变频调速原理及应用

变频调速原理及应用（精选十篇）

变频调速原理及应用 篇1

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

变频调速原理及应用 篇2

一.课程说明

本课程的配套教材是高职高专规划教材《变频器原理及应用》，本书内容主要包括：电力电子器件简介，变频器的基本组成原理，电动机变频调速机械特性，变频器的控制方式，变频调速系统主要电器的选 用，变频器的操作、运行、安装、调试、维护及抗干扰，变频器在风机、水泵、中央空调、空气压缩机、提升机等方面的应用实例等。

二、前续课程

电子技术，电机与拖动基础，自动控制系统，PLC编程控制，单片机原理与应用等。

三、学时分配

总学时为64学时，包括：理论课时48学时、实验课时16学时

四、理论课程内容：（48学时）

第1章： 概述 1.1 变频技术的发展 1.2 变频器的基本类型 1.3 变频器的应用

第2章： 电力电子器件 2.1 电力二极管（PD）2.2 晶闸管（SCR）

2.3 门极可关断（GTO）晶闸管 2.4 电力晶体管（GTR）

2.5 电力MOS场效应晶体管（P-MOSFET）2.6 绝缘栅双极型晶体管（IGBT）2.7 MOS控制晶闸管（MCT）2.8 静电感应晶体管（SIT）2.9 集成门极换流晶闸管（IGCT）2.10 智能功率模块（IPM）

第3章： 交—直—交变频技术 3.1 整流电路 3.2 中间电路

3.3 逆变电路的工作原理及基本形式 3.4 电压型逆变电路 3.5 电流型逆变电路 3.6 SPWM控制技术

3.7 电流跟踪控制的PWM逆变器 3.8 电压空间矢量控制的PWM逆变器

第4章： 交—交变频技术 4.1 单相输出交—交变频电路 4.2 三相输出交—交变频电路 4.3 矩形波交—交变频

第5章： 电动机与拖动系统（系统简述）

第6章： 高（中）压变频器 6.1 高（中）压变频器概述 6.2 高（中）压变频器主电路结构

第7章： 变频器的控制方式 7.1 U/f控制

7.2 转差频率控制（SF控制）7.3 矢量控制（VC）7.4 直接转矩控制 7.5 单片机控制

第8章： 变频器系统的选择与操作 8.1 变频器的原理框图与接线端子 8.2 变频器的频率参数及预置 8.3 变频器的主要功能及预置 8.4 变频器的选择

8.5 变频调速系统的主电路及电器选择 8.6 变频器系统的控制电路 8.7 变频器的操作与运行 8.8 外接给定电路 8.9 变频器与PLC的连接 8.10 变频器“1控X”切换技术 8.11 变频器与PC的通信

第9章： 变频器的安装与维护（简述）

第10章： 变频器应用实例 10.1 变频调速技术在风机上的应用 10.2 空气压缩机的变频调速及应用 10.3 变频器在供水系统节能中的应用 10.4 中央空调的变频技术及应用 10.5 中压变频器在潜油电泵中的应用 10.6 矿用提升机变频调速系统 10.7 变频器在液态物料传输中的应用 10.8 龙门刨床的变频调速

五、实验内容（16学时）

实验

一、IPM（智能）模块认识与检测技能实验

实验

二、基础型交流变频实验

实验

三、单片机控制变频系统演示实验

实验

四、PLC控制变频系统演示实验

*实验

变频储能技术原理及现场应用研究 篇3

摘 要：抽油机带动油杆上、下往复运动过程中，电动机会进入重负荷—轻负荷—空载—发电—空载—轻负荷—重负荷的循环状态。目前，延长油田抽油机存在冲次大、井下供液不足，抽油泵多数存在干抽现象。为了降低耗电量，减少采油成本，采用变频储能技术控制电机，无级调节电机转速，降低抽油机冲次。同时，将电机负发电产生的电能储存在储能电容中，在抽油机另外半个周期中供给电机使用。在延长油田永宁采油厂实施了168口井，稳定运行了10个月，利用抽油机系统效率测试仪进行电机耗电量测试，结果显示平均节电率37.68%，功率因数平均值为0.98。

关键词：抽油机；冲次；干抽；变频储能；节电率；功率因素

中图分类号： TE933 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）35-188-2

0 引言

延长油田基本采用游梁式抽油机。游梁式抽油机是一种特殊的四连杆机构，其整个结构特点像一架天平，一端是抽油载荷，另一端是平衡配重载荷。地面采油系统耗电设备主要为抽油机，在抽油机带动油杆上、下往复运动过程中，电动机会进入重负荷—轻负荷—空载—发电—空载—轻负荷—重负荷的循环状态。当抽油杆上升时，由于电动机需要克服液柱负载、油杆负载、摩擦阻力等而处于重载荷运行状态；当抽油杆下降时，由于电动机需要克服较小的负载而处于轻负载或空载状态。

由于抽油杆、光杆、液柱是有一定重量的，再加上油管、油杆的形变，导致抽油机启动的瞬间，需要克服较大的启动负荷；当抽油机正常运行后，需要的功率又大幅减少，由于液面深度是动态变化的，抽油载荷也随之发生变化，平衡配重载荷和抽油载荷工作的变化规律一致是不可能的，地面采油系统中的抽油机就会出现欠平衡或过平衡现象，而电动机提供的功率是额定的，因此就出现了电动机“大马拉小车”、电动机空载等现象，造成能源的巨大浪费。

目前，延长油田约有99%的油井使用有杆泵，加上游梁式抽油机存在能耗大、效率低、成本高等问题。从单纯的机械角度来看，抽油机的节能方法有三种：一是使用节能型抽油机，如异相曲柄平衡抽油机、异型游梁式抽油机和宽带机等，尽可能地使抽油机的平衡曲线和抽油机载荷曲线的变化规律相抵消，而且和不同阶段的抽油机载荷相适应；二是抽油机调平衡，通过使用电流表测上下行电流，使抽油机的平衡度处于80%～100%之间；三是扎实推进抽油机调参工作，优化抽油机工作参数。

为了降低抽油机冲次，同时回收电机负发电的能量，采用变频储能技术控制抽油机电机，实现无级调节抽油机冲次，同时将电机负发电的能量储存在储能电容中，在抽油机另外半个周期中使用，取得了较好的使用效果。

1 变频调速储能技术原理

变频调速储能技术是实现了电动机的软启动，对电网无冲击，电动机功率因数可由0.25～0.50 提高到0.90以上，从而减轻了电网及变压器的负担，降低了线损。操作方便，不需停产即可根据油井的实际供液能力，动态调整抽取速度。利用最新研制的四象限矢量控制变频调速器，配以过程控制、位置传感等技术改造现有的抽油机，可以实现油井节电、增效和增产，从而提高整个有杆抽油系统的机采效率。

目前抽油机的能量回收方式有两种：逆变器和超级电容（大容量电容），电气原理图分别见图1和图2。逆变器和超级电容（大容量电容）能量回收方式不一样，前者是实时将能量回馈到电网上对电网有污染，后者是将抽油机前半周期电机发电的能量储存在超级电容（大容量电容）中，在抽油机后半周期使用。

