變頻調速技術論文

變頻調速技術論文

　　在石油、石化、煤液(氣)化等裝置中部分機組驅動電動機需要通過變頻器調速控制,這是學習啦小編為大家整理的變頻調速技術論文，僅供參考!

　　變頻調速技術論文篇一

　　淺談電機變頻調速技術

　　【摘要】為了降低礦井的生產成本，提高電機系統效率，目前越來越多的煤礦在進行中、高壓電動機變頻調速的技術改造。采用這種先進的電機變頻調速技術，改善風機、泵類系統電機的調節方式，逐步淘汰閘板、閥門等機械節流調節方式，重點對大中型變工礦電機系統進行調速改造，合理匹配電機系統，減少資源浪費。

　　【關鍵詞】變頻調速 交流電動機

　　一、緒論

　　(一)變頻調速技術簡介。

　　變頻調速技術是一種以改變交流電動機的供電頻率來達到交流電動機調速目的的技術。電機有直流電機和交流電機。直流機調速容易實現，性能好，因此過去生產機械的調速多用直流電動機。但直流電機由于采用直流電源，它的滑環和碳刷要經常拆換，故費時費工，成本高，給人們帶來太大的麻煩。因此人們希望讓簡單可靠廉的交流電機也像直流電動機那樣調速。這樣就出現了定子調速、變極調速、滑差調速、轉子串電阻調速、串極調速等交流調速方式。

　　(二)國內研究現狀。

　　我國是一個能源生產大國，但我國同時也是一個能源匱乏國，隨著能源危機的加重，各行各業都應該實現節能減排。工礦企業作為能耗企業，如果實現節能減排則顯得尤為重要。異步電動機作為這些企業的主要動力設備，所以實現異步電動機的節能就是實現企業的節能。變頻器作為一種新型節能減排技術則得到了廣泛的應用。

　　二、交流電動機調速

　　(一)交流變頻調速技術的發展。

　　交流電動機的調速系統是一項以大功率電力電子器件為基礎的新型技術學科在過去的十幾年間由于大功率電力電子器件的不斷出現，使交流電動機的調速技術取得了很大的發展。

　　1.交流電機

　　交流電機是用于實現機械能和交流電能相互轉換的機械。由于交流電力系統的巨大發展，交流電機已成為最常用的電機。交流電機與直流電機相比，由于沒有換向器，因此結構簡單，制造方便，比較牢固，容易做成高轉速、高電壓、大電流、大容量的電機。交流電機功率的覆蓋范圍很大，從幾瓦到幾十萬千瓦、甚至上百萬千瓦。

　　2.直流電機

　　直流電機的結構應由定子和轉子兩大部分組成。直流電機運行時靜止不動的部分稱為定子，定子的主要作用是產生磁場，由機座、主磁極、換向極、端蓋、軸承和電刷裝置等組成。運行時轉動的部分稱為轉子，其主要作用是產生電磁轉矩和感應電動勢，是直流電機進行能量轉換的樞紐，所以通常又稱為電樞，由轉軸、電樞鐵心、電樞繞組、換向器和風扇等組成。

　　(二)交流調速的方式。

　　異步電機得調速方法可以有改變轉差率，改變磁極對數及變頻三種。其中改變轉差率的方法又可以通過調定子電壓，轉子電阻轉差電壓以及定、轉子供電頻率等方法來實現。

　　1.串極調速

　　它是將繞線式異步電動機的轉差功率回饋到電網的一種比較經濟的調速方法，可以又低同步及高同步兩種串調方式。

　　2.矢量變換控制調速

　　它是模擬直流電及得控制特點來進行交流機的控制。

　　3.變頻調速

　　它是一種最有發展前途得一種調速方式，其調速花樣繁多。

　　三、變頻調速原理

　　(一)異步電機變頻調速原理。

　　交流調速是通過改變電定子繞組的供電的頻率來達到調速的目的的，但定子繞組上接入三相交流電時，定子與轉子之間的空氣隙內產生一個旋轉的磁場，它與轉子繞組產生感應電動勢，出現感應電流，此電流與旋轉磁場相互作用，產生電磁轉矩。使電動機轉起來。電機磁場轉速稱為同步轉速，用n0表示：

　　式中：f為三相交流電源頻率，一般是50Hz;

