变频技术论文范文

前言：我们精心挑选了数篇优质变频技术论文文章，供您阅读参考。期待这些文章能为您带来启发，助您在写作的道路上更上一层楼。

第1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

第2篇

论文摘要：在通用变频器、异步电动机和机械负载所组成的变频调速传统系统中，当电动机所传动的位能负载下放时，电动机将可能处于再生发电制动状态；或当电动机从高速到低速（含停车）减速时，频率可以突减，但因电机的机械惯性，电机可能处于再生发电状态，传动系统中所储存的机械能经电动机转换成电能，通过逆变器的六个续流二极管回送到变频器的直流回路中。此时的逆变器处于整流状态。这时，如果变频器中没采取消耗能量的措施，这部分能量将导致中间回路的储能电容器的电压上升。如果当制动过快或机械负载为提升机类时，这部分能量就可能对变频器带来损坏。

一、引言

在通用变频器、异步电动机和机械负载所组成的变频调速传统系统中，当电动机所传动的位能负载下放时，电动机将可能处于再生发电制动状态；或当电动机从高速到低速（含停车）减速时，频率可以突减，但因电机的机械惯性，电机可能处于再生发电状态，传动系统中所储存的机械能经电动机转换成电能，通过逆变器的六个续流二极管回送到变频器的直流回路中。此时的逆变器处于整流状态。这时，如果变频器中没采取消耗能量的措施，这部分能量将导致中间回路的储能电容器的电压上升。如果当制动过快或机械负载为提升机类时，这部分能量就可能对变频器带来损坏，所以这部分能量我们就应该考虑考虑了。

在通用变频器中，对再生能量最常用的处理方式有两种：(1)、耗散到直流回路中人为设置的与电容器并联的“制动电阻”中，称之为动力制动状态；(2)、使之回馈到电网，则称之为回馈制动状态（又称再生制动状态）。还有一种制动方式，即直流制动，可以用于要求准确停车的情况或起动前制动电机由于外界因素引起的不规则旋转。

在书籍、刊物上有许多专家谈论过有关变频器制动方面的设计与应用，尤其是近些时间有过许多关于“能量回馈制动”方面的文章。今天，笔者提供一种新型的制动方法，它具有“回馈制动”的四象限运转、运行效率高等优点，也具有“能耗制动”对电网无污染、可靠性高等好处。

二、能耗制动

利用设置在直流回路中的制动电阻吸收电机的再生电能的方式称为能耗制动。

其优点是构造简单；对电网无污染（与回馈制动作比较），成本低廉；缺点是运行效率低，特别是在频繁制动时将要消耗大量的能量且制动电阻的容量将增大。

一般在通用变频器中，小功率变频器（22kW以下）内置有了刹车单元，只需外加刹车电阻。大功率变频器（22kW以上）就需外置刹车单元、刹车电阻了。

三、回馈制动

实现能量回馈制动就要求电压同频同相控制、回馈电流控制等条件。它是采用有源逆变技术，将再生电能逆变为与电网同频率同相位的交流电回送电网，从而实现制动。回馈制动的优点是能四象限运行,如图3所示，电能回馈提高了系统的效率。其缺点是：(1)、只有在不易发生故障的稳定电网电压下（电网电压波动不大于10%），才可以采用这种回馈制动方式。因为在发电制动运行时，电网电压故障时间大于2ms，则可能发生换相失败，损坏器件。(2)、在回馈时，对电网有谐波污染。(3)、控制复杂，成本较高。

四、新型制动方式（电容反馈制动）

1、主回路原理

整流部分采用普通的不可控整流桥进行整流，滤波回路采用通用的电解电容，延时回路采用接触器或可控硅都行。充电、反馈回路由功率模块IGBT、充电、反馈电抗器L及大电解电容C（容量约零点几法，可根据变频器所在的工况系统决定）组成。逆变部分由功率模块IGBT组成。保护回路，由IGBT、功率电阻组成。

(1)电动机发电运行状态

CPU对输入的交流电压和直流回路电压νd的实时监控，决定向VT1是否发出充电信号，一旦νd比输入交流电压所对应的直流电压值（如380VAC—530VDC）高到一定值时，CPU关断VT3，通过对VT1的脉冲导通实现对电解电容C的充电过程。此时的电抗器L与电解电容C分压，从而确保电解电容C工作在安全范围内。当电解电容C上的电压快到危险值（比如说370V），而系统仍处于发电状态，电能不断通过逆变部分回送到直流回路中时，安全回路发挥作用，实现能耗制动（电阻制动），控制VT3的关断与开通，从而实现电阻R消耗多余的能量，一般这种情况是不会出现的。

(2)电动机电动运行状态

当CPU发现系统不再充电时，则对VT3进行脉冲导通，使得在电抗器L上行成了一个瞬时左正右负的电压（如图标识），再加上电解电容C上的电压就能实现从电容到直流回路的能量反馈过程。CPU通过对电解电容C上的电压和直流回路的电压的检测，控制VT3的开关频率以及占空比,从而控制反馈电流，确保直流回路电压νd不出现过高。2、系统难点

(1)电抗器的选取

（a）、我们考虑到工况的特殊性，假设系统出现某种故障，导致电机所载的位能负载自由加速下落，这时电机处于一种发电运行状态，再生能量通过六个续流二极管回送至直流回路，致使νd升高，很快使变频器处于充电状态，这时的电流会很大。所以所选取电抗器线径要大到能通过此时的电流。

（b）、在反馈回路中，为了使电解电容在下次充电前把尽可能多的电能释放出来，选取普通的铁芯（硅钢片）是不能达到目的的，最好选用铁氧体材料制成的铁芯，再看看上述考虑的电流值如此大，可见这个铁芯有多大，素不知市面上有无这么大的铁氧体铁芯，即使有，其价格也肯定不会很低。所以笔者建议充电、反馈回路各采用一个电抗器。

(2)控制上的难点

（a）、变频器的直流回路中，电压νd一般都高于500VDC，而电解电容C的耐压才400VDC，可见这种充电过程的控制就不像能量制动（电阻制动）的控制方式了。其在电抗器上所产生的瞬时电压降为，电解电容C的瞬时充电电压为νc=νd-νL，为了确保电解电容工作在安全范围内（≤400V），就得有效的控制电抗器上的电压降νL，而电压降νL又取决于电感量和电流的瞬时变化率。

（b）、在反馈过程中，还得防止电解电容C所放的电能通过电抗器造成直流回路电压过高，以致系统出现过压保护。

3、主要应用场合及应用实例

正是由于变频器的这种新型制动方式（电容反馈制动）所具有的优越性，近些来，不少用户结合其设备的特点，纷纷提出了要配备这种系统。由于技术上有一定的难度，国外还不知有无此制动方式？国内目前只有山东风光电子公司由以前采用回馈制动方式的变频器（仍有2台在正常运行中）改用了这种电容反馈制动方式的新型矿用提升机系列。

随着变频器应用领域的拓宽，这个应用技术将大有发展前途，具体来讲，主要用在矿井中的吊笼（载人或装料）、斜井矿车（单筒或双筒）、起重机械等行业。总之需要能量回馈装置的场合都可选用。

第3篇

论文摘要：在通用变频器、异步电动机和机械负载所组成的变频调速传统系统中，当电动机所传动的位能负载下放时，电动机将可能处于再生发电制动状态；或当电动机从高速到低速（含停车）减速时，频率可以突减，但因电机的机械惯性，电机可能处于再生发电状态，传动系统中所储存的机械能经电动机转换成电能，通过逆变器的六个续流二极管回送到变频器的直流回路中。此时的逆变器处于整流状态。这时，如果变频器中没采取消耗能量的措施，这部分能量将导致中间回路的储能电容器的电压上升。如果当制动过快或机械负载为提升机类时，这部分能量就可能对变频器带来损坏。

一、引言

在通用变频器、异步电动机和机械负载所组成的变频调速传统系统中，当电动机所传动的位能负载下放时，电动机将可能处于再生发电制动状态；或当电动机从高速到低速（含停车）减速时，频率可以突减，但因电机的机械惯性，电机可能处于再生发电状态，传动系统中所储存的机械能经电动机转换成电能，通过逆变器的六个续流二极管回送到变频器的直流回路中。此时的逆变器处于整流状态。这时，如果变频器中没采取消耗能量的措施，这部分能量将导致中间回路的储能电容器的电压上升。如果当制动过快或机械负载为提升机类时，这部分能量就可能对变频器带来损坏，所以这部分能量我们就应该考虑考虑了。

在通用变频器中，对再生能量最常用的处理方式有两种：(1)、耗散到直流回路中人为设置的与电容器并联的“制动电阻”中，称之为动力制动状态；(2)、使之回馈到电网，则称之为回馈制动状态（又称再生制动状态）。还有一种制动方式，即直流制动，可以用于要求准确停车的情况或起动前制动电机由于外界因素引起的不规则旋转。

在书籍、刊物上有许多专家谈论过有关变频器制动方面的设计与应用，尤其是近些时间有过许多关于“能量回馈制动”方面的文章。今天，笔者提供一种新型的制动方法，它具有“回馈制动”的四象限运转、运行效率高等优点，也具有“能耗制动”对电网无污染、可靠性高等好处。

二、能耗制动

利用设置在直流回路中的制动电阻吸收电机的再生电能的方式称为能耗制动。

其优点是构造简单；对电网无污染（与回馈制动作比较），成本低廉；缺点是运行效率低，特别是在频繁制动时将要消耗大量的能量且制动电阻的容量将增大。

一般在通用变频器中，小功率变频器（22kW以下）内置有了刹车单元，只需外加刹车电阻。大功率变频器（22kW以上）就需外置刹车单元、刹车电阻了。

三、回馈制动

实现能量回馈制动就要求电压同频同相控制、回馈电流控制等条件。它是采用有源逆变技术，将再生电能逆变为与电网同频率同相位的交流电回送电网，从而实现制动。回馈制动的优点是能四象限运行,如图3所示，电能回馈提高了系统的效率。其缺点是：(1)、只有在不易发生故障的稳定电网电压下（电网电压波动不大于10%），才可以采用这种回馈制动方式。因为在发电制动运行时，电网电压故障时间大于2ms，则可能发生换相失败，损坏器件。(2)、在回馈时，对电网有谐波污染。(3)、控制复杂，成本较高。

四、新型制动方式（电容反馈制动）

1、主回路原理

整流部分采用普通的不可控整流桥进行整流，滤波回路采用通用的电解电容，延时回路采用接触器或可控硅都行。充电、反馈回路由功率模块IGBT、充电、反馈电抗器L及大电解电容C（容量约零点几法，可根据变频器所在的工况系统决定）组成。逆变部分由功率模块IGBT组成。保护回路，由IGBT、功率电阻组成。

