時(shí)間：2023-05-30 09:03:47
開(kāi)篇：寫(xiě)作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇變頻器原理，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過(guò)程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
[關(guān)鍵詞]IGBT；變頻器；整流
中圖分類(lèi)號(hào)：TN773 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）09-0294-01
1 整流電路
整流電路是變頻器中用來(lái)產(chǎn)生直流電的單元。當(dāng)三相AC電源給由6個(gè)晶閘管組成的全波整流橋供電時(shí)，晶閘管的導(dǎo)通順序?yàn)閂T1―VT6―VT2―VT4―VT3―VT5。輸入的三相交流電是正負(fù)交變的正旋波，經(jīng)過(guò)整流電路后，其輸出波形變成了脈動(dòng)波（直流），因?yàn)槎O管具有正向?qū)ǎ聪蚪刂恋奶匦裕园演斎氩ㄐ蔚呢?fù)半周波形都整成了正半周波形，一般的三相變頻器的整流電路由三相全波整流橋組成。它的主要作用是對(duì)工頻的外部電源進(jìn)行整流，并給逆變電路和控制電路提供所需要的直流電源。整流電路按其控制方式可以是直流電壓源也可以是直流電源。中間直流環(huán)節(jié)的作用是對(duì)整流電路的輸出進(jìn)行平滑，以保證逆變電路和控制電源能夠得到質(zhì)量較高的直流電源。
當(dāng)整流電路是電壓源時(shí)中間直流環(huán)節(jié)的主要元器件是大容量的電解電容，電容的特性：電容兩端的電壓不能突變，因?yàn)殡妷杭釉陔娙輧啥撕笫紫葹殡娙莩潆姡?jīng)過(guò)一段時(shí)間當(dāng)充滿電后電容會(huì)放電，再經(jīng)過(guò)一段時(shí)間電放凈后又繼續(xù)充電，所以，電容兩端的電壓是緩慢變化的，而不會(huì)突變。電容的輸入波形為脈動(dòng)波，在wt=0～π時(shí)間段內(nèi)，電壓從0開(kāi)始上升到達(dá)波峰（給電容充電），然后從波峰又降為0（電容放電）。根據(jù)電容的特性，其輸出波形就類(lèi)似于鋸齒波，產(chǎn)生鋸齒波的原因：電容充電時(shí)，電容兩端的電壓緩慢上升，但當(dāng)輸入波形到達(dá)波峰時(shí)，電容還未被充滿電，輸入波形從波峰開(kāi)始下降，電容還未被充滿電就要放電，所以輸出波形從波峰開(kāi)始下降，當(dāng)輸入波形從波峰降到0時(shí)，又開(kāi)始上升（下一時(shí)刻），所以電容又從放電狀態(tài)轉(zhuǎn)變成充電狀態(tài)，那么輸出波形由剛才下降的趨勢(shì)再次上升。電容就這樣反復(fù)充放電狀態(tài)的轉(zhuǎn)變，輸出產(chǎn)生鋸齒波形。電容兩端電壓變化的快慢由電容的充放電時(shí)間決定，電容的充放電時(shí)間由電容的容量決定。電容的容量越大，其充放電時(shí)間越長(zhǎng)，那么電容兩端的電壓變化越緩慢。如果當(dāng)電容的容量足夠大時(shí)，充放電時(shí)間>>輸入波形的周期，那么輸出波形就會(huì)近似為一條直線，這就是我們需要的最穩(wěn)定的直流波形
2 逆變電路
逆變電路是變頻器最主要的部分之一。它的主要作用是在控制電路的控制下，將整流電路整流輸出的直流電變換為電壓和頻率都任意可調(diào)的“交流”電。逆變電路的輸出即為變頻器的輸出，它被用來(lái)作為電機(jī)的供電電源，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制。如圖1-1所示。圖中輸入波形為直流波形，經(jīng)過(guò)6個(gè)IGBT（絕緣柵型晶體管）v1，v2，v3，v4，v5，v6的有序?qū)ǎa(chǎn)生了正負(fù)交變、脈寬不等的方波作為輸出波形為電機(jī)供電。A，B，C分別接在電動(dòng)機(jī)U，V，W上。
圖1-1所示的輸出波形是三相中的A相的波形，其余兩相的波形與A相波形，這三者之間存在空間相位差120度，為了方便分析只分析A相輸出，其余兩相與A相同理，只不過(guò)時(shí)間與A相相差120度相位。0～t1時(shí)刻，我們看到電流方向是節(jié)點(diǎn)A 電機(jī)U端，設(shè)此方向?yàn)檎较颉1～t2時(shí)刻， 我們看到電流方向是節(jié)點(diǎn)A 電機(jī)U端。所以0～t2時(shí)刻，脈沖波形在x軸上方。t2～t3時(shí)刻，我們看到電流方向是電機(jī)U端節(jié)點(diǎn)A，與0～t2時(shí)刻的電流方向相反。t3～t4時(shí)刻，我們看到電流方向是電機(jī)U端節(jié)點(diǎn)A。所以t2～t4時(shí)刻，脈沖波形在x軸下方。綜上所述，我們從圖1-5所示的輸出波形中看到的是正負(fù)交變的脈沖波形。我們?cè)诒拘」?jié)開(kāi)始的敘述中提到過(guò)，6個(gè)IGBT v1，v2，v3，v4，v5，v6的有序?qū)ǎa(chǎn)生了正負(fù)交變、脈寬不等的方波作為輸出波形為電機(jī)供電。“正負(fù)交變 ”我們已經(jīng)解釋完了，脈寬不等是怎樣產(chǎn)生的呢？ 以及6個(gè)IGBT如何按照順序依次導(dǎo)通。
3 控制電路
IGBT 是受門(mén)極觸發(fā)而導(dǎo)通的，即門(mén)極接收到脈沖信號(hào)后，IGBT 導(dǎo)通。那么門(mén)極信號(hào)就是由控制電路發(fā)出的 。發(fā)出的這些信號(hào)控制IGBT的通斷順序以及通斷時(shí)間，通斷時(shí)間決定了變頻器輸出脈沖的寬度 。
首先，控制電路中有兩種輸入信號(hào)，Ur（參考信號(hào)）和Uc （載波信號(hào)） 。控制電路讓U r與Uc進(jìn)行比較 ，Ur是交流正旋波，Uc是三角波，如圖1-2 所示。Ur與Uc形成了一些交點(diǎn)，它們之間的交點(diǎn)以上代表UrUc的部分。我們還以逆變電路中的A相負(fù)載為例，A相負(fù)載是由V1和V4來(lái)控制，V1控制變頻器輸出波形的正半周，V4控制變頻器輸出波形的負(fù)半周。Ur和Uc在正半周時(shí)，當(dāng)Ur>Uc， V1導(dǎo)通，V4截止，V1導(dǎo)通的時(shí)間如圖1-2中Uo的正半周，從圖中我們可以看出，只看正半周，脈沖寬度靠中間最寬，兩側(cè)最窄；Ur和Uc在負(fù)半周時(shí)，當(dāng)Ur
總結(jié)：綜上所述，由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展與科技水平的持續(xù)進(jìn)步，變頻調(diào)速作為工業(yè)領(lǐng)域中對(duì)電動(dòng)機(jī)的速度控制已是非常流行的一種技術(shù)，電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)以及運(yùn)行都離不開(kāi)變頻調(diào)速技術(shù)，該技術(shù)在電機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中可以大大的降低啟動(dòng)電流，從而大大降低損耗功率，在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)也可按需以較低的損耗功率調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速滿足不同的工況需求。
參考文獻(xiàn)
【關(guān)鍵詞】變頻器技術(shù)；節(jié)能原理；應(yīng)用
變頻器技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用徹底改變了傳統(tǒng)的直流調(diào)速、變極調(diào)速以及滑差調(diào)速等調(diào)速技術(shù)，它與可編程控制器以高效率、高功率因數(shù)、其優(yōu)良的調(diào)速及起/停性能等優(yōu)點(diǎn)被公認(rèn)為這個(gè)時(shí)代最為恰當(dāng)合適的調(diào)速控制裝置。
