变频调速技术论文

变频调速技术论文

　　在石油、石化、煤液(气)化等装置中部分机组驱动电动机需要通过变频器调速控制,这是学习啦小编为大家整理的变频调速技术论文，仅供参考!

　　变频调速技术论文篇一

　　浅谈电机变频调速技术

　　【摘要】为了降低矿井的生产成本，提高电机系统效率，目前越来越多的煤矿在进行中、高压电动机变频调速的技术改造。采用这种先进的电机变频调速技术，改善风机、泵类系统电机的调节方式，逐步淘汰闸板、阀门等机械节流调节方式，重点对大中型变工矿电机系统进行调速改造，合理匹配电机系统，减少资源浪费。

　　【关键词】变频调速 交流电动机

　　一、绪论

　　(一)变频调速技术简介。

　　变频调速技术是一种以改变交流电动机的供电频率来达到交流电动机调速目的的技术。电机有直流电机和交流电机。直流机调速容易实现，性能好，因此过去生产机械的调速多用直流电动机。但直流电机由于采用直流电源，它的滑环和碳刷要经常拆换，故费时费工，成本高，给人们带来太大的麻烦。因此人们希望让简单可靠廉的交流电机也像直流电动机那样调速。这样就出现了定子调速、变极调速、滑差调速、转子串电阻调速、串极调速等交流调速方式。

　　(二)国内研究现状。

　　我国是一个能源生产大国，但我国同时也是一个能源匮乏国，随着能源危机的加重，各行各业都应该实现节能减排。工矿企业作为能耗企业，如果实现节能减排则显得尤为重要。异步电动机作为这些企业的主要动力设备，所以实现异步电动机的节能就是实现企业的节能。变频器作为一种新型节能减排技术则得到了广泛的应用。

　　二、交流电动机调速

　　(一)交流变频调速技术的发展。

　　交流电动机的调速系统是一项以大功率电力电子器件为基础的新型技术学科在过去的十几年间由于大功率电力电子器件的不断出现，使交流电动机的调速技术取得了很大的发展。

　　1.交流电机

　　交流电机是用于实现机械能和交流电能相互转换的机械。由于交流电力系统的巨大发展，交流电机已成为最常用的电机。交流电机与直流电机相比，由于没有换向器，因此结构简单，制造方便，比较牢固，容易做成高转速、高电压、大电流、大容量的电机。交流电机功率的覆盖范围很大，从几瓦到几十万千瓦、甚至上百万千瓦。

　　2.直流电机

　　直流电机的结构应由定子和转子两大部分组成。直流电机运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为电枢，由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。

　　(二)交流调速的方式。

　　异步电机得调速方法可以有改变转差率，改变磁极对数及变频三种。其中改变转差率的方法又可以通过调定子电压，转子电阻转差电压以及定、转子供电频率等方法来实现。

　　1.串极调速

　　它是将绕线式异步电动机的转差功率回馈到电网的一种比较经济的调速方法，可以又低同步及高同步两种串调方式。

　　2.矢量变换控制调速

　　它是模拟直流电及得控制特点来进行交流机的控制。

　　3.变频调速

　　它是一种最有发展前途得一种调速方式，其调速花样繁多。

　　三、变频调速原理

　　(一)异步电机变频调速原理。

　　交流调速是通过改变电定子绕组的供电的频率来达到调速的目的的，但定子绕组上接入三相交流电时，定子与转子之间的空气隙内产生一个旋转的磁场，它与转子绕组产生感应电动势，出现感应电流，此电流与旋转磁场相互作用，产生电磁转矩。使电动机转起来。电机磁场转速称为同步转速，用n0表示：

　　式中：f为三相交流电源频率，一般是50Hz;

　　为磁极对数。当p=1时，n0=3000r/min;p=2时，n0=1500r/min。

　　由上式可知磁极对数p越多，转速n0就越慢，转子的实际转速n比磁场的同步转速n0要慢一点，所以称为异步电动机，这个差别用转差率表示：

　　在加上电源转子尚未转动瞬间，n=0，这时s=1;启动后的极端情况n=n0，则s=0，即在0～1之间变化，一般异步电动机在额定负载下的 s=1%～6%。综合(3-1)和(3-2)式可以得出：