逆变器接在变频器的母线上，抽油机平衡块下落过程中，电动机发电在变频器的母线上产生直流电，通过逆变器加到电网上，以节省电能，同时须增加滤波器去除变频器产生的高次谐波，尽量减少对电网的污染。

超级电容（大容量电容）同样接在变频器母线上，抽油机平衡块下落过程中，电动机发电在变频器的母线上产生直流电，电能储存在超级电容（大容量电容）上，平衡块上升时优先使用超级电容（大容量电容）上的电能，以节省电能，同时须增加滤波器去除变频器产生的高次谐波。此方案对电网没有任何污染，但电能回收效率没有逆变器高。惯性负载中利用“超级电容”储能，早先使用在高铁中，目前已经在油电混合汽车上广泛应用，将前半周期产生的能量暂时储存，后半周期使用。

2 现场应用及效果评价

168套变频储能柜于2016年1月在永宁采油厂实施完毕后，正常运行3个多月后，于2016年3月利用荆州市微远网络科技有限公司生产的XTZH-IIIP型抽油机系统效率综合测试仪，对已经实施的168口井的电机进行能耗测试，测得工频和变频（40Hz）状态下电机功率曲线、电机电流曲线和电机两端电压曲线，及电机平均有功功率、平均正有功功率、平均负有功功率、功率因数。

为了更好地分析电机能耗，将视在功率、有功功率、无功功率及功率因数之间的关系阐述如下：

S2=P2+Q2；P=S·cos?；Q=S·sin?

式中，S——视在功率，kW；P——有功功率，kW；Q——无功功率，kW；?——工作电流与电压之间的相位角；cos——功率因数，一般要求大于0.9，纯电阻性质电路为1。

另外，分析电机耗电量时需要注意以下几点：①无功功率越小越好，但一般不为0，除非是纯电阻性电路；②负有功功率，即为用电设备向电网回馈的能量，这是国家电网禁止的；③其中平均有功功率=平均正有功功率+平均负有功功率+线损坏+其他能量损失；④耗电量计算一般以平均正有功功率为准。

为了更好地比较平均有功功率、平均正有功功率、平均负有功功率、平均无功功率及功率因数，根据测试数据用Origin将它们绘制成曲线如图3、图4所示。

根据图3、图4可知：①工频状态下每台电机的平均正有功功率均值为3.53kW、功率因数平均值为0.312。②变频（40Hz）状态下每台电机的平均正有功功率均值为2.2kW，功率因数平均值为0.98。

3 结论

变频调速技术的原理及应用 篇4

关键词：变频器,电机调速,调速与节能

0 引 言

自上世纪80年代被引进中国以来,变频器作为节能应用与速度控制领域中越来越重要的自动化设备,得到了快速发展和广泛的应用。变频技术具有调速性能好、功率因数高、可实现软启动等优点,这些优点使变频器在实际应用中具有显著的节能效果。变频调速是目前交流电动机最理想、最节能的调速方案。

1 变频器的调速及节能原理

1.1 变频器的调速原理

异步电动机的同步调速,即旋转磁场的转速为undefined,而异步电动机的轴转速为undefined式中,n为同步转速,r/min;f为定子频率,Hz;p为磁极对数;S为异步电动机的转差率。可见,异步电动机的调速方法有3种:①通过改变电动机的极对数p来改变转速,这种调速方法是有级差的,不能达到无级凋速,不适用于火电厂风机和水泵等辅机运行转速的调节。②改变转差率s,这种调速方法虽然能达到无级调速,但主要应用在小容量电动机调速上,并存在故障率高,整体效率低的缺点,不适用于火电厂大容量电动机调速。③改变定子频率,可以改变异步电动机的转速。根据公式n=60×f×(1-s)。式中f为电源频率;s为电动机转差率;p为电动机极对数。当p和s确定后,电动机转速与电源频率成正比,所以改变电源频率即可改变转速n,从而实现变频调速。变频器所运用的调速方法就是改变定子频率进行调速。

1.2 变频器的节能原理

变频器的节能原理可分为:变频调速节能、提高功率因数节能、软启动节能。

1.2.1 变频调速节能

当设备容量偏大,工频运行产生浪费即大马拉小车的情况下,利用变频调速,使设备降速运行而产生的节能效果是相当可观的。下面以风机泵类负载说明变频调速的节能原理。

风机泵类负载属于典型的二次方律负载,主要用于控制流体的流量。在实际应用中,风机水泵的容量往往偏大,并且流量需要根据工艺要求来调节。流量的调节方法有2种:一是控制阀门开度,此法虽能减少部分输入功率,但却有相当部分能量损失在调节阀门上,节能效果较差。二是采用调速方式控制流量,可达到很好的节能效果。调速的方法有多种,其中又以变频调速的节能效果最好。风机水泵的工作特性曲线类似,下面就以风机为例,说明风机泵类负载两种调节流量方法的节能效果比较。

如图1所示,曲线P1为额定转速下风压与流量的特性曲线,与风阻特性曲线R1相交于额定工作点A,此时风机的轴功率为P=KQAPA式中,P为交点A处风机轴功率(kW);QA为交点A处风机风量(m/s);PA为交点A处风机风压(Pa);如欲减小流量,采用调节阀门开度方法时,则新的风阻特性曲线R2与曲线P1相交于B点。此时风机轴功率为P=KQBPB。如采用调速方法,把风机转速由n1,降到n2,对应的风压与流量曲线为P2,曲线P2与曲线R1相交于C点,风机的轴功率为P=KQCPC,两种方法所消耗的功率差为△P=KQC(PB-PC),(PB-PC)大小见图1中阴影部分,可见轴功率下降很多,节能效果显著。

1.2.2 提高功率因数节能

在不需要调速的场合,变频器的节能效果主要体现在提高功率因数,降低线路功率损耗上。

SPWM正弦脉宽调制型变频器主电路由4部分组成:整流器、中间平波环节、逆变器和能耗制动回路。整流器电网侧的功率因素分析如下:在三相桥式6脉整流电路中交流侧输人电流波形为非正弦波,其中含有5次及以上奇次谐波。线路损耗分为有功损耗和无功损耗两部分,计算公式为有功损耗undefined无功损耗undefined式中,P为线路输送的有功功率(kW);Q为线路输送的无功功率(kW);U为线路电压(kV);R为线路电阻(Ω);X为线路电抗(Ω);为功率因数。可见,线路有功损耗随cosθ提高而降低,线路无功损耗随Q减小而降低。由上述分析可知,SPWM型变频器电网侧的功率因素接近1,而普通电机的自然功率因数一般为0.76~0.85。采用变频器作为电机的拖动电源后,电机功率因素提高到0.95~0.98,电机从电网吸收的无功功率减少,从而降低了线路段的有功及无功损耗,而这部分损耗是无法通过低压配电室的并联电容器来补偿的。