1.變頻器的基本構(gòu)成
變頻器基本構(gòu)成根據(jù)其工作方式可分為兩種，即：交―交、交―直―交。交―交變頻器是將工頻交流電轉(zhuǎn)化為頻率、電壓都能夠控制的交流電，所以，這種變頻器亦被稱(chēng)為直接式變頻器；交―直―交變頻器是將工頻交流電通過(guò)整流器轉(zhuǎn)化為直流電，然后再把直流電轉(zhuǎn)化為頻率、電壓都能夠控制的交流電，所以，這種變頻器亦被稱(chēng)為間接式變頻器。就目前來(lái)看，我國(guó)生產(chǎn)中普遍用的是間接式變頻器。
1.1整流器
我國(guó)整流器一般都采用二極管變流器，二極管變流器的主要作用是將工頻交流電轉(zhuǎn)化為直流電源，也可采用兩組晶體管變流器組建可逆變流器，由于其功率方向的可逆性，所以可再生運(yùn)轉(zhuǎn)。
1.2濾波電路
經(jīng)過(guò)整流器的處理，在直流電壓中會(huì)含有等于電源六倍頻率的脈動(dòng)電壓，而且逆變器所生產(chǎn)出的電流也會(huì)造成直流電壓有所變動(dòng)，所以，為有效對(duì)電壓波動(dòng)加以控制，可使用電感及電容對(duì)所產(chǎn)生的脈動(dòng)電壓進(jìn)行吸收處理，如裝置的容量較小，主電路及電源的構(gòu)成器件還有雨量，就能省去電感，直接使用濾波電路。
1.3逆變器
逆變器和整流器正好相反，逆變器是將整流器處理完成的直流電源轉(zhuǎn)化為頻率及電壓均滿足異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行要求的直流電。
1.4控制電路
控制電路用來(lái)為電動(dòng)機(jī)主電路提供及時(shí)的信號(hào)回路，其包括有電流和電壓監(jiān)測(cè)電路、轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路、頻率和電壓運(yùn)算電路、電動(dòng)機(jī)與逆變器保護(hù)電路及運(yùn)算電路信號(hào)放大驅(qū)動(dòng)電路等。控制電路是根據(jù)線路的回饋信息從而對(duì)整理器以及逆變器的輸出進(jìn)行控制，以使電壓及頻率都能夠滿足電動(dòng)機(jī)的正常變頻運(yùn)行。
2.水泵變頻器的節(jié)能原理
水泵屬于平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，根據(jù)其工作原理，我們可設(shè)其轉(zhuǎn)速為n，設(shè)流量為Q，其揚(yáng)程設(shè)為H，泵的軸功率設(shè)為N，所以，其關(guān)系式可如下所示：
Q1=Q2（n1/n2），H1=H2（n1/n2）2，N1=N2（n1/n2）3
根據(jù)以上關(guān)系式可以看出，泵流量與轉(zhuǎn)速成正比，揚(yáng)程與轉(zhuǎn)速平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速立方成正比，而當(dāng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)水泵時(shí)，電動(dòng)機(jī)軸功率P可按下面的公式表示：
P=ρQH/ηcηF×10-2
公式中：ρ表示礦井水的重度，η C 表示工況點(diǎn)時(shí)效率，η F表示傳動(dòng)效率。
據(jù)下圖我們可以看出泵流量Q和揚(yáng)程H的曲線關(guān)系圖，其中①曲線為泵在n1轉(zhuǎn)速下?lián)P程--流量的特性曲線，⑤曲線為泵在n2轉(zhuǎn)速下?lián)P程--流量的特性曲線；②曲線為泵在n1轉(zhuǎn)速下功率--流量的特性曲線；③、④曲線為管阻特性曲線。
泵的揚(yáng)程--流量曲線
假設(shè)水泵在A點(diǎn)工作效率最高，水流輸出量Q達(dá)到100%，則該點(diǎn)的軸功率P1與A H1Q Q 1的面積成正比，根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，當(dāng)輸出流量需要從Q1縮減到Q2時(shí)，若直接調(diào)節(jié)閥門(mén)，會(huì)使管阻從曲線③轉(zhuǎn)變到曲線④，整個(gè)系統(tǒng)都會(huì)由原先的最佳工作效率A轉(zhuǎn)變到新的最佳工作效率點(diǎn)B，水泵揚(yáng)程隨之增加，軸功率P2與BH2QQ2成正比。如果使用變頻器進(jìn)行控制，水泵轉(zhuǎn)速會(huì)從n1降到n2，在滿足同等流量Q2的前提下，水泵揚(yáng)程H3大幅度降低，軸功率P3則與CH3OQ2的面積成正比。通過(guò)對(duì)比，我們可以看出，P3顯著減小，所節(jié)省的功率損耗與BH2H3C成正比，因此，節(jié)能效果非常顯著。
3.變頻器節(jié)能應(yīng)用
目前，變頻器節(jié)能技術(shù)主要應(yīng)用于我國(guó)泵類(lèi)和風(fēng)機(jī)等設(shè)備，較好的實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)中安全高效、節(jié)能降耗的目的，這種技術(shù)成為我國(guó)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的重點(diǎn)推廣技術(shù)，我國(guó)能源法中的第39條將其列為通用技術(shù)并進(jìn)行推廣。通過(guò)實(shí)踐表明，變頻器技術(shù)應(yīng)用于我國(guó)的泵類(lèi)及風(fēng)機(jī)設(shè)備中的驅(qū)動(dòng)控制，能夠取得優(yōu)秀明顯的節(jié)能效果，所以，變頻器技術(shù)是現(xiàn)代生產(chǎn)中經(jīng)濟(jì)合理的一種調(diào)速控制技術(shù)。
隨著變頻器技術(shù)越來(lái)越成熟，該技術(shù)更靈活的在我國(guó)泵類(lèi)、風(fēng)機(jī)、空調(diào)器、數(shù)控機(jī)床以及傳送給料系統(tǒng)等領(lǐng)域得到運(yùn)用，而且現(xiàn)在正在我國(guó)的煤礦采煤機(jī)和礦井提升機(jī)等設(shè)備中嘗試推廣應(yīng)用。變頻器技術(shù)應(yīng)用在我國(guó)煤礦行業(yè)，可起到節(jié)約企業(yè)電力能源，提升機(jī)械設(shè)備自動(dòng)化程度的作用，進(jìn)而為提高煤炭生產(chǎn)效率、提高煤炭產(chǎn)品質(zhì)量提供了有力的技術(shù)保證。
4.結(jié)束語(yǔ)
變頻器技術(shù)應(yīng)用于電機(jī)設(shè)備，可滿足電機(jī)運(yùn)行中的軟啟軟停要求，從而使電機(jī)設(shè)備對(duì)配電網(wǎng)的沖擊度降低，并能有效降低電機(jī)啟動(dòng)時(shí)線路損耗，從而降低機(jī)械的磨損以及設(shè)備的維護(hù)維修所產(chǎn)生的費(fèi)用。變頻器技術(shù)的恰當(dāng)運(yùn)用，能夠直接為企業(yè)和社會(huì)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益。所以該領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該縝密分析，積極探索，使變頻器技術(shù)能夠更好的服務(wù)于我國(guó)的節(jié)能降耗事業(yè)。
【參考文獻(xiàn)】
[1]王文山.變頻器的節(jié)能原理及其應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2008（8）：113.
[2]張令東.變頻器節(jié)能技術(shù)及應(yīng)用展望[J].電力科技，2012（6）：120.
