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篇1：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
V
非零矢量
零矢量
无用
A
1
0
0
1
0
1
1
0
N
0
0
1
1
0
1
0
1
B
0
1
1
0
0
1
1
0
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2：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
[1] [2] [3] [4] [5] [6]
篇3：高压电机变频调速改造
随着工业自动化水平的不断提高和电力电子技术的发展，水工程中采用高压变频调速技术越来越多，水工程公司拟在取水泵房中选用12脉冲的电压源型高压变频调速器来控制355KW功率的水泵电机，对水泵电机变频调速技术进行升级，
据悉，国内目前广泛使用的高压电机用电量占全国发电量的30%，高压电动机变频调速装置开发成功后，可节能30%，其经济价值无法估量，产品市场前景诱人。
为了达到电气节能和工艺优化的目的，高压变频器在工程设计中应注意：
一、高压电机的特性试验和技术规范的再修订
当一台普通电动机由变频提供电源时，其变频器输出端的电压和电流谐波分量会使电机的损耗增加、效率降低、温度升高。高次谐波引起损耗的增加主要表现在定子和转子的铜耗、铁损及附加损耗的增加。其中，转子铜耗最为显著，因为异步电机总是在转差接近1的状态下旋转，所以转子铜耗非常大。在普通异步电机中，为改善电机启动性能，转子的集肤效应使实际阻抗增加，从而使铜耗增大。
另一方面，由于高压电机的线圈之间存在分布电容，当高次谐波电压输入时，各线圈之间的电压是不均匀的，这种长期反复作用使定子线圈某一部分的绝缘造成损伤，从而产生线圈老化，这在普通异步电动机的绝缘结构方面是难以接受的。另外电机的电磁回路不可能做到绝对对称，所以变频器输出电源中所含有的各次谐波分量将与电磁回路中固有的空间谐波分量相互作用形成各种电磁脉动。
同时，电机因处在频率不断调节的工作状态下，很容易与电机机械部分产生机械共振，造成电机机械部位的损坏。
因此，在变频调速改造工程中，为了避免变频调速系统在运行时出现上述问题，技术设计时必须考虑和高压电动机制造厂家进行技术合作，对电动机的相关特性进行调速实验，重新修订原电动机的技术规范。
二、电力电缆选型要点和敷设要求
由于变频器输出端与电机之间的联系采用电缆附设方式，且线路各相均存在对地电容，所以运行时线路上的电容电流是不相等的，
如果电缆附设距离较长，且线路中又存在高次谐波电流，那么一旦发生单相接地时，故障电容电流所点燃的电弧熄灭时间过长，会使这端电缆发热，造成非故障绝缘。
所以，在变频调速改造工程中，针对输出电源电缆，考虑电缆结构上的三相对称和屏蔽，将电缆截面适当增加，敷设长度不超过100m限定值，如果原输出电源电缆为非屏蔽或截面的栽流量裕度小于2，应更换符合要求的电力电缆。现场敷设施工时要将电源电缆与控制电缆和信号电缆分开敷设，避免由电源电缆中高次谐波产生的磁场干扰其他信号。
三、变频器工作环境的基本要求
由于高压变频器的逆变部分采用高压IGBT等功率器件，其开、关频率大于100HZ，易形成高次谐波电流，使得变频装置在工作时将产生一定的热量。一般在变频器柜的顶部均配有排风扇，它将柜内的热量排放到室内，这使得室内的环境温度不断升高，最终还会影响柜内各器件的可靠运行。
所以，在水厂工程设计中一般变频调速装置单独设置在变频调速室内，室内必须安装备用空调设施，控制室内环境温度在变频器所要求的范围内，同时设有通风门窗，必要时采用专门风道进行强制通风和冷却。
四、高压供电系统出口断路器控制的技术完善
变频调速装置所用变压器的高压侧要与高压系统中的开关柜直接相连，但开关柜的保护范围只是供电线路与变压器低压侧的短路，而变频器的故障应靠变频器自身的检测保护系统完成。当变频器发生故障发出跳闸信号时，断路器应可靠动作跳闸。
然而，普通断路器高压开关柜内部出现跳闸回路断线或直流控制电源消失的情况，变频器恰好出现故障(要求断路器跳闸)时，跳闸线圈已失电，断路器拒绝动作，因而造成变频器内部的功率器件损坏。
所以在设计中选择了带有欠压脱扣线圈的断路器，一旦出现跳闸回路断线或控制电源消失的情况，断路器首先自动跳闸，以保护变频器的设备安全。
篇4：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,2001.
篇5：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6：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)：2002 4(4) 分类号：F4 关键词：变频调速 原理 应用效果 问题篇7：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12000亿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8：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
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[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9：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。
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