研究引风机变频调速节能技术论文

时间：2023-04-03 08:21:02 其他范文收藏本文下载本文

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研究引风机变频调速节能技术论文

篇1：研究引风机变频调速节能技术论文

研究引风机变频调速节能技术论文

【关键词】技术,节能,研究,变频,风机,接触,调节,功率,转速,电机,

高压交流变频调速技术是一种主要用于交流电动机的变频调速技术,其技术和性能胜过其它任何一种调速方式(如降压调速、变极调速等。315KW引风机日常运行风量调节为入口挡板调节方式,入口挡板开度最大不到70%左右,该方式不能及时调节,运行效率低,节流损失大,电机启动时会产生5～7倍的冲击电流,对电机造成损害。为此,采用变频调节方式对风机系统进行改造,将1#引风机改为变频驱动,风量由手动给定4～20mA信号调节,以减少溢流和节流损失,提高系统运行的经济性。

一、引风机变频调速节能技术

(1)节能原理。当采用变频调速时,可以按需要升降电机转速,改变风机的性能曲线,使风机的额定参数满足工艺要求,根据风机的相似定律,变速前后风量、风压、功率与转速之间的关系为:Q1/Q2=N1/N2;H1/H2=(N1/N2)2;P1/P2=(N1/N2)3

式中:Q1、H1、P1―风机在N1转速时的风量、风压、功率;Q2、H2、P2―风机在N2转速时相似工况下的风量、风压、功率。

假如转速降低一半,即:N2/N1=1/2,则P2/P1=1/8,可见降低转速能大大降低轴功率达到节能的目的。当转速由N1降为N2时,风机的额定工作参数Q、H、P都降低了。也就是说当转速降低时,额定工作参数相应降低,但效率不会降低,有时甚至会提高。因此在满足操作要求的前提下,风机仍能在同样甚至更高的效率下工作。降低了转速,风量就不再用关小风门来控制,风门始终处于全开状态,避免了由于关小风门引起的风力损失增加,也就避免了总效率的下降,确保了能源的充分利用。当采用变频调速时,50Hz满载时功率因数为接近1,工作电流比电机额定电流值要低,这是由于变频装置的内滤波电容产生的改善功率因数的作用,可以为电网节约容量20%左右。

(2)挡板控制。挡板调节就是利用改变管道阀门的开度,来调节风机的流量。挡板调节时,风机的功率基本不变,风机的性能曲线不变,而管道阻力特性曲线发生变化,风机的性能曲线与新的管道阻力特性曲线的交点处就是新的'工作点。(见图1)

(3)变频控制。变频调节就是利用改变性能曲线方法来改变工作点,变速调节中没有附加阻力,是比较理想的一种调节方法。通过变频器改变电源的工作频率,从而实现对交流电机的无级调速。风机采用变速调节时,其效率几乎不变,流量随转速按一次方规律变化,而轴功率按三次方规律变化。同时采用变频调节,可以降低泵和风机的噪声,减轻磨损,延长使用寿命。(见图2)。

二、节能分析计算

(1)变频调速系统回路。见图3。6KV电源经变频装置输入接触器KM1到高压变频调速装置,变频装置输出经出线接触器KM5送至电动机1;或6KV电源经变频装置输入接触器KM2到高压变频调速装置,变频装置输出经出线接触器KM6送至电动机2;6KV电源还可以经旁路接触器KM3和KM4直接起动电动机1和电动机2。

(2)互锁。接触器KM1和KM2互相闭锁,即KM1和KM2不能同时闭合;接触器KM5和接触器KM6互相闭锁,即KM5和KM6不能同时闭合;接触器KM5和接触器KM3互相闭锁,即KM5和KM3不能同时闭合;接触器KM6和接触器KM4互相闭锁,即KM6和KM4不能同时闭合;接触器KM1和接触器KM6互相闭锁,即KM1和KM6不能同时闭合;接触器KM2和接触器KM5互相闭锁,即KM2和KM5不能同时闭合;

(3)节能效果分析计算。由于在运行过程中,炉侧需根据机组负荷变化的要求调整风机完成过程控制量的调节,且风机运行性能指标一致,可以对引风机运行数据分别合并处理,并且采用流量百分比和挡板开度之间关系的变化趋势曲线对引风机的变频功耗进行计算。Pd:电动机功率;U:电动机输入电压6kV;I:电动机输入电流28 A;COSφ:功率因数0.85。计算公式:Pd=1.732×U×I×COSφ;

①单台工频功耗计算。Pd=1.732×6×28×0.85=247.33(kW)(包含管道缩口及挡板节流损失)。

②单台变频功耗计算。根据流体力学原理,风机风量与电机转速及电机功率存在一定的关系:Q1/Q2=n1/n2;H1/H2=(n1/n2)2;P1/P2=(n1/n2)3。其中:Q1实际流量,Q2额定流量,Q为风量;H为风压;P为电机轴功率;n为电机转速;将现场运行数据代入P1/P2=( Q1/Q2)3,得(85000/188730)3=P1/315,p1=28.67KW;变频器网侧功耗Pb=P1/ηb=28.67/0.92=31.16KW;单台计算节电率:(ΔP/ Pd)*100%=(247.33-31.16/247.33)=87%;单台实现节电率:变频运行时电动机平均电流Ig为12A。1-(Ib/Is)*100%=1-(12/28)=57%;变频改造后的效益:年节约电量=引风机台数*单台变频节电率*单台工频功率*年运行小时=57%*247.33*5400=761281.74(KWh)。按工厂0.5717元/kWh计算,每年可节约电费761281.74*0.5717=435224.7元。

三、结束语

高压变频装置在二甲醇引风机上的应用,可实现电机软启动,延长电机使用寿命,引风机挡板全开,减少风道振动与磨损。对一甲醇转化250KW引风机安装高压变频调速系统后,目前设备运转状况良好,年可节约电能34万元,节能效果明显。

参考文献:

[1] 吴忠智黄立培.调速用变频器及配套设备选用指南[M].机械工业出版社,.

篇2：中央空调变频节能技术

一、中央空调节能最佳方法

由于中央空调主要设备是风机水泵，所以节能最佳方法就是采用变频器，目前大多数中间空调还采用以往旧的控制方式，即：通过改变压缩机机组、水泵、风机启停台数，以达到调节温度的目的。

该调节方式缺点集中表现为如下几点：

●设备长时间全开或全闭，轮流运行，浪费电能惊人。

●电机直接工频启动，冲击电流大，严重影响设备使用寿命。

●温控效果不佳。当环境或冷热负荷发生变化时，只能通过增减冷热水泵的数量或使用挡风板来调节室内温度，温度波动大，舒适感差。

中央空调采用变频器后有如下优点：

●变频器可软启动电机，大大减小冲击电流，降低电机轴承磨损，延长轴承寿命。

●调节水泵风机流量、压力可直接通过更改变频器的运行频率来完

成，可减少或取消挡板、阀门。

●系统耗电大大下降，噪声减小。

●若采用温度闭环控制方式，系统可通过检测环境温度，自动调节风量，随天气、热负荷的变化自动调节，温度变化小，调节迅速。

●系统可通过现场总线与中央控制室联网，实现集中远程监控。

二、供水系统变频节能改造

无论是溴化锂机组或电制冷（氟利昂）机组的中央空调系统，主机自身的能量消耗有机组控制，机外的电力消耗组不能控制，而这部分的成本是相当高的，却通常被人忽视了。尤其是溴化锂机组，在额定状态制冷运用行时，机外水泵、冷却塔的电机耗电量约占总体能源消耗成本的30%（以每公斤油2元、每度电1元计算）。无论从环境保护角度还是用户切身利益角度，都应将中央空调系统设计成最节能的系统。采用变频器来控制机外水泵电机、冷却塔电机是最简单、最有效的节能措施。一般情况节电20%~50%，每年可节省机组及系统总运行费用的12%~20%，十分惊人。

1、冷却水泵变频控制

中央空调的冷却水泵的功率是根据空调冷冻机组的压缩机满负荷工作设计的，当环境温度及各种外界因素，冷冻机组不需要开启全部压缩机组，此时空调的冷凝系统所需要的冷却量也相应地减小，这时就可以通过变频调速器来调节冷却水泵的转速，降低冷却水的循环速度及流量，使冷却水的冷负荷被冷凝系统充分利用，从而达到节能目的。从我公司对中央空调的变频节能改造得出以下的数据，其冷却水泵、冷温水泵在低流量运行时，可以大幅度节省电力，尤其针对直燃机冷却水流量曲线的特点，采用变频控制，意义更大，从远大BZ型直燃机中央空调系统采用海利普变频器控制水泵测试数据为例：

当制冷量75%时，机组所需冷却水流量34%，水泵电耗约20%；

当制冷量50%时，机组所需冷却水流量22%，水泵电耗约15%。

2、冷温水泵变频控制

中央空调的冷媒水泵的功率是根据空调满负荷工作设计的，当宾馆、酒店、大厦需要的冷量或热量没有达到空调的满负荷，这时就可以通过变频器调速器来调节冷媒水泵的转速，降低冷媒水的循环速度，使冷量和热量得到充分利用，从而达到节能目的。如果制冷、采暖共用一台水泵，则冬季水泵流量只需50%，自然可大大节省电力；即使是冬夏分泵运行，也可在低负荷季节适当降低流量，如90%流量时，电耗约75%。

3、冷却塔风机变频控制

风机功率一般都较小，节电不如水泵明显。但风机采取变频控制能极大地有助于冷却水恒温，这对于机组制冷恒温极为关键；且能使机组溶液循环稳定，获得最大限度的节省燃料。冷却塔风扇低转速运行还能大幅度减少漂水，节省水源、延缓水质劣化、减少水雾对周围的影响。

4、采用变频器的其他益处

由于变频器的启动、停止过程是渐强、渐弱式，能消除电机启动对电网的冲击。并可避免电机因过载而引起的故障。

由于电机经常处于低负荷运行，能大幅度延长电机及水泵、风机的寿命，同时因没有启动、停止的冲击，加上流量的减少，管路承压及所受冲击力减小，故对管道、阀门、末端设备也起到了保护作用。另一方面，设备噪音、震动均减小，保护了环境。

5、中央空调机组外变频器的控制方式

●根据冷却水出/入口的温度改变水泵转速，调整流量；

●根据冷却水入口温度改变冷却塔风机转速，调整水温；

●根据冷温水出/入口的温差改变水泵转速，调整流量；

●根据冷却水出水的温度改变水泵转速，调整流量；

●根据冷媒水的回水温度改变水泵转速，调节税流量；

三、中央空调末端设备—变风量机组变频控制

变风量机组也是中央空调系统重要的组成部分，其性能指标（风量、冷量、噪音、用电量）的优劣，除了变风量机组本身的性能外，更重要的还取决于控制的模式、控制器的性能、品质。