1、高壓變頻器工作原理：高壓變頻器是一種串聯(lián)疊加性高壓變頻器，即采用多臺(tái)單相三電平逆變器串聯(lián)連接，輸出可變頻變壓的高壓交流電。按照電機(jī)學(xué)的基本原理，電機(jī)的轉(zhuǎn)速滿足如下的關(guān)系式：n=（1一s）60f/p=n。×（1一s）（P：電機(jī)極對(duì)數(shù)；f：電機(jī)運(yùn)行頻率;s:滑差）從式中看出，電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n。
2、正比于電機(jī)的運(yùn)行頻率（n。=60fp），由于滑差s一般情況下比較小（0-0．05），電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速n約等于電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n。所以調(diào)節(jié)了電機(jī)的供電頻率f，就能改變電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速。電機(jī)的滑差s和負(fù)載有關(guān)，負(fù)載越大則滑差增加，所以電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速還會(huì)隨負(fù)載的增加而略有下降。
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[關(guān)鍵詞]變頻器 控制方式 工作原理
中圖分類(lèi)號(hào)： TN773 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章
0前言
近年來(lái)，隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)及大規(guī)模集成電路的發(fā)展，生產(chǎn)工藝的改進(jìn)及功率半導(dǎo)體器件價(jià)格的降低，變頻調(diào)速越來(lái)越被工業(yè)上所采用。如何選擇性能好的變頻其應(yīng)用到工業(yè)控制中，是我們專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員共同追求的目標(biāo)。下面結(jié)合作者的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)談?wù)勛冾l器的工作原理和控制方式。
1 變頻器的工作原理
交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速表達(dá)式：
n=60f（1-s）/p （1）
式中：n――異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；
f――異步電動(dòng)機(jī)的頻率；
s――電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率；
p――電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)。
由式（1）可知，轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率f在0～50Hz 的范圍內(nèi)變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻器就是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速手段。
2 變頻器控制方式
低壓通用變頻輸出電壓為380～650V，輸出功率為0.75～400kW，工作頻率為0～400Hz，它的主電路都采用交―直―交電路。其控制方式經(jīng)歷了以下四代。
2.1 U/f=C 的正弦脈寬調(diào)制（SPWM）控制方式
這種方式的特點(diǎn)是控制電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低，機(jī)械特性硬度也較好，能夠滿足一般傳動(dòng)的平滑調(diào)速要求，已在產(chǎn)業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是，這種控制方式在低頻時(shí)，由于輸出電壓較低，轉(zhuǎn)矩受定子電阻壓降的影響比較顯著，使輸出最大轉(zhuǎn)矩減小。另外，其機(jī)械特性終究沒(méi)有直流電動(dòng)機(jī)硬，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩能力和靜態(tài)調(diào)速性能都還不盡如人意，且系統(tǒng)性能不高、控制曲線會(huì)隨負(fù)載的變化而變化，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)慢、電機(jī)轉(zhuǎn)矩利用率不高，低速時(shí)因定子電阻和逆變器死區(qū)效應(yīng)的存在而性能下降，穩(wěn)定性變差等。
2.2 電壓空間矢量（SVPWM）控制方式
這種控制方式是以三相波形整體生成效果為前提，以逼近電機(jī)氣隙的理想圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)軌跡為目的，一次生成三相調(diào)制波形，以內(nèi)切多邊形逼近圓的方式進(jìn)行控制的。經(jīng)實(shí)踐使用后又有所改進(jìn)，即引入頻率補(bǔ)償，能消除速度控制的誤差；通過(guò)反饋估算磁鏈幅值，消除低速時(shí)定子電阻的影響；將輸出電壓、電流閉環(huán)，以提高動(dòng)態(tài)的精度和穩(wěn)定度。但控制電路環(huán)節(jié)較多，且沒(méi)有引入轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)，所以系統(tǒng)性能沒(méi)有得到根本改善。
2.3 矢量控制（VC）方式
矢量控制變頻調(diào)速的做法是將異步電動(dòng)機(jī)在三相坐標(biāo)系下的定子電流Ia、Ib、Ic ，通過(guò)三相-二相變換，等效成兩相靜止坐標(biāo)系下的交流電流Ia11b1再通過(guò)按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向旋轉(zhuǎn)變換，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流Im1 ，It1（Im1相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流；It1相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流），然后模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制方法，求得直流電動(dòng)機(jī)的控制量，經(jīng)過(guò)相應(yīng)的坐標(biāo)反變換，實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的控制。其實(shí)質(zhì)是將交流電動(dòng)機(jī)等效為直流電動(dòng)機(jī)，分別對(duì)速度，磁場(chǎng)兩個(gè)分量進(jìn)行獨(dú)立控制。通過(guò)控制轉(zhuǎn)子磁鏈，然后分解定子電流而獲得轉(zhuǎn)矩和磁場(chǎng)兩個(gè)分量，經(jīng)坐標(biāo)變換，實(shí)現(xiàn)正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有劃時(shí)代的意義。然而在實(shí)際應(yīng)用中，由于轉(zhuǎn)子磁鏈難以準(zhǔn)確觀測(cè)，系統(tǒng)特性受電動(dòng)機(jī)參數(shù)的影響較大，且在等效直流電動(dòng)機(jī)控制過(guò)程中所用矢量旋轉(zhuǎn)變換較復(fù)雜，使得實(shí)際的控制效果難以達(dá)到理想分析的結(jié)果。
2.4 直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）方式
1985年，德國(guó)魯爾大學(xué)的DePenbrock教授首次提出了直接轉(zhuǎn)矩控制變頻技術(shù)。該技術(shù)在很大程度上解決了上述矢量控制的不足，并以新穎的控制思想、簡(jiǎn)潔明了的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的動(dòng)靜態(tài)性能得到了迅速發(fā)展。目前，該技術(shù)已成功地應(yīng)用在電力機(jī)車(chē)牽引的大功率交流傳動(dòng)上。
直接轉(zhuǎn)矩控制直接在定子坐標(biāo)系下分析交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，控制電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。它不需要將交流電動(dòng)機(jī)等效為直流電動(dòng)機(jī)，因而省去了矢量旋轉(zhuǎn)變換中的許多復(fù)雜計(jì)算；它不需要模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制，也不需要為解耦而簡(jiǎn)化交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型。
2.5 矩陣式交―交控制方式
VVVF 變頻、矢量控制變頻、直接轉(zhuǎn)矩控制變頻都是交―直―交變頻中的一種。其共同缺點(diǎn)是輸入功率因數(shù)低，諧波電流大，直流電路需要大的儲(chǔ)能電容，再生能量又不能反饋回電網(wǎng)，即不能進(jìn)行四象限運(yùn)行。為此，矩陣式交―交變頻應(yīng)運(yùn)而生。由于矩陣式交―交變頻省去了中間直流環(huán)節(jié)，從而省去了體積大、價(jià)格貴的電解電容。 它能實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)為l，輸入電流為正弦且能四象限運(yùn)行，系統(tǒng)的功率密度大。該技術(shù)目前雖尚未成熟，但仍吸引著眾多的學(xué)者深入研究。其實(shí)質(zhì)不是間接的控制電流、磁鏈等量，而是把轉(zhuǎn)矩直接作為被控制量來(lái)實(shí)現(xiàn)的。具體方法是：
（1）控制定子磁鏈引入定子磁鏈觀測(cè)器，實(shí)現(xiàn)無(wú)速度傳感器方式；
（2）自動(dòng)識(shí)別（ID）依靠精確的電機(jī)數(shù)學(xué)模型， 對(duì)電機(jī)參數(shù)自動(dòng)識(shí)別；