1.2.3 软启动节能

电机全压启动或采用Y/D、自耦变压器减压启动时,启动电流约等于4~6倍额定电流。这样大的启动电流除增大电机自身的铜损外,还会加大线路功率损耗,引起线路电压波动,对机械设备和电网造成冲击。电机启动时在线路上产生的有功损耗和电压降分别为△P=3IqR(kW),△U=IqZ(kV)式中,Iq为启动相电流(kA);R为线路电阻(Q);Z为线路阻抗(Q)。由于I很大,导致△P和△U增大。特别是大功率电机启动时由于△U很大,引起的电压波动会影响到线路中其他设备的正常工作。为了防止这种情况的发生,在供电系统设计时不得不加大变压器的容量,而在电机正常运行时又造成浪费。此外,电机全压启动时造成的冲击、震动,如供水系统中的水锤效应,会缩短机械设备及其管网的寿命。大启动电流还会加速电机绝缘老化而缩短寿命[1]。

而采用变频器后,利用变频器的软启动功能使启动电流从0开始逐渐上升至额定值,电流的上升速率由变频器的加速时间设定。由于Iq不大于额定电流,所以软启动时产生的功率损耗和电压降小得多,从而实现了节能和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寿命,节约了设备的维护费用。

2 变频器的常用功能

2.1 变频器的升速功能

升速时间长,意味着频率上升慢,电动机在起动过程中的转差小,动态转矩小。其结果是减小了起动电流,反之,升速时间短,意味着频率上升快,如拖动系统的惯性大,则电动机转子的转速将跟不上同步转速的上升,结果使转差和动态转矩增大,导致升速电流超过允许值。升速过程属于从一种稳定运行状态转换到另一种稳定运行状态的过渡过程,在这段时间内,通常是不进行生产活动的。因此,升速时间应在不过流的前提下,越短越好。

变频器除了可以控制升、降速时间外,还可以通过对升速方式的预置,对不同时段的加速度进行控制[2]。常见的升速方式有3种:

①频率与时间成线性关系,如图3中曲线①所示,多数负载可预置为线性方式。

②S形方式,在开始阶段和结束阶段,升速的过程比较缓慢;而在中间阶段,则按线性方式升速。如图3中曲线②所示。如在电梯的起动和停止过程中,如果加速度变化过快,会使乘客感到不舒服,故以采用S形方式为宜。

③半S形方式,升速过程呈半S形,如图4中曲线③所示。例如,鼓风机在低速时负载转矩很小,升速过程可以快一些,但随着转速的增加,负载转矩增大较多,升速过程应减缓一些,采用半S形升速方式是比较适宜的。

2.2 变频器的过载保护功能

从根本上说,对电动机进行过载保护的目的,是使电动机不因过热而烧坏。因此,进行保护的主要依据便是电动机的温升不应超过其额定值[3]。

电动机在低频运行时,由于散热情况变差,故发热比较严重。即使在IM=100%IMN的情况下,其稳定温升也会超过电动机的允许温升。例如,在图4中,当频率fx=50 Hz,IM=100%IMN时,其温升曲线为曲线①。而当频率fx=20 Hz、IM=100%IMN时,其温升曲线为曲线②。允许运行的时间将缩短为t’。

所有的变频器都配置了电子热保护功能,在不同的运行频率下有不同的保护曲线,如图5所示,当频率为50 Hz,运行电流为150%IMN时,允许连续运行的时间较长,为t1;当频率为20 Hz时,允许连续运行的时间缩短为t2;而当频率为10 Hz时,允许连续运行的时间进一步缩短为t3。可见,频率越低,允许连续运行的时间越短[4]。

3 变频器的控制方式

3.1 变频器控制方式的含义

变频器中所说的控制方式,通常有两个方面的含义:

(1)运行控制方式

指如何对变频器的正转、反转、升速、减速等运行状态进行控制。如键盘控制、外接端子控制、接口控制等。

(2)电动机特性的控制方式

指如何使电动机的机械特性满足各种负载要求的控制方式,如V/F控制方式、无反馈矢量控制方式、有无反馈矢量控制方式等。

3.2 变频器的运行控制

3.2.1 键盘控制

通过变频器控制面板上的键盘来进行起动、停止、升速、降速、点动、复位等控制。

3.2.2 外接端子控制

通过变频器的外接输入端子进行控制,如图11所示。图11中,FWD为正转控制端;REV为反转控制端;JOG为点动控制端;RST为复位控制端;X1-X7为可编程多功能控制端,其具体功能必须在编程模式下进行预置。主要功能有:多档转速控制、多档升降速时间控制、升速与降速控制、外部故障信号输入以及其他各种信号的输入等。如图6所示[5]。

3.3 电动机特性的控制方式

变频器用来控制异步电动机的转速,在调节电动机转速的过程中,如何使电动机的机械特性能够满足负载的要求,也是变频器必须解决的问题。在变频器里,通常把这种控制电动机特性的方法,称为控制方式或控制模式。

3.3.1 V/F控制方式

所谓V/F控制方式,就是在低频时,通过改变电压和频率之比(V/F比)来调整电动机的转矩,以满足负载要求的方法。各种变频器都为用户提供了许多条不同补偿程度的V/F线,供用户选用,不同变频器所提供的V/F线的形状各不相同。

以坐标原点(0,0)为起点,以额定状态点为终点的V/F线,称为基本V/F线。其他的V/F线,都是在基本V/F线的基础上进行补偿的。基本V/F线的终点坐标是可以通过功能预置而改变的。主要有两种方法[6]:

(1)模式法变频器给出了若干种基本V/F模式,供用户选择。

(2)坐标预置法。目前,更多的变频器是通过预置两个数据来决定V/F线终点的:

①最大输出电压 即变频器输出端输出的最大电压,在不超过电源电压的范围内,是可以任意预置的。

②基本频率与最大输出电压相对应的频率。

V/F控制方式特点是控制电路结构简单、成本较低,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,由于输出电压较低,转矩受定子电阻压降的影响比较显著,使输出最大转矩减小。

3.3.2 矢量控制方式

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电流通过变换等效成两相静止坐标系下的交流电流。再通过按转子磁场定向旋转变换,等效成同步旋转坐标系下的直流电流,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。其实质是将交流电动机等效为直流电动机,分别对速度、磁场两个分量进行独立控制。通过控制转子磁链,然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量,经坐标变换,实现正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有划时代的意义。然而在实际应用中,由于转子磁链难以准确观测,系统特性受电动机参数的影响较大,且在等效直流电动机控制过程中所用矢量旋转变换较复杂,使得实际的控制效果较难达到理想分析的结果。

4 结束语

变频器不仅具有卓越的节能作用,显著的调速性能和保护功能,还具有优越的控制方式。应用变频调速,不仅可以使电动机在节能的转速下运行,而且还可以大大提高电动机转速的控制精度,提升工艺质量和生产效率。是企业技术改造和产品更新换代的理想调速装置。

参考文献

(1)谢健.变频器的节能原理及在浮法玻璃生产线中的应用(J).国外建材科技,2007,28(4):82-86.

(2)徐甫荣.中高压变频器主电路拓扑结构的分析比较(J).电气传动自动化,2003,25(4):5-12.

(3)黄梦涛,王希娟,冯景晓.基于功率因数的通用变频器节能原理及应用(J).西安科技大学学报,2006,26(2).

(4)张燕宾.变频器应用教程(M).北京:机械工业出版社,2007.

(5)张燕宾.变频器的应用基础(J).电器时代,2006(6)142-144.