随着中央空调的不断普及，变风量机组调节控制器已经经历了三个发展阶段：

第一阶段：风阀调节。能起到调节风量的作用，但电能量消耗大、噪音大。

第二阶段：可控硅调压调速。能起到调节风量、冷量、节能的作用，对变风量机组的噪音有一定的改良作用，其缺点是体积大、可靠性稳定性低、故障率高。

第三阶段：变频调节。能最大限度的满足变风量机组对风量、冷量、噪音的调节要求，节能效果更明显，体积小，可靠性稳定性高。

目前，变频控制器以其特有的优势，正被中央空调业内人士所青睐。

中央空调调节冷冻/冷却泵转速的节电原理：

采用交流变频技术控制冷冻/冷却泵的运行，是目前中央空调系统节能改造的有效途经之一。

泵的负载功率与转速成3次方比例关系，即P∝N3，其中P为功率，N为转速；可见用变频调速的方法来减少水泵流量的经济效益是十分显著的，当所需流量减少，水泵转速降低时，其电动机的所需功率按转速的三次方下降。例如：

A．当水泵流量下降10％（跟踪输出频率为45Hz）

则电动机轴功率P′=(0.9)3P=0.729P即节电率27.1％

B.当水泵流量下降30％（跟踪输出频率为35Hz）

则电动机轴功率P′=(0.7)3P=0.343即节电率65.7％

当冷水机负荷下降时，所需的水流量减少，通过电动机的调速装置降低泵的转速来减少水的流量，泵的轴功率相应减少，电动机的输入功率也随之减少。当用冷量增加，冷机负荷量增大，冷凝器进出水温差增大，变频器运行频率增加，水泵转速加快，水流量增加，从而维持温差恒定。反之亦然。从而达到理想的节能效果。

三晶变频器在中央空调上的应用

在我国经济快速发展的大背景下，由于房地产的快速发展需求，中央空调的市场需求呈现强劲的增长趋势。在市场容量不断增大的吸引下，越来越多的厂家加入到商用中央空调的领域。节能技术应用于中央空调系统，对提升中央空调自动化水平、降低能耗、减少对电网的冲击、延长机械及管网的使用寿命，都具有重要的意义。

中央空调是现代大厦物业、宾馆、商场不可缺少的设施，它能带给人们四季如春，温馨舒适的每一天，由于中央空调功率大，耗能大，加上设计上存在“大马拉小车”的现象，支付中央空调所用电费是用户一项巨大的开支。因为季节的变化、昼夜的变化、宾馆酒楼客人入住率的变化、娱乐场所开放时间的变化等等，从而导致中央空调系统对室内热源吸收量的变化，再加之工艺设计上电机功率设计有相当的富裕量，因此，存在明显的节电空间。将变频技术引入中央空调系统，保持室内恒温，对其进行的节能改造是降本增效的一条捷径。

中央空调系统

图1所示为一典型中央空调机组系统图，主要由冷冻水循环系统、冷却水循环系统及主机三部分组成：

●冷冻水循环系统

该部分由冷冻泵、室内风机及冷冻水管道等组成，

从主机蒸发器流出的低温冷冻水由冷冻泵加压送入冷冻水管道（出水），进入室内进行热交换，带走房间内的热量，最后回到主机蒸发器（回水）。室内风机用于将空气吹过冷冻水管道，降低空气温度，加速室内热交换。

●冷却水循环部分

该部分由冷却泵、冷却水管道、冷却水塔及冷凝器等组成。冷冻水循环系统进行室内热交换的同时，必将带走室内大量的热能。该热能通过主机内的冷媒传递给冷却水，使冷却水温度升高。冷却泵将升温后的冷却水压入冷却水塔（出水），使之与大气进行热交换，降低温度后再送回主机冷凝器（回水）。

●主机

主机部分由压缩机、蒸发器、冷凝器及冷媒（制冷剂）等组成，其工作循环过程如下：

首先低压气态冷媒被压缩机加压进入冷凝器并逐渐冷凝成高压液体。在冷凝过程中冷媒会释放出大量热能，这部分热能被冷凝器中的冷却水吸收并送到室外的冷却塔上，最终释放到大气中去。随后冷凝器中的高压液态冷媒在流经蒸发器前的节流降压装置时，因为压力的突变而气化，形成气液混合物进入蒸发器。冷媒在蒸发器中不断气化，同时会吸收冷冻水中的热量使其达到较低温度。最后，蒸发器中气化后的冷媒又变成了低压气体，重新进入了压缩机，如此循环往复。

节能理论

●中央空调节能改造前的工况

在中央空调系统设计时，冷冻泵、冷却泵的电机容量是根据建筑物的最大设计热负荷选定的，都留有一定设计余量。由于四季气候及昼夜温差变化，中央空调工作时的热负荷总是不断变化。下图2为一民用建筑物的平均热负荷情况：

如上图所示，该中央空调一年中负荷率在50%以下的时间超过了全部运行时间的50%。通常冷却水管路的设计温差为5～6℃，而实际应用表明大部分时间里冷却水管路的温差仅为2～4℃，这说明制冷所需的冷冻水、冷却水流量通常都低于设计流量，这样就形成了中央空调低温差、低负荷、大工作流量的工况。

在没有使用节能系统前，工频供电下的水泵始终全速运行，管道中的供水流量只能通过阀门或回流方式调节，这必会产生大量的节流及回流损失，同时也增加了电机的负荷，白白消耗了许多电能。

中央空调水泵电机的耗电量约占中央空调系统总耗电量的30-40%，故对其进行节能改造具有很明显的节能效果。

●节能理论根据

由流体力学理论可知，离心式流体传输设备（如离心式水泵、风机等）的输出流量Q与其转速n成正比；输出压力P（扬程）与其转速n的平方成正比；输出功率N与其转速n的三次方成正比，用数学公式可表示为：

Q＝K1 × n P＝K2 × n2

N＝Q × P＝K3 × n3 (K1、K2、K3为比例常数)

由上述原理可知，降低水泵的转速，水泵的输出功率就可以下降更多。如将电机的供电频率由50Hz降为40Hz，则理论上，低频40Hz与高频50Hz的输出功率之比为(40/50)3=0.512。

实践证明，在中央空调系统中接入变频节能系统，利用变频技术改变水泵转速来调节管道中的流量，以取代阀门调节及回流方式，能取得明显的节能效果，一般节电率都在30％以上。同时变频器的软启动功能及平滑调速的特点可实现对中央空调的平稳调节，并可延长机组及管组的使用寿命。

节能方案分析

中央空调各循环水系统的回水与出水温度之差，反映了整个系统需要进行的热交换量。因此，根据回水与出水的温度差来控制循环水的流量，从而控制热交换的速度，是首选的节能控制方法。

●冷冻水循环系统

冷冻水的出水温度是由主机的制冷效果决定的，通常比较稳定，因此冷冻回水温度可以准确的反映室内的热负荷情况。由此，对于冷冻水循环系统的节能改造，可以取回水温度作为控制目标，通过变频器对冷冻泵流量的自动调节来实现对室内温度的控制。

●冷却水循环系统

冷却水循环系统同时受室外环境温度及室内热负荷两方面影响，循环水管道单侧的水温不能准确反映该系统的热交换量，因此以出水与回水之间的温差作为控制室内温度的依据是合理的节能方式。在外界环境温度不变的情况下，温差大，说明室内热负荷较大，应提高冷却泵的转速，增大冷却水循环的速度；相应的，温差小则减小冷却泵转速。

●方案结构示意图根据上述分析，可得出整个节能工程结构示意图如图3所示：

由上图，该节能方案的基本思路为：

分别在主机蒸发器回水处、冷凝器出水及回水处安装温度传感器，实时检测管网的温度，以模拟信号（0~10V或者4~20mA）反馈给变频器，通过变频器内置的PID运算输出相应的频率指令后自动调节水泵转速，从而调节各循环水的热交换速度，最终实现对室内恒温度的控制。需要特别说明的是，变频器内部在设计上集成了温差反馈处理功能，系统无须另配专用控制模块。

●电路控制方案

某公司LG中央空调机组数据如下表：

机组

机型

常用数量

备用数量

总计数量

中央

空调

冷冻泵电机

45KW（380V）

2台

1台

3台

冷却泵电机

75KW（380V）

2台

1台

3台

三台水泵中，春秋季节只用一台，备用两台；夏季高峰时常用两台，一台备用。

要求：一台变频运行，且可以通过人工方式进行切换，其他可通过人工方式直接启动到工频运行。

设计：3台水泵电机选配1台变频器。工作时可选择任意一台水泵做主泵、由变频器直接拖动并且变频运行（由内置PID进行闭环控制）；其余两台水泵做辅泵、由人工依据制冷特点相应进行启停控制，使电机工频运行。如下图所示：

该方案使用SAJ8000系列通用变频器，“市电”“节电”旁路需要另配电控柜及电气配件。

图为LG中央空调机组

●变频节能系统特点

1、变频器界面为LED显示，监控参数丰富；键盘布局简洁、操作方便；

2、变频器有过流、过载、过压、过热等多种电子保护装置，并具有丰富的故障报警输出功能，可有效保护供水系统的正常运作；

3、加装变频器后，电机具有软启动及无极调速功能，可使水泵和电机的机械磨损大为降低，延长管组寿命；

4、变频器内部装有大容量滤波电容，可有效提高用电设备的功率因数；

5、该系统实现了对温度的PID闭环调节，室内温度变化平稳，人体感觉舒适。

总结

将变频技术应用于中央空调系统，对提升中央空调自动化水平、降低能耗、减少对电网的冲击、延长机械及管网的使用寿命，都具有重要的意义。

篇3：输油泵变频节能技术分析论文

输油泵变频节能技术分析论文

摘要：石油化工业对国民经济的发展具有重要的意义，输油泵作为原油生产过程中的重要耗能设备，对输油泵进行技术改造、降低能耗、提高效率，成为技术工作人员长期研究的课题。本文通过对输油系统的能耗现状分析、输油泵变频调速节能技术的原理和影响因素的阐述，分析了输油泵的节能效果。

关键词：节能；变频调速；输油泵

目前，输油泵的变频调速器可以最大限度的降低能耗，保护电机，而变频调速器的核心技术便是变频调速技术，变频调速节能技术是一种交-直-交电源变换技术，它集电脑控制和电子技术于一身。这项技术的应用，不仅具有节能降耗的效果，而且还能够实现高精度的调速。目前被广泛应用于输油泵机组上，不仅满足了生产的需要，而且节约了大量的能源。

1、输油系统的能耗现状

伴随着油田的长期开采，目前含水量都比较高，随着含水的上升，产油量的减少，输油泵的实际输油量越来越小，输送的大部分都是水，并且输油量存在不稳定性，输油泵很难控制在最佳的工作点上运行。因此，为了实现输油泵的高效经济平稳运行，在提高输油泵的效率、降低摩阻以及进行合理有效的调度基础上，采用变频调速技术是更加有效、直接的办法，它的主要优势就在于可以提高输油泵和整个集输系统的工作效率，降低能耗。