　　由式(3-3)可以看出，对于成品电机，其极对数已经确定，转差率的变化不大，则电机的转速与电源频率成正比，因此改变输入电源的频率就可以改变电机的同步转速，进而达到异步电机调速的目的。

　　(二)电动机变频调速方案的。

　　从经济角度来讲，煤矿的大容量风机、泵类负载采用高压变频调速合理性很强，可以在节能过程中逐渐收回成本。大功率的异步电动机，现有的变频器系统有两种调速方式：“高――高”，“高――低――高”。

　　1.高――低――高变频调速系统

　　采用两级变压的方式。先降压，经过降压变频器，再升压，该模式对电力电子器件的要求降低。

　　2.高――高变频调速系统

　　采用多个功率单元模块串联，直接高压变频转换。这种方式节省了升压、降压变的投资及带来的损耗，提高了效率。采用高压变频器的大容量电动机系统一般都采用高――高模式。该调速系统由于采用了桥式整流电路，在整个调速系统中功率因数较高，不需要装设功率因数补偿装置，又因为高――高变频调速系统采用多重化脉冲控制，通过模块输出串联叠加消除高次谐波的影响。

　　高――高变频调速系统改善了系统的动态特性，变频器中逆变器的输出频率和电压，都在逆变器内控制和调节，因此调节速度快，调节过程中频率和电压配合好，动态性能好。此外，高-高变频调速系统有很好的对负载供电波形。变频器的逆变器输出电压和电流波形接近正弦波，从而降低了由于矩形波供电引起的转矩降低问题，从而改善了电动机的运行特性。

　　综上所述，高――高调速系统比高――低――高调速有着明显的优势，由于高――高调速系统是针对高――低――高调速系统缺陷研制的新一代调速系统，所以该调速系统是以后的发展趋势。

　　变频调速技术论文篇二

　　变频调速技术的应用

　　摘要： 本文简要介绍了变频器的种类、特点、选择和注意事项。

　　Abstract： The paper deseribes the classifications， performance， choices for product， and peripheral devices design need to be notices of inverter.

　　关键词： 变频器;种类;特点;选择

　　Key words： inverter;classifications;feature;choices

　　中图分类号：TM3 文献标识码：A 文章编号：1006-4311(2012)29-0040-03

　　0 引言

　　变频调速技术近年来在我国得到了突飞猛进的发展，由于变频调速技术在调速范围、调速平滑性、静差度、动态响应、功率因数、智能控制、节约电能等方面具有的优异性能，是目前交流电动机调速所采用的主要方式。它以体积小、重量轻、可靠性高、通用性强、适用范围广、操作简便、保护功能完善等优点，广泛应用于钢铁、化工、冶金、电力、石化、食品、医药、造纸、机械等领域。

　　1 变频器的应用分类

　　变频器应用非常广泛，根据具体应用情况可分为以下几种类型：

　　①节能、改善环境。风机、泵类、搅拌机、挤压机、精纺机、注塑机、中央空调系统、洗衣机、抽油烟机等系统的调速;

　　②提高设备效率。机械加工设备中高速电动机的高速运行控制;

　　③自动化控制、减轻劳动强度。搬运机械、加工设备、生产流水线、多台电动机联动等系统进行正反转控制、多段速度调节;

　　④提高产量、提高控制精度。机床、搬动机械、塑料机械、球磨机、研磨机、印刷机械等系统进行调速控制;

　　⑤减少设备维修、延长设备寿命。机床设备的主轴、纺纱机等系统进行无级调速;

　　⑥提高质量。切纸机、造纸机、拉丝机、纤维机械等轻工设备进行最佳速度控制、恒张力矢量控制;