（3）算出實(shí)際值對(duì)應(yīng)定子阻抗、互感、磁飽和因素、慣量等算出實(shí)際的轉(zhuǎn)矩、定子磁鏈、轉(zhuǎn)子速度進(jìn)行實(shí)時(shí)控制；
（4）實(shí)現(xiàn)Band ―Band 控制按磁鏈和轉(zhuǎn)矩的Band ―Band 控制產(chǎn)生PWM 信號(hào)，對(duì)逆變器
開(kāi)關(guān)狀態(tài)進(jìn)行控制。
矩陣式交―交變頻具有快速的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)（
1原理簡(jiǎn)介
1.1主備用變頻器切換接線原理主備用變頻器間的切換主要是利用繼電器間的切換來(lái)實(shí)現(xiàn)電源和控制線路的切換。通過(guò)制作一塊電源切換板來(lái)控制KM1A、KM2A、KM1B、KM2B、KM3等交流接觸器之間的切換，來(lái)時(shí)實(shí)現(xiàn)380VAC電源通過(guò)主備變頻器到合成器風(fēng)機(jī)的切換。通過(guò)制作一塊控制線路切換板來(lái)實(shí)現(xiàn)從CCU接口板J11來(lái)的控制信號(hào)到主備變頻器的切換。
1.2主備用變頻器電源切換原理圖1為主備用變頻器電源切換繼電器板的控制線路圖，220VAC作為交流接觸器的線包電壓，通過(guò)控制交流接觸器的常閉、常開(kāi)接點(diǎn)的吸合來(lái)控制380VAC風(fēng)機(jī)電源到主備用變頻器倒換。
1.3主備用變頻器控制線路的切換原理主備用變頻器控制線路的切換是通過(guò)控制線路切換板來(lái)實(shí)現(xiàn)的，他也是用到了繼電器的吸合原理來(lái)實(shí)現(xiàn)的。a.當(dāng)變頻器切換開(kāi)關(guān)S1在主用位置時(shí),使控制線路切換板的K10、K20、K30、K40的線包不得電，控制信號(hào)就從就從J11通過(guò)這四個(gè)繼電器到J11A然后送到主用的變頻器。b.當(dāng)變頻器切換開(kāi)關(guān)S1在備用位置時(shí)，+24VDC就從主備用變頻器電源切換板的TB1（見(jiàn)圖1）送到J2-3使控制線路切換板K10、K20、K40的線包得電動(dòng)作，這樣這三個(gè)線包就倒到備用的一路，控制信號(hào)就從J11通過(guò)K10、K20、K30、K40到J11B然后送到備用的變頻器。c.當(dāng)變頻器切換開(kāi)關(guān)S2在旁路位置時(shí)，+24VDC就從主備用變頻器電源切換板的TB1（見(jiàn)圖1）送到J2-3使控制線路切換板的K30線包得電動(dòng)作，模擬出變頻器正常的狀態(tài)信號(hào)送回J11。這樣當(dāng)變頻器故障的時(shí)候發(fā)射機(jī)就認(rèn)為變頻器正常而繼續(xù)工作。
2主要元器件選擇
2.1電源切換板的交流接觸器采用施耐德公司的型號(hào)為L(zhǎng)C1D18M7C的交流繼電器，其功耗小、壽命長(zhǎng)、安全可靠。
2.2控制線路切換板的繼電器為歐姆龍公司24VDC的微型繼電器，其特點(diǎn)是抗電磁干擾性能強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)高密度安裝。
3線路連接和安裝
3.1主備用變頻器電源切換板的線路連接和安裝由于哈里斯在整機(jī)設(shè)計(jì)上比較緊湊，在現(xiàn)有的合成器柜上無(wú)法安裝體積較大的主備用變頻器電源切換板和備用變頻器。所以只能利用低壓配電柜上面的空間，把電源切換板和備用變頻器安裝在低壓配電柜的上面。把切換開(kāi)關(guān)安裝在低壓配電柜的外側(cè)面板上。
3.2主備用變頻器控制線路的切換板的線路連接和安裝控制線路切換板是根據(jù)原理圖制作的15cm×11cm的PCB板。考慮到平時(shí)維護(hù)和檢修的需要將控制線路的切換板安裝在合成器A1柜的側(cè)面板上。變頻器控制信號(hào)線從合成器CCU接口板的J11接出至切換板的J11，從切換板的J11A和J11B接出分別到主用和備用的變頻器。繼電器的24VDC線包電壓從電源切換板TB1引出至控制線路切換板J1和J2兩個(gè)端子。從這兩塊切換板和備用變頻器的安裝位置來(lái)看對(duì)合成器機(jī)柜內(nèi)的整體布局沒(méi)有影響，周?chē)勺銐虻目臻g，安裝、拆卸與檢修都十分方便。
4結(jié)束語(yǔ)
關(guān)鍵字：變頻器；矢量控制；應(yīng)用
0 引言
隨著電力電子技術(shù)、功率半導(dǎo)體器件及變頻控制理論的快速發(fā)展，作為智能控制電源的變頻器已被廣泛應(yīng)用于各行業(yè)。變頻器主要根據(jù)電動(dòng)機(jī)的特性對(duì)供電電壓、頻率進(jìn)行適當(dāng)控制，主要控制方式有V/F控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等，不同的控制方式所得到的調(diào)速性能、特性以及用途各不相同。其中，矢量控制技術(shù)以其新穎的控制思想，優(yōu)良的動(dòng)靜態(tài)性能受到了普遍的關(guān)注并得到迅速的發(fā)展。但矢量技術(shù)在國(guó)外應(yīng)用較為成熟，國(guó)內(nèi)還處于初級(jí)階段。本文將根據(jù)矢量控制變頻器的特性對(duì)其進(jìn)行較全面的介紹。
1 矢量控制的基本思想
由電機(jī)學(xué)可知，任何電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的原理，在本質(zhì)上都是電機(jī)內(nèi)部?jī)蓚€(gè)磁場(chǎng)相互作用的結(jié)果，因此各種電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩具有統(tǒng)一的表達(dá)式[1]，即
■ （1-1）
式中， np ： 電機(jī)的極對(duì)數(shù)；FT 、FT ：定、轉(zhuǎn)子磁勢(shì)矢量的模值； Φm ：氣隙主磁通矢量的模值；
r 、 r :定子磁勢(shì)空間矢量FT 、轉(zhuǎn)子磁勢(shì)空間矢量分別與氣隙合成勢(shì)空間矢量 FT 之間的夾角
圖1 直流電機(jī)（二極）磁勢(shì)、磁通空間矢量圖
由圖1可以看出，主極磁通和電樞電流方向（指該電流產(chǎn)生的磁勢(shì)方向）總是互相垂直的，二者各自獨(dú)立，互不影響。此外，對(duì)于他勵(lì)直流電機(jī)而言，勵(lì)磁和電樞是兩個(gè)獨(dú)立的回路，可以對(duì)電樞電流和勵(lì)磁電流進(jìn)行單獨(dú)控制和調(diào)節(jié)，達(dá)到控制轉(zhuǎn)矩的目的，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。可見(jiàn)，直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩具有控制容易而又靈活的特點(diǎn)。
圖2 異步電動(dòng)機(jī)的磁勢(shì)、磁通空間矢量圖
由式（1-1）及圖2所示的異步電動(dòng)機(jī)磁勢(shì)、磁通空間矢量圖可以看出，通過(guò)控制定子磁勢(shì) Fs的模值、或控制轉(zhuǎn)子磁勢(shì)的Fr的模值及它們?cè)诳臻g的位置，就能達(dá)到控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。控制Fs模值的大小、或Fr模值的大小，可以通過(guò)控制各相電流的幅值大小來(lái)實(shí)現(xiàn)，而在空間上的位置角θs、θr，可以通過(guò)控制各相電流的瞬時(shí)相位來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，只要能實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)定子各相電流（iA、iB、iC）的瞬時(shí)控制，就能實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的有效控制。
2 工作原理及控制種類(lèi)
2.1 工作原理
矢量控制理論是上世紀(jì)70年代西門(mén)子工程師F.Blaschke首先提出來(lái)解決交流電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制問(wèn)題。其基本原理是通過(guò)測(cè)量和控制異步電動(dòng)機(jī)定子電流矢量，根據(jù)磁場(chǎng)定向原理分別對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行控制，從而達(dá)到控制異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。具體是將異步電動(dòng)機(jī)的定子電流矢量分解為產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流分量 (勵(lì)磁電流) 和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量 (轉(zhuǎn)矩電流) 分別加以控制，并同時(shí)控制兩分量間的幅值和相位，即控制定子電流矢量，所以稱(chēng)這種控制方式稱(chēng)為矢量控制方式。矢量控制算法已被廣泛地應(yīng)用在siemens，AB，GE，F(xiàn)uji等國(guó)際化大公司變頻器上【2】。
2.2 矢量控制方式
(1)基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式
它的控制思想是在進(jìn)行U / f =恒定控制的基礎(chǔ)上,通過(guò)檢測(cè)異步電動(dòng)機(jī)的實(shí)際速度n,并得到對(duì)應(yīng)的控制頻率f,然后根據(jù)希望得到的轉(zhuǎn)矩,分別控制定子電流矢量及兩個(gè)分量間的相位,對(duì)通用變頻器的輸出頻率f進(jìn)行控制。
圖4 基于轉(zhuǎn)差頻率的異步電動(dòng)機(jī)矢量控制結(jié)構(gòu)原理圖
由圖4可見(jiàn)，轉(zhuǎn)差頻率間接矢量控制的磁鏈定向由磁鏈和轉(zhuǎn)矩給定信號(hào)確定，靠矢量控制方程保證，并沒(méi)有用磁鏈模型實(shí)際計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈及相位，所以屬于間接的磁場(chǎng)定向，但由于矢量控制方程中包含電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子參數(shù)，定向精度仍受參數(shù)變化的影響。但總的來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)差頻率間接矢量由于具有動(dòng)態(tài)性能好，調(diào)速范圍寬的優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際生產(chǎn)中受到很大歡迎，應(yīng)用極為廣泛。