(1)电动机发电运行状态

CPU对输入的交流电压和直流回路电压νd的实时监控，决定向VT1是否发出充电信号，一旦νd比输入交流电压所对应的直流电压值（如380VAC—530VDC）高到一定值时，CPU关断VT3，通过对VT1的脉冲导通实现对电解电容C的充电过程。此时的电抗器L与电解电容C分压，从而确保电解电容C工作在安全范围内。当电解电容C上的电压快到危险值（比如说370V），而系统仍处于发电状态，电能不断通过逆变部分回送到直流回路中时，安全回路发挥作用，实现能耗制动（电阻制动），控制VT3的关断与开通，从而实现电阻R消耗多余的能量，一般这种情况是不会出现的。

(2)电动机电动运行状态

当CPU发现系统不再充电时，则对VT3进行脉冲导通，使得在电抗器L上行成了一个瞬时左正右负的电压（如图标识），再加上电解电容C上的电压就能实现从电容到直流回路的能量反馈过程。CPU通过对电解电容C上的电压和直流回路的电压的检测，控制VT3的开关频率以及占空比,从而控制反馈电流，确保直流回路电压νd不出现过高。

2、系统难点

(1)电抗器的选取

（a）、我们考虑到工况的特殊性，假设系统出现某种故障，导致电机所载的位能负载自由加速下落，这时电机处于一种发电运行状态，再生能量通过六个续流二极管回送至直流回路，致使νd升高，很快使变频器处于充电状态，这时的电流会很大。所以所选取电抗器线径要大到能通过此时的电流。

（b）、在反馈回路中，为了使电解电容在下次充电前把尽可能多的电能释放出来，选取普通的铁芯（硅钢片）是不能达到目的的，最好选用铁氧体材料制成的铁芯，再看看上述考虑的电流值如此大，可见这个铁芯有多大，素不知市面上有无这么大的铁氧体铁芯，即使有，其价格也肯定不会很低。所以笔者建议充电、反馈回路各采用一个电抗器。

(2)控制上的难点

（a）、变频器的直流回路中，电压νd一般都高于500VDC，而电解电容C的耐压才400VDC，可见这种充电过程的控制就不像能量制动（电阻制动）的控制方式了。其在电抗器上所产生的瞬时电压降为，电解电容C的瞬时充电电压为νc=νd-νL，为了确保电解电容工作在安全范围内（≤400V），就得有效的控制电抗器上的电压降νL，而电压降νL又取决于电感量和电流的瞬时变化率。

（b）、在反馈过程中，还得防止电解电容C所放的电能通过电抗器造成直流回路电压过高，以致系统出现过压保护。

3、主要应用场合及应用实例

正是由于变频器的这种新型制动方式（电容反馈制动）所具有的优越性，近些来，不少用户结合其设备的特点，纷纷提出了要配备这种系统。由于技术上有一定的难度，国外还不知有无此制动方式？国内目前只有山东风光电子公司由以前采用回馈制动方式的变频器（仍有2台在正常运行中）改用了这种电容反馈制动方式的新型矿用提升机系列。

随着变频器应用领域的拓宽，这个应用技术将大有发展前途，具体来讲，主要用在矿井中的吊笼（载人或装料）、斜井矿车（单筒或双筒）、起重机械等行业。总之需要能量回馈装置的场合都可选用。

第4篇

本次改造主要是根据企业电机系统设施的现状和存在的问题，针对电厂系统特点，对#3、#4、#5、#6锅炉引风机、一次风机、二次风机共计12台（电机总装机容量3900KW）6KV电机进行变频节电技术改造，采用高压变频调速技术，根据工况需要，控制电机的转速，来调节风量的变化，以替代落后的挡板调节方式，以减少电能损耗。同时，风量的变化由非线性改善为线性，使得炉膛的燃烧效能控制变得更及时、精确。从而达到节能降耗和提高自动化程度的双重目的。本次节电技术改造新建一座高压变频室、增加变频调速装置12台、DCS控制系统、、通风系统及配电设施。

1.1变频器选型

近年来已有很多大中型电厂采用变频技术进行节电技术改造的实例，实践证明不但节电效果明显，而且提高系统的安全性，不存在运行风险。此次节电技术改造设备选用原则，变频技术先进，成熟可靠。选择雷奇节能科技股份有限公司生产的LOVOL系列高压智能节电装置（变频器），该产品由移相变压器，功率单元和控制器组成。高压变频器采用模块化设计，互换性好、维修简单，噪音低，谐波含量小，不会引起电机的转矩脉动，对电机没有特殊要求。高压变频调速系统的结构图如下：

1.2电气改造方案

采用一拖一自动旁路控制，实现变频/工频自动切换。旁路柜在节电器进、出线端增加了两个隔离刀闸，以便在节电器退出而电机运行于旁路时，能安全地进行节电器的故障处理或维护工作。旁路柜主回路主要配置：三个真空接触器（KM1、KM2、KM3）和两个高压隔离开关K1、K2。KM2与KM3实现电气互锁，当KM1、KM2闭合，KM3断开时，电机变频运行；当KM1、KM2断开，KM3闭合时，电机工频运行。另外，KM1闭合时，K1操作手柄被锁死，不能操作；KM3闭合时，K2操作手柄被锁死，不能操作。自动旁路控制结构图如下：

1.3系统控制方案

（1）本地控制：利用系统控制器上的键盘、控制柜上的按钮、电位器旋钮等就地控制。（2）远程控制：变频器与DCS系统连接，进行数据通讯，使运行人员通过DCS系统画面对变频器的工作电流，运行状态及故障信息进行监控，由DCS实现控制。

1.4系统散热方案

设备自身发热量较大，运行环境的温度和湿度会影响设备的稳定性及功率元件的使用寿命，为了使变频器能长期稳定和可靠地运行，采用室内空调冷却方式，满足设备对温度和湿度的要求。

2变频改造效果分析

2.1节电效果

节电改造前，锅炉正常工况下引风机档板的平均开度在70-80%左右，二次风机在35-45%左右。采用落后的档板调节控制方式，用电量高居高不下，影响机组的经济运行质量。本次节电改造于2012年10月安装调试完毕，经过一段时间的运行测试，以3#锅炉引风机为例，原工频电流由平均49.5A下降到变频后的36-39A，功率因数由0.8左右提高到0.95左右。从12台改造后的风机运行情况看，完全能够满足锅炉运行工艺的要求（主要是风压、风量、加减风的速率等）。运行后一年的电表数据表明，经过变频改造后12台风机总计节电量为280万KWh，比挡板调节控制方式节能率达到23%，节能效果十分显著。并且电机在启动、运行调节、控制操作等方面都得到极大的改善。

2.2其它效果

（1）采用变频调速控制后，杜绝“大马拉小车”现象，既提高了电机效率，又满足了生产工艺要求；（2）采用变频调速控制后，由于变频技术装置内的直流电抗器能很好的改善功率因数，功率因数由0.8左右提高到0.95以上，提高了有功功率，减少了设备和线路无功损耗；（3）实现了电机的软启动，避免了对电网的冲击，提高了系统的可靠性，延长了设备的使用寿命；（4）减少风机叶片和轴承的磨损，延长大修周期、节省维修费用。风机、管网振动大幅减小，降低了噪声对环境的影响；（5）变频器的过载、过压、过流、欠压、电源缺相等自动保护功能，使系统的安全可靠性大大提高；（6）由于变频器具有工频/变频自动切换功能，变频器发生重故障时可在2-3秒内切换到工频运行，且在变频调速控制系统检修维护或故障时，工频控制系统照样可以正常运行，满足风机系统对电机高可靠性运行的要求；（7）实现了高压变频装置与主控室DCS系统连接,DCS系统能够满足实时性的要求，经过电厂运行的逻辑实现对变频器的控制，对各种数据的分析和判断，这也是电厂提高效率的关键环节之一。

3结语

第5篇

热油循环时油箱上部的气体与油之间的水蒸气也存在类似的扩散平衡，通过提高真空度降低空气中的水蒸气分压，可以进一步加快水分的析出。这就是热油循环加真空循环加快干燥的原理。热油循环只是对油进行了加热，变压器绝缘纸板本身的温度是通过热油传递的，对于特高压变压器来说，有大量较厚的绝缘纸板，热油循环很难快速提升纸板本身的温度，而由外向内传热的方式使绝缘纸板的温度梯度由外向内温度逐渐降低，致使绝缘纸板内部水分有向内部扩散的趋势，这种情况不利于绝缘的干燥。因此通过绕组的发热使纸板的温度梯度转向，使绝缘纸板内部水分具有向外扩散的趋势，可以有助于纸板内水分的析出。这就是热油循环中绕组辅助加热干燥的原理。

2短路法和低频加热技术

2．1短路法加热

由于工频电源的易于获得，工频短路法加热变压器绕组的方法最先被采用［2］。短路法的基本原理是将换流变压器一侧绕组（通常为阀侧绕组）短路，从另一侧绕组（通常为网侧绕组）施加交流电压，使绕组内部流过电流（应控制不超过其额定电流），使绕组内部发热，从内部将变压器器身绝缘均匀加热到指定温度，再经过抽真空和热油循环处理，带出绝缘内的潮气，从而达到干燥的效果。短路法是绕组从器身内部加热，能大大提高效率，缩短加热时间，器身的干燥效果优于普通的热油循环效果。其使用的设备及接线完全与变压器负载试验相同。但是工频短路法有诸多缺点难以在现场实施。工频短路法需要用到调压器、升压变、补偿装置等大型设备，设备布置和接线工作量大；试验电压为变压器阻抗电压，高达几十kV，且试验占地面积大，进行短路法加热干燥时需要大量的人员长时间值班看守，现场安全难以把控。因此，工频短路现场加热干燥方法补偿电容器组容量大，使用的调压器、中间变压器均为体积大、重量重的大型设备，不便现场应用。实现整体加热装置的小型化，在保证加热能力的同时满足移动方便的要求，是研制现场短路法加热装置的难点。当换流变压器电压等级升高、容量增大时，利用这种基于调压器的短路法进行变压器现场加热更为困难。

2．2低频加热的电压及容量

工频短路加热存在的局限性，可以通过降低频率的方法进行克服，也即低频加热技术。变压器的短路状态下的等效电路如图1所示，其阻抗为Z＝R＋jωL。在工频状态下，jωLR，因此减小频率ω可以显著减小阻抗电压。当然在频率减小到一定程度后，R的大小不再可以忽略不计，进一步减小ω不会引起阻抗电压的降低。当频率足够低时，jωLR，变压器阻抗电压主要有变压器的直流电阻决定。图2显示了阻抗电压及无功容量与频率的关系。从图中可以明显地看出，阻抗电压总体上与频率成正比，当频率接近零时，阻抗电压趋近于常数，该常数即为变压器直流电阻与短路电流的乘积。无功容量与频率成正比。因此通过降低频率不单降低了阻抗电压，还降低了无功容量，提高了加热电源的功率因数，避免了用大容量的补偿装置。相比于工频短路加热，低频加热技术明显地能够克服其局限性。对于特高压换流变压器，频率低至1Hz以下时，其阻抗电压低于1kV，通过简单的绝缘措施就可以保证安全，避免大量的安全监护人员长时间值守。同时升压装置和补偿装置都可以省略，大大减少了设备占地面积，减少了现场工作量，提高了工作效率。