变频器原理知识 篇5

VVVF 改变电压、改变频率（Variable Voltage and Variable Frequency）

CVCF 恒电压、恒频率（Constant Voltage and Constant Frequency）

各国使用的交流供电电源，无论是用于家庭还是用于工厂，其电压和频率均为200V/60Hz（50Hz）或100V/60Hz（50Hz）等，通常，把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。为了产生可变的电压和频率，该设备首先要把电源的交流电变换为直流电（DC）。把直流电（DC）变换为交流电（AC）的装置，其科学术语为“inverter”(逆变器)。由于变频器设备中产生变化的电压或频率的主要装置叫“inverter”，故该产品本身就被命名为“inverter”，即：变频器。汽车上使用的由电池（直流电）产生交流电的设备也以“inverter”的名称进行出售。

变频器的工作原理被广泛应用于各个领域。例如计算机电源的供电，在该项应用中，变频器用于抑制反向电压、频率的波动及电源的瞬间断电。它也可用于一些家电产品，如：电机、空调、荧光灯等。用于电机控制的变频器，既可以改变电压，又可以改变频率；但用于荧光灯的变频器主要用于调节电源供电的频率；

二、电机的旋转速度为什么能够自由地改变？改变频率和电压是最优的电机控制方法。

r/min 电机旋转速度单位：每分钟旋转次数，也可表示为rpm.。

如：4极电机 60Hz 1,800 [r/min]； 4极电机 50Hz 1,500 [r/min] （电机的旋转速度同频率成比例）。

本文中所指的电机为感应式交流电机，在工业领域所使用的大部分电机均为此类型电机。感应式交流电机（以后简称为电机）的旋转速度近似地确决于电机的极数和频率。由电机的工作原理决定电机的极数是固定不变的，由于极数值不是一个连续的数值（为2的倍数，例如极数为2，4，6），所以不适和改变该值来调整电机的速度。另外，频率是电机供电电源的电信号，所以该值能够在电机的外面调节后再供给电机，这样电机的旋转速度就可以被自由的控制。因此，以控制频率为目的的变频器，是电机调速设备的优选设备。

n = 60f/p n：同步速度 f：电源频率 p：电机极数

如果仅改变频率，电机将被烧坏。特别是当频率降低时，该问题就非常突出。为了防止电机烧毁事故的发生，变频器在改变频率的同时必须要同时改变电压。例如：为了使电机的旋转速度减半，变频器的输出频率必须从60Hz改变到30Hz，这时变频器的输出电压就必须从200V改变到约100V。又如：为了使电机的旋转速度减半，变频器的输出频率必须从60Hz改变到30Hz，这时变频器的输出电压就必须从200V改变到约100V。

三、使用变频器时，必须认真地考虑散热的问题

变频器的故障率随温度升高而成指数的上升。使用寿命随温度升高而成指数的下降。环境温度升高10度，变频器使用寿命减半。通常，变频器安装在控制柜中，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。我们要了解一台变频器的发热量大概是多少，可以

一、变频器基础

VVVF 改变电压、改变频率（Variable Voltage and Variable Frequency）

CVCF 恒电压、恒频率（Constant Voltage and Constant Frequency）

各国使用的交流供电电源，无论是用于家庭还是用于工厂，其电压和频率均为200V/60Hz（50Hz）或100V/60Hz（50Hz）等。通常，把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。为了产生可变的电压和频率，该设备首先要把电源的交流电变换为直流电（DC）。把直流电（DC）变换为交流电（AC）的装置，其科学术语为“inverter”(逆变器)。由于变频器设备中产生变化的电压或频率的主要装置叫“inverter”，故该产品本身就被命名为“inverter”，即：变频器。汽车上使用的由电池（直流电）产生交流电的设备也以“inverter”的名称进行出售。

变频器的工作原理被广泛应用于各个领域。例如计算机电源的供电，在该项应用中，变频器用于抑制反向电压、频率的波动及电源的瞬间断电。它也可用于一些家电产品，如：电机、空调、荧光灯等。用于电机控制的变频器，既可以改变电压，又可以改变频率；但用于荧光灯的变频器主要用于调节电源供电的频率；

二、电机的旋转速度为什么能够自由地改变？改变频率和电压是最优的电机控制方法。

r/min 电机旋转速度单位：每分钟旋转次数，也可表示为rpm.。

如：4极电机 60Hz 1,800 [r/min]； 4极电机 50Hz 1,500 [r/min] （电机的旋转速度同频率成比例）。

本文中所指的电机为感应式交流电机，在工业领域所使用的大部分电机均为此类型电机。感应式交流电机（以后简称为电机）的旋转速度近似地确决于电机的极数和频率。由电机的工作原理决定电机的极数是固定不变的，由于极数值不是一个连续的数值（为2的倍数，例如极数为2，4，6），所以不适和改变该值来调整电机的速度。另外，频率是电机供电电源的电信号，所以该值能够在电机的外面调节后再供给电机，这样电机的旋转速度就可以被自由的控制。因此，以控制频率为目的的变频器，是电机调速设备的优选设备。

n = 60f/p n：同步速度 f：电源频率 p：电机极数

如果仅改变频率，电机将被烧坏。特别是当频率降低时，该问题就非常突出。为了防止电机烧毁事故的发生，变频器在改变频率的同时必须要同时改变电压。例如：为了使电机的旋转速度减半，变频器的输出频率必须从60Hz改变到30Hz，这时变频器的输出电压就必须从200V改变到约100V。又如：为了使电机的旋转速度减半，变频器的输出频率必须从60Hz改变到30Hz，这时变频器的输出电压就必须从200V改变到约100V，

三、使用变频器时，必须认真地考虑散热的问题

变频器的故障率随温度升高而成指数的上升。使用寿命随温度升高而成指数的下降。环境温度升高10度，变频器使用寿命减半。通常，变频器安装在控制柜中，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。我们要了解一台变频器的发热量大概是多少，可以

用以下公式估算：

发热量的近似值＝ 变频器容量（KW）×55 [W]

在这里, 如果变频器容量是以恒转矩负载为准的 (过流能力150% * 60s)，变频器带有直流电抗器或交流电抗器，并且放于柜中，这时发热量会更大一些。因此，电抗器安装在变频器侧面或测上方比较好。这时可以估算：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。

怎样才能降低控制柜内的发热量?

当变频器安装在控制机柜中时，要考虑变频器发热值的问题。当机柜内产生热量值增加时，应适当地增加机柜的尺寸。因此，要想使用小尺寸的控制机柜，就必须使机柜中产生的热量值尽可能地减少。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好。变频器散热设计中都是以垂直安装为基础的，横放散热会变差的!