2、输油泵变频调速节能技术原理

变频调速技术之所以是一种高效的节能技术，是因为它是将现代电子技术和计算机技术集于一身。随着计算技术和集成电路技术的迅猛发展，变频调速技术已经日益完善，得到了更加广泛的应用。它的基本原理如下：输油泵作为原油运输的桥梁，它的主要作用是原油在低压内循环的条件下，向喷油泵输送足够压力和数量的燃油，这一工作主要由输油泵中的离心泵来完成。离心泵主要依靠旋转叶轮对液体的作用把原动机的机械能传递给液体这一工作原理，输油泵的变频调速正是依据了离心泵的这一工作特性，对进入和排出输油泵的原油流量进行调节。通常运用两种方法进行调节，一种是对离心泵内部的叶轮转速进行调节，原油流量随着叶轮转速的增加而增大，反之则减小。另一种是对离心泵出口的开口阀门大小进行调节，原油流量随着阀门开口的增大而变大，反之则变小，这种方法的优点是操作简单，简便易行，缺点是由于要不断对阀门进行开关操作，需要消耗大量的能源，会造成对资源的浪费，这和目前我们倡导的节能环保的宗旨不符，因此在实际运用中的应用并不广泛。相反，输油泵的变频调速是通过对泵内叶轮的转速进行调节来完成的，即输油泵输油量的`调节是通过对输油泵的电机进行变频改造来完成，最终达到节能的目的，因此这对技术改造、节能减排来说是可行的。

3、输油泵变频调速的影响因素

改变电机定子的电压频率可以改变电机的转速，进而改变电机的频率，达到调节输油泵内叶轮转速的目的。由交流电动机工作原理中的转速关系式：n=60f(1-s)/p，其中f，p，s分别代表输油泵电机的电源频率、电机极对数和转差率，由上式可知，要想使电机的输入功率升高，就要使轴功率相应升高，升高轴功率可以通过升高电动机转速实现，最终通过匀速改变电机的电源频率来改变转速。当电机转速降低时，轴功率降低，输入功率降低，这样就实现了输油泵的变频调速节能。影响变频调速的因素主要有以下几点：

3.1调速变频的范围受输油泵的工况影响，只有在适宜的情况下才适用调速变频来节能。例如当输油泵的转速过低，导致功率明显下降，这时采油调速变频对效率的影响也会变小，此种情况下采用调频并不能获得满意的效果。

3.2调速范围还受电机的工作效率影响，在理想的情况下，轴功率会随着电机转速的下降而下降，但是当电机出现故障，造成输出功率与额定功率出现偏离，且偏离幅度较大时，就会使整个输油泵的工作效率因为电机效率的下降而造成不利的影响。

3.3定速泵的影响，在实际的工作中，因为工作的需要，定速泵和调速泵需要同时工作，不能随时对输油泵进行全部的调速控制，这时就要关注定速泵与调速泵的工作状况，要保证他们都在高效区运行且达到系统最优，因此，定速泵和调速泵共同运行时，它必然会对调速范围产生影响，也是我们需要关注的。

3.4不同输油管路的特性曲线不尽相同，不同的特性曲线也会对调速节能产生影响。

4、输油泵变频调速节能效果分析

我们以TDCG-200变频器为例，来对输油泵的变频节能效果进行分析，它的特点是可以带动外输油泵，并能实现对输油泵进行变频调速。在运行的过程中，变频器为输油泵的电动机提供可以调节频率的电源，对电机实现无极调速，进而使管网的油压发生变化。通过对管网压力的监测可以得出，设定的压力单元内可以为用户提供符合要求的压力和流量。当变频器收到设定信号和反馈信号时，内部的分析程序就会对信号数据进行分析计算，并以转速控制信号输出。变频器收到信号后，就会启动输油泵，使管网压力上升，达到预定值后，变频器的输出功率同时上升，达到峰值后，变频器通过控制转速达到生产的预设值。通过对启动为50Hz、转速为1980r/min、输出量为150m3/h、额定功率为185kW的输油泵安装TDCG-200变频器后进行节能分析，一年可以节电66×104kWh以上，节能效果显著。

、5结语

输油泵变频节能主要通过对离心泵的转速调节，进而对整个机组进行工况控制。利用变频调速可以有效改善输油泵的工作效能，节能效果显著。在满足了生产需要、节能降耗的前提下，还延长了输油泵的使用寿命，提高了企业的经济效益。

参考文献：

[1]张承惠.交流电机变频调速及其应用.机械工业出版社，.9.

[2]徐甫荣.高压变频调速技术应用实践.中国电力出版社，.2.

篇4：单相电机变频调速技术综述

单相电机变频调速技术综述

摘要：单相电机变频调速具有相当的实际意义。依据其调速的基本理论，就其常用的功率主电路部分和控制方案进行了详细的分析和综述，讨论了目前研究工作中存在的问题，并对其发展的方向进行了展望，给出了一些个人的观点。

关键词：变频调速；单相电机；拓扑；控制策略

引言

变频调速技术在异步感应电机调速系统中，以其优异的调速和启动性能、高功率因数和节电效果，而被公认为最具发展前途的调速手段。

只有两套绕组的单相交流异步电动机，结构简单，生产成本低廉，使用维护方便，在小功率电机应用方面，如电冰箱、洗衣机、电风扇、空调等家用电器，汽车附件等领域占据主导地位。但是其工作效率低，仅为60％～70％，运行性能差，启动转矩小，一般不能应用在需要调速的场合，其转速的调节主要采用调节端电压和改变电机极对数的方法，调速效果已经越来越不能满足生产和生活的需要。为了弥补单相电机调速方面的缺陷，追求更高的性能，人们把更多的目光投向了无刷直流电机、永磁同步电机和开关磁阻电机等。尽管这些电机在工作效率、稳定性和出力等方面表现出众，然而他们共同的致命缺点就是成本太高，难以普及。随着变频调速技术的日渐成熟，其在单相电机中应用的研究也逐渐开展起来。

尽管三相电机的变频调速技术已经日渐成熟，但是，单相电机的变频调速技术却还面临着以下一些问题：

1）单相电机的绕组不同于三相电机，其主副绕组多为不对称绕组，副绕组通常串联了运转电容，给合成圆形旋转磁场带来新的问题；

2）单相电机用的变频调速逆变主电路结构同样有其独特的一面，存在如何获得合理，高效的逆变电路的问题；

3）针对单相电机变频调速，存在采用什么样的控制技术，才能使得单相电机获得与三相电机，甚至与直流电机一样优良的调速效果的问题。

本文将主要依据以上3个问题，就单相电机绕组，主电路结构及其控制技术，对国内外单相电机变频调速技术的最新发展进行了较为详细的分析和综述，并在此基础上对其发展方向加以探讨。

1单相电机绕组分析

根据单相电机合成磁场的分析[1]，单相电机的定子上嵌放有两相绕组，设两相绕组轴线在空间相距β电角度，两相绕组中通入相位差为θ的电流，两相合成圆形旋转磁势的条件是

式中：FM为主绕组磁势幅值；

FA为副绕组磁势幅值。

在单相电机中，定子两相绕组轴线通常相距90°，为了获得圆形旋转磁势，总希望两相电流相位差等于90°。

参考文献[2]给出了不对称绕组单相电机的等效电路，依据此等效电路，当空间电角度β和相位差θ均为90°时，电机在以下条件下满足圆形旋转磁场的要求，获得最佳性能：

式中：Imain为主绕组电流；

Iaux为副绕组电流；

a为副绕组与主绕组之间的匝数比。

继而得出Imain=αIaux。

实际上，在电机的运行过程中，时刻保持主副绕组电流比值恒定相当困难，通常以Vaux=aVmain来近似实现电流比值的恒定。

单相电机多为电容运转式电动机，副绕组中串联的电容值，在工频条件下能使电机获得较好的运行性能。当电机运行在低频时，随着电容容抗的增大，副绕组中流过的电流相位与主绕组不再成正交关系，于是电机出现过热，转矩降低，脉动转矩增大等问题[3]。所以，目前采用的变频电路均采用去掉电容，两相绕组分别控制的方案。但是，去除电容也就意味着要增大加在副绕组上的电压值。

2逆变器主电路结构拓扑

2.1半桥逆变电路

由于只需要输出两相电压，使得单相电机半桥逆变电路结构简单，仅仅需要4只功率变换器件组成两个桥臂即可，如图1所示。半桥逆变电路具有结构简单，功率开关器件数目最少，成本低廉，稳定性高等优点。

但是，对于单相电机，采用半桥逆变电路面临这样一个问题：由于电机的两相电流I1及I2在相位上相差90°，因而流向中性点N的两相电流之和I是两相电流的矢量和。

对于用两只电容串联构造中点的电源，回馈电流I会使得前级变频电源输出电压波动加大，迫使电源加大输出电容；同时，由于负载不对称带来的直流偏量还会使得中点电位向正（或负）方向持续漂移，给供电带来极大影响。所以，如何获得高质量的双极性直流电源是采用半桥逆变电路的关键所在。在参考文献[4]中，提出了一种采用Cuk和Sepic电路并联方式，来获取双极性直流电源的方式。但受到功率开关容量的限制，功率和输出电压的大小都有待提高，整个电路的实用性还有待验证。

2.2全桥逆变电路

普通全桥逆变电路每相由4只功率开关器件组成，两相绕组共需8只功率开关器件，如图2所示。同半桥逆变电路相比，功率开关器件数量比为2：1，结构上变得复杂，在稳定性和经济适用方面都不如半桥电路。但是，全桥逆变电路不再需要对称正负输出电源，而只需要单路稳压电源即可。两相绕组的电流也不再对电源形成大的干扰。同时全桥电路的直流电压利用率也比半桥电路要高。

鉴于开关器件的数目较多，在实际应用中将图2中中间两只桥臂合二为一，成为两套绕组的公共桥臂，就得到了图3所示的两相三桥臂全桥逆变电路[5]。其中的公共桥臂分别同左、右桥臂组合，构成两相全桥逆变。

两相三桥臂全桥逆变电路继承了全桥逆变电路的优点，同时有效地减少了开关器件的数目。在直流电压Ud相同的情况下，其输出电压值可达到全桥电路的70％以上。在逆变桥结构上，两相三桥臂电路同三相半桥逆变电路完全一致，因此，容易从已有的六单元功率模块移植过来使用，其输出也可在三相同两相之间灵活转换。而目前三相逆变电路用的六单元功率模块的.发展已经颇为成熟，尤其是在小功率应用场合。

3控制技术

单相电机采用半桥逆变电路时，由于主电路结构类似，诸如SPWM和SVPWM等调速技术可以方便地移植到单相电机调速中来。以下讨论控制技术时，为了分析方便，均假设电机的两相绕组对称，即两相绕组相同，空间上相互垂直。同时假定正负电源对称，幅值恒定，中性点N不因电流I的注入而浮动。