(2)無(wú)速度傳感器的矢量控制方式
它的基本控制思想是根據(jù)輸入的電動(dòng)機(jī)的銘牌參數(shù),按照轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式分別對(duì)作為基本控制量的勵(lì)磁電流(或者磁通)和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行檢測(cè),并通過(guò)控制電動(dòng)機(jī)定子繞組上的電壓的頻率使勵(lì)磁電流(或者磁通)和轉(zhuǎn)矩電流的指令值和檢測(cè)值達(dá)到一致,并輸出轉(zhuǎn)矩,從而實(shí)現(xiàn)矢量控制。
圖5 無(wú)速度傳感器矢量控制系統(tǒng)方框圖
如圖5，該系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速精度、轉(zhuǎn)速跟隨性能和負(fù)載抗擾性能，具有較大的
實(shí)用價(jià)值。無(wú)速度傳感器矢量控制通用變頻器已成為新一代高性能通用變頻器的發(fā)展方向。
(3)有速度傳感器的矢量控制方式
它主要用于高精度的速度控制、轉(zhuǎn)矩控制、簡(jiǎn)單伺服控制等對(duì)控制性能要求嚴(yán)格的使用場(chǎng)合。在該方式下采用的速度傳感器一般是旋轉(zhuǎn)編碼器，并安裝在被控電動(dòng)機(jī)的軸端，而不是象閉環(huán)v/f控制安裝編碼器或接近開(kāi)關(guān)那樣隨意。
有速度傳感器矢量控制方式的變頻調(diào)速是一種理想的控制方式，它具有可以從零轉(zhuǎn)速起進(jìn)行速度控制，即使低速亦能運(yùn)行，因此調(diào)速范圍很寬廣，可達(dá)1000:1；可以對(duì)轉(zhuǎn)矩實(shí)行精確控制；系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快；電動(dòng)機(jī)的加速度特性很好等優(yōu)點(diǎn)。
3 矢量控制的優(yōu)缺點(diǎn)及選型
3.1 矢量控制的優(yōu)缺點(diǎn)
矢量控制可以使變頻器根據(jù)頻率和負(fù)載情況實(shí)時(shí)的改變輸出頻率和電壓，因此其動(dòng)態(tài)性能相對(duì)完善。具有可以對(duì)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行精確控制、系統(tǒng)響應(yīng)快、調(diào)速范圍廣、加減速性能好等特點(diǎn)。在對(duì)轉(zhuǎn)矩控制要求高的場(chǎng)合，以其優(yōu)越的控制性能受到用戶的贊賞。
然而在實(shí)際應(yīng)用中，由于轉(zhuǎn)子磁鏈難以準(zhǔn)確觀測(cè)，系統(tǒng)特性受電動(dòng)機(jī)參數(shù)的影響較大，且在等效直流電動(dòng)機(jī)控制過(guò)程中所用矢量旋轉(zhuǎn)變換較復(fù)雜，使得實(shí)際的控制效果難以達(dá)到理想分析的結(jié)果。
3.2 矢量控制變頻器選型時(shí)要確定以下幾點(diǎn)[3]：
（1）采用變頻的目的：恒壓控制或恒流控制等。
（2）變頻器的負(fù)載類(lèi)型：如葉片泵或容積泵等，特別注意負(fù)載的性能曲線，性能曲線決定了應(yīng)用時(shí)的方式方法。
（3）在使用變頻器驅(qū)動(dòng)高速電機(jī)時(shí)，由于高速電機(jī)的電抗小，高次諧波增加導(dǎo)致輸出電流值增大。因此用于高速電機(jī)的變頻器的選型，其容量要稍大于普通電機(jī)的選型。
（4）變頻器如果需要長(zhǎng)電纜運(yùn)行時(shí)，此時(shí)要采取措施抑制長(zhǎng)電纜對(duì)地耦合電容的影響，避免變頻器出力不足，所以在這樣情況下，變頻器容量要放大一檔或者在變頻器的輸出端安裝輸出電抗器。
（5）對(duì)于一些特殊的應(yīng)用場(chǎng)合，如高溫、高海拔，會(huì)引起變頻器的降容，變頻器容量要放大一擋。
（6）變頻器輸出頻率不同型號(hào)有不同的數(shù)值，根據(jù)變頻調(diào)速系統(tǒng)生產(chǎn)工藝的要求，選擇能滿足條件的變頻器和采用相應(yīng)的控制方式。
4 常見(jiàn)故障及對(duì)策
變頻器本身具有相當(dāng)豐富的異常故障顯示和保護(hù)功能。若保護(hù)功能動(dòng)作時(shí)，變頻器立即跳閘，LED顯示故障代碼，或者將故障信息存儲(chǔ)在程序的某個(gè)參數(shù)內(nèi)，使電動(dòng)機(jī)處于自由運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)到停止[4]。一般來(lái)說(shuō)，變頻器常見(jiàn)的故障有以下幾個(gè)方面:
4.1 過(guò)流故障。它可分為加速、減速、恒速過(guò)電流。其可能是由于變頻器的加減速時(shí)間太短、負(fù)載發(fā)生突變、負(fù)荷分配不均，輸出短路等原因引起的。一般可通過(guò)延長(zhǎng)加減速時(shí)間、減少負(fù)荷的突變、外加能耗制動(dòng)元件、進(jìn)行負(fù)荷分配設(shè)計(jì)、對(duì)線路進(jìn)行檢查。如果斷開(kāi)負(fù)載變頻器還是過(guò)流故障，說(shuō)明變頻器逆變電路已環(huán)，需要更換變頻器[5]。
4.2 過(guò)載故障。包括變頻過(guò)載和電機(jī)過(guò)載。其可能是加速時(shí)間太短，電網(wǎng)電壓太低、負(fù)載過(guò)重等原因引起的。一般可通過(guò)延長(zhǎng)加速時(shí)間、延長(zhǎng)制動(dòng)時(shí)間、檢查電網(wǎng)電壓等。負(fù)載過(guò)重，所選的電機(jī)和變頻器不能拖動(dòng)該負(fù)載，也可能是由于機(jī)械不好引起。如前者則必須更換大功率的電機(jī)和變頻器；如后者則要對(duì)生產(chǎn)機(jī)械進(jìn)行檢修[5]。
4.3欠壓。常見(jiàn)原因?yàn)槿噍斎腚妷浩汀⑷毕嗷蛘髌魅毕啵妷鹤儞Q器功能異常造成，屬于變頻器電源輸入部分有問(wèn)題，需檢查后才可運(yùn)行。
4.4 過(guò)壓。一般是指直流過(guò)電壓，可能的原因有：三相交流輸入電壓異常，電壓變換器異常，加減速時(shí)間設(shè)定不正確等。前二者可用萬(wàn)用表測(cè)量進(jìn)行簡(jiǎn)單判斷，而加減速時(shí)間設(shè)定不正常比較難以判斷，有可能因?yàn)樨?fù)載變化后造成轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增大，減速時(shí)間參數(shù)沒(méi)有改變，造成減速時(shí)回饋能量來(lái)不及反饋回電網(wǎng)，導(dǎo)致變頻器直流電壓升高。可根據(jù)情況適當(dāng)增大變頻器減速時(shí)間即可。
4.5 接地。故障原因比較少，使用萬(wàn)用表或搖表根據(jù)變頻器說(shuō)明書(shū)合理選擇測(cè)試點(diǎn)，即可判斷故障點(diǎn)。
4.6 特殊情況下的故障處理。如果出現(xiàn)變頻器能運(yùn)行，但是電流顯示不正常，波動(dòng)大，甚至過(guò)電流等特殊故障時(shí)，可采用將變頻器控制方式改為V/F控制方式運(yùn)行，并檢查變頻器的器件如測(cè)速機(jī)、編碼器、輸出電纜或電機(jī)的工作情況去排除故障。
當(dāng)然由于各廠家所生產(chǎn)的變頻器由于結(jié)構(gòu)不同，采用的控制方式不同，出現(xiàn)的故障可能會(huì)表現(xiàn)為各種不同的現(xiàn)象。因此，排故時(shí)要根據(jù)變頻器的結(jié)構(gòu)和控制原理采取相應(yīng)的措施。
5 市場(chǎng)分析及預(yù)測(cè)
變頻器憑借其在速度和節(jié)能方面的優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用在電力、紡織化纖、建材、石油、化工、冶金等行業(yè)。目前，國(guó)內(nèi)變頻器市場(chǎng)中的廠商主要有國(guó)外跨國(guó)集團(tuán)廠商、中外合作生產(chǎn)企業(yè)、國(guó)內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)。生產(chǎn)基地集中在長(zhǎng)三角和珠三角。國(guó)外的品牌主要是德國(guó)西門(mén)子、瑞士ABB、富士等電氣巨頭，國(guó)內(nèi)企業(yè)主要分布在北京、廣州、浙江、上海、四川、山東等地。國(guó)內(nèi)企業(yè)的硬件設(shè)計(jì)水平與國(guó)外品牌相比差距不大，但在軟件方面差距明顯，國(guó)內(nèi)變頻器企業(yè)以V/F產(chǎn)品為主，對(duì)于性能優(yōu)越、技術(shù)含量高的矢量控制變頻器還較少。
據(jù)機(jī)電產(chǎn)品市場(chǎng)雜志社調(diào)查報(bào)告的數(shù)字分析，我國(guó)變頻器的市場(chǎng)潛力為1200億~1800億元。2008年我國(guó)中低壓變頻器市場(chǎng)總量約112.1億元。預(yù)計(jì)到2012年國(guó)內(nèi)中低壓變頻器市場(chǎng)容量將超過(guò)190億元，高壓變頻器市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到148億元。特別是變頻器大容量化和小型化、專(zhuān)用化、軟件化、網(wǎng)絡(luò)化、綠色環(huán)保化且不可替代的發(fā)展趨勢(shì)，說(shuō)明矢量控制變頻器的市場(chǎng)前景較為廣闊。
6 結(jié)語(yǔ)
矢量控制成功地解決了交流電動(dòng)機(jī)定子電流轉(zhuǎn)矩分量和勵(lì)磁分量的耦合問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了交流電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的實(shí)時(shí)控制，提高了交流電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，具有明顯的優(yōu)越性。但在實(shí)際應(yīng)用中,矢量控制存在有轉(zhuǎn)子磁鏈難以準(zhǔn)確觀測(cè),系統(tǒng)特性受電動(dòng)機(jī)參數(shù)的影響較大,矢量旋轉(zhuǎn)變換較復(fù)雜等缺點(diǎn),使得實(shí)際的控制效果和理想分析的結(jié)果有一定差距。因此，控制技術(shù)的研究和改進(jìn)是一個(gè)不斷探索的過(guò)程。