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必要的）。

其他关于散热的问题

（1） 在海拔高于1000m的地方，空气密度低，应加大柜子的冷却风量以改善冷却效果，理论上变频器也应考虑降容，1000m每-5%。但由于实际上因为设计上变频器的负载能力和散热能力一般比实际使用的要大，所以也要看具体应用。例如：在1500m的地方，但使用的是周期性负载（如电梯），则变频器不必降容。

（2） 开关频率：变频器的发热主要来自于IGBT，而IGBT的发热集中在开/关的瞬间，因此，开关频率高时自然变频器的发热量就变大了。有的厂家宣称降低开关频率可以扩容，就是这个道理。

四、控制是怎样使电机具有大的转矩的？转矩提升

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增加，从而改善电机的输出转矩。使用“矢量控制”，可使电机在低速时，如(无速度传感器时)1Hz（对4极电机，其转速大约为30r/min），输出转矩达到电机在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”。

转矩提升功能是提高变频器的输出电压。然而即使提高很多输出电压，电机转矩并不能和其电流相对应的提高。 因为电机电流包含电机产生的转矩分量和其它分量（如励磁分量）。  “矢量控制”把电机的电流值进行分配，从而确定产生转矩的电机电流分量和其它电流分量（如励磁分量）的数值。“矢量控制”还可通过对电机端的电压降的

响应，进行优化补偿，从而，在不增加电流的情况下，允许电机产出大的转矩，此功能对改善电机低速时温升也有效。

五、变频器制动的情况

制动的概念

指电能从电机侧流到变频器侧（或供电电源侧），这时电机的转速高于同步转速。

负载的能量分为动能和势能。动能(由速度和重量确定其大小)随着物体的运动而累积，当动能减为零时，该事物就处在停止状态。 机械抱闸装置的方法是用制动装置把物体动能转换为摩擦和能消耗掉。对于变频器，如果输出频率降低，电机转速将跟随频率同样降低。这时会产生制动过程。由制动产生的功率将返回到变频器侧，可用电阻发热消耗。当用于提升类负载下降时, 能量(势能)也要返回到变频器(或电源)侧进行制动，这种操作方法被称作“再生制动”，该方法也可用于变频器制动。在减速期间，产生的功率如果不通过热消耗的方法消耗掉，而是把能量返回送到变频器电源侧的方法叫做“功率返回再生方法”。在实际中，这种应用需要“能量回馈单元”选件。

怎样提高制动能力？

用散热来消耗再生功率，需要在变频器侧安装制动电阻；而改善制动能力，不能期望*增加变频器的容量来解决问题。应选用“制动电阻”、“制动单元”或“功率再生变换器”等选件来改善变频器的制动容量。

六、当电机的旋转速度改变时，其输出转矩会怎样？

工频电源 由电网提供的动力电源（商用电源）

起动电流 当电机开始运转时，变频器的输出电流

变频调速原理及应用 篇6

【摘 要】随着社会的发展和科技的进步，不管是在工业领域还是人们的生活方面，都发生了重大的改变。在具体的工业领域中，水泵起的作用非常大，甚至是很多地方不可缺少的一部分，比如水利工程等项目，工作状态下水泵必须保证安全性和稳定性，周围的温度必须要适应，过高的温度会造成水泵系统的故障，所以水泵运行中风机所起的作用是不可忽略的。随着科技的进步，变频技术和相关的电子技术也取得了一定的发展，相应的高压变频技术也变得更加的成熟，能够更好地在风机的改造工作中得到应用。因此本文研究的主题就是在查询具体的资料资源之后，总结出高频变压器的工作原理，以及风机节能的改造之后在水泵工作中的运用。

【关键词】科技；高压变频技术；风机节能改造；基本原理

变频技术不仅在工业中，在人们的生活中也得到了很大的应用，比如电冰箱、空调等家用电器都有变频技术的应用，变频技术之所以受欢迎、应用广泛主要来源于它能够根据实际的情况自动选择合适的功率，科技的进步带来了技术的发展，所以高压变频技术在原来的基础上得到了改变，更能满足生活中和工业上的应用。为了方便介绍风机的节能改造，我们以水利工程水泵工作环境中的风机为例，传统的风机的工作原理是通过调节进口和出口的阀门来控制风量的大小，但是这种方法存在着诸多弊端，比如风阻问题、牺牲风机效率问题、耗能严重、还存着大马拉小车等尴尬现象，所以，为了满足日益发展的工业的需要，提供整个工作的工作效率，需要积极得使用已经取得进步的高压变频技术来改造风机的节能问题，有一定的社会意义和经济意义【1】。

一.高压变频技术的原理

（一）基本构成和工作原理

高压变频器是开关电源的一部分，整个开关电源的结构是很复杂的，有很多的拓扑结构。我们以半桥式功率转换电路为例子，在电路找工作的状态下，总共有两个三极管起作用，分别轮流来产生高频脉冲波，之后要想得到交流电，这就需要使用高频变压器来进行变压工作，同时，不同线圈匝数的高频电压器能够输出不同电压的交流电。总结来说，高压变频器的共组原理是当初级线圈通电时，铁芯中就会产生交流通磁反应，这时候初级线圈中就感应出电压和电流。变频器主要由两个部分构成，分别是线圈和铁芯，一般的变压器都不只有一个线圈，而是由多个线圈组成的绕组，线圈越多，产生的交流电相应就越大，我们将连接电源的那一个线圈就做初级线圈，剩下的全部是次级线圈，为了帮助读者的理解，我们从资料中找到高压变频器的示意图：

（二）高压变频器在风机节能改造中的应用

高压变频器已经在风机的工作中得到了一定的应用，将取得新发展的高压变频技术应用到风机的工作中，能够提高风机的工作效率，具体表现在三个方面。首先，在使用高压变频器之后，风机结构中的转子的磨损相应就会减少，这样就能够减少很大一笔维修费和更换费用，节省工厂或者企业的资金，同时也能够减少对齿轮的磨损，降低由齿轮损坏为工作带来得损损失，相应的就能够为其他设备或者工作提供资源。其次，在风机中适应高压变频器还能够提高产品的质量，因为高压变频器的使用使工作设备的精度提高了，相应的产品的精度就得到了保证。第三，高压变频器经过新科技的影响，使用寿命得以延长，可靠性也得到了很大的提高，就更能保证设备的工作状况，保证风机的运行情况和效率，为工厂或企业带来更大的经济效益，满足工业发展的最终目的【2】。

二.风机节能改造工作

（一）风机节能改造存在的问题

传统的风机已经不能满足现在工业发展的需要，人们很早就已经着手风机的改造工作，但是改造工作存在着诸多不能忽视的问题，在经过大量的调查下，我们总结出以下几点，一是风量调节的方式，风机改造中减小风量调节带来的消耗问题；二是风机的损耗问题，风门调节流量或者风量会造成管道的磨损，同时机械部件所受到的压力也变得更大，相应的，风机的使用寿命就会缩短；存在的第三个问题是当电机启动得一瞬间，电流是非常大的，这样会造成电网电压的波动，电压稳定是机械正常工作的前提保证，电压的异常不仅会造成工作的贻误，更会简短设备的寿命。

（二）改造节能风机的具体方案

风机节能性的改造是具体工厂企业的需要，也是整个工业取得稳定发展的需要，有着具体的社会现实意义，所以需要投入大量的资源和精力来创新改造，在改造的过程中，要注意高压变频器的使用。

1.高压变频器接入的具体方式

有专家曾经做过一个实验，在双风机设置的机械设备上引入高压变频器，可以节能百分之三十到四十，着对于工厂和企业来说是一个非常大的福音，可以将节省下来的钱应用到其他的地方，提高整个工作的效率和质量。高压变频器接入的方式上，选用的是中压交流风冷型双 PWM变频调速装置，为了方便读者的理解，我们做出了接入方式的简图，如下图二所示：