3.1半桥SPWM控制

单相电机采用SPWM控制技术时，由于要保证两相绕组中的电流相位差为90°，所以，两路调制信号的相位相应地也要设定为相差90°。SPWM控制的优点是谐波含量低，滤波器设计简单，容易实现调压、调频功能。但是，SPWM的缺点也很明显，即直流电压利用率低，适合模拟电路，不便于数字化方案的实现。半桥SPWM控制技术的研究已经相当成熟，有关的文献资料也比较多，在此不再做过多的分析。

3.2半桥SVPWM控制[6]

依据电机学的知识可知，电压空间矢量同气隙磁场之间存在如下关系：

U=dφ/dt（4）

通过控制电压空间矢量来控制电机气隙磁场的旋转，所以SVPWM控制又称为磁链轨迹控制。

开关器件S1和S2，S3和S4的开关逻辑互补，则4只开关器件只能产生4个电压矢量。依据参考文献[6]的作图方法可得到图4所示的电压矢量图。

从矢量图来看，在两相半桥逆变电路中，不会产生零电压矢量。为了合成一个幅值为Uα，相角为α的电压矢量，在矢量分解时，其X轴的分量要有E1和E2共同完成，而Y轴分量要由E3和E4共同完成。

在一个开关周期T内，E1作用的时间为t1，则E2作用的时间为T－t1。E3作用的时间为t2，而E4作用的时间为T－t2。根据矢量分解可以得到式（5）和式（6）（矢量E1，E2，E3，E4的大小均为Ud/2）

又因t1(t2)?T，所以?Ud/2。即半桥逆变电路在采用SVPWM控制时，输出相电压的最大值为Ud/2。

3.3两相三桥臂全桥逆变SPWM控制[7]

采用SPWM控制时，由N1及N2构成的公共桥臂要同时接入电机的两相绕组中，所以在调制时，公共桥臂的调制波就不同于A及B桥臂的调制波。

整个逆变电路具体调制方法为：在载波相同的情况下，A及B相调制波为正弦波，相位上A相超前B相90°（电机正转，反之，B相超前A相90°，则电机反转）；公共桥臂则采用恒定占空比的方法调制，上下桥臂占空比均为50％，如图5所示。

根据图示的电路工作波形，在一个开关周期内输出电压的平均值：

在SPWM调制中，D=(1＋msinωt)，代入式(7)可得：(t)=mUdsinωt。当开关频率远大于输出电压频率时，输出电压的瞬时值uo(t)≈(t)。

如此在A及B绕组上得到幅值相等，相位相差90°的正弦电压。电压幅值与调制度m成正比。当m=1时，输出电压峰值达到最大，为Ud/2。依据电机的V/f曲线和输出电压与m的关系，即可实现两相电机的变压变频调速控制。

3.4两相三桥臂全桥逆变SVPWM控制[5]

逆变电路中，功率器件的每一种通电模式，都能在电机中生成一支空间电压矢量。对于两相三桥臂逆变电路，根据同一桥臂上下开关互补导通的原则，三个桥臂共产生8种开关组合模式，可以在电机绕组上得到8支空间电压矢量，它们以V(A，N，B)来表示。其中A=1时，表示A1导通，A2关断；A=0时，表示A1关断，A2导通，其余类推。8支矢量如表1所列。

表18支空间电压矢量关系组合

非零矢量

零矢量

无用

忽略绕组电阻压降时，非零电压矢量的幅值为

|V(1,0,0)|=|V(0,0,1)|

=|V(0,1,1)|=|V(1,1,0)|=Ud（8）

|V(1,0,1)|=|V(0,1,0)|=Ud（9）8支矢量中，两个零矢量位于坐标原点，其余6支根据绕组轴线以图6所示方式分布。电压空间矢量都可以由与之相邻的两个基本矢量和零矢量组合而成。矢量V(1,0,1)和V(0,1,0)在矢量合成时可有可无。为了计算的方便，只使用4只位于坐标轴上矢量和两只零矢量来合成电压空间矢量。（10）

t0=T－t1－t2由t1＋t2?T，得?Ud/，即输出相电压最大值为Ud/。

4结语

1）单相电机逆变主电路的结构主要分为全桥和半桥两种。半桥电路结构简单，成本低廉，要求前级电源能稳定提供正负对称输出。

2）全桥逆变电路，由于两相三桥臂需要的开关器件相对较少，易于采用三相电路中六单元功率模块，比起8只开关器件组成的全桥逆变电路优势明显。

3）半桥电路采用SPWM和SVPWM控制时，输出电压最大值相同；在全桥电路中，SVPWM的直流电压利用率比SPWM要高出41％。SVPWM控制易于数字化的实现，合理安排矢量作用顺序，能有效减小开关损耗。

4）从以上控制方案来看，普遍存在的问题为直流电压利用率较低。如何提升电压利用率是单相电机变频调速要克服的问题之一。单相电机的旋转磁场中存在有3次及5次等低频谐波，所以，在选用控制方案时要注意低频谐波的削弱。单相电机两套绕组垂直分布，彼此之间的互感接近于零，在采用更复杂的控制策略，如转矩直接控制时，会起到简化复杂程度的作用；同时，还可以利用两套绕组电流之和来确定磁场的位置，为电机气隙磁场的检测提供了一个有效、简便的途径。

篇5：单相电机变频调速技术综述

单相电机变频调速技术综述

关键词：变频调速；单相电机；拓扑；控制策略

引言

变频调速技术在异步感应电机调速系统中，以其优异的调速和启动性能、高功率因数和节电效果，而被公认为最具发展前途的调速手段。

只有两套绕组的单相交流异步电动机，结构简单，生产成本低廉，使用维护方便，在小功率电机应用方面，如电冰箱、洗衣机、电风扇、空调等家用电器，汽车附件等领域占据主导地位。但是其工作效率低，仅为60％～70％，运行性能差，启动转矩小，一般不能应用在需要调速的场合，其转速的调节主要采用调节端电压和改变电机极对数的方法，调速效果已经越来越不能满足生产和生活的需要。为了弥补单相电机调速方面的缺陷，追求更高的性能，人们把更多的目光投向了无刷直流电机、永磁同步电机和开关磁阻电机等。尽管这些电机在工作效率、稳定性和出力等方面表现出众，然而他们共同的'致命缺点就是成本太高，难以普及。随着变频调速技术的日渐成熟，其在单相电机中应用的研究也逐渐开展起来。

尽管三相电机的变频调速技术已经日渐成熟，但是，单相电机的变频调速技术却还面临着以下一些问题：

1）单相电机的绕组不同于三相电机，其主副绕组多为不对称绕组，副绕组通常串联了运转电容，给合成圆形旋转磁场带来新的问题；

2）单相电机用的变频调速逆变主电路结构同样有其独特的一面，存在如何获得合理，高效的逆变电路的问题；

3）针对单相电机变频调速，存在采用什么样的控制技术，才能使得单相电机获得与三相电机，甚至与直流电机一样优良的调速效果的问题。

1 单相电机绕组分析

式中：FM为主绕组磁势幅值；

FA为副绕组磁势幅值。

在单相电机中，定子两相绕组轴线通常相距90°，为了获得圆形旋转磁势，总希望两相电流相位差等于90°。

参考文献[2]给出了不对称绕组单相电机的等效电路，依据此等效电路，当空间

[1] [2] [3] [4] [5] [6]

篇6：变频空调压缩机及变频调速系统的技术现状论文

1 引言

由于传统的制冷系统采用定速压缩机，因此人们对制冷系统及压缩机的研究重点一直是在名义工况和额定转速下稳态工作时的效率和其它工作特性上。传统的制冷系统采用定转速压缩机，实行开关控制，利用压缩机上附带的鼠笼式电动机驱动压缩机，从而调节蒸发温度。这种控制方式使蒸发温度波动较大，容易影响被冷却环境的温度。压缩机电机在工作过程中要不断克服转子从静止到额定转速变化过程中所产生的巨大转动惯量，尤其是带着负荷启动时，启动力矩要高出运行力矩许多倍，其结果不仅要额外耗费电能，而且会加剧压缩机运动部件的磨损。另外这种运行方式在启动过程中还会产生较大的振动、噪声以及冲击电流，引起电源电压的波动，因此应采用变频压缩机替代定转速压缩机，从而避免这种频繁的起停过程。

而变频调速技术主要由以下4个方面的关键技术组成：逆变器，微控制器，PWM波的生成以及变频压缩机的电机选择。

2 三种变频压缩机的研究状况

针对变频压缩机的研究，是从往复活塞机开始的，但由于其往复运动的特点，影响到变频特性的发挥；从而转到滚动转子式压缩机、涡旋压缩机等回转式压缩机上来，大大提高了压缩机的性能。总体说来，实验研究居多，而理论分析较少。

2.1 往复式活塞压缩机

日本东芝公司在1980年开发了往复式变频压缩机，又在1981年开发了转子式变频压缩机，文献[1]给出这两种机器的制冷量和总效率随频率变化的实验数据，从中可以看出往复式在频率为25~75Hz时，效率高；而转子式在30~90Hz时，效率高。并且两种机型均存在效率最高频率。在大于此频率时效率缓慢降低，小于此频率时，效率则下降很快。另外，Scalabrin测量一台可变速的开启式往复压缩机在不同转速下的制冷量和输入功率，他指出这台压缩机的容积效率在转速为1000rpm时最高，而等熵效率和制冷系数随转速的降低而增高[2]。Krueger讨论了BPM电机及变频器的设计，对转速在~5000rpm的冰箱和往复式压缩机进行了实验研究，得到压缩机的转速为3000~5000rpm时制冷系数最高；而文献[3]则给出了其对冰箱用往复式压缩机的性能试验和模拟计算结果，在其研究的转速范围内2000~4000rpm，制冷系数随转速的增加而降低。还有学者对往复式变频压缩机的热力性能进行了仿真研究，计算了压缩机内各部位的换热量和压力损失。

2.2 滚动转子式压缩机

在1984年，日本东芝公司的Sakurai和美国普渡大学的Hamilton建立了简单的滚动转子式压缩机的摩擦损失模型[4]，并选取不同的边界摩擦系数和制冷剂在油中的溶解度计算了不同的转速下的摩擦功耗。其结果与实验值相比较，偏差较大。文献[5]叙述了日立公司1983年批量生产的变频转子压缩机在结构和材料上的改进。文献[6]研究了单缸和双缸转子压缩机的转速波动，讨论了电流频率减小时，压缩机性能降低的原因。文献[7]采用低密度和铝合金制作的滑片和转子以降低高转速时滑睡瑟转子间的接触力和转子轴承承载。文献[8]简单分析了适当降低滑片的质量和厚度可以提高变频转子压缩机的效率，并给出了气缸、转子和滑处的温度及应力分布的有限元分析结果。Liu和Soedel分析了变频转子压缩机的吸气和排气气流脉动[9，10]和吸气管气缸间的传热及压缩机的温度分布[11]，讨论了影响变频转子压缩机容积效率和气缸压缩过程效率的因素，给出了他们用计算机模拟计算出的在不同转速下的容积效率和压缩过程效率，从实验数据和文献[1]的实验可以看出，其计算的容积效率随转速的增大而很快的增大。

