持在10%以上的速率进行增长,而目前我国市场上变频器安装容量的增长率实际上在20%左右,若以这样的速度加之中国市场的需求进行计算,至少在10年后变频器的市场才会趋于饱和状态,而且变频器的应用广泛,目前已广泛应用与金融、能源、交通、化工、纺织、教育、医疗、家电等多种行业,故中国给变频器提供了一个广阔的发展市场,变频器的发展将有一个很可观的前景。

1 变频器的工作原理

变频器主要用于交流电机的调速,根据电机学可知,交流电动机的同步转速表达式为:

(1)

(其中n表示交流电机的转速,f表示定子的供电频率,s表示电动机转差率,p表示电动机极对数。)

由(1)式可知,转速n与频率f成正比,可以通过改变频率f来改变电机的转速n.。

(2)

(其中E表示定子每相气隙磁通感应电动势的均方根值,f表示定子频率,N表示定子相绕组有效匝数,kN表示与电动机绕组结构有关的常数,Φm表示每极磁通量,U表示定子相电压)。

根据(2)式可知,若保持定子相电压U不变,改变频率f时会引起磁通量Φm的改变,当随着频率f的增大,磁通量Φm会减小,势必会引起电机输出转矩的下降,同时电机的最大转矩也会降低,严重时会导致电动机堵转或磁路饱和,铁耗急剧增加。故在电机调速时需要尽量保证磁通量Φm的稳定不变,只调节频率f来控制交流电机的转速是行不通的,这需要在改变频率的同时也改变电压。

变频器是把工频电源(50Hz或60Hz)转换成各种频率的交流电源,从而实现电机的变速运行的设备,它是运动控制系统中的功率变换器。变频器按照不同的方式进行分类可分成:按直流电源的性质分类,可分为电压型和电流型;按输出电压调节方式分类,可分为PAM控制变频器、PWM控制变频器和高载频PWM控制变频器;按控制方式分类,可分为V/f控制变频器、转差频率控制变频器、矢量控制变频器和直接转矩控制变频器;按功能分类,可分为恒转矩变频器和平方转矩变频器;按其用途分类,可分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。

2 变频器的控制方式

变频技术可分为交直交变频技术和交交变频技术,交直交变频技术是先把电网频率的交流电经过整流器整流成直流电,再经过逆变器把它逆变成频率和电压都可调的交流电,而交交变频技术是把电网频率的交流电直接转换成频率和电压可调的交流电的设备。

2.1 交直交变频技术

交直交变频技术是先通过整流器将交流电转变成直流电,再经过逆变器将直流电转变成频率和电压可调的交流电。主要由三部分组成:整流部分、中间环节、逆变部分,其基本构成图如下图1。

图1 交直交变频器的基本构成图

其基本的工作原理为:工频电源通过整流器将电网频率的交流电转变成直流电,整流器部分可通过二极管或晶闸管进行实现整流,通过控制电路输出控制信号来控制整流器整流后电压值,由于平波回路也叫做中间直流环节,它与电动机之间总是会有无功功率的交换,所以在平波回路中可以采用电容器或电感器来缓冲,平波回路中的直流电压通过逆变器将直流电转换成交流电压,在此也通过控制电路给出控制信号给控制逆变器实现电压和频率可调的交流电压。但一般实际应用中采用的是二极管整流,PWM逆变同时调频调压,具体的结构图如下图2。

图2 不控整流、PWM逆变调频结构图

这种方式的主要优点在于PWM逆变器实现调频和调压,故其动态特性好,且是通过改变脉冲宽度来实现改变电压,其输出电压脉宽按正弦波规律变化,输出电流的波形接近正弦波,输出的谐波分量小,使电动机平稳运行,并且它是将工频交流电通过二极管整流和电容滤波后供给PWM逆变器逆变,电网波形畸变小,功率因素较高。

交直交变频控制简单,所用的晶闸管元件少,利用率高,且频率调节范围宽,适合应用于要求精度高、调速性能较好、频率调节范围宽的场合,但该变频技术是经过两次能量变换,其损耗比较大,效率较低,在直流电路中需要打的储能电容,不能进行四象限运行。

2.2 交交变频技术

交交变频直接将电网频率的交流电变成频率和电压可调的交流电,中间省略了直流环节,改善了整个变频装置的变换效率,具体的交交变频原理图及输出电压波形图如下图3,在正组整流器提供了交流输出的正半周电流,正组整流器工作在整流状态时,负组处于截断状态,反之,负组整流器提供了负半周电流的输出,其负组整流器处于整流状态,而正组处于截断状态。可适当地控制各组晶闸管的关断和导通,实现在负载端电压大小的改变,通过适当控制正反两组晶闸管的切换频率,可实现负载端频率的调节,转变成为电压可调和频率可调的交流电。

图3 交交变频原理图和输出电压波形

交交变频技术只通过一次变流,省略了直流转换的步骤,其效率较高,可方便实现四象限工作,低频输出波形接近正弦波,谐波分量少,使电机能够稳定运行,但该技术调节频率最大输出频率在(1/3~1/2) 倍的电网频率,比电网频率还低,故适合于低速大容量的调速系统,在轧钢、水泥、牵引等方面有着广阔的应用前景。

3 结束语

变频器广泛应用于金融、能源、交通、化工、纺织、教育、医疗等多种行业,给我们生活带来了很大方便,未来的变频器的发展也将呈现增长的趋势。在上文提及了关于交流变频器采取了两种基本的技术,每种技术都有各自的优缺点,具体在实际应用中可以根据其优缺点进行择优选择。

参考文献:

[1] 邓想珍,赖寿宏.异步电动机变频调速系统及其应用[M].武汉:华中理工大学出版社,1992.

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