2．3低频加热电源干燥效果的仿真

采用基菲克第二定律描述电力变压器干燥处理的水分扩散模型，建立有限元模型进行模拟对比低频加热和传统的热油循环干燥处理效果。低频加热和热油循环组合使用时会是干燥处理效果得到明显改善。模拟考虑了5mm的绝缘纸片，原始水分含量为5％。模拟干燥时间为7天。干燥方式分为油循环干燥方式及加低频加热，热油循环温度为60℃和80℃两种油温条件，有低频加热时将油温度分别加热到80℃，95℃和110℃等三种情况。图3可以观察到热油循环在60℃时（没有低频加热）的干燥过程，以及同样的油温下采用低频加热温度为80℃，95℃和110℃的情况。当热油加热没有低频加热时，曲线的坡度是平的，因此干燥过程非常慢。这是因为在60℃时，绝缘材料的水分扩散系数很低，绝缘纸中的水分迁移速度很慢。根据模拟，在这种情况下，干燥7天之后，水分含量降低到2．4％。而降到2％的水分含量（按照IEEEStd62－1995的规定）需要的处理时间则长达255h。如果采用低频加热的方式，完成干燥处理会更快。使含水量降低到2％所需要的干燥时间会随着绝缘材料温度的增加而减少，低频加热80℃所需时间为64．5h，95℃为25．5h，110℃为10．7h。低频加热7天，三个加热温度下最终的纸板含水量将分别达到1．4％，1．3％和1．2％．当在热油循环80℃的油温下采用低频加热，获得的模拟结果如图4所示。在这种情况下，不同温度的最终含水量彼此很接近。然而当采用低频加热时，在开始处理的几个小时之内就可以达到最终含水量。这种方式的干燥处理节约大量的处理时间和电力，是非常经济的。然而以上模拟结果以及讨论均是基于模型的Foss扩散系数进行推论的，然而实际的试验数据则显示该模型的扩散系数太过乐观了，实际的干燥时间会比这个模型估计的干燥时间要长。即使如此，以上的讨论和研究也是很有价值的，例如通过模拟推论的结论在趋势上是正确的。

3低频加热电源的研制

3．1电源容量

按照现场应用经验，发热电源的发热功率（有功）达到换流变负载损耗的60％左右即可满足现场加热的需要。（6）式中：cosφ是功率因数，采用基于方波调制的交交变频技术方案功率因数接近1，此处取0．98；η是电源效率，该方案电源自身损耗较小，效率是较高的，可以取90％。最大加热容量为819．7kW，因此根据上式加热电源功率应为P＝930kV•A，则能满足大部分场合需求。

3．2电压与电流

考虑到施工现场电源接线的方便和安全性，加热电源输入电压选择380V，输入电流1413A。由于直接由380V整流后的直流电压最高仅537V，对于部分变压器该电压即使在直流情况下也无法达到额定电流相当的加热电流，因此需要配备升压变压器提高整流桥电压。设升压后线电压为U，则直流电压近似为槡2U。

3．3整流桥与驱动电路

3．3．1晶闸管的选型变频技术电源工作电压为700V，工作电流为1200A。晶闸管的最大电流与电源的工作额定电流相等，最大电压为相间电压的一半。为了整个系统的安全可靠，根据晶闸管选用惯例，晶闸管电压选为大于其最大承受电压的2倍以上，额定电流为工作最大承受电流的3倍以上。因此晶闸管最终选型为南车公司的1000V／46000A晶闸管。

3．3．2整流桥的控制方式

不同的被加热换流变压器具有不同等效直流电阻，一定的加热电流情况下，变频电源的工作电压是不同的。为了较好地调节低频加热电源的工作电压，交－交变频技术法的低频加热电源应采用可控整流的方式，通过控制导通角来调节电压。同时，为避免两个反向整流桥同时导通造成电源的短路，应首先将前一个工作整流桥关闭触发脉冲，等全部整流桥中的晶闸管自然关断后再启动另一个整流桥，实现电流的极性发转。

3．4测量和控制系统

整流桥工作在全波整流工作状态，可以用电平触发的方式进行控制，为了避免两个反向的整流桥同时导通导致电源短路，开通一整流桥之前必须确认对侧整流桥已经全部关断。检测方法是通过检测负载电流过零比较结果与方波输出相。若需要调节导通角α，则不能采用电平触发，而用脉冲触发。以AC相线电压为参考电压，当线电压正向过零时延时180°－α角度后给晶闸管1发出触发脉冲，其余各晶闸管的触发脉冲依次再延迟60°角触发。但是触发脉冲的可靠性不好，因此不建议调节导通角，本方案仍采用电平触发的方式。作为加热电源，需要有调节输出电流的机制。根据式（13），输出电流与频率有关，通过控制频率可以比较方便地控制输出电流。式（13）仅是电流波形的近似计算公式，当频率较高时，电感未充电完成即撤去整流桥触发电平，负载电流就会进一步减小，电流波形如图5虚线所示。可见进一步提高调制频率，可以继续减小负载电流，直至减小到接近于零。所以通过控制调制频率完全能够实现加热电流的零起上升。

4低频加热电源的现场应用

4．1加热对象

加热对象为哈密换流站低端换流变压器极IIYDB相，变压器的主要参数如下：额定容量405．2MV•A；额定电压530／槡3＋23－5×1．25％／171．9kV；额定电流1324．2A／2357．2A；阻抗电压19．71％；直流电阻（20℃）网侧0．16131Ω，阀侧0．05492Ω；生产厂家为特变电工沈阳变压器集团有限公司。

4．2试验接线

低频加热电源从400V低压配电室获取电源点，单相输出线连接到换流变压器网侧套管和中性点端子上，阀侧两套管短路线连接。连接图如图6所示。

4．3加热结果

该换流变油重138t，为其加热的两台滤油机加热功率共为120kW×2＝240kW。由于现场环境温度较低，采用传统工艺完全利用滤油机工作，滤油机出口油温保持70℃情况下，经过48h换流变下层油温达到35℃后，随后增长缓慢，安装人员经验时间为3～5d才能到达需要保持的油温60℃。当晚20：33至第二日凌晨6：30，采用湖北电科院设计的低频加热电源，结合滤油机，仅用了10h就将换流变下层提升了近50℃，之后利用滤油机使油温达到安装要求。

5结论

第6篇

（1）细纱紧跟粗纱后面对粗纱进一步牵伸、加捻后卷绕成型，出来的纱线用来织造面料。传统细纱机的锭子、罗拉及钢领板的升降都靠主电机传动，主电机采用双速电机，启动时用低速，正常运转后用高速且恒速不变。由于锭子速度不变，不能实现在纺纱过程中对大、中、小纱时锭子转速的动态控制，故纱线断头率偏高。而且实现牵伸、加捻、卷绕、成型的一系列凸棘轮、连杆机构的精度可靠性也低。造成织造时退管困难。如果在生产中能够根据整个筒纱各阶段的张力变化规律实现锭子转速的自适应调整，保证纺纱各阶段的张力恒定，做到小纱、大纱阶段基本无断头，中纱阶段又可以达到纺纱速度的目的，从而使产量、质量同步提高。（2）变频技术顺应生产的需要应用到细纱机上，其主要优势是能够根据落纱的大、中、小纱张力变化规律实现自动无级变速，优化落纱条件以尽可能地保存纺纱各阶段的张力稳定。在新型细纱机中采用变频技术后可以根据在细纱纺纱时张力与锭子速度的关系，即当锭速增大时纺纱张力随着增大，且锭子速度越高，纺纱张力增加值就越大，合理调整锭速来控制纺纱张力，使纺纱过程的张力变化近似于恒定。即在小纱时纱线张力大，我们使用较低的锭速来减少断头；当小纱上升时纱线张力渐小适时增快锭速；当中纱纱线张力小时，使用较高的锭速；当大纱开始时，纱线张力渐大，我们又减慢锭速；快到满管位置时又使用较低的适位停车锭速；在空筒管开车生头时纱线张力波动大，还可采用适宜接头的低速运行；这样就可以根据需要，实现细纱机在纺纱运转过程中的变锭速控制，从而有效地降低细纱的断头率，提高细纱机的生产效率。

2新型细纱机采用变频调速的实现方式

细纱机利用变频器调节锭子速度快慢一般采用定长制方式，即按照不同纺纱支数所纺的满纱总长度区间，每个区间根据实际生产中的断头情况来设置相应的锭子速度达到减少设断头的目的。

3纺纱机采用变频技术拖动的效果和优势

第7篇

炼钢一次除尘风机高压变频器采用交－直－交高压方式，高压变频器每相由8个功率单元串联而成，各个功率单元由输入隔离变压器的二次隔离线圈分别供电，功率单元为交－直－交结构，相当于一个三相输入、单相输出的低压电压源型变频器，主电路开关器件为IGBT。功率单元由主电路包含整流滤波电路，逆变电路，旁通电路三部分。功率单元的输入额定电压AC750V，经熔断器进入三相整流桥整流，经电解电容滤波，变为直流电;逆变电路由四只IGBT组成单相全桥逆变电路。将直流电变为SPWM波输出。旁通电路由一个单相桥整流和一只可控硅组成，旁通电路的作用是在功率单元发生某些故障时，把四只IGBT全部关闭，故障单元不再有输出波形，此时把旁通的可控硅打开，使外电路电流流过本功率单元时通行无阻，旁通整流桥为交流电流提供通路。功率单元串联多电平PWM电压源型变频器拓扑图如图1、图2所示。控制电路由光信号通信电路、IGBT驱动保护电路、可控硅驱动电路、故障检测电路等组成，变频器主控制器与功率单元之间的信号传输采用光纤，具有良好的抗电磁干扰性能，功率单元IGBT的驱动信号来自于变频器主控制器。

2调速系统的改进

⑴为保证系统稳定运行及达到好的节电效果，风机传动采用高压变频器进行控制，风机传动设备变频改造时拆除电动机与风机之间的液力偶合器，对电机基础进行改造，将原基础打去-1000mm至钢筋网层，重新焊接钢筋制作浇筑基础，电机前移与风机直接相连。实施前后见对比图3、图4。⑵变频调速系统和现场PLC控制系统进行通讯连接，从现场PLC控制系统发出变频器的启动、停机等信号进行协调控制，根据运行工况按设定频率，实现对风机电动机转速的控制。变频器具有非常完善的自诊断和保护功能，变频器有过电压、过电流、欠电压、缺相，变频器过载、变频器过热、电机过载、输出接地、输出短路等保护功能，变频器配备汉字显示的液晶显示屏，可实现变频器参数设定和显示电机电压、电流、频率等状态参数;一旦变频器发生故障，进入保护状态，系统自动记录故障原因、故障位置及发生故障时变频器各状态参数，便于故障排除。

3运行分析

转炉一次除尘风机在改造前，风机高速运行在1250r/min，电机功率因素0．88，风机电机电流120A左右，风机低速运行在500r/min，风机电机电流40A左右，自2011年6月至2012年8月转炉一次除尘三台风机电机采用高压变频器控制系统投入运行后，风机高速运行时电机电流在97A左右，风机低速运行时电机电流在6A左右，功率因素0．98，具体参数见表1。