2.3 涡旋式压缩机

涡旋式压缩机的原理早在1886年意大利的专利文献[12]论及到了，19法国工程师Creux正式提出涡旋式压缩机原理及结构，并申请美国专利[13]。涡旋式压缩机是一种新型的容积式压缩机，具有结构紧凑、效率高、可靠性强、噪声低等特点，尤其是用于变频控制运行。但由于没有数控加工技术和缺乏对轴向力平衡问题的妥善解决方法，因而长期未能完成其实用化。进入70年代，美国A.D.L公司完成富有成效的研究，首先解决了涡旋盘端部磨损补偿的密封技术。并在此基础上与瑞士合作开发了多种工质的`涡旋式压缩机样机。涡旋式压缩机的真正规模生产始于日本。1981年日本三电（SANDEN）公司开始生产用于汽车空调的涡旋式压缩机，1983年日立公司开始生产2~5Hp用于房间空调的涡旋式压缩机。此外，在美国，自Copeland公司1987年建立涡旋式压缩机生产线推出其产品后，Carrier、Trane、Tecumseh等公司也分别设厂生产高质量的涡旋式压缩机。而变频涡旋压缩机已应用于柜式空调器上，节能效果明显，制冷系数提高20%左右，成为目前涡旋压缩机的一个研究热点。

3 变频调速技术的发展及现状

变频调速技术适应于节能降耗和舒适性的要求，目前已应用于新一代的空调器上，在90年代初进入国内空调市场，其核心是：逆变器、微控制器、PWM波的生成和变频压缩机的电机。

3.1 逆变器

变频空调的核心部件是变频器，其主要电路采用交-直-交电压型方式。交-直过程一般采用单相二级管不可控直接整流，直-交过程一般采用6管三相逆变器，另有一个辅助电源，一个逆变器控制器和相应的驱动电路。

早期的变频器采用分立元件构成，整流器采用单相倍压整流电路，逆变器由6只分立的功率晶体管（GTR）构成。这种电路复杂，可靠性差。目前大部分厂家采用的逆变桥由6个绝缘栅极晶体管（IGBT）组成，其综合了MOSFET和GTR的优点，开关频率高、驱动功率小。随着智能功率模块（IPM）技术的发展应用，IPM正在逐步取代普通IGBT模块。由于IPM内部既有IGBT的棚极驱动和保护逻辑，又有过流、过（欠）压、短路和过热探测以及保护电路，提高了变频器的可靠性和可维护性。另外，IPM的体积与普通IGBT模块不相上下，价格也比较接近，因此目前应用较为广泛。比较成功的产品如：日本三菱电机公司所生产的PM20CSJ060型以及日本新电元公司生产的TM系列IPM模块等。

功率因素校正（PFC）环节和逆变桥集成是新一代的空调器逆变电源技术。PFC技术的应用不但可以极大改善电网的工作环境，减少输电线的损耗，而且在变频工作时可以减小输入端电感和输出端电容器，减小模块体积。因此PFC环节和IPM逆变桥集成一体化是家用空调器发展的必然。

3.2 微控制器

微电子技术的发展使变频调速的实现手段发生了根本的变化，从早期的模拟控制技术发展数字控制技术。目前国外一些跨国公司的微控制器产品占据着主要的市场，如：Motorola公司的MC68HC08MP16、Intel公司的80C196MC、三菱公司的M37705等。这些公司的产品性能价格比较高、功能强大，如带有A/D转换器、PWM波形发生器、LED/LCD驱动等，且一般都有OTP产品以及功耗低可长期稳定的工作。微控制器目前主要由单片机向DSP（信号处理器）过渡。以目前应用比较广泛的TI公司的TMS320C240为例，其具有：50Ns的指令周期，544字的RAM，16K的EEPROM，12个PWM通道，三个16位计数器，两个10位A/D转换，WATCHDOG，串行通讯口，串行外围接口等，采用DSP，可使控制电路简单，而且控制功能强大。

3.3 PWM波的生成

在家用空调器中，目前国内大部分厂家采用常规的SPWM方法，在国外，在部分厂家以采用磁通跟踪型SPWM生成方法，该方法以不同的开关模式在电机中产生的实际磁通去逼近定子磁链的给定轨迹―理想磁通圆，即用空间电压矢量的方法决定逆变器的开关状态，以形成PWM波形，该方法电压利用率高，低频谐波转矩小，频率变化范围宽、运行稳定，具有比较好的控制性能。近期出现的PAM控制（Pulse Amplitude Modulation）不采用载波频率进行整流，而直接改变电压，减少了整流所需的能耗，提高了变频器的工作效率，满足了节电和降低高次谐波的要求，使供暖能力得到提高。

3.4 变频压缩机的电机

变频压缩机电机主要分为交流异步电动机和直流无刷电动机两种。目前国内一些大的压缩机生产厂家如：万宝、松下、上海日立、东芝万家乐等已有能力生产变频压缩机（包括交流机和直流机），交流电动机成本低，制造工艺简单，但其节能效果较差。直流无刷电机拖动由无刷电机本身，转子位置传感器和电子换向开关组成。转子磁极为永磁体，电枢绕组采用自控式换流，定子旋转磁场与转子磁极同步旋转，通常采用按转子磁场定向的定子电流矢量变换控制，既有普通直流电机良好的调速性能和启动性能，又从根本上消除了换向火花、无线电干扰的弊端，具有寿命长、可靠性高和噪声低，控制方便等优点。以三菱电机公司开发的适用于空调压缩机的节能高效直流无刷电机为例，其具有：转子上安装了8块V字型永久磁体。磁体为埋入式，转子不会在不锈钢外壳中因涡流因而产生损耗；采用了新的压缩机电机驱动方式，效率比普通的无刷电机高，但是这种压缩机电机的价格较高。

开关磁阻电动机（SRM）是80年代新推出的变速传动系统，由磁阻电动机和控制器组成，是新一代机电一体化产品。该电机结构十分简单，但是比普通磁阻电动机多了转子位置检测器（一般为光电检测），总体上比较流异步电动机简单、坚固和便宜，又因为绕组电流是直流脉冲，只需整流，无需逆变，所以控制电路简单。目前有关SRM的理论尚不够完善，低速时，转矩有些脉动，噪声和震动较大，转速的稳态精度不够高等，有待今后进一步研究解决。

值得注意的是，国外针对变频空调器重新设计了压缩机，把电机从传统的单相电容电机改进为三相交流电机，以具有良好的调速性能。为了适应国内目前大量生产和使用的传统压缩机的变频调速。有必要开发出单相电容电机的变频器。

篇7：变频调速技术在污水处理厂的应用

1、引言

我国作为一个能源短缺的国家，节能尤为重要，《中国节能技术大纲》提出水泵风机类应最大发挥其节能作用的要求，对污水处理厂来说，水泵风机类负载作为其主要的用电设备，节约能源、降低消耗尤为重要。在污水处理厂采用变频调速技术，既可实现无级调速，满足污水处理工艺过程中各项指标对电机速度控制的要求，保证工艺流程的相对稳定，又可实现节约能源、降低消耗，减少相关设备的开停次数，延长设备使用寿命，并可解决由于工程实际运行规模与设计规模不一致带来的运行过程的偏差，对协调各工艺流程间匹配关系，起到重要的调节作用，因此变频调速技术在污水处理厂的生产过程中得到越来越广泛的应用。

1.1风机、水泵等设备调速节能特点

污水处理厂内一般风机、水泵的流量有一定的变化范围，根据风机、水泵的扬程-流量特性曲线，按照工艺要求的流量，实现变速变流量控制，是很有效的节能方法。风机、水泵具有以下特点：

电机轴功率P和流量Q、扬程H之间的关系为：

P=K*H*Q/η

其中K为常数;

η为效率。

它们与转速N之间的关系为：

Q1/Q2=N1/N2

H1/H2=(N1/N2)2

P1/P2=(N1/N2)3

式中：Q1、Q2DD流量，m3/s;

N1、N2DD转速，r/min;

P1、P2DD功率，kW;

H1、H2DD扬程，m。

上图中曲线1为风机在恒速下压力,H和流量Q的特性曲线，曲线2是管网风阻特性(阀门开度为100%)。假设风机在设计时工作在A点的效率最高，输出风量Q1为100%，此时的轴功率P1=Q1×H1与面积AH10Q1成正比。根据工艺要求，当风量需从Q1减少到Q(例如70%)时，如采用调节阀门的方法相当于增加了管网阻力，使管网阻力特性变到为曲线3，系统由原来的工况A点变到新的工况B点运行，由图中可以看出，风压反而增加了，轴功率P2与面积BH20Q2成正比，减少不多。如果采用变频调速控制方式，将风机转速由N1降到N2，根据风机的比例定律，可以画出在转速N2下压力H和流量Q特性如曲线4所示，可见在满足同样风量Q2的情况下，风压H3将大幅度降低，功率P3(相等于面积CH30Q2)也随着显著减少，节省的功率△P=△HQ2与面积BH2H3C成正比，节能的效果是十分明显的。

即流量与转速成比例，而功率与流量的3次方成比例。由于风机、水泵一般用不调速的笼型电动机传动，当流量需要改变时，用改变风门或阀门的开度进行控制，效率很低。若采用转速控制，当流量减小时，所需功率近似按流量的3次方大幅度下降。例如风量下降到80%，转速也下降到80%时，则轴功率下降到额定功率的51%;如风量下降到50%，功率P可下降到额定功率的13%，当然由于实际工况的影响，节能的实际值不会有这么明显，即使这样，节能的效果也是十分明显的。

2、变频调速技术在污水处理厂不同工艺流程中的应用

城市污水处理工艺按流程和处理程序划分，可分为预处理工艺、一级处理工艺、二级处理工艺、深度处理工艺和污泥处理工艺，以及最终的污泥处置。下面就不同阶段工艺设备所选变频设备进行预处理工艺通常包括格栅处理、泵房抽升和沉砂处理。

格栅处理的目的是截留大块物质以保护后续水泵管线、设备的正常运行。一般均采用格栅除污机进行清污，尽管除污机可采用变频调速技术，实现除污速度的无极调节，但目前大部分污水处理厂均利用格栅前后的液位差值给出动作信号控制格栅除污机的动作，较少采用变频调速装置。

