變頻調(diào)速技術(shù)論文

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

　　變頻調(diào)速技術(shù)論文篇一

　　淺談電機變頻調(diào)速技術(shù)

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

　　【關(guān)鍵詞】變頻調(diào)速 交流電動機

　　一、緒論

　　(一)變頻調(diào)速技術(shù)簡介。

　　變頻調(diào)速技術(shù)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(diào)速目的的技術(shù)。電機有直流電機和交流電機。直流機調(diào)速容易實現(xiàn)，性能好，因此過去生產(chǎn)機械的調(diào)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(huán)和碳刷要經(jīng)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(diào)速。這樣就出現(xiàn)了定子調(diào)速、變極調(diào)速、滑差調(diào)速、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、串極調(diào)速等交流調(diào)速方式。

　　(二)國內(nèi)研究現(xiàn)狀。

　　我國是一個能源生產(chǎn)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(yè)都應該實現(xiàn)節(jié)能減排。工礦企業(yè)作為能耗企業(yè)，如果實現(xiàn)節(jié)能減排則顯得尤為重要。異步電動機作為這些企業(yè)的主要動力設備，所以實現(xiàn)異步電動機的節(jié)能就是實現(xiàn)企業(yè)的節(jié)能。變頻器作為一種新型節(jié)能減排技術(shù)則得到了廣泛的應用。

　　二、交流電動機調(diào)速

　　(一)交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展。

　　交流電動機的調(diào)速系統(tǒng)是一項以大功率電力電子器件為基礎的新型技術(shù)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(xiàn)，使交流電動機的調(diào)速技術(shù)取得了很大的發(fā)展。

　　1.交流電機

　　交流電機是用于實現(xiàn)機械能和交流電能相互轉(zhuǎn)換的機械。由于交流電力系統(tǒng)的巨大發(fā)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(jié)構(gòu)簡單，制造方便，比較牢固，容易做成高轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)應由定子和轉(zhuǎn)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(chǎn)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(zhuǎn)動的部分稱為轉(zhuǎn)子，其主要作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應電動勢，是直流電機進行能量轉(zhuǎn)換的樞紐，所以通常又稱為電樞，由轉(zhuǎn)軸、電樞鐵心、電樞繞組、換向器和風扇等組成。

　　(二)交流調(diào)速的方式。

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

　　1.串極調(diào)速

　　它是將繞線式異步電動機的轉(zhuǎn)差功率回饋到電網(wǎng)的一種比較經(jīng)濟的調(diào)速方法，可以又低同步及高同步兩種串調(diào)方式。

　　2.矢量變換控制調(diào)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(diào)速

　　它是一種最有發(fā)展前途得一種調(diào)速方式，其調(diào)速花樣繁多。

　　三、變頻調(diào)速原理

　　(一)異步電機變頻調(diào)速原理。

　　交流調(diào)速是通過改變電定子繞組的供電的頻率來達到調(diào)速的目的的，但定子繞組上接入三相交流電時，定子與轉(zhuǎn)子之間的空氣隙內(nèi)產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)的磁場，它與轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應電動勢，出現(xiàn)感應電流，此電流與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。使電動機轉(zhuǎn)起來。電機磁場轉(zhuǎn)速稱為同步轉(zhuǎn)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(shù)。當p=1時，n0=3000r/min;p=2時，n0=1500r/min。

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

　　在加上電源轉(zhuǎn)子尚未轉(zhuǎn)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(shù)已經(jīng)確定，轉(zhuǎn)差率的變化不大，則電機的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速，進而達到異步電機調(diào)速的目的。

　　(二)電動機變頻調(diào)速方案的。

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

　　1.高――低――高變頻調(diào)速系統(tǒng)

　　采用兩級變壓的方式。先降壓，經(jīng)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(diào)速系統(tǒng)

　　采用多個功率單元模塊串聯(lián)，直接高壓變頻轉(zhuǎn)換。這種方式節(jié)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(tǒng)一般都采用高――高模式。該調(diào)速系統(tǒng)由于采用了橋式整流電路，在整個調(diào)速系統(tǒng)中功率因數(shù)較高，不需要裝設功率因數(shù)補償裝置，又因為高――高變頻調(diào)速系統(tǒng)采用多重化脈沖控制，通過模塊輸出串聯(lián)疊加消除高次諧波的影響。