这种接入方式可以实现多种功能，首先是嵌入式通信的实现，除此之外还可以实现网络和跨平台的通用，同时设备硬件和操作编程等也能够实现共享，这种接入方式比较简单便利，操作性比较强，改造后的效果也比较好，所以在具体的改造工作中这种接入方式应用的比较多。

2.改造后风机的运行方式

变频器接入之后，替代了风门挡板调节风量和流量的方式，这样就降低了机械设备很大的压力和磨损度，也降低了设备工作中的停机率。具体的原理还需要借助变压器接入方式的简图来介绍，在设备运行过程中，总共有三个开关处于工作之中，分别是K1/K2/K3，当需要变频器工作的时候，K2/K3闭合开始工作，K1断开；工频方式运行的时候，K1闭合，K2/K3断开。需要不同，运行的方式也不同，相应的开关的组合也不同。

3.控制和保护的设置

高压变频器并不是完全自动的，也需要有一定的控制方式，改造工作中采用的是就地和DCS远程控制方式，就地保护系统需要借助变频柜人机的操作来实现。DSC的远程控制系统包括的功能有很多，最具代表性的是发放运行状态或者是设备故障的信号，比如启动和停止、就绪和故障等。由高频电压器实现的启动和停止功能，能够避免由电压不稳定引起的故障。

4.风机改造在水泵中的应用

实际工作中，水泵的应用是比较广泛，不管是工业还是农业上，水泵都起着非常重要的作用，一般情况下，水泵的运行中是很耗费电量和资源的，相应的在工作状态中，周围的温度是很高的，所以借需要借助改良的风机。改良的风机可以和水泵处于完全独立的两个工作系统，实现在应用的状态下，互不干扰，但是却能够实现能源的共享，经过改造后的高频风机，可以和水泵公用一个供电线和信息网络，减少了重新铺设的资源，同时，改造后风机的高性能也是实现水泵应用的重要条件之一。

三、结束语

高频变压器受到新科技的影响变得更加的便捷实用，能够为工业和人们的生活带来很大的便利，具体可以使用在风机的节能改造中，减少工作阻碍，提高工作效率，保证工业的稳定运行和长足发展。

参考文献：

[1]李纬. 试论高压变频器在水泥厂风机节能改造中应用问题[J]. 现代制造技术与装备，2013，04：59-60.

浅析变频器工作原理及应用 篇7

近年,变频器越来越多地应用于工业领域,由于变频器启动电机时的输出电压和频率是逐渐增加的,电机的启动电流和冲击要较工频电源供电时起动(起动电流是5倍~7倍的额定电流)和加速冲击小许多,并且它具有调速范围宽、精度高、动态响应快、运行可靠和节能降耗等诸多优点,因而企业的电动机广泛应用变频装置。电力电子技术及计算机技术伴随着自动控制技术飞速发展,作为现代电器传动的发展趋势中较为重要的交流调速和异步电动机交流变频调速是节电、改善公益和保护环境的有力保障,作为技术进步的主要手段,它的调速和制动性有高效性和高功率性,变频器集成了高压大功率晶体管技术和电子控制技术,应用范围更广[1]。变频器的作用是改变交流电机供电的频率和幅值,改变其运动磁场周期,达到平滑控制电动机转速的目的。变频器的出现使得复杂的调速控制简单化,用变频器+交流鼠笼式感应电动机组合替代了大部分原先只能用直流电机完成的工作,缩小体积,降低维修率,使传动技术发展到新阶段。随着不断发展,近些年来,变频器越来越多应用于煤矿生产,如采煤机和提升机等,大大提高了效率,降低成本,并且易于保养和维修,将来变频器的使用必将越来越广泛。

为解决传统交流电动机调速困难、复杂且效率不高的缺点,变频调速的交流电动机广泛应用于各个领域,它具有调速精度高、保护功能完善、维护方便、智能化程度高等优点,已在中国推广普及,从几百瓦到几百千瓦,向智能化、多功能、大容量、低价格的方向发展,再加上近几年中国节能环保政策的要求,在一定程度上加快了大功率变频器的完善及应用,以下将简要介绍变频器的调速的技术原理及应用。

1 变频器工作原理

目前,工业生产中大部分使用的变频器都是交—直—交型变频器,将工频交流电通过整流变成直流电,再把直流电变成频率、电压均可控的交流电;根据三相异步电动机转速公式可知,转速正比于频率,要达到所需转速,改变电路中的频率即可;根据电动机频率和电压特性,转矩是电机的磁通与转子内流过电流之间相互作用而产生的,在额定频率下,如果电压一定而只降低频率,那么磁通就过大,磁回路饱和,严重时将烧毁电机,因此,频率与电压要成比例地改变,即改变频率的同时控制变频器输出电压,使电动机的磁通保持一定,避免弱磁和磁饱和现象的产生,为减少基波、高次谐波对变频器及电力电缆的影响,可以在变频器进出侧加装电抗器,以降低高次谐波造成电缆绝缘的下降不利因素。

2 异步电动机降速时的能耗特性

根据电动机机械特性,当电动机转速小于磁场转速时,电动机从电网中吸收电能转化成机械能带动负载,此时为电动机运行状态;对于变频调速的电动机,当电机转速达到额定转速时,根据设备的运行工况需降低机械设备的转速,操作变频器输出的频率由50 Hz降低到40 Hz时,此时电动机转子转速不能突变,将大于磁场转速,由电动机状态转变为发电机状态,电动机发电电能反向变频器,则会引起变频器直流母线电压升高,危及变频器母线设备安全,必须将其电压控制在规定范围之内,则引出能耗电阻,能耗电阻在变频器设计时,一定要保证核算裕度大,不然会频繁引起变频器直流母线电压高保护动作,影响设备正常运转[2]。

目前,变频器可分为专用型和通用型两种,对机械的负载要求相对过高,能够选择较为通用的变频器,但需要注意的是,风机,水泵、电梯和一般的张力控制需要根据自身进行选择,如负载是风机和水泵,则选择风泵型与电机同功率即可。当变频器发生故障或报警时,应详细记录发生故障或报警时设备运行情况并通知相关电气技术人员;参照变频器使用说明书中故障和报警一览表,分析并找出原因;确认外部故障或异常已经排除后,才可对变频器故障或报警进行复位;对以上过程作好记录存档之后转入正常的开机操作。