4节能计算

一座转炉每天平均冶炼32炉，每炉平均冶炼时间35min，一个冶炼周期中，吹氧冶炼时间16min，兑铁时间3min，风机需高速运转1250r/min，高速运行时间在19min，风机变频改造前后高速状态下电机电流差120-97=23A，电压10kV，风机电机在高速状态下每天节省电量为(23×10)×(32×19)/60=2331kWh。一个冶炼周期中，出钢过程中需低速运转在500r/min，每炉钢低速运行时间约16min，风机变频改造前后低速状态下电机电流差40-6=34A，电压10kV，一台风机电机在低速状态下每天节省电量约为:(34×10)×(32×16)/60=2901kWh。一台除尘风机在变频器调速运行，每天节省电量约为2331+2901=5232kWh。一台风机全年运行时间按340天计算，电费成本为0．37元/度，一台除尘风机全年节省电费约为=5232×340×0．37=65．82万元。三台除尘风机在变频调速运行后，全年节省电费约为=3×65．82=197．46万元。

5结语

第8篇

利用高压变频技术对风机转速进行控制的原理为实现电机输入频率的改变，而在改变的过程中并不会额外地消耗电机功率，能够促进电机综合效率的提高。电机变频节能的主要特点包括以下几个方面：第一，电机综合效率比较高，且发热量与能耗都比较低；第二，具有无极调速的特点，具有较为广泛与精准的调速功能；第三，启动时所需的电流比较小，节能效果突出，同时也不会对所在的电网造成冲击；第四，不存在转差率损耗；第五，能够促进电机功能因数的提高，不需要在另外加装无功补偿装置；第六，具有较高的自动化水平，具有自动限流、限压、减速等功能，同时能够对故障、运行及报警情况进行记录，对系统的安全运行奠定了基础；第七，依据电量成本对电机转速进行智能化的调节。随着电力建设的不断发展，电力供需矛盾不断激化，只有对风机的流量进行调节才能够更好地满足生产的需要，通过这种方式提高企业效益，降低企业能耗。

2高压变频技术在风机中的变频方式

高压变频技术在风机中进行应用时，其主要的变频方式包括“高-低-高”、“高-低”、“高-高”等，其中效率最高的变频方式就是“高-高”方式，能够更好地满足风机节能降耗的要求。“高-高”方式的变频器中包括集中不同的类型，其中输入为6kV-10kV的变频器，并不需要进行升压变频器的设置；输出电压为10kV的变频器，每项中包含了8个功率单元，而且这些功率单元之间是通过串联的方式连接。如果每个单元的输入电压都为三相710kV，那么其输出的电压则为单相0kV-710kV，而每个功率单元之间都是通过串联方式连接的，叠加之后的输出相电压则为5680kV。变频器的中点与电动机中性点之间并不相互连接，因此变频器输出实际上是线电压，通过A相与B相输出电压形成UAB输出线电压，该线电压最大可以达到10kv，其阶梯波为37。由于变频器中采用了多重叠加的方法，输出电压中谐波含量比较小，已经达到了常规供电电压允许的谐波含量，并不会导致电动机由于附加的谐波而出现发热的情况。输出电压也比较小，给电极增加的应力并不明显，能够直接向普通标准型的交流电将会因动机进行供电行为，并不需要对其进行降容之后再使用，能够在旧设备的改造中进行利用。此外，输出电压谐波较小，并不需要另外在附加输出滤波器，输出电缆的长度也并不受限制。“高-低-高”方式的变频器具有以下几个方面的特点：第一，在该种类型的变频器中采用了降压变压器与升压变压器，导致变频调速系统的效率出现了下降的情况。第二，升压变压器在工作的过程中会导致输出波形严重畸变的情况，导致电动机由于附加谐波而出现发声的情况，最终导致机械共振及传动、轴承磨损严重的情况。第三，该种类型的变频器在使用的过程中将会产生比较大的噪声。通过两种不同变频方式的变频器的比较之后发现，“高-高”方式变频器有着非常显著的优势，逐渐取代了“高-低-高”方式变频器。

3高压变频技术在风机节能中的应用

3.1风机情况概述

本文选取某企业的1台风机作为节能改造的对象，选取的风机在流量调节的过程中主要采用风门调节的方式，风门的开度在百分之三十到百分之八十之间。实现高压变频技术对风机进行调速节能改造之后，与传统的风门调节方式相比，生产负荷决定了风机的节电量，生产负荷的变化越大，风机节能的效果就越好。实现高压变频技术在风机节能中的应用，一方面可以达到调速节能的目的，另一方面能够提高整个调试系统的工作效率。

3.2改造前的电机系统运行模式

本文选取的高压电机都采用的是风机传动的方式，通过风门调节的方式实现风机流量的调节工作。当前，风门调节的方式为改变风机管网特性曲线实现风机风量调节，其主要的原理如图1所示。由图1可知，风机在管网特征曲线R1处工作时，工况点为M1，风量为Q1，风压为H1。如果要实现风量的降低，则需要关小风机的防风版，管网特性曲线变为R2，工况点也随之变为M2，风量为Q2，风压为H2。管网特性曲线的改变实际上就是通过人为的方式实现风机管网阻力的增加或者降低，在确保风机性能曲线不变的情况下，工况点从M1转移到M2，如果想要实现挡风板继续减小，则管网特性曲线变为R3，工况点为M3，风量为Q3，风压为H3。通过这种方式实现风机流量的调节。通过风机调价风量的方式具有结构简单、操作便捷的特点，大部分的风机都采用这种调节方式。然而，通过人为的方式实现风机管网阻力的改变，势必会造成部分能量的消耗，尤其是风量的变化越大，能量的损耗就越多。如果通过电机直接调试的方式来实现风机流量的控制，就可以实现人为改变风机官网阻力所消耗的能量的节约。因此，提出了电机调速控制模式。

3.3主回路系统方案

3.3.1手动一拖一动回路手动一拖一动回路如图2所示，其基本的原理为：回路中包含了三个高压隔离开关，分别为QS1、QS2与QS3。在使用的过程中，不能够同时出现闭合的状态。在变频运行的过程中，QS1、QS2闭合，则QS3断开；在工频运行的过程中，QS3闭合，QS1与QS2断开。手动一拖一动回路的优点为：在变频器进行检修的过程中，这种明显的断电点能够确保维修人员的安全，同时也可以通过手动的方式将负载投入到工频电网运行。3.3.2手动一拖二动回路手动一拖二动回路如图3所示，其基本的原理为：手动一拖二动回路中包含了QS1—QS6六个高压隔离开关，其中QS2与QS3、QS5与QS6有电气互锁，QS1与QS5、QS4与QS6安装机械互锁装置。M1与M2分别处于变频状态与工频状态中，而且可以进行互换；在变频器检修的过程中，都可以处于工频运行中。手动一拖二动回路优点指的是只有一个负载工作在变频状态中，能够实现电机使用寿命的延长。

4总结

第9篇

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(PowerMOSFET)、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(injectionenhancedgatethyristor)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(integratedgateeommutatedthyristor)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诞生的。电力电子器件的更新促使电力变换

技术的不断发展。起初,变频技术只局限于变频不能变压。20世纪70年代开始,脉宽调制变压变频(PWM-VVVF)调速研究引起了人们的高度重视。20世纪80年代,作为变频技术核心的PWM模式优化问题吸引着人们的浓厚兴趣,并得出诸多优化模式,如:调制波纵向分割法、同相位载波PWM技术、移相载波PWM技术、载波调制波同时移相PWM技术等。

VVVF变频器的控制相对简单,机械特性硬度也较好,能够满足一般传动的平滑调速要求,已在产业的各个领域得到广泛应用。但是,这种控制方式在低频时,由于输出电压较小,受定子电阻压降的影响比较显著,故造成输出最大转矩减小。

矢量控制变频调速的做法是:将异步电动机在三相坐标系下的定子交流电流Ia、Ib、Ic通过三相——二相变换,等效成同步旋转坐标系下的直流电流Iml、Itl,然后模仿直流电动机的控制方法,求得直流电动机的控制量,经过相应的坐标反变换,实现对异步电动机的控制。

直接转矩控制直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型,控制电动机的磁链和转矩。它不需要将交流电动机化成等效直流电动机,因而省去了矢量旋转变换中的许多复杂计算;它不需要模仿直流电动机的控制,也不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型。

VVVF变频、矢量控制变频、直接转矩控制变频都是交—直—交变频中的一种。其共同缺点是输入功率因数低,谐波电流大,直流回路需要大的储能电容,再生能量又不能反馈回电网,即不能进行四象限运行。为此,矩阵式交—交变频应运而生。

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斩波,常称之为功率因数校正(PEC)。典型的电路有升压型、降压型、升降压型等。

2、电磁干扰抑制

解决EMI的措施是克服开关器件导通和关断时出现过大的电流上升率di/dt和电压上升率du/dt,目前比较引入注目的是零电流开关(ZCS)和零电压开关(ZVS)电路。方法是:

(1)开关器件上串联电感,这样可抑制开关器件导通时的di/dt,使器件上不存在电压、电流重叠区,减少了正关损耗;

(2)开关器件上并联电容,当器件关断后抑制du/dt上升,器件上不存在电压、电流重叠区,减少了开关损耗;

(3)器件上反并联二极管,在二极管导通期间,开关器件呈零电压、零电流状态,此时驱动器件导通或关断能实现ZVS、ZCS动作。

目前较常用的软件开关技术有部分谐振PWM和无损耗缓冲电路。

（二）功率因数补偿

早期的方法是采用同步调相机,它是专门用来产生无功功率的同步电机,利用过励磁和欠励磁分别发出不同大小的容性或感性无功功率。然而,由于它是旋转电机,噪声和损耗都较大,运行维护也复杂,响应速度慢。因此,在很多情况下已无法适应快速无功功率补偿的要求。

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.