污水提升泵房的目的是提高水头，以保证污水可以靠重力流过后续建在地面上的各个处理构筑物。污水提升泵作为污水处理厂的重要耗能设备，节能非常重要。污水提升泵采用变频调速装置，可根据进水流量的大小，进行调节，避免水泵的频繁起停，延长水泵寿命。需要注意的是，一般情况下，应保持集水池的高水位运行，这样可降低泵的扬程，在保证提升水量的前提下降低能耗。

沉砂处理的目的是去除污水中裹携的砂、石与大块颗粒物，以减少它们在后续构筑物中的沉降，防止造成设施淤砂，影响功效，造成磨损堵塞，影响管线设备的正常运行。一般分为曝气沉砂池及旋流沉砂池。曝气沉砂池中设备一般为刮泥机及鼓风机，因刮泥机运行速度很慢，一般仅设双速电机运行;鼓风机为沉砂池曝气，使污水产生一定的旋流速度，以便于污水中的较大砂粒沉淀，根据工艺需要，可将沉砂池鼓风机设为变频调速，以调整曝气强度，可根据进入沉砂池的水量来调整转速。旋流沉砂池与曝气沉砂池道理一样，不是采用曝气方式产生旋流速度，而是直接采用搅拌器使水流产生旋转速度，一般可将搅拌器设为变频调速。

(1)一级处理工艺主要是初次沉淀池，目的是将污水中悬浮物尽可能的沉降去除。该部分设备主要是刮泥机，刮泥机基本是连续或间断匀速运行，一般不设变频装置。

(2)二级处理工艺主要是由曝气池和二沉池组成，目的是通过微生物的新陈代谢将污水中的大部分污染物变成CO2和H2O。该部分作为污水处理厂的主要处理工段，组成较复杂，根据不同的工艺，设备选择也不尽相同。以下就一般的活性污泥工艺中的一些设备及控制做一下简单描述。

曝气池是由微生物组成的活性污泥与污水中的有机污染物质充分混和接触，并进而将其吸收并分解的场所，它是活性污泥工艺的核心。曝气系统分为故风曝气及机械曝气两大类。

曝气设备主要有鼓风机及表曝机等，鼓风机及表曝机作为污水处理厂的主要设备，它们的运行工况不仅关系到污水处理效果的好坏，而且和整个污水处理厂的运行成本有极大的关系。

曝气鼓风机一般采用离心式鼓风机，又分为单级高速离心风机及多级低速离心风机，对于单级高速离心风机，由于风机本身的特性要求，国内大部分污水厂均采用自动调节进口导叶片来达到节能效果，实际运行效果也不错;对于多级低速离心风机，常采用变频调速装置控制，已达到节能效果。

对于表曝机设备，均采用变频调速装置来控制曝气量，达到节能目的。

无论是鼓风机还是表曝机，一般均采用曝气池污泥混和液的溶解氧DO值作为控制参数对变频调速装置进行调节，从而调节曝气池的曝气量。

有些曝气池因为工艺方式的不同，设有曝气池混和液回流泵，该泵可采用变频调速装置控制来调节混和液回流量。混和液的回流量采用内回流比控制(可根据曝气池污泥浓度控制内回流比)，因为该参数与污水性质、温度情况、进水水量及运行效果等多种因素有关，该参数需要在运行过程中逐渐摸索调整(一般人工调整)，因此该泵一般采用人工调整，

因为混和液回流量的不确定性及连续性，采用变频调速装置控制比较容易实现。

为防止污泥沉淀，曝气池内还安装有水下推进器，该设备定速运行，不需要调速。

二沉池的作用是使活性污泥与处理完的污水分离，并使污泥得到一定程度的浓缩。该部分设备主要是吸泥机，基本是连续或间断匀速运行，一般不设变频装置。

回流污泥系统主要是把二沉池中沉淀下来的绝大部分活性污泥再回流到曝气池，以保证曝气池有足够的微生物浓度。主要设备为回流污泥泵，应采用变频调速装置控制，回流污泥量主要靠回流比来调节，调节回流比的参数较多，可以根据二沉池泥位、沉降比、回流污泥及混和液的浓度等参数综合进行调节。

剩余污泥系统主要是把曝气池中每天净增的一部分活性污泥排放，主要设备有剩余污泥泵，因为剩余污泥量的原因，剩余污泥泵电机功率一般不大，设变频调速装置一方面节能，另一方面也是工艺处理过程的需要，变频剩余污泥泵的控制可由生物池的混和液污泥浓度决定，现在越来越多的污水厂在浓缩脱水前不设贮泥池，因此采用变频调速来调节剩余污泥量就显得更加重要。

污水处理厂还有一种常见的工艺为氧化沟工艺，氧化沟工艺的主要设备为转碟或转刷曝气机，也有安装表曝机的，表曝机的运行控制方式基本上采用变频调速装置控制，转碟或转刷曝气机因为在氧化沟中安装台数较多，一般为了调节多采用双速电机，很少采用变频调速装置控制。

(3)深度处理工艺主要是为污水回用于工业等特殊用途而进行的进一步处理工艺。通常的处理工艺有混凝沉淀、过滤、加药加氯等，并设有出水泵站。深度处理和一般的净水厂工艺有相似之处，变频装置一般用在混凝沉淀池的刮泥机、滤站的反冲洗水泵及鼓风机、加氯加药间的加药泵、出水泵站的出水泵等，有关该部分的控制可参照有关净水厂工艺控制资料，本文不再描述。

(4)污泥处理工艺及污泥处置主要包括污水厂污泥部分的浓缩、消化、脱水、堆肥或制肥、农用填埋等。污泥消化及污泥制肥在多数污水厂较少采用，不在多述，仅就污泥浓缩及脱水工艺介绍一下变频调速装置的应用。

污泥浓缩就是将含水率很高的污泥进行浓缩，以方便污泥的后续处理或处置，污水厂一般常用的有重力浓缩及离心浓缩。

重力浓缩主要靠浓缩池进行浓缩，主要设备有污泥浓缩机，一般浓缩机为连续工作，不采用变频调速装置。

由于离心浓缩具有浓缩速度快、臭味小等特点，现在被越来越多的污水厂采用，主要设备有污泥浓缩机，加药泵、进泥泵等。一般污泥浓缩机及加药泵均采用变频调速装置控制，一般在设有贮泥池时设进泥泵，因此进泥泵进泥量一定，一般不加调速装置。控制污泥浓缩设备的主要参数为进泥量及污泥的性质、温度等因素，速度调节比较复杂，需在运行中根据实际情况给出模型进行控制。

污泥脱水就是将浓缩后的污泥中的含水量进一步减少，使污泥体积缩小，便于外运及堆放。一般采用机械脱水。主要设备为污泥脱水机、加药泵、进泥泵、冲洗泵等。

脱水机常用的有带式压滤脱水机及离心脱水机两种，带式脱水机带速及滤布的调节主要靠减速机械及其它机械装置来完成，一般不用变频调速装置;离心脱水机一般均采用变频调速装置控制，脱水机的控制参数需根据进泥泥质的变化进行调节。

其它如加药泵也需要随时进行调节，一般也采用变频调速装置控制，离心脱水机的进泥泵也常采用变频调速控制。

为带式脱水机冲洗滤布用的冲洗泵因为压力流量的恒定，不采用调速控制。

污泥处理厂新工艺比较多，随新工艺及新设备的投入，控制精确度、运行经济等多方面的要求，需要变频调速装置控制的设备越来越多，这就要求设计人员需根据工艺过程的特点，认真选择，既要做到运行安全、经济、节能，又要考虑投资的经济合理。

3、污水处理厂变频器选择及使用中应注意的一些问题

(1)变频器选择中，应按电动机的额定功率及额定电流、额定电压综合考虑，合理选择变频器的参数，与用电设备配套。污水厂中有些机械配套的电动机属于大电流、低转速电机，在选择变频器时在按额定功率选择变频器时，必须校核变频器的额定电流要与设备配套。

(2)污水厂除了水泵、风机等设备外，还有一些如转碟、表曝机等需要较大起动力矩的重载起动设备，有些生产厂的变频器分水泵风机类负载及恒转矩类负载两种，选择变频器时需特别注意,对于恒转矩类负载或有较高静态转速精度要求的机械采用具有转矩控制功能的高功能型变频器则是比较理想的。

(3)现在大部分生产厂商的变频器均采用电压源型，功率因数较高，可保证在0.95以上，在实际应用中应结合功率因数补偿协同考虑,可不需额外增加补偿装置。集中补偿的电容也可适当降低补偿容量。但也有些生产厂变频器为电流源型，变频设备随电机转速的变化，功率因素变化幅度较大，需要考虑补偿电容。

(4)大型电动机变频装置，特别是高压变频装置向电网注入谐波分量应按国家《电能质量公用电网谐波》管理标准GB/T14549-93严格执行，特殊情况还需另行提出要求。在选用时应选择相关附件，并对生产厂提出具体要求。

(5)变频器选择时还要考虑变频器电缆的传输距离，大部分变频器传输距离都不超过200M,如果需要再长的话，需要增加出线电抗器、出线滤波器等其它一些附件来完成，在设计时就需要充分考虑。

(6)由于变频器产生的高次谐波的影响，对补偿电容的影响较大，在选择电容器时需选择带电抗器的电容器，最好选择带消谐装置的电容器组。

(7)污水厂控制的参数较多，需综合各种信息综合确定控制模型，变频装置应充分考虑与其它控制系统数据和信息通讯地能力，以便更好监测变频器的各种工况及更合理的控制，充分发挥各种装置在同一系统中综合应用的潜力，达到动态、互补、经济运行的目的。

(8)变频器安装及接线中，应严格按照产品安装使用手册进行，各种辅助措施，如装置环境条件的保证，接地安全措施均应预留到位，否则会直接影响变频器的使用寿命和效率，还会造成对其它系统干扰现象。尤其环境温度的要求，尤其重要，变频器发热量较大，安装在柜内时要考虑散热的要求，必要时需增设通风设备，对大功率变频器尤为重要。

4、结束语

实践证明采用变频调速技术，不仅节约能源，而且对于提高整个系统的自动化水平，减轻工人的劳动强度，降低维修费用，延长设备使用寿命和检修周期，减轻电动机频繁起动对电网的冲击等各个方面，都有显著的效果。在污水处理厂应大力推广应用。

篇8：变频调速技术在石化厂的应用

变频调速技术在石化厂的应用

变频调速技术由于调节方便、节能效果显著,在石化厂应用越来越广泛,本文论述了流程离心泵调速的基本原理,近年来变频调速技术在石化厂的`应用,并对应用变频技术后产生的效益作了分析对比,同时根据实际情况提出了在变频器应用过程中应注意的一些问题.