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[4] 省略/
[5] 鄒涌泉;;變頻器工作原理以及應(yīng)用中的注意問(wèn)題;自動(dòng)化與儀器儀表;2011年01期
作者簡(jiǎn)介：
關(guān)鍵詞：交流主軸電機(jī)；變頻器；控制；原理
在對(duì)機(jī)床進(jìn)行改造與維修時(shí)，需要利用數(shù)控系統(tǒng)，而交流主軸電機(jī)是數(shù)控系統(tǒng)的重要組成，采用變頻器對(duì)交流主軸電機(jī)進(jìn)行控制，可以降低改造的成本，變頻器具有調(diào)速的功能，將其其取代了交流主軸驅(qū)動(dòng)后，可以提高改造與維修的效率。變頻器在電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中應(yīng)用比較多，為了提高其控制能力，需要結(jié)合機(jī)床主軸的性能選擇適合的控制方法，這樣才能提高變頻交流主軸電機(jī)的性能。交流主軸電機(jī)與通用感應(yīng)電機(jī)相比，更加適合應(yīng)用變頻控制器，下面筆者對(duì)交流主軸電機(jī)的變頻器控制進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。
1 變頻器控制交流主軸電機(jī)的原理
交流主軸驅(qū)動(dòng)是交流主軸電機(jī)中常用的調(diào)速方式，其與變頻器都屬于感應(yīng)電機(jī)變頻方式，交流主軸驅(qū)動(dòng)在專(zhuān)用電機(jī)調(diào)速裝置中應(yīng)用比較多，而變頻器是普通電機(jī)中常見(jiàn)了調(diào)速裝置。在很多工業(yè)單位中，采用的變頻器越來(lái)越先進(jìn)，而且采用的是矢量控制的方式，這種方式一般需要在變頻器中建立電機(jī)數(shù)學(xué)模型，這樣才能發(fā)揮出矢量控制的效果。一般電機(jī)參數(shù)設(shè)置越準(zhǔn)確，調(diào)速功能則越強(qiáng)。當(dāng)前市場(chǎng)中通用的變頻器由于無(wú)法預(yù)知生產(chǎn)所需的參數(shù)，所以，無(wú)法保證電機(jī)控制的精確性，另外，電機(jī)的生產(chǎn)廠家以及型號(hào)不同，其性能以及控制的精確性也有著較大差異。
為了提高變頻器的調(diào)速性能，必須建立精確的模型，在眾多的變頻器產(chǎn)品中，有一種專(zhuān)門(mén)應(yīng)用在感應(yīng)電機(jī)中的變頻器有著良好的性能，其價(jià)格比較低，但是控制精確性高，設(shè)計(jì)人員一定參考這類(lèi)變頻器的參數(shù)設(shè)置，這種性能較強(qiáng)的變頻器在數(shù)控機(jī)床主軸系統(tǒng)中有著良好的應(yīng)用，可以起到調(diào)速的作用。交流主軸驅(qū)動(dòng)器與變頻器在感應(yīng)電機(jī)中都起著控制速度的作用，其中驅(qū)動(dòng)器在應(yīng)用時(shí)，需要生產(chǎn)廠家對(duì)其設(shè)計(jì)以及制造進(jìn)行統(tǒng)一審查，還要對(duì)其控制功能進(jìn)行測(cè)試，這樣可以保證數(shù)字模型精確性，可以提高驅(qū)動(dòng)器的調(diào)速性能。在優(yōu)化變頻器時(shí)，需要借鑒這一經(jīng)驗(yàn)，提高變頻器的控制功能以及各項(xiàng)性能。變頻器采用矢量控制的方式，可以提高交流主軸電機(jī)的性能，而且可以充分的發(fā)揮出調(diào)速功能。
2 變頻器參數(shù)調(diào)整與設(shè)定
矢量控制變頻器在交流主軸電機(jī)的機(jī)床改造中有著良好的應(yīng)用，在對(duì)機(jī)床進(jìn)行改造與維修時(shí)，需要考慮機(jī)床主軸箱設(shè)計(jì)，還要做好電機(jī)安裝尺寸的優(yōu)化工作，在改造的過(guò)程中，如果發(fā)現(xiàn)普通感應(yīng)電機(jī)無(wú)法代替原主軸電機(jī)進(jìn)行工作，則需要充分發(fā)揮變頻器控制作用。交流主軸電機(jī)與普通感應(yīng)電機(jī)相比，在參數(shù)設(shè)置上有著較大的差異，由于通用變頻器無(wú)法對(duì)交流主軸電機(jī)進(jìn)行直接控制，所以，需要對(duì)變頻器參數(shù)進(jìn)行重新設(shè)定，只有將變頻器參數(shù)調(diào)整到生產(chǎn)要求范圍內(nèi)，才能保證變頻器精確控制交流主軸電機(jī)。首先，工作人員需要將主軸電機(jī)與主軸進(jìn)行分離；其次，還要在變頻器中根據(jù)頻率，對(duì)信號(hào)的強(qiáng)度以及范圍進(jìn)行了控制；再次，要將變頻器輸出線路與電樞輸出線進(jìn)行連接；最后，工作人員需要在變頻器配套單元中選擇快速調(diào)試這一模式，在該操作單位中對(duì)變頻器的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，在調(diào)整與設(shè)定變頻器參數(shù)時(shí)，可以根據(jù)快速調(diào)試與高級(jí)調(diào)試中提供的說(shuō)明書(shū)進(jìn)行操作。
電機(jī)基本參數(shù)設(shè)定完成后，必須通過(guò)變頻器的"自動(dòng)調(diào)整（自學(xué)習(xí)）"功能，完成矢量控制所需要的全部電機(jī)參數(shù)的測(cè)試。自動(dòng)調(diào)整可以通過(guò)變頻器所配套的操作單元完成，在自動(dòng)調(diào)整過(guò)程中，電機(jī)將不斷在不同轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)，直到全部參數(shù)的自動(dòng)檢測(cè)、設(shè)定完成。變頻器就完成了矢量控制參數(shù)的自動(dòng)測(cè)試與設(shè)定，接下來(lái)便可以按照變頻器規(guī)定的控制要求，連接相關(guān)控制線，對(duì)交流主軸電機(jī)實(shí)施正常的控制。
3 變頻器控制交流主軸電機(jī)的要點(diǎn)
利用通用變頻器來(lái)控制交流主軸電機(jī)是一種特殊的控制方式，在設(shè)計(jì)與調(diào)試時(shí)需要注意如下重要問(wèn)題：
3.1 變頻器的容量選擇必須以滿足電機(jī)的額定電流要求為準(zhǔn)則，因?yàn)橥β实慕涣髦鬏S電機(jī)的額定電流要大于普通感應(yīng)電機(jī)。例如，本機(jī)床如果按照功率進(jìn)行選擇7.5kW的CIMR-G7A27P5變頻器，其額定輸出電流只有34A，不能滿流主軸電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩輸出要求。同樣，400V輸入的7.5kW～15kW安川變頻器CIMR-G7A47P5/4011/4015，其額定輸出電流分別為21A、27A、34A，同樣不能達(dá)到原主軸電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩輸出要求，為此當(dāng)變頻器為400V（380V）輸入時(shí)，需要選擇CIMR-G7A4018（18.5kW）變頻器，才能進(jìn)行控制。
對(duì)于本機(jī)床主軸，可以使用的安川變頻器型號(hào)為：CIMR-G7A2011（AC200V輸入）、CIMR-G7A4018（AC400V輸入），或是安川早期的CIMR-G5A2011、CIMR-G5A4018變頻器（采用不同變頻器時(shí)的快速調(diào)試與自動(dòng)調(diào)整參數(shù)設(shè)定值不需要作任何改變）。
3.2 安川變頻器的旋轉(zhuǎn)型自動(dòng)調(diào)整只能在空載（電機(jī)與負(fù)載分離）時(shí)進(jìn)行，在帶負(fù)載時(shí)使用旋轉(zhuǎn)型自動(dòng)調(diào)整不但不能得到正確的電機(jī)參數(shù)，而且還可能造成變頻器與電機(jī)的損壞，在使用時(shí)必須特別注意。如果實(shí)際設(shè)備中負(fù)載與電機(jī)分離較困難，則只能選擇變頻器的停止型自動(dòng)調(diào)整功能。
3.3 機(jī)床主軸對(duì)高速（額定轉(zhuǎn)速的90%以上）運(yùn)行時(shí)的速度與轉(zhuǎn)矩控制精度有一定的要求，因此，在進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整時(shí)應(yīng)選擇并設(shè)定變頻器的輸入電壓為電機(jī)額定電壓的110%，即：本機(jī)床應(yīng)設(shè)定變頻器的輸入電壓（參數(shù)E01-01）為220V；而變頻器的最大輸出電壓（參數(shù)E1-05）與電機(jī)額定電壓（參數(shù)T1-03）為200V，且必須保證變頻器可以輸出的額定輸出電流（49A）大于電機(jī)額定電流（37A）值，否則將無(wú)法保證系統(tǒng)高速運(yùn)行時(shí)的速度與轉(zhuǎn)矩控制精度。
結(jié)束語(yǔ)
本文對(duì)變頻器控制交流主軸電機(jī)系統(tǒng)的原理以及參數(shù)調(diào)整過(guò)程進(jìn)行了介紹，在調(diào)速的過(guò)程中，要結(jié)合主軸的轉(zhuǎn)速，確定調(diào)速的范圍。變頻器采用的矢量控制的方式，為了提高控制的精確性，必須結(jié)合交流主軸驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)化步驟，還要以提高交流主軸系統(tǒng)的整體性能為原則。交流主軸電機(jī)是機(jī)床改造與維修中常用的裝置設(shè)備，采用變頻器對(duì)電機(jī)速度進(jìn)行控制，可以降低改造的成本，還可以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定穩(wěn)定。在實(shí)踐的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，采用變頻器可以在不對(duì)機(jī)床主軸箱進(jìn)行改動(dòng)的前提下，提高機(jī)床改造與維修的質(zhì)量以及效率，值得大力推廣。
參考文獻(xiàn)
[1]劉東波，陳玉娟，黃道.矢量控制型變頻器綜合應(yīng)用技術(shù)研究[J].電氣應(yīng)用，2006（12）.