第10篇

程序需要在原有控制程序基础之上进行修改，在保持引送风机连锁功能正常的基础上，实现变频引风机自身的自动连锁投退控制，可以降低程序修改量，同时保证设备可靠运行，最后将新编制的程序进行封装，便于今后将其应用在同样的改造项目中。

2具体实施

2.1电气回路改造

在保留原有工频电气回路的情况下，将高压变频器并联接入主供电回路，实现两回路冗余供电方式，正常情况下由变频回路供电，实现引风机电机转速的可调，故障状态以及变频器检修工作期间可以切换至工频回路。

2.2程序编制调试

将原有的引送风机连锁程序增加与引风机变频器连锁调节程序，程序必须保证各个设备能够独立启停操作实现设备无连锁可以运行，同时在投入连锁程序后可以实现引、送风机和引风机变频器之间按照设备运行规定进行连锁。通过联调试验来修改程序中的静态参数，并通过仿真验证修改效果。下面就逐步对程序的编制调整过程进行介绍。1）送风机启停控制。锅炉正常运行过程中，需要先启动引风机，程序需要验证引风机供电回路为合闸状态且引风机正常运行2s之后才可以发出送风机启动指令。当程序判断引风机故障跳闸后将输出跳闸信号控制送风机自动跳闸。根据实际运行情况需要设置三种送风机跳闸条件，一是正常运行过程中得到引风机停止运行信号，二是引风机变频器停止运行，三是引风机正常运行但此时变频器转速下降至100r/s以下，以上三种情况程序将启动送风机跳闸程序，驱动送风机高压断路器分闸。2）引风机启停控制。不论连锁程序是否投入，只要引风机高压供电回路正常都可以通过程序或者手动启动按钮来启动引风机。程序中投入了锅炉汽包液位信号，当锅炉汽包液位降低放出报警信号后，程序将输出引风机跳闸信号。3）变频器启停控制。当引风机断路器为合闸位置，变频器没有故障信号时可以通过程序控制或者手动按钮来投入变频器回路；当引风机断路器为合闸位置，变频器运行信号正常，没有故障信号时候，可以手动操作停止变频器；当投入变频器连锁程序后，在其它信号均正常的前提下，如果程序采集到引风机停机信号则延时五秒后自动停止高压变频器。变频器可以通过手动复位按钮来实现将变频器转速复位。锅炉汽包液位信号驱动变频器高压断路器直接跳闸，此状态下不考虑变频器运行状态。当变频器在运行过程中发出故障信号，引风机高压供电回路将自动切换到工频回路继续运行。4）引风机电机转速控制。可以手动设置电机转速目标值，通过变频器将转速逐渐变化至设定转速运行；也可以通过转速PID调节模块来随着引风机入口风门开度来调节电动机转速，保持锅炉炉膛负压值，确保安全燃烧。锅炉两台引风机同时运行时候应该将引风机并列控制或者将其中一台转速设为固定值，通过控制另外一台引风机转速来调节引风机入口风门开度。5）人机界面修改。应该在主画面基础上完善变频器控制回路，增加变频器投退、转速设定、连锁投退按钮来方便岗位值班人员进行操作。

3改造效果

第11篇

1.1变频节能技术

简单来说，变频节能技术是指一种利用科技手段及设备实现电流频率改变的技术。其中，负责控制电频频率的设备叫做变频器，变频器的构成比较复杂，主要由电源板、电极电容、控制面板及键盘等部件组成，通过这些部件的有效结合，能够使电动机在最节能的状态下运行。传统机电设备中的电流频率是不可改变的，在设备运行过程中，其转数也不能改变和控制，这就导致其设备长期处于恒定运行状态，这样不能因地制宜地改变转速，不但使设备的使用寿命大大缩短，而且还会造成大量的能源消耗。随着变频节能技术的出现，机电设备的这一缺陷得到了很大改善。将变频节能技术运用到机电设备中，不但能够改变机电设备的灵活性，还可根据实际生产的需要调节设备的运行状态节约能源，这样就能够大大增加设备的使用年限和减少能源消耗。

1.2变频节能技术的基本原理

变频器的工作原理可以简单概括为“交—直—交”工作方式，变频器是通过整流器将工频交流电源转化成直流电源，然后再把直流电源转化成频率和电压可以控制的交流电，最后再供给电动机。变频器的工作电路主要由以下四部分组成：整流部分、直流环节部分、逆变部分、控制部分。其中整流部分主要应用的是三相桥式不可控整流器；直流环节部分主要是用来滤波，直流储能和缓冲无功功率的；逆变部分主要采用的是IGBT三相桥式逆变器，它输出的为脉冲宽度可以调制的波形（PWM），它在整个变频器中起到了至关重要的作用，也是变频器的核心技术。变频节能技术实际上是通过变频调速系统实现对电动机转速的调节，从而达到节能效果的。

2变频节能技术的优势

变频节能技术是随着当今时代信息技术的迅速发展及节能理念的不断推广，才逐渐被应用于各类煤矿机电设备当中的，例如采煤机、矿井提升机、皮带输送机及流体负荷设备等，都在运用变频节能技术。经实践发现，与传统的煤矿机电设备相比，应用了变频节能技术的机电设备的运行效率得到了大大提高、能源消耗量大大减少，且维修养护费用也大大降低，总体来看，其使得煤矿产业的经济效益得到了显著提升。由此可以证明，变频节能技术确实能够有效改善传统机电设备的一些性能。变频节能技术将传统煤矿机电设备中的交流电的固定频率转化成为了一种变动资源，其具有以下四点优势：首先，变频节能技术的功率器件是使用的智能功率模块IPM，这种功率模块是在GTRIGBT的基础上发展起来的，它能够实现对功率的变频；其次，变频节能技术改进了压频比的控制方式，使其控制理论得到了进一步革新，也即是采用直接转矩控制和矢量控制的方式来扩展了自身技术的应用范围；再次，变频节能技术采用了创新的人工神经网络及模糊自优化控制技术，从而更加集中了自身的集成系统，并将原来单一的数字信息处理技术发展成为了先进的专用集成电路；最后，变频节能技术的综合应用范围也正在越扩越大，如今的变频节能技术不仅拥有基本的调速功能，更具备通信、编程序参数辨识等功能。

3煤矿机电设备中变频节能技术的应用

从变频节能技术的出现到如今的迅速发展，其在节能和安全等方面的优势越来越显著。目前，变频节能技术已经在我国煤矿机电设备中得到了广泛应用，以下笔者就来详细介绍变频节能技术在采煤机、矿井提升机、皮带输送机及流体负荷设备等主要煤矿机电设备中的应用。

3.1变频节能技术在矿井提升机中的应用

矿井提升机在煤矿生产中的条件比较复杂，大多数矿井提升机都是在非常恶劣和繁重的环境下运作的，因此这就对其性能和质量提出了较高的要求。在煤矿生产过程中，矿井提升机往往需要反复启动与操作，其中调速任务有很多，并且比较容易引发设备故障，从而对煤矿的正常生产产生较大的不利影响。而随着变频节能技术被越来越广泛地应用于矿井提升机中，其在进一步提升矿井提升机工作效益的同时，还对其起到了一定的保护作用。利用了变频节能技术的矿井提升机，能够在内部软件的辅助下更高质量和更快速度地完成工作任务，并且其运行能耗也比原来大大减少，尤其节约了大量的电能。目前，科研人员又研究出了一种专门用于矿井提升机的风光提升机变频器，其具有很高的兼容性，能够强化矿井提升机的性能。如图1所示，就是利用变频节能技术的矿井提升机的系统，变频装置替换掉复杂的串联电阻切换装置，并完成提升机运行速度曲线、转矩大小的要求，极大地使控制操作流程得到简化，提高控制精度。

3.2变频节能技术在皮带输送机中的应用

由于皮带输送机具有功率大、电压高等特点，因此其在煤矿生产中具有很重要的作用，甚至可以说是整个煤矿生产系统的咽喉。所以，皮带输送机的性能和质量必须要达到要求，要能够保障煤矿生产的正常进行。通常情况下，皮带输送机在轻载或空载的情况下仍然是处于正常运转状态的，这无疑大大损耗了不必要的电能，造成了极大的能源浪费；另外，一些皮带输送机所使用的软启动装置是液力耦合器，其非常容易发生电机失控，从而造成设备损坏。变频节能技术的出现很好地解决了这一问题，其能够有效保护皮带输送机不被损坏，大大减少了电机失控情况的发生，并且还能够提高输送机的工作效率，使其更加节能高效。以爬坡皮带输送机为例，采用GI800变频器控制，由一台交流异步电机驱动，其变频器通过外部电位器设定值与皮带电子称实时测量信号相加，作为初级给定信号，并通过滤波、PID、限幅等处理后作为实际频率控制给定值信号，实现输送机皮带走速控制和调节，达到根据输送机皮带上实际料量大小自动调节控制的目的。

4结语

第12篇

1.1高压变频节能技术原理

所谓高压变频技术，是通过调节电压的输出，控制风机的实际功率，从而进一步控制风机的转速，调节风机风量，在风机中应用高压变频技术，就可以使得出风口的挡板完全打开，利用变频技术从源头调节风机的风量输出。风机的电机转速公式为：n=（1-s）n0，n0=60f/p。其中n为实际转速，n0为理论转速，s是转差率，f是电机的运行频率（60是60s），p是电机极对数。由转速公式可看出，在不考虑转差率s的情况下（s=0～0.05），电机的实际转速n=60f/p，即n与f是成正比例相关的，n的值会随着f的增加而增加，随着f的减少而减少，所以控制功率的输出，来调节f的值，就能够完成对电机转速n的调节。

1.2高压变频节能技术优点

高压变频节能技术的应用，能够避免风量因为挡板的损失，提高风机的工作效率，降低电力的消耗。比起挡板调节风量，利用高压变频技术调节，在输送风量时更加精准，能够实现对锅炉负荷的精准控制。而且高压变频技术的应用，在风机启动时，能够对风机进行有效保护。传统的全压启动方式，对发动机和风机都会产生极大的冲击力，容易引发故障，甚至设备损坏。而高压变频技术使发动机缓慢启动，有效地避免了这个问题，极大地降低了设备故障率。

2热电厂锅炉风机高压变频节能技术改造方案

2.1高压变频器选型

高压变频器的选型需要考虑电压等级和投资成本的问题，如一台1120kW功率的风机，选择60kV电压等级的高压变频器显然就是不合理的，既无法对高压变频器进行充分利用，又增大了投资成本，另外在选型时还需要注意谐波污染问题。综合分析热电厂的实际需求，对比市面上的几种高压变频器型号（两电平型、多电平型、单元串联型等），选择单元串联型高压变频器是较为合适的。它采用的是近几年新出现的一种拓扑结构电路，所具有的优点有：功率因素高、抗干扰能力强、谐波污染小、造价低、故障不停机等。

2.2主系统改造方案

QF为真空断路器，QS1、QS2为高压隔离刀闸，KM1、KM2、KM3为高压真空接触器。当高压变频器投入使用时，应先将真空断路器QF闭合，再将高压隔离刀闸QS1、QS2闭合，之后将高压真空接触器KM1、KM2闭合，断开高压真空接触器KM3。当高压变频器发生故障时，高压变频器的控制保护系统将会自动断开高压真空接触器KM1、KM2，同时闭合高压真空接触器KM3，使高压电机从变频状态切换到工频状态下运行。而为了保证切换运行状态时安全可靠，需要设计电气互锁功能，即KM1和KM2闭合时，KM3无法闭合；而当KM3闭合时，KM1和KM2不能再闭合。

2.3高压变频节能技术改造方案注意事项

1）高压变频器在接线时，一定要注意输入端和输出端的区别，不可接反，以免在风机使用时引发事故。2）准确计算转子的临界转速，采取必要的技术保护措施，避免发生扭曲共振现象。3）安装完毕后，检查变频器柜体是否做好了相关接地工作。4）将预充电电源技术运营与风机启动模式中，避免全压启动对设备形成过大负荷。