　　為磁極對數。當p=1時，n0=3000r/min;p=2時，n0=1500r/min。

　　由上式可知磁極對數p越多，轉速n0就越慢，轉子的實際轉速n比磁場的同步轉速n0要慢一點，所以稱為異步電動機，這個差別用轉差率表示：

　　在加上電源轉子尚未轉動瞬間，n=0，這時s=1;啟動后的極端情況n=n0，則s=0，即在0～1之間變化，一般異步電動機在額定負載下的 s=1%～6%。綜合(3-1)和(3-2)式可以得出：

　　由式(3-3)可以看出，對于成品電機，其極對數已經確定，轉差率的變化不大，則電機的轉速與電源頻率成正比，因此改變輸入電源的頻率就可以改變電機的同步轉速，進而達到異步電機調速的目的。

　　(二)電動機變頻調速方案的。

　　從經濟角度來講，煤礦的大容量風機、泵類負載采用高壓變頻調速合理性很強，可以在節能過程中逐漸收回成本。大功率的異步電動機，現有的變頻器系統有兩種調速方式：“高――高”，“高――低――高”。

　　1.高――低――高變頻調速系統

　　采用兩級變壓的方式。先降壓，經過降壓變頻器，再升壓，該模式對電力電子器件的要求降低。

　　2.高――高變頻調速系統

　　采用多個功率單元模塊串聯，直接高壓變頻轉換。這種方式節省了升壓、降壓變的投資及帶來的損耗，提高了效率。采用高壓變頻器的大容量電動機系統一般都采用高――高模式。該調速系統由于采用了橋式整流電路，在整個調速系統中功率因數較高，不需要裝設功率因數補償裝置，又因為高――高變頻調速系統采用多重化脈沖控制，通過模塊輸出串聯疊加消除高次諧波的影響。

　　高――高變頻調速系統改善了系統的動態特性，變頻器中逆變器的輸出頻率和電壓，都在逆變器內控制和調節，因此調節速度快，調節過程中頻率和電壓配合好，動態性能好。此外，高-高變頻調速系統有很好的對負載供電波形。變頻器的逆變器輸出電壓和電流波形接近正弦波，從而降低了由于矩形波供電引起的轉矩降低問題，從而改善了電動機的運行特性。

　　綜上所述，高――高調速系統比高――低――高調速有著明顯的優勢，由于高――高調速系統是針對高――低――高調速系統缺陷研制的新一代調速系統，所以該調速系統是以后的發展趨勢。

　　變頻調速技術論文篇二

　　變頻調速技術的應用

　　摘要： 本文簡要介紹了變頻器的種類、特點、選擇和注意事項。

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

　　關鍵詞： 變頻器;種類;特點;選擇

　　Key words： inverter;classifications;feature;choices

　　中圖分類號：TM3 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311(2012)29-0040-03

　　0 引言

　　變頻調速技術近年來在我國得到了突飛猛進的發展，由于變頻調速技術在調速范圍、調速平滑性、靜差度、動態響應、功率因數、智能控制、節約電能等方面具有的優異性能，是目前交流電動機調速所采用的主要方式。它以體積小、重量輕、可靠性高、通用性強、適用范圍廣、操作簡便、保護功能完善等優點，廣泛應用于鋼鐵、化工、冶金、電力、石化、食品、醫藥、造紙、機械等領域。

　　1 變頻器的應用分類

　　變頻器應用非常廣泛，根據具體應用情況可分為以下幾種類型：

　　①節能、改善環境。風機、泵類、攪拌機、擠壓機、精紡機、注塑機、中央空調系統、洗衣機、抽油煙機等系統的調速;

　　②提高設備效率。機械加工設備中高速電動機的高速運行控制;

　　③自動化控制、減輕勞動強度。搬運機械、加工設備、生產流水線、多臺電動機聯動等系統進行正反轉控制、多段速度調節;

　　④提高產量、提高控制精度。機床、搬動機械、塑料機械、球磨機、研磨機、印刷機械等系統進行調速控制;

　　⑤減少設備維修、延長設備壽命。機床設備的主軸、紡紗機等系統進行無級調速;

　　⑥提高質量。切紙機、造紙機、拉絲機、纖維機械等輕工設備進行最佳速度控制、恒張力矢量控制;