　　⑦特殊要求的场合。恒压供水、供气、音乐喷泉等系统进行恒转矩、多段速自动控制。

　　2 变频器的选型

　　变频器的正确选用对于机械设备的正常运行至关重要。选择变频器时，首先要根据生产机械的类型、负载转矩的特性、调速范围、静差度、起动转矩、使用环境及系统的特殊要求，然后决定选用哪种控制方式和防护结构的变频器。当然所选用的变频器一定要是最合适的。也就是说所选用的变频器一定要能能够满足生产机械的实际工艺要求，并且具有最高的性价比。

　　2.1 生产机械的负载分类 由于生产机械的类型很多，根据生产机械的负载转矩特性将其分为以下种类型：

　　2.1.1 恒转矩负载 在这类负载中，负载转矩T■=C，与转速n 无关。而负载功率随着负载转速的升高而增加。如机床设备中的进给机构、传送带、搅拌机、挤压机等机构和起重机、电梯、提升机等负载都属于恒转矩负载。

　　在变频器驱动恒转矩负载性质的生产机械时，低速时要有足够大的输出转矩，并且要有足够大的过载能力。如果电动机在低速下长期运行，还必须要考虑电动机的散热问题，以防电动机温升过高。

　　2.1.2 恒功率负载 恒转矩负载的特点就是当转速变化时，负载从电动机吸收的功率为恒定值。即：

　　P■=T■Ω=T■■=■T■n=C

　　就是说，负载转矩与转速成反比。如金属切削机床中的主轴、造纸机、薄膜生产线中的卷取机、开卷机等都属于恒功率负载。

　　负载的恒功率性质是在一定的速度范围内而言，如果速度非常慢，在机械强度的限制下，T■无法一直增大，在低速下负载性质变为恒转矩负载。负载的恒功率区和恒转矩区在很大程度上影响着拖动系统方案的确定。直流电动机的弱磁调速就属于恒功率调速。

　　2.1.3 通风机类负载 这一类负载的特点是负载的转矩大小与转速的二次方成正比。功率与转速的三次方成正比。即：T■=kn■

　　各种风机、水泵、油泵都属于通风机类负载。

　　通风机负载通过变频器调速来调整风机的风量、流量，从而可以大幅度的节能。由于通风机类负载在高速时需要很大的功率，所以不应使这类负载超工频运行。

　　2.2 根据负载特性选取适当控制方式的变频器 变频器具有以下四种控制方式：

　　2.2.1 v/f控制方式 它的变频器可以同时控制变频器输出的电压和频率。在当v/f的值不变时，得到所需的转矩特性。用这种方式的变频器控制电路结构不复杂、成本也不高，多用于对精度要求较低的通用变频器。

　　2.2.2 转差率控制方式 这种控制方式要比v/f控制更先进，优点更多，它需要通过一个电动机上的速度传感器测出电动机的转速，构成闭环系统，速度调节器的输出为转差频率，电动机的实际转速与所需转差率之和决定了变频器的输出频率。用这种控制方式对电动机的电流进行控制，与前一种控制方式相比，在加减速特性和限制过电流的能力等方面都有明显的改善。

　　2.2.3 矢量控制方式 矢量控制是一种高性能的控制方式。其操作原理是，将异步电动机的定子电流分为产生磁场的电流分量(励磁电流)和与其垂直的产生转矩的电流分量(转矩电流)，并加以控制。它的名称的由来是因为它一定要同时控制异步电动机定子电流的幅值和相位，即定子电流的矢量，所以叫矢量控制方式。

　　2.2.4 直接转矩控制方式 直接转矩控制方式是交流拖动系统中具有革命性的电动机控制方式。不需要在电动机的转轴上安装脉冲编码器来反馈转子的位置，而具有转矩和转速。能在零速时产生满载转矩，电路中的PWM调制器不需要分开电压控制和频率控制，具有这种功能的变频器称为直接转矩控制变频器。

　　根据负载的转矩特性和控制系统对调速性能的基本要求选择能够满足控制系统要求的控制方式是变频选用过程中最重要的环节之一。