3结束语

第13篇

随着我国社会经济的不断发展，虽然我国的能源结构有所变化和发展，但是在目前我国现有的能源结构中，火力发电仍然是重要的组成部分，伴随着其它能源结构的出现，火力发电在能源市场上面临的压力将逐渐的增加，为了提高火力发电行业在能源市场中的竞争力，企业必须加强该方面的研究。伴随着电子信息技术的发展，高压电频技术得到了广泛的应用，火力发电厂要想提高工厂的工作效率，提高设备的运行速度，实现发电厂经济效益的提高，就必须科学合理的应用高压电频技术。高压电频技术在火力发电厂中的应用，在提高企业经济效益的同时，有利于节能减排工作的顺利开展。

2高压变频技术在火力发电厂中应用的重要作用

2.1有利于节能减排工作的开展

在传统的火力发电厂中需要使用挡板和阀门来调节发电设备的风量和水量，挡板和阀门对能量的需求较高，在火力发电厂中使用了高压变频技术之后，通过驱动水泵和风机来代替挡板和阀门，不但能够解决掉使用阀门和挡板调节方法给设备运行带来的不足，还能实现节能减排，降低企业对发电厂的成本投入，有利于企业经济效益的提高。

2.2使用方便快捷，减少设备故障出现的频率

高压变频技术在应用的过程中往往同电子信息技术相结合，电子信息技术的使用不断的提高了企业的经营管理水平，还有效的减少了企业在人力物力方面的投资。火电厂设备的正常运行需要发电机的协调合作，火电发电厂中有两种型号的发电机，同步发电机和异步发电机，同步发电机使用直接启动的方式，异步发电机使用间接启动的方式，在发电机启动的过程中会造成大量的电量消耗，在启动过程中会产生较大的振动对设备产生冲击，在很大程度上影响设备的使用寿命。通过使用高压变频技术能够缓解启动过程中产生的机械振动，提高了设备的运行效率，在保证设备正常运行的同时，提高了设备的使用寿命，在一定程度上减少了发电厂在设备上的成本投入，有利于企业经济效益的提高。

3高压变频技术的分析研究

3.1高压变频器的DCS控制方式分析

分散型的控制系统也就是DCS在火电发电厂中的主要控制系统，手动控制DCS控制是高压变频技术中的主要控制，在高压变频技术中的控制方式有很多种，主要总结如下：采用闭环控制方式对设备的压力和流量进行控制；采用开环控制方式对设备的转速进行控制；使用开环控制方式对设备的频率进行控制，通过在设备的屏幕上直接输出数值，然后边频率器的边频率的控制得出数值。

3.2高压变频器工作旁路的切换方式分析

在火电发电厂中，风机和水泵设备属于持续运作的负载，为了减少设备使用过程中故障出现的频率，较少设备检修的次数，在应用高压变频技术时同时使用工频旁路，工频旁路的设置方式主要有手动和自动两种形式，一旦高压变频出现故障，就要及时的采用采用手动或者是自动的方式对贡品旁路进行切换，手动旁路是一种可以通过手动控制进行高压隔离的开关，手动控制在高压旁路中的应用较为广泛，因为本身结构较为简单，操作简单，成本较低，开关设置明显，应用在高压变频中之后，有利于高压变频器的检修。

4高压变频技术应用的具体措施

随着其他能源方式不断创新和发展，传统的火力发电将面临着越来越大的压力，火力发电厂要想在激烈的市场竞争中站住脚，就必须提高火力发电的使用率，在符合国家节能减排的规范要求的同时，减少火力发电的成本投入，采用高压变频技术就能够很好的解决以上的问题。

4.1安装和调试变频设备的具体措施

传统的设备运行方式是采用了一拖二二拖三的方法，这样的方法在很大程度上增加了设备的回路难度，为了减少设备运行回路变频和工频之间故障出现的频率，在对设备进行安装的过程中要主义防范措施。

4.2合理设置变频器和上级开关保护功能

变频器在运行的过程中经常会出现跳闸的现象，为了防止这种现象的发生，一般的在事故按钮上采用一拖二的方法，在事故按钮上安装两个电源断路器，一般的选取两个节点，在一个节点上使用工频跳闸回路，在一个节点上使用变频跳闸回路。这样不论出现何种情况，都能很好的预防跳闸现象的发生。

4.3设计可靠的风机和控制电源

为了保障设备的正常运行，就要保证变频器电流输入值趋于正常，如果输入电流变化较大，就容易出现跳闸的事故，所以为了防止这种现象的发生，要对设备进行不间断的检测和维修，为设备提供充足的电能。

5结语

第14篇

矿山按产品类型可分为煤矿、金属矿和非金属等;按采掘方式可分为露天开采矿山和地下开采矿山两大类。本文主要介绍变频调速器在金属矿山中的应用的现状和应用前景，对煤矿亦有参考价值，因为露天煤矿和露天金属矿开采方式和生产设备基本相同，地下矿山除需要考虑设备的防爆问题外，大部分生产设备也与金属矿大同小异。露天采矿和地下采矿所用的生产设备有很大不同。

露天矿山是以大型设备为主要特点，要求优良的电气传动系统，以保证这些大型设备的高效率运行。露天矿山的这些大型设备包括用于穿孔的牙轮钻机，用于装载矿、岩石的电铲(挖掘机)，用于运输矿、岩石的大型汽车等。它们都要求电气传动系统具有良好的调速性能，目前这些大型设备大多采用直流调速传动系统。

地下矿山的生产较露天矿山复杂。由于井下生产的空间窄小，使生产设备环境潮湿、阴暗，粉尘大、噪音大、振动大、并有塌方的危险，工作条件十分恶劣。因此，井下生产设备的体积受限，这些设备以小型化为主，体积小、重量轻，对电气传动的要求不高。但提升、排水、通风、压气等固定设备是地下矿山的要害部门，也是耗电大户，因此，这些设备的安全运行和节能就显得至关重要。

根据我们多年来从事矿山电气传动的经验及在矿山进行变频调速的应用实践，我认为，在矿山应用变频调速技术对于提高矿山生产设备的效率，节约电能都是至关重要的。但遗憾的是在矿山应用变频调速技术还很不普遍，除了因变频器的投资问题外，与人们对变频器的认识不夠有关，也与不能正确了解矿山设备对变频器的特殊要求、不能正确地应用变频器、因此所带来的负面影响有很大关系。

本文主要介绍目前矿山应用变频器的状况，矿山设备对电气传动的特殊要求，以及如何正确地选用变频器等。

2变频器在露天矿山设备中的应用

2.1电铲

电铲用于装载矿岩，其工作条件非常恶劣，特别是在爆破不好的情况下挖根底作业，经常出现过大的冲击载荷，甚至堵转。因此，电铲对电气传动系统就有较高的要求:要求电气传动系统的机械特性曲线的包络面积大，有足够的有用功率;要求有良好的调速性能，能四象限运行，能快速地进行加、减速和反转，动态响应速度快;要求系统制动性能好，并能回收能量;要求系统运行可靠，维修方便等。由于电铲对电气传动系统的这些特殊要求，所以，我国电铲目前应用的电气传动系统主要还是直流传动系统。例如:WK-4M、WK10、WD-1200和195-B等型号的电铲都是采用直流发电机-直流电动机系统(简称机组系统);从美国Harnischfeger公司引进制造的P&H-2300XP和P&H-2800XP型电铲则是采用晶闸管变流器-直流电动机系统(简称晶闸管直流系统)。虽然后者比前者技术先进，效率也有所提高，但这两种系统都还存在直流电机的固有的缺点，即维修工作量大、效率较低等。

自上世纪90年代后期，我国有个别矿山从美国B-E公司引进了变频器-鼠笼型电动机系统(简称交流变频调速系统)，这是全交流化的电铲电气传动系统。例如:385-B、295-BⅡ、290-BⅢ型电铲就是全交流化电铲，变频调速由德国SIEMENS公司开发、提供的电压型变频器。现以395-B电铲为例作一简要说明:高压交流电由电缆经集电环引入电铲，由1600kVA主变压器将6kV变为575V，由1950A的整流器将交流变为直流，经滤波后送入公共直流母线。在直流母线上有4台容量为750kVA的逆变器，其中2台并联供电给1台容量为1066kW的提升电动机;第三台逆变器供电两台容量各为243kW的回转电动机;第四台逆变器供电给容量为294kW推压电动机。当某工作机构处于再生制动工作时，逆变器将再生制动能量反馈到公共直流母线上，可供其它工作机构使用，使能量得到充分利用。使用不完的制动能量，可以通过制动电阻消耗掉。

实践证明，交流变频调速电铲和前两种直流调速电铲相比，具有节约电能、调速性能好、可靠性高、维护量小、生产效率高、功率因数高(0.95以上)等优点，是公认的电铲电气传动系统的发展方向。

2.2变频器在牙轮钻机中的应用

牙轮钻机是露天矿山、尤其是大型露天矿山的主要穿孔设备。为使牙轮钻机在不同的岩层中都能保持较佳的钻进状态，要求钻机的回转机构能根据岩层的性质进行无级调速。钻机的提升/行走机构也需要无级调速。目前，牙轮钻机的回转机构和提升/行走机构一般都是直流电动机传动。主要有三种调速装置:(1)采用晶闸管直流调速装置的牙轮钻机有:YZ-55，YZ-35和YZ-12型;(2)采用大功率磁放大器调速装置的有KY-250型牙轮钻机和从美国进口的45R型牙轮钻机;(3)采用直流发电机组调速装置的有从美国进口的60R型牙轮钻机。

牙轮钻机上应用变频调速技术不仅是为了节能，更重要的是为了提高钻机的生产效率，降低维修工作量。回转机构电动机安装在钻杆的顶端，工作条件异常恶劣，以往使用的直流电动机经常损坏，维修工作量大，影响牙轮钻机的正常作业和效率的提高。因此采用坚固耐用的交流鼠笼型电动机代替直流电动机，用变频调速装置代替直流调速装置，就成为人们公认的牙轮钻机电气传动的发展方向。在牙轮钻机上应用变频调速技术的难点在于:钻机的转机构等对调速装的性能要求高，因为由于岩层地质条件的不同，钻机在钻进工作时有可能被卡钻，使回转机构堵转，这就要求调速装置的机械特性曲线具有挖土机特性，并具有立即反转和立即重新起动、钻进功能;牙轮钻机振动大，对调速设备的防振要求高。变频调速在牙轮钻机中的应用首先是由美国B-E公司在55R型牙轮钻机上应用。我国矿山的牙轮钻机的变频调速还在开发试验之中，尚未在推广应用。

2.3电动轮汽车的电气传动

目前，大型露天矿山的运输主要是采用无轨运输，而主要运输设备是大型汽车，特别是电动轮汽车成为了大型露天矿山的主要运输设备。这是因为电气传动比机械传动有更多的优点。如调速性能好，响应速度快，调速平滑无冲击;可实现恒功率调节，能充分利用柴油发动机的功率，耗油少;制动安全，牵引特性好等。目前，世界各国大型露天矿，包括我国的大型露天矿都普遍采用电动轮汽车。我国自1975年以来，引进了不少电动轮汽车，并成功研制开发了SF3102型100t和LN-3100型108t电动轮汽车，与美国UnitRig公司合作制造了MARK-36型154t电动轮汽车。