　　⑦特殊要求的場合。恒壓供水、供氣、音樂噴泉等系統進行恒轉矩、多段速自動控制。

　　2 變頻器的選型

　　變頻器的正確選用對于機械設備的正常運行至關重要。選擇變頻器時，首先要根據生產機械的類型、負載轉矩的特性、調速范圍、靜差度、起動轉矩、使用環境及系統的特殊要求，然后決定選用哪種控制方式和防護結構的變頻器。當然所選用的變頻器一定要是最合適的。也就是說所選用的變頻器一定要能能夠滿足生產機械的實際工藝要求，并且具有最高的性價比。

　　2.1 生產機械的負載分類 由于生產機械的類型很多，根據生產機械的負載轉矩特性將其分為以下種類型：

　　2.1.1 恒轉矩負載 在這類負載中，負載轉矩T■=C，與轉速n 無關。而負載功率隨著負載轉速的升高而增加。如機床設備中的進給機構、傳送帶、攪拌機、擠壓機等機構和起重機、電梯、提升機等負載都屬于恒轉矩負載。

　　在變頻器驅動恒轉矩負載性質的生產機械時，低速時要有足夠大的輸出轉矩，并且要有足夠大的過載能力。如果電動機在低速下長期運行，還必須要考慮電動機的散熱問題，以防電動機溫升過高。

　　2.1.2 恒功率負載 恒轉矩負載的特點就是當轉速變化時，負載從電動機吸收的功率為恒定值。即：

　　P■=T■Ω=T■■=■T■n=C

　　就是說，負載轉矩與轉速成反比。如金屬切削機床中的主軸、造紙機、薄膜生產線中的卷取機、開卷機等都屬于恒功率負載。

　　負載的恒功率性質是在一定的速度范圍內而言，如果速度非常慢，在機械強度的限制下，T■無法一直增大，在低速下負載性質變為恒轉矩負載。負載的恒功率區和恒轉矩區在很大程度上影響著拖動系統方案的確定。直流電動機的弱磁調速就屬于恒功率調速。

　　2.1.3 通風機類負載 這一類負載的特點是負載的轉矩大小與轉速的二次方成正比。功率與轉速的三次方成正比。即：T■=kn■

　　各種風機、水泵、油泵都屬于通風機類負載。

　　通風機負載通過變頻器調速來調整風機的風量、流量，從而可以大幅度的節能。由于通風機類負載在高速時需要很大的功率，所以不應使這類負載超工頻運行。

　　2.2 根據負載特性選取適當控制方式的變頻器 變頻器具有以下四種控制方式：

　　2.2.1 v/f控制方式 它的變頻器可以同時控制變頻器輸出的電壓和頻率。在當v/f的值不變時，得到所需的轉矩特性。用這種方式的變頻器控制電路結構不復雜、成本也不高，多用于對精度要求較低的通用變頻器。

　　2.2.2 轉差率控制方式 這種控制方式要比v/f控制更先進，優點更多，它需要通過一個電動機上的速度傳感器測出電動機的轉速，構成閉環系統，速度調節器的輸出為轉差頻率，電動機的實際轉速與所需轉差率之和決定了變頻器的輸出頻率。用這種控制方式對電動機的電流進行控制，與前一種控制方式相比，在加減速特性和限制過電流的能力等方面都有明顯的改善。

　　2.2.3 矢量控制方式 矢量控制是一種高性能的控制方式。其操作原理是，將異步電動機的定子電流分為產生磁場的電流分量(勵磁電流)和與其垂直的產生轉矩的電流分量(轉矩電流)，并加以控制。它的名稱的由來是因為它一定要同時控制異步電動機定子電流的幅值和相位，即定子電流的矢量，所以叫矢量控制方式。

　　2.2.4 直接轉矩控制方式 直接轉矩控制方式是交流拖動系統中具有革命性的電動機控制方式。不需要在電動機的轉軸上安裝脈沖編碼器來反饋轉子的位置，而具有轉矩和轉速。能在零速時產生滿載轉矩，電路中的PWM調制器不需要分開電壓控制和頻率控制，具有這種功能的變頻器稱為直接轉矩控制變頻器。

　　根據負載的轉矩特性和控制系統對調速性能的基本要求選擇能夠滿足控制系統要求的控制方式是變頻選用過程中最重要的環節之一。