作者：罗建军 LUO Jianjun 作者单位：新疆克拉玛依市金龙镇,834003 刊名：中国化工装备英文刊名：CHINA CHEMICAL INDUSTRY EQUIPMENT 年，卷(期)： 4(4) 分类号：F4 关键词：变频调速原理应用效果问题

篇9：高压变频调速技术应用现状与发展趋势

1前言

通常，我们把用来驱动1kV以上交流电动机的中、大容量变频器称为高压变频器，按照国际惯例和我国国家标准，当供电电压大于或等于10kV时称高压，小于10kV时称中压。因此，相应额定电压1～10kV的变频器应分别称为中压变频器和高压变频器。但考虑到在这一电压范围内的变频器有着共同的特征，且我们习惯上也把额定电压为3kV或6kV的电动机称为“高压电机”，因此，为简化叙述起见，本文也称之为“高压变频器”。

截止底，我国发电装机总容量已突破5亿kW，为5.08亿kW。其中火电装机约占80%，为4亿kW左右。全国年发电量已突破2万亿kWh。而我国的能源利用率却平均比发达国家低20%左右!

全国电动机装机总容量已达4亿多kW，年耗电量达1亿kWh，占全国总用电量的60%，占工业用电量的80%;其中风机、水泵、压缩机的装机总容量已超过2亿kW，年耗电量达8000亿kWh，占全国总用电量的40%左右。70%以上的风机、水泵、压缩机应调速运行，而至今仅有约5%左右调速运行。

若按风机、水泵和压缩机总装机容量的50%进行调速节能改造，则可改造容量达1亿kW，其中40%为中高压电机，容量占60%。若按电机平均出力为 60%，年运行4000小时，平均节电率为20～30%(平均25%)计算，则年节电潜力为600亿kWh!整个电机系统的节电潜力约为1000亿 kWh，改造和更新预计需投入2000～3000亿元人民币。

根据国家节能计划，我国每年应节约和少用能源7000万吨标准煤，通过基本建设项目及技术改造措施，每年可形成约3000万吨标准煤的节能能力，而每形成一吨标准煤的节能能力需投资2000元(约为开发等量能源费用的三分之一)，则每年需节能投资600亿元，“十五”期间共需3000亿元人民币， “十一五”期间将更多。

由于我国经济的高速发展，发电装机仍以高速发展。但电力运行的一些主要指标和装备指标与发达国家相比仍有很大差距：我国火电机组的平均煤耗为 400g/kWh，比发达国家高出约70～100g/kWh;发达国家发电厂的厂用电率为3.7%～6%，而我国的厂用电率为4.7%～10.5%，加之线损，我国送到用户的电能要比发达国家多耗电9.5%，相当于22000MW装机容量，即22个百万大厂的年发电量。因此，我国的节能形势十分严峻!

2变频调速技术的发展历史及现状

变频调速技术涉及到电力、电子、电工、信息与控制等多个学科领域。随着电力电子技术、计算机技术和自动控制技术的发展，以变频调速为代表的近代交流调速技术有了飞速的发展。交流变频调速传动克服了直流电机的缺点，发挥了交流电机本身固有的优点(结构简单、坚固耐用、经济可靠、动态响应好等)，并且很好地解决了交流电机调速性能先天不足的问题。交流变频调速技术以其卓越的调速性能、显著的节电效果以及在国民经济各领域的广泛适用性，而被公认为是一种最有前途的交流调速方式，代表了电气传动发展的主流方向。变频调速技术为节能降耗、改善控制性能、提高产品的产量和质量提供了至关重要的手段。变频调速理论已形成较为完整的科学体系，成为一门相对独立的学科。

20世纪是电力电子变频技术由诞生到发展的一个全盛时代。最初的交流变频调速理论诞生于20世纪代，直到60年代，由于电力电子器件的发展，才促进了变频调速技术向实用方向发展。70年代席卷工业发达国家的石油危机，促使他们投入大量的人力、物力、财力去研究高效率的变频器，使变频调速技术有了很大发展并得到推广应用。80年代，变频调速已产品化，性能也不断提高，发挥了交流调速的优越性，广泛地应用于工业各部门，并且部分取代了直流调速，

进入90年代，由于新型电力电子器件如IGBT(绝缘栅双极型晶体管InsolatedGateBipolarTransistor)、IGCT(集成门极换流型晶闸管IntegratedGateCommutatedThyristor)等的发展及性能的提高、计算机技术的发展，如由16位机发展到32位机以及DSP(数字信号处理器Digital SignalProcessor)的诞生和发展(如磁场定向矢量控制、直接转矩控制)等原因，极大地提高了变频调速的技术性能，促进了变频调速技术的发展，使变频器在调速范围、驱动能力、调速精度、动态响应、输出性能、功率因数、运行效率及使用的方便性等方面大大超过了其它常规交流调速方式，其性能指标亦已超过了直流调速系统，达到取代直流调速系统的地步。目前，交流变频调速以其优异的性能而深受各行业的普遍欢迎，在电力、轧钢、造纸、化工、水泥、煤炭、纺织、铁路、食品、船舶、机床等传统工业的改造中和航天航空等高新技术的发展应用中无不看到变频调速技术的踪影，变频调速技术取得了显著的经济效益。

变频调速技术的现状具有以下特点

(1)在功率器件方面，近年来高电压、大电流的SCR、GTO、IGBT、IGCT等器件的生产以及并联、串联技术的应用，使高电压、大功率变频器产品的生产及应用成为现实。

(2)在微电子技术方面，16位、32位高速微处理器以及DSP和ASIC(专用集成电路ApplicationSpecificIC)技术的快速发展，为实现变频器高精度、多功能化提供了硬件手段。

(3)在控制理论方面，矢量控制、磁通控制、转矩控制、智能控制等新的控制理论为研制高性能变频器的发展提供了相关理论基础。

(4)在产品化生产方面，基础工业和各种制造业的高速发展，促进了变频器相关配套件的社会化、专业化生产。

3国内外高压变频器的分类、比较和应用情况

目前世界上的高压变频器不象低压变频器一样具有成熟的一致性的主电路拓扑结构，而是限于功率器件的电压耐量和高压使用条件的矛盾，国内外各变频器生产厂商，采用不同的功率器件和不同的主电路拓扑结构，以适应不同的电压等级和各种拖动设备的要求，因而在各项性能指标和适用范围上也各有差异。

一般来讲，在高压供电而功率器件耐压能力有限的情况下，可采用将功率器件串联的方法来解决。但是功率器件在串联使用时，因为各器件的动态电阻和极间电容不同，而存在静态均压和动态均压问题。如果采用与器件并联R和Rc的均压措施，会使电路复杂，损耗增加;同时，器件的串联对驱动电路的要求也大大提高，要尽量做到串联器件同时导通和关断，否则由于各器件开断时间不一致，承受电压不均，会导致器件损坏甚至整个装置崩溃。

谐波问题是所有变频器的共同问题，尤其在高压大功率变频调速中更为突出。谐波会污染电网，殃及同一电网上的其它用电设备，甚至影响电力系统的正常运行;谐波也会干扰通讯和控制系统，严重时会使通讯中断、系统瘫痪;谐波电流还会使电动机损耗增加，因而发热增加，效率及功率因数下降，以至不得不“降额” 使用。

还有效率问题，变频调速装置的容量愈大，调速系统的效率问题也就愈加重要。采用不同的主电路拓扑结构，使用的功率器件的种类和数量的多少，以及变压器、滤波器等的使用，都会影响系统的效率。为了提高系统效率，必须设法尽量减少功率开关器件和变频调速装置的损耗。

可靠性和冗余设计问题：一般的高压大功率拖动系统都要求很高的系统可靠性，尤其是国民经济的重要部门如电力、能源、冶金、矿山和石化等行业，一旦设备出现故障，将会造成人民生命财产的巨大损失。因此高压变频装置设计中是否便于采用冗余设计及旁路控制功能也是至关重要的。

根据高压变频器有无直流环节，可以分为交—交变频器和交—直—交变频器;根据直流环节滤波元件的性质又可以分为电流源型变频器和电压源型变频器;电流源型变频器又可以分为负载换流式晶闸管变频器(LCI)和采用自关断器件(GTO、SGCT)的电流源型变频器;电压源型变频器则可以分为：a)功率器件串联二电平直接高压变频器，b)采用HV—IGBT、IGCT的多电平电压源变频器,c)采用LV—IGBT的单元串联多重化电压源变频器等。

篇10：国产大功率交流变频调速装置的研究

国产大功率交流变频调速装置的研究

随着电力电子技术、微电子技术以及现代控制理论的发展,大功率交流变频调速得到长足的发展,并在国民经济各领域广泛应用.例如在国防与交通领域,大功率交流变频调速是大型舰船电力推进、高速机车牵引和磁悬浮列车的`核心设备.在能源工业中,采用交流调速来驱动矿井提升机,西气东输和南

作者：李崇坚作者单位：冶金自动化研究设计院刊名：电气时代英文刊名：ELECTRIC AGE 年，卷(期)： “”(5) 分类号：关键词：

篇11：变频调速技术对电气自动化控制的应用

变频调速技术对电气自动化控制的应用

摘要：随着社会经济的不断发展和进步，各领域的运作模式与过去相比也发生了非常大的变化，而人们的物质需求也变得越来越高。物质需求的提升也促进了社会生产力的进步，也在这时诞生了自动化技术，并开始被广泛应用到各领域中，其中的工业电气自动化控制变频调速技术的应用就是一较明显的例子。变频技术的使用不仅能起到资源节约的效果，而且还能提高整体的工作效率，这对工业发展来说无疑是一大优势。本文主要珍贵工业电气自动化控制汇总变频调速技术的应用来展开研究，首先简单介绍了变频调速技术的由来与发展、特征、组成部分，然后结合实际的应用现状来提出相应的解决对策，希望能够为我国工业电气自动化控制工作带来帮助。

关键词：工业；电气自动化控制；变频调速技术；实践运用

1变频调速技术概述

1.1由来及发展

从变频调速技术的角度来看，该技术最早始于20世纪80年代，且变频调速技术一出现就得到了工业领域的高度重视。随着时代的发展，变频调速技术也在不断进行创新和发展，如今该技术的应用领域也变得越来越大，整体的性能与价值也有了大幅度的提升。从当前的社会中可以看到，变频调速技术在目前的工业领域中已经占据了重要地位，且整体的实施效果也变得越来越明显。

1.2主要组成部件

变频调速技术是由多个部件来组成的，也正是因为每个不同部件都发挥出一定的作用，因此才能促进工业生产工作的顺利开展。变频调速技术具有以下主要组成部件：第一，自适应电动机模型单元[1]。该部分在变频调速技术中属于是最不能缺少的一部分，它可以准确检测输入电动机的电压与电流，从而让相关人员能更准确的把握参数，从而提高应用效果。第二，转矩和磁通比较器。其作用是将两者出现的参考值与反馈值进行对比，当完成统一系列的比对事项之后再将转矩与磁场情况借助滞环调节器进行输出，从而让相关人员能更准确的掌握转矩状况与磁场状态。