本文主要針對(duì)當(dāng)前供水系統(tǒng)中存在的自動(dòng)化程度不高、能耗嚴(yán)重、可靠性低的缺點(diǎn)加以研究，開(kāi)發(fā)出一種新型的并在這三個(gè)方面都有所提高的PLC控制的恒壓供水系統(tǒng)。
全文共分為五章。第一章闡明了恒壓供水系統(tǒng)的應(yīng)用背景、選題意義及主要研究?jī)?nèi)容。第二章對(duì)本系統(tǒng)的總體方案進(jìn)行了介紹，其中包括系統(tǒng)的工藝要求，系統(tǒng)的組成和基本工作原理以及主要元器件的選型。第三章著重寫(xiě)控制系統(tǒng)的硬件部分的基本原理。第四章介紹了系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)工作，對(duì)PLC程序做了詳細(xì)描述并介紹了過(guò)程控制中占據(jù)重要地位的PID調(diào)節(jié)原理及參數(shù)設(shè)置依據(jù)，方法。第五章是項(xiàng)目調(diào)試和小結(jié)部分，給出了調(diào)試結(jié)果。
本論文綜合運(yùn)用了可編程控制器（PLC）、變頻器、PID調(diào)節(jié)儀、傳感器等現(xiàn)代工業(yè)控制常用的控制部件及其相關(guān)程序設(shè)計(jì)方法。所做的研究對(duì)同類(lèi)系統(tǒng)的研究和開(kāi)發(fā)具有一定的參考價(jià)值。
關(guān)鍵詞：可編程序控制器 變頻器 PID
Abstract
In the thesis， the disadvantages and problems need to be resolved of current supporting water system are briefly analyzed， and a new system， which has great advance in automation， reliability and saving energy， is studied and described.
This thesis consists of five chapters．Chapter one clarifies the application background and significance of the supporting water system and main contents of research. Chapter two introduces the overall project of the new auto－control system， including craft demand， constitution， work principle and the selection of the main electrical devices．Chapter three emphasizes the principle of the software and hardware part in control system. Chapter four， we analyze the exploitation of control system， specifying on PLC programmer and introduces the principle， parameter installation of PID control. The last chapter is the conclusion of the whole research and presents some debug result.
The research collectively utilized some modern control devices， such as PLC， frequency conversion device， sensor， and their program control method， all of these are of some reference value to the study of relative control system.
[KEY WORDS]： PLC Frequency conversion PID
目 錄
摘 要 - 4 -
Abstract - 5 -
第一章 緒論 - 6 -
1.1 課題的意義及應(yīng)用背景 - 6 -
1.2 本文研究的內(nèi)容 - 8 -
第二章 恒壓供水原理及系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo) - 9 -
2.1 任務(wù) - 9 -
2.2 系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo) - 9 -
2.3 系統(tǒng)的組成和基本工作原理 - 9 -
2.4 主要元器件選型 - 10 -
第三章 硬件的基本原理及其應(yīng)用 - 11 -
3.1 PLC可編程控制器(FXOS—20MR) - 11 -
3.1.1 可編程控制器的特點(diǎn) - 11 -
3.1.2 可編程控制器的工作原理與應(yīng)用 - 12 -
3.2 變頻器的原理與特性(CIMRG7) - 17 -
3.2.1變頻器簡(jiǎn)介 - 17 -
3.2.2變頻與變壓(VVVF)原理 - 18 -
3.2.3變頻調(diào)速的基本原理 - 18 -
3.2.4變頻調(diào)速的升速和啟動(dòng) - 19 -
3.2.5變頻調(diào)速的降速和制動(dòng) - 20 -
3.2.6變頻后的電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性: - 20 -
3.2.7水泵類(lèi)平方律負(fù)載的機(jī)械特性 - 21 -
3.2.8 V/F控制的概念: - 21 -
3.2.9矢量控制的概述 - 22 -
3.2.10 CIMRG7的特性及其應(yīng)用 - 23 -
3.3 壓力傳感器介紹及應(yīng)用 - 33 -
3.4 PID調(diào)節(jié)儀 - 34 -
3.4.1 PID調(diào)節(jié)原理 - 34 -
3.4.2 PID參數(shù)設(shè)置 - 36 -
3.4.3 PID設(shè)定值的調(diào)整 - 37 -
第四章 軟件設(shè)計(jì) - 38 -
4.1 PLC應(yīng)用的開(kāi)發(fā)步驟 - 39 -
4.2 PLC程序 - 40 -
4.2.1基本步驟 - 40 -
4.2.2 程序中使用的繼電器 - 40 -
4.2.3程序流程 - 43 -
4.3 PLC程序的運(yùn)行和模擬調(diào)試 - 48 -
第五章．現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和小結(jié) - 48 -
5.1 硬件功能性調(diào)試以及注意事項(xiàng) - 48 -
5.2 系統(tǒng)總體調(diào)試 - 49 -
5.3 小結(jié) - 50 -
致 謝 - 51 -
參考文獻(xiàn) - 52 -
第一章 緒論
1.1 課題的意義及應(yīng)用背景
在我國(guó)，節(jié)電節(jié)水的潛力非常大。據(jù)有關(guān)國(guó)際組織發(fā)表的資料顯示:中國(guó)的單位國(guó)民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值所消耗的電是美國(guó)、德國(guó)等的4倍左右，消耗的水是他們的2倍左右。我國(guó)的大量用電設(shè)備中，風(fēng)機(jī)和泵類(lèi)電機(jī)的耗電量占全國(guó)發(fā)電量的50%左右，若推廣新型電機(jī)調(diào)速技術(shù)，可節(jié)電40%左右，即可以節(jié)約全國(guó)發(fā)電量的1/5.由于我國(guó)人均占有水、電資源相對(duì)于別國(guó)又少很多，因此，在我國(guó)一方面水電供應(yīng)緊張，而另一方面，水電的浪費(fèi)又十分驚人.節(jié)電節(jié)水，不僅潛力巨大，而且意義深遠(yuǎn)
近十年來(lái)，變頻技術(shù)的應(yīng)用在我國(guó)有很大的發(fā)展，并取得了良好的效果。可以說(shuō)，變頻技術(shù)已為大多數(shù)用戶所接受。但是，不能不指出，我國(guó)在變頻技術(shù)的應(yīng)用方面，與發(fā)達(dá)國(guó)家的水平尚有很大差距。目前，我國(guó)在用的交流電動(dòng)機(jī)使用變頻調(diào)速運(yùn)行的僅6%左右，而工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已達(dá)60% ~ 70%；日本在風(fēng)機(jī)、水泵上變頻調(diào)速的采用率已達(dá)10%，而我國(guó)還不足0.01%；在日本，空調(diào)器的70%采用了變頻調(diào)速，而我國(guó)才剛剛起步。從這個(gè)現(xiàn)實(shí)出發(fā)，變頻技術(shù)尚有很大的發(fā)展空間，我們應(yīng)該鍥而不舍地做好推廣應(yīng)用工作。
變頻控制技術(shù)的進(jìn)步不僅僅是異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，更主要的是采用變頻調(diào)速技術(shù)的異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性達(dá)到了直流電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速的特性。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的介入，使得變頻器具有豐富的功能和方便好用的特點(diǎn)，因此人們才有可能按照實(shí)際要求，自行構(gòu)成一個(gè)適用和可靠的調(diào)速系統(tǒng)。