3 变频器保护功能

现代变频调速基本都采用全数字化控制,使用变频器时,其维护工作需要更加仔细,这是由于变频器“交—直—交”多了环节,这里就变频器常见的故障做以下分析:

a)过电压故障,集中表现在直流母线的直流电压上,主要原因为电动机降速过快,导致能耗电阻不能正常工作,操作人员要勤调细调;

b)过电流故障,一般分为外部故障和内部故障,外部故障主要是电缆、电动机短路引起的,内部故障为变频器逆变电源损坏造成的故障,需要更换变频器,检修人员需加强日常技术性能维护检查工作;

c)过载故障,包括变频器过载和电动机过载,其可能是加速时间太短、电网电压太低、负载增大等原因引起的,一般可以通过延长加速时间、检查电网电压,负载过重是否存在机械卡涩、机械润滑不好引起的;

d)过热故障,一般都是指变频器温度过高,检查变频器的通风情况、散热片及散热风道的清理、更换冷却风扇,降低变频器环境工作温度等措施。

4 变频器输入输出干扰影响

由于变频器输入电路的功率因素是由谐波电流产生的,导致变频器的功率因素较低,改善功率因素的根本途径是削弱谐波电流,可在输入电路中串入电抗器,交流电抗器可将电抗器功率因素提高到0.75~0.85之间,还能抑制输入电路的浪涌电流,削弱电源电压不平衡的影响,随着电感量增大,各次谐波电流都将显著减少。

变频器输出电流中含有大量高次谐波正弦波,此高次谐波使电缆电容下降,电缆产生漏电流,对变频器到电机的电缆绝缘有更高要求,A厂空冷风机额定电压380 V变频器在运行过程中,发现接地短路跳闸现象,测量电缆绝缘电阻0.5 MΩ,符合规定启动风机还是跳闸,查找问题大约30 min后,测量绝缘电阻5 MΩ,启动风机变频器运行正常,说明高次谐波影响电缆、电机定子线圈绝缘性能。

变频器输出高次谐波影响电机轴承润滑脂,轴承内外圈相当于电容,高次谐波通过转子轴将轴承电容击穿,使轴承润滑脂减少,电机还未到加油周期,就可能出现轴承缺油,再有负载时出现轴承干涩摩擦,严重影响电动机正常运行,掌握变频运行的电动机轴承加油周期。

5 变频器定期检查

变频器是以半导体元件为中心构成的静止装置,由于温度、湿度、灰尘、振动等使用环节的影响,零部件经过长年累月的变化,因而发生故障,为了防患于未然必须定期检查。定期清扫电路板灰尘与风道灰尘,保证冷却系统散热畅通;由于温度、振动变化等原因,螺钉、螺栓等紧固部分往往松动需检查;主回路连接导体是否歪斜、导线损伤现象;拆除变频器进出接线测量绝缘电阻在5 MΩ以上合格,紧固回路端子排、继电器二次接线。应根据使用和现场环境条件,定期用电动风机对变频器内部及散热风道进行除尘清灰;现场没有异常噪声、振动和气味。变频器操作应严格依据操作规程进行,切忌误操作,要对滤波电容器、限流电阻器、继电器触点和绝缘电阻进行检查。变频调速这一技术正越来越广泛地深入到行业中,它的节能、省力、易于构成自控系统的显著优势是改造挖潜、增加效益的一条有效途径,尤其是在高能耗、低产出的设备较多的企业,采用变频调速装置将使企业获得巨大的经济利益,同时这也是国民经济可持续发展的需要。

6 结语

随着科技不断发展,变频器应用于各个生产领域,而对其的稳定性能、精度要求、智能化、人性化要求较高,了解其基础工作性能及现场维护的好坏,涉及到人身和设备的安全,也直接影响到企业的经济效益和外界形象。在智能变频技术发展及推广应用影响下,变频器具有现场操作简单、保护功能全面、节能效果明显、工作性能优越等优势,变频器在未来的调速系统中必成为主流技术。

摘要：简述变频器工作原理及变频器的保护功能,分析异步电动机降速时的能耗特性,探讨变频器输入、输出干扰的影响,论述变频器的定期检查制度,以期对相关工作有所帮助。

关键词：变频器工作原理,变频器保护,变频器应用

参考文献

[1]李方园.变频器应用与维护[M].北京:中国电力出版社,2009.

变频器的原理及在发射机上的应用 篇8

变频器用于家电产品, 使用变频器的家电产品中不仅有电机 (例如空调等) , 还有荧光灯等产品。用于电机控制的变频器, 既可以改变电压, 又可以改变频率。本文中所指的电机为感应式交流电机, 在工业领域所使用的大部分电机均为此类型电机。电机旋转速度单位r/min:每分钟旋转次数, 也可表示为rpm, 例如:2极电机50Hz3, 000[r/min], 4极电机50Hz1, 500[r/min], 电机的旋转速度同频率成比例 (n=60f/p, n:同步速度, f:电源频率, p:电机极数) , 感应式交流电机的旋转速度近似地确决于电机的极数和频率。由电机的工作原理决定电机的极数是固定不变的, 由于该极数值不是一个连续的数值 (为2的倍数, 例如极数为2, 4, 6) , 所以不适合改变该值来调整电机的速度。另外, 根据公式频率是电机供电电源的电信号, 所以该值能够在电机的外面调节后再供给电机, 这样电机的旋转速度就可以被自由的控制因此, 以控制频率为目的的变频器, 是做为电机调速设备的优选设备。

我台DF100A型100KW短波发射机上用到的电机很多, 冷凝器风机最适合使用变频器进行控制。冷凝器由散热片加送风风机组成, 散热片内流动的是由水泵打来的冷却纯水, 送风风机负责把热量散发出去。散热片由毛细管组成, 管路比较细, 所以温度一旦达到冰点以下水泵又不工作就会冻坏毛细铜管。风机转速对水温影响比较大, 曾经因为风机电机烧故障停转几分钟后水温就达到报警上限掉高压保护。我发射台地处北方, 一年四季及昼夜温差极大, 发射机冷却纯水的温度也随季节和昼夜发生改变, 但冷凝器风机一直保持工频 (50Hz) 恒速, 这样就导致了风机同样速度运转温度高时由于散热不充分水温过高发射机保护掉高压, 温度低时又白白消耗电能, 为此设计了利用水温通过plc或工控机控制变频器的频率输出, 进而调节风机的转速, 温度低时风机低速运转, 温度越高风机转速越快, 达到水温恒定;同时又可以利用plc或工控机自动控制实现冷凝室温度冰点以下时发射机处于关机状态自动启动水泵防止冻坏冷凝器, 原理图如下:

具体实施办法有两种, 都要首先在冷凝器出水口最低位置安装数字水温表, 使之不但有水温指示, 还有模拟量输出作为控制信号送到plc或工控机。

第一种方法针对发射机没加装自动化, 可购买带plc功能的变频器, 通过对plc的编程实现水温实时控制变频器频率输出调节风机转速。

第二种方法针对发射机加装自动化, 可直接在工控机上加装外挂程序实现水温实时控制变频器频率输出调节风机转速。两种方法比较第一种相对接线和编程简单, 使用可靠, 推荐第一种方法。

水温在室温最高时风机工频频率工作下不越限, 我们就只考虑温度低时降频达到节能降耗的目的, 如果室温最高时水温越限, 就要增加变频器频率输出, 提高风机转速, 但是电机超过50Hz运转时应注意以下事项:

1) 机械和装置在该速下运转要充分可能 (机械强度、噪声、振动等) 。2) 电机进入恒功率输出范围, 其输出转矩要能够维持工作 (风机、泵等轴输出功率于速度的立方成比例增加, 所以转速少许升高时也要注意) 。3) 产生轴承的寿命问题, 要充分加以考虑。4) 对于中容量以上的电机特别是2极电机, 在50Hz以上运转时要与厂家仔细商讨。室温低于冰点时水泵自启动可以在发射机控制回路1K3 (水泵电源) 继电器三相电进出两端并接一个受plc或工控机控制的继电器, 当温度低于5℃时并接继电器吸合电源接通水泵运转。

水温和风机转速及启动水泵的对应值大致如下:

具体数值可以在不同地域、季节及环境温度通过实验取得, 并且留有一定的富裕量, 保证冷凝器散热充分。当自动控制失灵时, 可以甩开温控直接在变频器面板输入所需的输出频率, 同时在变频器上加装三相开关K1、K2, 正常运转时k1闭合, k2打开;紧急故障时k1打开, k2闭合, 把变频器甩开保证风机正常运转。

参考文献

[1]陈伯时.电力拖动自动控制系统.机械工程出版社, 2003.