电动轮汽车的电气传动系统主要有柴油发动机带动的直流发电机-直流电动机系统和柴油发动机带动的交流发电机-交流电动机系统，它通过控制发电机的励磁来控制电动机的转速。随着变频调速技术的发展，人们也在探讨将变频调速技术应用于电动轮汽车电气传动的可能性。但目前尚未见到成功的先例。不过，作为大型露天矿山的主要运输设备的电动轮汽车，人们会继续努力，研究将变频调速技术应用于电动轮汽车，以进一步改善其调速性能，提高其运输能力。

3变频器在地下矿山中的应用

3.1变频调速技术在矿井提升机中的应用

矿井提升机是地下矿山运输的主要设备。它是用一定的装备沿井筒运出矿石、废石、升降人员及材料、设备等运输环节。矿井提升设备按井筒倾角可分为竖井提升设备和斜井提升设备;按提升容器可分为罐笼提升机和箕斗提升机等;按提用途可分为主提升机(专们或主性提升矿石，一般称为主井提升机)，副井提升机(提升废石、升降人员、运送材料和设备等，一般称为副井提升机)和辅助提升机(如天井电梯、检修提升等)。

矿井提升是地下矿山生产的咽喉，所以，无论哪种提升机，对电气传动的要求都很高，因为电气传动系统性能的优劣，可靠性的高低，都直接关系到矿山生产的效率和矿山生产的正常进行。对矿井提升机电气传动系统的要求是:有良好的调速性能，调速精度高，四象限运行，能快速进行正、反转运行，动态响应速度快，有准确的制动和定位功能，可靠性要求高等。

目前，我国地下矿山矿井提升机的电气传动系统主要有:对于大型矿井提升机，主要采用直流传动系统，有采用直流电动机-直流发电机系统和晶闸管变流器-直流电动机系统;这两种系统都存在着直流电动机固有的缺点，如效率不高，维修工作量较大等。对于中、小型提升机，则多采用交流电气传动系统，如采用交流绕线式电动机，使用电机转子切换电阻调速，这种电气传动系统虽然设备简单，但它是有级调速，调速性能差，效率低，大量的电能消耗在电动机转子电阻上，而且可靠性也差。

将变频调速技术应用于矿井提升机是矿井提升机电气传动系统的发展方向。我国已有几台大型矿井提升机采用交-交变频调速系统，取得了很好的效果，但其缺点是功率因数不高，谐波大，需加谐波和功率因数补偿装置。随着变频调速技术的发展，交-直-交电压型变频调速技术已开始在矿井提升机中应用。例如国外已有矿山将有源前端三电平变频器应用于矿井提升机上，据介绍，采用这种变频调速的交流提升机可以克服直流调速系统和交-交变频调速系统的缺点，是提升机电气传动的发展方向。对于小型交流提升机已有成功应用变频器的实例，如山东风光电子有限公司和东营市东萃科技有限公司合作开发的变频器，成功地应用于山东宁阳县华宁煤矿的380V,180kw的交流提升机上。

3.2变频调速技术在空压机中的应用

空气压缩机是地下矿山生产的重要设备之一，它生产压缩空气，用以带动风动凿岩机、风动装岩机等设备以及其它风动工具，其耗电量在矿山总耗电量中占有相当大的比重。深入分析空气压缩机的电能消耗情况，找出节能潜力，实现空气压缩机的节能运行，将会降低矿山生产成本，提高其经济效益。现以凡口铅锌矿为例说明:

凡口铅锌矿坑口空压机站共有6台空气压缩机，其中4台为日本日立空气压缩机。4台日立压缩机型号:BTD2，排气压力7kg/cm2，排气量103m3/min属两级压缩活塞式压缩机，其拖动电机型号EFOU，额定功率450kW，额定电压380V，额定电流892A，采用Y/Δ降压起动方式;2台国产空气压缩机(活塞式空气压缩机)，其拖动电机为高压(6kV)同步电动机。6台空气压缩机采用并联运行方式。一般情况下，只运行2～3台(其中一台国产空气压缩机)其余的空气压缩机作为备用。空气压缩机站的容量是按最大排气量并考虑备用来确定的，然而在实际的使用过程中，用气设备的耗气量是经常变化的，当耗气量小于压缩空气站的排气量时，便需对空气压缩机进行控制，以减少排气量使之适应耗气量的变化，否则空气压缩机排气系统的压力会升至不能允许的数值，使空气压缩机和用气设备的零部件负载过大，并有发生爆炸的危险。凡口铅锌矿4台日本日立空压机采用的是多级压力节流进气控制方式:即当压力低于6.2Mpa时,打开全部进气阀,压缩机组以100%负荷率状态运行;当压力达到6.2~6.5Mpa时关闭隙阀，压缩机组以75%负荷率运行;当压力达到6.8~7Mpa时,关闭一个进气阀,压缩机组以50%负荷率运行,当压力达到7Mpa时关闭所有进气阀,压缩机组进入空载运行状态.由于活塞式空气压缩机的起、停有着严格而复杂的规程，不允许频繁起停。为了满足井下用气量的变化，一般由调度人员根据井下用气量的时间变化特点,把一天分为几个时段，每一个时段需要开的空压机台数由该时段内最大用气量决定。在该时段内，空压机不允许增开或停开(特殊情况除外)。地下矿金属矿山的空压机站多采用这种方式，但这种控制方式很显然存在一些比较大的缺点:

(1)据统计，压缩机组75%负荷运行率为41%，50%负荷运行率为14%。无论空气压缩机是处于75%、50%还是空载运转状态，管网压力较正常供气压力要高，井下用气量很显然要小于供气量，而这时各台空气压缩机仍然全速生产压缩空气，带来了不必要的电能浪费。

(2)节精度低，在某一进风量工作状态下压力波动大，特别在生产用风量变化频繁时期内(用风量大且变化频繁)，不能稳定风压;

(3)阀门动作值在一次整定后经常会变，有时会使整个压风系统工作压力偏高，增大了单位压风量的功耗;

(4)当空压机运行在75%、50%进气量的工作状态下，进气流速增大，造成进气过程压风量的损失，降低了压风机的效率。

因此有必要对现有的调节方式进行改进，以节约电能，提高空压机的运行效率。我院和凡口铅锌矿合作，用变频调速对其空压机站进行技术改造。

空压机恒压自动控制变频调速系统结构如图1所示:

空压机恒压自动控制变频调速系统可实现对5#空压机和6#空压机的轮换控制。5#空压机和6#空压机均可由新老两套系统拖动，这样做有两个目的:伒5#空压机出现故障需要检修时，新系统可迅速切换到6#机，以提高恒压控制变频调速系统的利用率;当新系统出现故障需要停车检修时，能够很快地投入老系统运行，不致于影响正常生产;当管网压力超出恒压调节范围时，系统发出增开或者减开一台空压机。

系统于1999年4月2日在凡口铅锌矿通过了验收，正式移交生产使用，系统运行十分正常，满足了生产的需要，达到了预期的目的。本系统的目的是为了节能，根据广州金粤节能服务站对本系统做的节能测试:采用本空气压缩机恒压控制变频调速系统平均每天节电量2226kWh。按照年工作日330天计，则采用恒压控制变频调速系统每年可节电734629kWh，按照凡口铅锌矿现行电价0.7元/kWh计，每年可节约电费51.42万元。本系统总共投资98万元，两年内即可收回全部投资。本系统应用的成功为活塞式空气压缩机的节能运行提供了重要的新手段，对于企业节能降耗，提高企业经济效益有重要意义，有广阔的推广应用前景。

3.3变频调速技术在矿井通风机中的应用

矿井通风机是地下矿山生产的主要用电设备之一，其节能运行在矿山节电中占有重要的地位。矿井通风机一般采用异步电机或同步电机拖动，恒速运转，一般容量大，电机供电电压高(6kV或10kV)。

矿山建设的特点是:巷道逐年加深，产量逐年增加，所需的通风量逐年上升。但矿井通风机在设计选型时，往往是按最大开采量时所需的风量为依据的，一般都留有余量，因此矿井在投产后几年甚至十几年内，矿井通风机都是处在低负载下运行。此外，通常矿山井下作业不均衡，一般夜班工作人员少，所需风量也小，在节假日时，可能只有泵房等固定的井下场所的值班人员工作。尽管井下人员少，但也得照常向井下送风，矿井通风机一般不调节风量，若要调节风量时，传统的方法是调节档板。这种办法虽然简单，但从节能的观点看，是很不经济的。图2所示为几种调节风量的方法节电比较。

图2中:1—挡板法;2—前导器法;3—液力耦合器;4—绕线电动机切换转子电阻调速法;5—变频调速法。

由图2可见，变频调速法在各种风量调节方法中是最理想、最有效、最节能的调节方法。有关变频调速技术在矿井通风机中的应用，仍以凡口铅锌矿为例说明。

该矿的矿井通风机都采用高压电机传动，有高压同步电机和高压异步电机两大类。由于矿井通风机是矿山的耗电大户，节电潜力很大，但它又是高压电机传动，实现变频调速有一定困难。于是，长沙矿山研究院与凡口铅锌矿、冶金自动化研究院等单位合作，以老南风井的6kV，800kW同步电机传动的矿井通风机为对象，研制开发了同步电机直接高压变频器。1997年8月投入运行，并于1998年4月28日通过了中国有色金属工业总公司的技术鉴定，获得了部级科技进步二等奖。这是国内第一台同步电机直接高压变频器，节电效果十分显著。新南风井的矿井通风机采用6kV,880KW高压异步电机传动，高压变频器采用SIEMENS公司的SIMOVERTMV型三电平高压变频器。于2002年9月投入运行，节电效果也是十分显著的。下面分别简要介绍这两种高压变频器。

(1)同步电机直接高压变频器

同步电机高压变频器主要有两类，即他控式变频调速系统和自控式变频调速系统。他控式变频调速系统所用的变频装置是独立的，其输出频率直接由速度给定信号决定，属速度开环控制。自控式变频调速系统可以使同步电机不存在失步和振荡等问题，所以一般都采用自控式运行。

我们与有关单位合作研制开发的这种同步电机直接高压变频调速装置是采用交-直-交电流型变频调速系统，属自控式变频调速系统，它由变频器、同步电机、转子位置检测器以及控制系统组成。变频器主电路采用晶闸管串联组成的高压阀串作为功率元件，它是利用同步电机的反电势来关断逆变器的晶闸管，它没有强迫换流电路，因而主电路结构简单。变频器的框图如图3所示。

图3中，硬件全套设备由高压开关切换柜(图中未表示出)、整流柜、逆变柜、励磁柜、控制柜、操作台及交流进线电抗器、直流平波电抗器、转子位置检测器、光电编码器等到部分组成。

根据凡口矿生产的情况需要，本高压变频器按周期性的固定频率运行，早班(7:00~16:00)变频装置运行在40Hz，中班(16:00~19:00)运行在35Hz，在19:00~20:00期间为放炮时间，变频器运行于40Hz，20:00~23:00运行在35Hz，23:00~24:00期间为放炮时间，变频器运行于40Hz，0:00~3:00井下作业人员很少运行于28Hz，3:00~4:00期间为放炮时间，变频器运行于40Hz，4:00~7:00运行于28Hz。