　　高――高變頻調(diào)速系統(tǒng)改善了系統(tǒng)的動態(tài)特性，變頻器中逆變器的輸出頻率和電壓，都在逆變器內(nèi)控制和調(diào)節(jié)，因此調(diào)節(jié)速度快，調(diào)節(jié)過程中頻率和電壓配合好，動態(tài)性能好。此外，高-高變頻調(diào)速系統(tǒng)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(zhuǎn)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(diào)速系統(tǒng)比高――低――高調(diào)速有著明顯的優(yōu)勢，由于高――高調(diào)速系統(tǒng)是針對高――低――高調(diào)速系統(tǒng)缺陷研制的新一代調(diào)速系統(tǒng)，所以該調(diào)速系統(tǒng)是以后的發(fā)展趨勢。

　　變頻調(diào)速技術(shù)論文篇二

　　變頻調(diào)速技術(shù)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(guān)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(diào)速技術(shù)近年來在我國得到了突飛猛進的發(fā)展，由于變頻調(diào)速技術(shù)在調(diào)速范圍、調(diào)速平滑性、靜差度、動態(tài)響應、功率因數(shù)、智能控制、節(jié)約電能等方面具有的優(yōu)異性能，是目前交流電動機調(diào)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(yōu)點，廣泛應用于鋼鐵、化工、冶金、電力、石化、食品、醫(yī)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(jù)具體應用情況可分為以下幾種類型：

　?、俟?jié)能、改善環(huán)境。風機、泵類、攪拌機、擠壓機、精紡機、注塑機、中央空調(diào)系統(tǒng)、洗衣機、抽油煙機等系統(tǒng)的調(diào)速;

　?、谔岣咴O備效率。機械加工設備中高速電動機的高速運行控制;

　?、圩詣踊刂啤p輕勞動強度。搬運機械、加工設備、生產(chǎn)流水線、多臺電動機聯(lián)動等系統(tǒng)進行正反轉(zhuǎn)控制、多段速度調(diào)節(jié);

　?、芴岣弋a(chǎn)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(tǒng)進行調(diào)速控制;

　?、轀p少設備維修、延長設備壽命。機床設備的主軸、紡紗機等系統(tǒng)進行無級調(diào)速;

　?、尢岣哔|(zhì)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(tǒng)進行恒轉(zhuǎn)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(guān)重要。選擇變頻器時，首先要根據(jù)生產(chǎn)機械的類型、負載轉(zhuǎn)矩的特性、調(diào)速范圍、靜差度、起動轉(zhuǎn)矩、使用環(huán)境及系統(tǒng)的特殊要求，然后決定選用哪種控制方式和防護結(jié)構(gòu)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(chǎn)機械的實際工藝要求，并且具有最高的性價比。

　　2.1 生產(chǎn)機械的負載分類 由于生產(chǎn)機械的類型很多，根據(jù)生產(chǎn)機械的負載轉(zhuǎn)矩特性將其分為以下種類型：

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

　　在變頻器驅(qū)動恒轉(zhuǎn)矩負載性質(zhì)的生產(chǎn)機械時，低速時要有足夠大的輸出轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩負載的特點就是當轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比。如金屬切削機床中的主軸、造紙機、薄膜生產(chǎn)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(zhì)是在一定的速度范圍內(nèi)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(zhì)變?yōu)楹戕D(zhuǎn)矩負載。負載的恒功率區(qū)和恒轉(zhuǎn)矩區(qū)在很大程度上影響著拖動系統(tǒng)方案的確定。直流電動機的弱磁調(diào)速就屬于恒功率調(diào)速。

　　2.1.3 通風機類負載 這一類負載的特點是負載的轉(zhuǎn)矩大小與轉(zhuǎn)速的二次方成正比。功率與轉(zhuǎn)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(diào)速來調(diào)整風機的風量、流量，從而可以大幅度的節(jié)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(jù)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(zhuǎn)矩特性。用這種方式的變頻器控制電路結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)差率控制方式 這種控制方式要比v/f控制更先進，優(yōu)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(zhuǎn)速，構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，速度調(diào)節(jié)器的輸出為轉(zhuǎn)差頻率，電動機的實際轉(zhuǎn)速與所需轉(zhuǎn)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(chǎn)生磁場的電流分量(勵磁電流)和與其垂直的產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量(轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩控制方式 直接轉(zhuǎn)矩控制方式是交流拖動系統(tǒng)中具有革命性的電動機控制方式。不需要在電動機的轉(zhuǎn)軸上安裝脈沖編碼器來反饋轉(zhuǎn)子的位置，而具有轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。能在零速時產(chǎn)生滿載轉(zhuǎn)矩，電路中的PWM調(diào)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(zhuǎn)矩控制變頻器。

　　根據(jù)負載的轉(zhuǎn)矩特性和控制系統(tǒng)對調(diào)速性能的基本要求選擇能夠滿足控制系統(tǒng)要求的控制方式是變頻選用過程中最重要的環(huán)節(jié)之一。