1.3变频调速技术的特征

从变频调速技术来看，新技术的出现不仅满足了工业生产过程的各种需要，而且随着社会科学技术的发展，该技术现如今也具备了较强的优势，即对整个工业领域都有着一定的作用与意义。在实际工作中，变频技术的设计需要应用最小化硅区，目的是为了保证在复杂的数字系统中只使用一个芯片也能达到良好效果，且所投入的成本也可以看成是应用了一专用集成电路的低廉成本，即在满足各种生产需要的同时也能达到降低工业成本的效果。但是，为了满足不同工业项目生产的需要，相关人员又研发出了具有较高性能特点的变频器，其中也包含有能量回馈的单元变频器、独立变频器与公共直流母线变频器，但独立变频器的优势会比较明显，因为在一个机壳内，其可以将整个单元或逆变单元统一到一起，且独立变频器也是应用最广泛的[2]。

2工业电气自动化控制中变频调速技术的应用对策

2.1变频技术可以有效节省相关资源

工业身为社会经济发展的第二大产业，其在运作时所耗费的能源数量是非常庞大的，且电力也是其中较关键的能源之一，因为电力不仅能提供一个稳定的工作环境，而且也是各种器材实现运作的重要基础。在实际的工作过程中，电气自动化控制需要在同一时间进行多设备运作的，即不会对任何机器的用电进行考察便进行供电，这也是造成电力浪费、机器损坏的主要原因。但变频调速技术的应用就能很好的解决这些问题，相关人员只需要合理分配电流，在供电的同时要尽可能的节省电力资源与设备磨损，这样才能降低不必要的投入。其次，变频技术组装零件具有一定的通用性，并且也能够在不同领域中使用，这正好符合电气自动化控制中的多设备使用，即可以有效提升工作效率。

2.2变频技术在相关发电系统中的使用

一般情况下，电子自动化系统在运行时的能源需求量是非常大的，但如果一味的依赖外界进行能源输送，那么不但需要消耗大量的'财力，而且还需要有一定数量的人力来作为支撑才能实现，这也是众多电气自动化控制都有发电系统的主要原因。变频技术在相关发电系统中的应用价值是非常高的，由于发电系统的各运作环节非常复杂，所以一旦电流运输位置出现偏差，那么就会导致整个电流系统的瘫痪，但变频技术就能很好的解决这一问题，其不仅能合理的对电流进行控制，而且还能起到维护作用[3]。需要注意的是，将变频技术应用到发电系统后，相关人员可以对相关资源进行合理分配，目的是为了更好的发挥资源自身的价值，从而降低工业成本。

2.3变频技术在自动化控制中的使用

在展开工业电气行业自动化控制工作时，由于该工作所涉及的人力、设备类型非常多，从而导致工作现场的秩序非常混乱，再加上自动化控制中的仪器非常复杂，因此在使用过程中也常常出现各种问题，如电磁波交叉而因此的故障，机器噪音对其它设备造成的影响等，这些都会直接影响到自动化控制工作的顺利开展。但是，如果将变频技术应用到自动化控制中，其就能很好的解决上述出现的问题，同时也能屏蔽机器运作出现的噪音等，能对系统运作起到一定的保护作用。由于工业结构非常复杂，且整体的工作流程也很繁琐，所以变频技术的使用也变得越来越有必要。

3结论

综上所述，工业在我国社会经济发展中的作用和地位是非常明显的，且每年都能为我国创造出较高的经济效益，但如果相关人员能够有效降低工业产品的生产成本，那么工业所带来的价值也就会更高。变频调速技术的使用不但能保证工业生产工作的稳定开展，而且还能提高整体的工作效率，减少企业发展中的人力、财力、物力投资[4]。如今变频调控技术的使用范围还不是很广泛，且运用时也还存在一定的问题，这就需要相关人员在操作时不断进行完善与创新，这样才能创造出更多的价值。

参考文献

[1]宋晓芳.论工业电气自动化控制中变频调速技术的应用[J].课程教育研究,(34)：281-288.

[2]朱娟娟.刍议工业电气自动化控制中变频调速技术的应用[J].企业技术开发（下半月）,(18)：60-70.

[3]席李岩.变频调速在工业电气自动化控制中的运行思路探究[J].江西建材,2014(20)：142-143.

[4]翟昱明.变频调速技术在工业电气自动化控制中的运用探究[J].信息系统工程,2014(03):113-115.

作者：马栎单位：江西工业职业技术学院

篇12：变频调速技术在起重机调速系统中的应用

交流变频调速技术在工业企业的广泛应用，为交流异步电动机驱动的起重机大范围、高质量调速提供了全新方案，它具有和直流调速系统相媲美的高性能调速指标，可采用结构简单、工作可靠、维护方便的鼠笼异步电动机进行调速，并且变频调速系统的效率高于传统的交流调速，其外围控制线路简单，维护工作量小，保护监测功能完善，运行可靠性较传统交流调速系统有较大的提高。

一、变频调速系统主要特点

1. 明显改善结构受力状态。由于变频器具有软启动、软停止的功能，所以起重机启动、制动相对平稳，对起重机的传动机构、钢结构的冲击明显减小。经检测证实，变频调速控制系统的应用可大大改善起重机结构的受力状态。

2.调速范围宽，性能好。起重机专用的变频器一般具有很强的环境适应性，由于变频器内部进行了模块化设计，集成度高，可靠性强。系统实现闭环控制，具有很强的限速、防失速和力矩控制能力，并具有优良的伺服响应特性，对急速的负载波动有很强的适应性。操作者可根据作业要求，随时修改各挡速度值，也可选择操作电位器实现无级调速。

3.结构简单、可靠性高、易维护。变频调速控制系统采用独立的控制柜，系统设计合理，外观结构简单，检修方便。尤其是起升系统用一套装置即可实现原两套起升控制装置的功能，既减轻了小车的自重，改善了钢结构的受力状况，又增加了小车的维修空间，便于日常保养和维护。系统还具有过流保护、过压保护、欠压保护、短路保护、接地保护等功能，确保了控制、保护动作的准确性和可靠性。变频调速控制系统还具有自诊断功能，通过同PLC的通信来实现故障实时显示及处理对策，便于查找故障和维修。

4.提高工作效率和减小机械磨损。起重机起升系统可根据负荷大小自动切换实现空钩、副钩、主钩等多挡不同的工作速度，减少了速度切换交替的辅助时间，降低了司机劳动强度，可大大提高起重机的作业效率。同时由于变频器采用软启动和软制动，不仅减小了对钢结构的冲击，还减轻了制动轮与刹车片间的磨损。

5.提高了安全性。起升机构实现了闭环矢量控制，具备了零速转矩的功能，即在起升机构制动器出现机械故障而失灵的情况下，变频器可自动输出足够大的转矩(大于150%) 不使负载下滑，从而提高系统的安全性。

6. 超载报警。(1)90%额定载重量时，发出断续的报警声，显示重物质量值但正常工作。(2)105%额定载重量时，发出连续的报警声，2s后自动切断变频器输出，显示重物质量值并停止工作。(3)120%额定载重量时，发出连续的报警声，立即自动切断变频器输出，显示重物质量值同时停止工作。

7. 节能效果显著。一般变频器具有自动节能操作模式，同时能较大地提高系统功率因数和工作效率，因此节电率可达20%左右。

二、控制方式及起升电机的选取

1. 起升系统采用矢量控制，一台变频器控制一台起升变频电机，其速度的自动切换由变频专用质量测控仪和可编程控制器来完成，大、小车系统控制采用V/F控制，各由一台变频器控制多台电机。所有限位保护触点均作为PLC的输入点，经程序处理再进行保护，

2. 起升电机的选取应考虑具备较宽的调速范围，采用变频电机代替普通的线绕式电机。变频电机在闭环控制条件下，50Hz以下为恒转矩调速，50～100Hz为恒功率调速，其绝缘结构具有对于变频器输出高载波频率电压的适应能力，能够承受200%额定转矩的过载，满足125%额定起重量的静载试验。

3. 选用可靠性高、编程简单、使用方便、功能完善的 PLC代替原继电器、接触器控制方式，与变频器相结合，实现“机电一体化”。由于变频器的干扰因素较多，对PLC的参数采集要考虑干扰，因此在配线和接线等操作时要注意抗干扰的措施，输出线要采用钢管作屏蔽处理，所有的控制线都采用屏蔽线，而且要注意接地问题。同时在编制程序时，要采取软件抗干扰措施。

三、变频调速对起重机整体的影响

1. 变频调速对起重机特性的影响。起重机实际载荷具有多变性，不仅在不同的循环中可能有不同的载荷，即使吊同样的物件载荷也是随机变化的。载荷的变化与离地时的情况、加减速度、制动时间、风阻力等因素有关。(1)变频调速改变了载荷的离地速度，做到零速起升，降低起升机构的动应力系数;加减速为无级调速;增添电制动形式，降低机械制动冲击力;降低制动器制动力矩及起重机自重。(2)变频器的应用可节省控制柜空间，发挥PLC总

线控制或遥控器操作的优势，同时一套变频器可供不同时工作的多机使用，可节省大量输电线及一次性投资。(3)高功率因数，低启动电流。变频调速在满载运行时电机具有高达0.9以上的功率因数、下降过程不从电网提取能量或向电网反馈能量的特点，降低了对前级变压器的配置要求，节约能源及一次性投资。(4) 变频调速的应用优化了起重机的工作性能提高了起重机整机寿命和机构的定位精度，改善了劳动强度及人机关系。

2.变频调速对结构件的影响。变频调速降低了载荷离地时的速度及载荷离地瞬间产生的附加加速度;减少了载荷离地瞬间对起重机的动态冲击值及附加加速度引起的附加动应力载荷。变频调速能降低起升动载荷系数值，从而可降低起重机动载载荷及起重机的自重。

3.降低电机启动力矩。欧洲机械搬运协会标准(FEM)对不同类型电机的启动转矩M有相应的规定：直接启动的鼠笼电机Mmin/M Nmax≥1.6(Mmin为电机最小启动转矩，MNmax为电机最大额定启动转矩);滑环电机Mmin/MNmax≥1.9;调压和变频类电机 Mmin/M Nmax≥1.4。变频调速对启动转矩的降低，可进一步降低动载荷对机械结构及传动部件的强度要求。

4.回转和行走机构。变频调速的S特性可消除速度切换过程中的力矩冲击，力矩可变及电制动特性的应用，可消除反向切换过程中的齿间间隙造成的冲击力矩，降低机械制动时的运行速度，从而降低对制动力矩的要求，减少制动冲击，提高运行或回转机构部件的使用寿命。变频起重机行走机构的减速器、传动轴等传动部件的力矩选择可按传统机构的1/1.5选用。

四结论

变频调速有很好的运行特性，调速范围宽，精度高，能实现稳定的低速运行。启动、制动过程平稳，定位准确，且在负载波动较大时，速度无明显变化。尤其是基于PLC的变频调速系统极大地提高了起重机的功能、安全性和使用寿命，它将朝着智能化、高可靠性的方向发展。