经广州金粤节能服务站的节能测试及能量平衡测试，以及凡口矿老南风井的实际记录，在正常生产期间，节电率达42%;节假日时变频器运行于28Hz，节电率达73%。年节电为192.3万kWh，在不到一年的时间内，就由节电费用收回到了高压变频器的全部投资，经济效益十分显著。

(2)异步电机三电平高压变频器

在成功研制开发了老南风井同步电机直接高压变频器的基础上，根据深部开采的需要，对新南风井的矿井通风机进行改造，我院和有关单位合作，经过论证，最终决定采用引进WOODS轴流式风机和Siemens公司的SIMOVERTMV三电平高压变频器。该变频器的原理图如图4所示。

但SIEMENS公司实际提供的这种三电平高压变频器的系统如图5的框图所示。

由图5可见，6kV高压电源经三绕组降压变压器降压，2组二次侧绕组(接法、Y)，电压各为1.2kV，经各自的6脉冲整流桥整流成直流，直流电压为3240V(正负电压各为1620V)经三电平逆变器变频变压，可输出频率可变的0~2300V的三相交流电压;经滤波器滤波后，再经升压变压器升压至6kV，供给6kV高压电动机调速。

新南风井高压变频器原订为直接高压变频器，但由图5可见，这实质上是一台高低高式高压变频器，因为它不仅有降压变压器，而且也有升压变压器。不过经我们对其进行了计算机仿真，其结果表明，尽管它是高-低-高式高压变频器，但并不影响它在生产中的应用。

根据凡口矿目前的生产情况，高压变频器的运行情况是:白班和中班，高压变频器运行于40Hz，在晚班，由于井作业人员很少，高压变频器则运行于30Hz，在节假日，则运行于更低的频率。据此，计算出节电效果，年平均节电为56%，年节电357.9万kWh，节电效果显著达到了原计划的节电目标。

3.4关于球磨机、井下排水泵等是否可用变频调速的问题

球磨机、井下排水泵等设备容量大，都是矿山的高耗能设备。对于这些设备是否可以采用变频调速来实现节能运行呢？我认为，在这些设备上采用变频调速是达不到节能目的的。

我们应某金矿的委托，采用变频器对球磨机进行调速节能试验。当变频器的输出频率调整到48Hz和45Hz时，球磨机的电能消耗虽有所降低，但磨矿质量有很大降低，此时球磨机的出矿粒度由原来不调速时的300目粒度占99%，分别下降到90%和58%。可见这种工艺、设备条件下，不宜采用变频调速节能运行。

另外，我看到有的文章说，变频器用于井下排水泵站的节能[3]。我认为，这是不现实的。因为任何矿山为排出井下的涌水，都在井底设有水仓。值班工人根据水仓水位确定开仃水泵及开仃几台水泵，因此它不需进行流量的调节。所以，它不需要采用变频器。对于地面生活供水或工业供水的泵站，由于需要根据用水量的多少来调节供水量，在这种情况下，采用变频调速以调节流量，可达到节能的目的。

在矿山中，还有一些小型设备可以采用变频调速节能，如螺旋给料机、沙泵等，在此就不一一介绍了。

4选择变频器应注意的事项

变频器，特别是高压变频器价格昂贵，如选择不当，达不到节电和提高生产效率的目的，以致造成浪费和不必要的麻烦和损失。在这里，提供一些选择变频器的意见，供参考。

4.1根据工艺要求选择变频器

(1)电机调速虽是风机、水泵节能的有效途径，但并非凡是风机、水泵都能采用调速节电。对于工艺参数基本稳定，不需要调速的风机、水泵可以采用高效节能电机和高效节能风机，以提高系统效率。对于已建成而配置不合理的风机可以通过采用更换电机，调节叶片角度等方法达到节电的目的。选择调速节能时应注意:风机、水泵的转速变化范围不宜太大，通常最低转速不少于额定转速的50%，一般调速范围在100%~70%之间为宜，因为当转速低于额定转速的40%~50%时，风机、水泵本身的效率明显下降，是不经济的;调速范围确定时，应注意避开机组的机械临界共振转速，否则调速至该谐振频率时，将可能损坏机组。

(2)进行可行性分析

在选择要进行的变频调速的设备对象以后，应从提高效率或提高产品质量的需要情况，从节约电能的情况进行分析、计算，并与变频器的投资进行比较，计算出变频器的投资回收期。一般来说，如能从节约的电费或从提高产品质量、提高效率等方面所得的收益中，在两年内偿还变频器的投资，都应认为是可行的。同时还应分析外部条件是否满足变频器的使用要求。

(3)变频器的可靠性

变频器的可靠性如何，直接决定了变频器能否成功地应用于生产。这是选择哪种变频器的首要条件。有的矿山所购买的变频器可靠性不高，加之自身的维修技术力量不强，变频器出了故障，只好仃下，甚至弃用。造成损失，同时也为变频器的继续推广应用带来负面影响。

(4)根据生产厂家提供的技术规格和技术参数来选择变频器在按工艺要求、电源条件、场地及容量等选择了变频器方案后，再具体到选择哪个厂家的哪种高压变频器。在选择变频器时可以根据厂家提供的产品样本等技术资料及报价表来选择。

变频器的制造厂家和经销商都会向准备购买变频器的用户提供样本及报价。在样本中，厂家公开说明其产品种类、特性、技术指标和特点，用户在订货前通过对产品样本资料可以对其产品有大概了解。因此对产品样本的阅读和了解是比较各厂家变频器性能的重要依据。

4.2主要应考虑的技术规格和技术参数

(1)型号

各厂家生产的变频器的型号多是系列号和容量的组合，通过对型号和规格得了解，

可以确认该厂家生产的品种，对用户来说，不一定会使用到全系列的变频器，但可以从型号、规格、所采用的功率元件、控制技术等方面判断厂家的实力和生产态势，甚至可以从一个方面判断其产品质量。产品品种齐全，容量覆盖范围大，功率元件及控制技术先进的厂家，一般来说其实力强，生产态势好，产品质量一般来说也会有较好的保障。

(2)效率

变频器效率的高低，直接关系到变频器调速节能的多少，因为在变频器运行时，变频

器本体也要消耗一部分电能。一般来说直接高压变频器的效率都可达到0.97~0.98,而高-低-高式高压变频器由于多一个变压器的损耗，使其系统效率有所降低。

(3)功率因数

在整个调速范围内，功率因数的变化是一项重要指标。最好是在整个调速范围内功率因数都保持在0.95以上，以使其符合国家标准GB3485-83的标准，这只有电压型变频器和IGBT单相变频器串联的高压变频器能够满足此项规定。而电流型变频器较难满足这项要求。

(4)谐波

国家对电网谐波有严格要求。限制用户非线性谐波设备注入电网的谐波电流，是限制电网电压正弦波畸变的关键。所用的高压变频器的谐波(即装置对电网产生的谐波)必须符合国标GB/T14549-93“电能质量、公用电网谐波”的规定，在国际上要符合IEEE-519标准的规定。对于电流型变频器如采用六脉冲整流，则5次、7次谐波都超过了这个标准，应采用12脉冲整流或附加谐波补偿措施。

(5)输出容量和额定输出电流

变频器输出容量以kVA或kW表示，它代表可以供给电动机的输出功率。用kW表示时，一般以四极标准电机为基础考虑;用kVA表示，需进行核算。额定输出电流是在额定电压下变频器能够连续输出的电流值。在以输出容量为标准选择了变频器以后，还应对额定输出电流进行核算，以使电动机的额定电流不要超过变频器的额定输出电流。

(6)率范围

由最低使用频率和最高频率定义调速范围。最低使用频率的意思与起动频率不同。起动频率很小时，并不一定能使电机从该频率起动。变频器要对最高频率设定，对风机、水泵的最高频率应设定(即箝位)在50Hz，所有的变频器都可满足这个要求，在选择变频器时可不作考虑，但使用中需注意此点。

(7)电源容量和允许电压变化范围

供给变频器的电源容量应足够大，电源电压变化范围应在变频器允许的范围。用户在选择变频器时应根据自己电网容量及电网电压的变化情况，对变频器进行选择。曾有一个矿山因电压波动范围超过了变频器的允许范围，而使变频器不能正常应用。

(8)保护功能

变频器样本中一般表明其保护功能，这是为了检测出变频器的异常情况和防止外部原因及内部异常对变频器造成损害，保护变频器正常运行和变频器安全可靠。因此保护种类是否齐全、完善，从一个方面反映变频器质量和运行的安全可靠性。

(9)价格

变频器价格是用户最关心的问题之一，用户应了解厂家或经销商所报出的价格的具体含义和具体内容，及服务内容，以及任选件价格等。还应与其它厂家的变频器进行综合比较。

5结束语

《中华人民共和国节约能源法》第39条，已将变频调速技术列为通用节能技术加以推广。在矿山推广应用变频器节能是重要目的之一，如风机、水泵;同时也有提高生产效率、降低维修工作量、提高产品质量等目的，如电铲、牙轮钻机、矿井提升机等。在矿山应用变频器和其它工业部门有相同之处，也有不同之处，如电铲、牙轮钻机、矿井提升机等设备应用变频器有一豺特殊要求，所用的变频器还有一些技术开发工作要做。建议有关科研院所、变频器生产厂家和矿山用户共同合作，开发我国矿山设备使用的变频器。

本文的目的在于抛砖引玉。由于作者的水平有限，资料不够，经验不足，所述内容错误之处在所难免，所论观点也属一孔之见，欢迎读者和朋友们批评指正。

参考文献

[1]采矿手册[M].冶金工业出版社,1991,(6).

第15篇

关键词： RS485；PLC；变频器；串行通信；计算机论文 

中图分类号： TN773 文献标识码：A 

1 PowerFlex 400P变频器中Modbus的应用 

1.1通信设置 

硬件连接好后，要激活变频器与外部设备之间的Modbus通信，需要设置如下参数（见表1）。 

1.2 技术参数 

2 S7-300 PLC中Modbus的应用 

S7-300PLC本身不支持RS485通信，需要通过串行通讯模板CP341来实现。 

2.1 Step7组态设置 

进入硬件配置画面，双击CP341模板，点击Parameter…配置参数，在Protocol选型中选择MODBUS Master，参照变频器设置波特率、数据位、停止位、奇偶校验等内容，设置好后需要通过Load Drivers装载到PLC中。 

2.2 程序设计 

本文主要采用Modbus主站轮询方式通过FB7/FB8功能块进行读取/发送数据。其中轮询方式采用如图3所示。在系统初始化完成后，手动启动第一次轮询作业，先轮询1#从站。给1#从站发送查询请求后，等待1#从站的响应，如果在指定的延时时间内接收到1#从站返回的数据，则执行2#从站。如果在指定时间内不能接收到从站的返回数据或接收错误，则跳过本站，执行下一个从站。