[2]马小亮.电工技术杂志.中国期刊全文数据库, 2002.

[3]唐文波.变频器在安装中应注意的几个问题.维普资讯网, 2008.

变频调速原理及应用 篇9

1 变频无负压二次供水技术的涵义

变频无负压二次供水技术是将预压平衡技术、负压反馈技术、真空抑制技术和信息采集分析处理技术等综合于一体的集合体。其在变频恒压供水设备的基础上发展而来, 在供水过程中通过对无负压调节罐、水泵、气压罐和智能控制系统的共同操作, 确保了无负压二次供水的实现。在供水过程中进行应用, 由于其能够将空气完全隔离开来, 通过原有自来水水管的压力就可以实现加压供水, 而且在供水过程中不会影响到供水的整个管网, 有效的提高了二次供水的节能性和高效性。

2 变频无负压设备的特点

(1) 具有良好的节能性。长期以来在我国二次供水过程中都存在着高能耗的问题, 随着能源紧缺的形势不断加剧, 人们对节约能源越来越重视。利用变频无负压设备进行二次供水, 由于设备可以与市政管网直接相连, 不需要进行水池和水箱的投资。而且利用自来水本身的压力来进行供水, 这不仅有效的节约了初期投资大的问题, 而且在整个供水过程中对能源消耗较小, 具有非常好的节能特点。

(2) 使用过程中更加清洁。在利用变频无负压设备进行供水时, 整个过程中都处于密封的状态下进行, 有效的确保了整个供水系统的清洁度。而且变频无负压设备自身具有过滤设备, 可以对细菌起到较好的阻挡作用。另外变频无负压设备所使用的都是不锈钢材料, 对材料的等级具有较严格的要求, 这样不仅有效的避免了管道内部藻类的出现, 而且自来水的质量也能够得到有效的保证。

(3) 运行成本较低。变频无负压设备在供水过程中, 不仅使用的加压泵型号较小, 而且在运行过程中往往是设置多台加压泵共同工作, 有效的降低了电能的消耗。同时加压泵在供水低峰时停止运行, 只在用水高峰期时才进行工作, 相对来讲其运行时间较少, 有效的降低了运行成本。

变频无负压设备在市政供水中进行应用具有较大的优势, 但由于其技术还不是十分成熟, 还无法有效的确保供水的可靠性, 而且在使用过程中需要由相关部门报批, 只有批准后才能对该技术进行应用, 另外无负压相关的标准也不完善, 这都对变频无负压技术的应用带来了较大的影响。

3 变频无负压设备的工作原理

(1) 系统工作原理。在变频无负压设备中, 其变频泵在设计时的转速是与市政管网的压力值成反比的关系。变频水泵的转速是根据用户管网压力的大小来进行自动调节的, 当管网压力达到最大时, 这时变频水泵则会停止运行, 变频无负压系统利用自来水压力来确保对用户供水所需要的压力, 而一旦用户所需水压低于设定的最小值时, 变频水泵则会自动唤醒进入运行状态。在变频无负压系统中, 不锈钢无负压罐与变频水泵的进水口相连, 控制系统实时对无负压罐内的压力进行监控, 同时为了确保无负压罐内没有无压产生, 则采用真空抑制器, 从而有效的确保正常的供水。

(2) 恒压原理。将压力变送器设置在水管网上, 这样就可以实现出口压力信号的转换, 使其以标准信号的形式传送到接收端口, 根据所接收到的标准信号进行调节。调节参数的通常需要经系统运算和给定压力参数相比较后才能得出, 变频器通过调节参数来控制水泵的转速, 完成对系统供水量的调节, 从而使供水管网压力能够保持在用户设定值的范围内。

(3) 无负压原理。真空抑制器作为变频无负压系统的核心设备, 通过真空抑制器来对管网中的负压进行消除, 从而保护市政管网及相关设备。无负压的实现是通过浮球在无负压缸内水位变化时上下移动来实现对阀门开、关的控制, 完成无负压罐的吸气和排气, 从而对罐内的真空进行消除。

4 变频无负压供水应用中的注意事项

由于市政管网供水条件不同, 同时系统设计方案也各不相同, 所以要想更好的确保变频无负压供水系统能够达到高效节能, 则需要在实际供水工作中将变频无负压技术和实际的供水条件有效的结合。变频无负压设备, 其水泵的效率与转速的三次方成正比, 这就需要选择电机时需要使其频率能够有效的保证水泵运行的效率。

在变频无负压设备应用过程中, 对于需要直接在市政管网取水时, 则需要经自来水公司批准后才能进行使用, 同时还要制定具体的规划。市政供水配水管网在设计时主要以时和日的最高用水量来进行配备, 以消防、最大传输和发生事故时的用水量作为流量校核的标准, 这样在变频无负压供水设备在给水支管及给水干管上进行应用时则需要确保规划的合理性。水泵在自身的高效区进行工作才能有效的将变频无负压供水设备的节能优势发挥出来, 所以在具体工作中, 需要对不同情况下的影响因素进行考虑, 对水泵高效区进行核算, 确保水泵工作过程中始终处于高效区的状态。

5 结束语

变频无负压供水技术是一种针对二次供水出现的新型供水技术。这种技术在供水时更加的节能、清洁、安全, 而且投资非常少也便于管理。随着变频无负压供水设备在供水应用过程中不断完善, 相信其在未来供水工程中将会具有非常好的市场前景。

摘要：给排水工程作为城市发展最基础的设施, 近年来城市给排水工程技术取得了较快的发展, 一些新型供水设备也在市场上不断涌现。变频无负压设备节能、清洁及较好的经济性在二次供水中得到广泛的应用, 变频无负压二次供水技术也越来越被人们关注。文中从变频无负压二次供水技术的涵义入手, 对变频无负压设备的特点进行了分析, 并进一上对变频无负压设备的工作原理及供水应用中的注意事项进行了具体的阐述。

关键词：变频无负压设备,二次供水,特点,工作原理,应用,注意事项

参考文献

[1]陈礼洪, 蒋柱武, 程宏伟, 等.二次供水变频水泵低效运行成因及其对策[J].福建工程学院学报, 2012 (04) .

[2]陈思思, 杜林, 尹丹君.变频调速恒压供水水控制系统设计研究[J].价值工程, 2011 (12) .

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