變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備以其節(jié)能、安全、高品質(zhì)的供水質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)，使我國(guó)供水行業(yè)的技術(shù)裝備水平從90年代初開(kāi)始經(jīng)歷了一次飛躍。恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速，依據(jù)用水量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，在用水量發(fā)生變化時(shí)保持水壓恒定以滿足用水要求，是當(dāng)今最先進(jìn)、合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)。在實(shí)際應(yīng)用中得到了很大的發(fā)展。隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，變頻器的功能也越來(lái)越強(qiáng)。充分利用變頻器內(nèi)置的各種功能，對(duì)合理設(shè)計(jì)變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備，降低成本，保證產(chǎn)品質(zhì)量等方面有著非常重要的意義。
變頻恒壓供水控制系統(tǒng)主要有：
(1)帶PID回路調(diào)節(jié)器和/或可編程序控制器(PLC)的控制系統(tǒng)
在該系統(tǒng)中，變頻器的作用是為電動(dòng)機(jī)提供可變頻率的電源，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速，從而使管網(wǎng)水壓可控。傳感器的任務(wù)是檢測(cè)管網(wǎng)水壓；壓力設(shè)定單元為系統(tǒng)提供滿足用戶需要的水壓期望值；壓力設(shè)定信號(hào)和壓力反饋信號(hào)輸入可編程控制器后，經(jīng)可編程控制器內(nèi)部PID控制程序的計(jì)算，輸給變頻器一個(gè)轉(zhuǎn)速控制信號(hào)。還有一種辦法是將壓力設(shè)定信號(hào)和壓力反饋信號(hào)送入PID回路調(diào)節(jié)器，由后者進(jìn)行運(yùn)算后，輸給變頻器一個(gè)轉(zhuǎn)速控制信號(hào)。
由于變頻器的轉(zhuǎn)速控制信號(hào)是由可編程控制器或PID回路調(diào)節(jié)器給出的，所以對(duì)可編程控制器來(lái)講，既要有模擬量輸入接口，又要有模擬量輸出接口。由于帶模擬量輸入/輸出接口的可編程控制器價(jià)格很高，這無(wú)形中就增加了供水設(shè)備的成本。若采用帶有模擬量輸入/數(shù)字量輸出的可編程控制器，則要在可編程控制器的數(shù)字量輸出口端另接一塊PWM調(diào)制板，將可編程控制器輸出的數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槟M量。這樣，可編程控制器的成本沒(méi)有降低，還增加了連線和附加設(shè)備，降低了整套設(shè)備的可靠性。如果采用一個(gè)開(kāi)關(guān)量輸入/輸出的可編程控制器和一個(gè)PID回路調(diào)節(jié)器，其成本也和帶模擬量輸入/輸出的可編程控制器差不多。所以，在變頻調(diào)速恒壓給水控制設(shè)備中，PID控制信號(hào)的產(chǎn)生和輸出就成為降低給水設(shè)備成本的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
(2)新型變頻調(diào)速供水設(shè)備
針對(duì)傳統(tǒng)的變頻調(diào)供水設(shè)備的不足之處，國(guó)內(nèi)外不少生產(chǎn)廠家近年來(lái)紛紛推出了一系列新產(chǎn)品，如華為的TD2100，施耐德公司的Altivar58泵切換卡，SANKEN的SAMCO-I系列，ABB公司的ACS600、ACS400系列，富士公司的G11S/P11S系列等。這些產(chǎn)品將PID調(diào)節(jié)器以及簡(jiǎn)易可編程控制器的功能都綜合進(jìn)變頻器內(nèi)，形成了帶有各種應(yīng)用宏的新型變頻器。由于PID運(yùn)算在變頻器內(nèi)部，這就省去了對(duì)可編程控制器存儲(chǔ)容量的要求和對(duì)PID算法的編程，而且PID參數(shù)的在線調(diào)試非常容易，這不僅降低了生產(chǎn)成本，而且大大提高了生產(chǎn)效率。由于變頻器內(nèi)部自帶的PID調(diào)節(jié)器采用了優(yōu)化算法，所以使水壓的調(diào)節(jié)十分平滑、穩(wěn)定。同時(shí)，為了保證水壓反饋信號(hào)值的準(zhǔn)確、不失值，可對(duì)該信號(hào)設(shè)置濾波時(shí)間常數(shù)，同時(shí)還可對(duì)反饋信號(hào)進(jìn)行換算，使系統(tǒng)的調(diào)試非常簡(jiǎn)單、方便。這類(lèi)變頻器的價(jià)格僅比通用變頻器略高一點(diǎn)，但功能卻強(qiáng)很多，所以采用帶有內(nèi)置PID功能的變頻器生產(chǎn)出的恒壓供水設(shè)備，降低了設(shè)備成本，提高了生產(chǎn)效率，節(jié)省了安裝調(diào)試時(shí)間。在滿足工藝要求的情況下應(yīng)優(yōu)先采用。
(3)供水專(zhuān)用變頻器
供水專(zhuān)用變頻器是將普通變頻器和PLC控制器集成在一起，是集供水管控一體化的系統(tǒng)，內(nèi)置供水專(zhuān)用PID調(diào)節(jié)器，只需加一只壓力傳感器，即可方便地組成供水閉環(huán)控制系統(tǒng)。傳感器反饋的水壓信號(hào)直接送入變頻器自帶的PID調(diào)節(jié)器輸入口，而壓力設(shè)定既可使用變頻器的鍵盤(pán)設(shè)定，也可采用一只電位器以模擬量的形式送入。每日可設(shè)定多段壓力運(yùn)行，以適應(yīng)供水壓力的需要。也可設(shè)定指定日供水壓力。面板可以直接顯示壓力反饋值(MPa)。
系統(tǒng)供水有兩種基本運(yùn)行方式：變頻泵固定方式和變頻泵循環(huán)方式。變頻泵固定方式最多可以控制7臺(tái)泵，可選擇“先開(kāi)先關(guān)”和“先開(kāi)后關(guān)”(適用泵容量不同場(chǎng)合)兩種水泵關(guān)閉順序；變頻泵循環(huán)方式最多可以控制4臺(tái)泵，系統(tǒng)以“先開(kāi)先關(guān)”的順序關(guān)泵。
供水系統(tǒng)采用變頻供水技術(shù)可改善供水水質(zhì)，且自動(dòng)化程度高，又是國(guó)家節(jié)能推廣技術(shù)，但若選擇使用不當(dāng)，又會(huì)造成電能"浪費(fèi)"，因此設(shè)計(jì)人員在方案確定之前應(yīng)根據(jù)用水性質(zhì)、用水特點(diǎn)、用水規(guī)模、設(shè)備投資等因素綜合考慮，在保證可靠供水前提下，充分發(fā)揮變頻調(diào)速的節(jié)能潛力
1.2 本文研究的內(nèi)容
關(guān)鍵詞：空-水冷卻系統(tǒng)；燒結(jié)；高壓；變頻器
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.05.014
隨著高壓變頻器技術(shù)的應(yīng)用與推廣，其優(yōu)點(diǎn)也逐漸顯現(xiàn)。現(xiàn)在日照鋼鐵燒結(jié)廠已有多處應(yīng)用，2*360燒結(jié)機(jī)余熱發(fā)電1#循環(huán)風(fēng)機(jī)、2#循環(huán)風(fēng)機(jī)、600平米燒結(jié)1-4#四臺(tái)主抽風(fēng)機(jī)、4臺(tái)環(huán)冷機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)均采用了高壓變頻器，但由于燒結(jié)廠的運(yùn)行環(huán)境較差，加上變頻器功率大、產(chǎn)生熱量多，冷卻方式不能滿足使用條件，導(dǎo)致高壓變頻器故障頻發(fā)。600平米環(huán)冷風(fēng)機(jī)原來(lái)采用兩臺(tái)10P的空調(diào)進(jìn)行降溫，由于熱量大，環(huán)境差，空調(diào)不堪重負(fù)，使變頻器運(yùn)行也得不到可靠保障，導(dǎo)致變頻器兩年內(nèi)發(fā)生多起故障，而影響燒結(jié)系統(tǒng)正常生產(chǎn)；2*360燒結(jié)機(jī)余熱發(fā)電1#循環(huán)風(fēng)機(jī)、2#循環(huán)風(fēng)機(jī)使用空-水冷卻系統(tǒng)現(xiàn)已運(yùn)行4年，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，平時(shí)只需進(jìn)行簡(jiǎn)單的清灰，至今變頻器未發(fā)生過(guò)一次故障。
1 高壓變頻器應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)
（1）高壓變頻器使用的主要優(yōu)點(diǎn)是省電、節(jié)能。高壓電機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中電流是正常運(yùn)行電流的4至10倍，電能損耗極大，使用變頻器啟動(dòng)避免了大電流能耗；其次，燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)時(shí)根據(jù)工藝的要求需不斷調(diào)門(mén)以改變風(fēng)量的大小，控制煙道負(fù)壓，當(dāng)風(fēng)門(mén)開(kāi)度較低時(shí)，電機(jī)一直運(yùn)行在工頻電壓下，造成電能的浪費(fèi)，導(dǎo)致提高了燒結(jié)礦成本。
（2）使用變頻器啟動(dòng)，對(duì)電機(jī)和風(fēng)機(jī)都起到很好的保護(hù)作用。電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流大，約4～10倍額定電流，對(duì)電機(jī)絕緣造成損傷，對(duì)風(fēng)機(jī)造成機(jī)械傷害，嚴(yán)重影響電機(jī)及風(fēng)機(jī)壽命。而增加變頻器后，可以實(shí)現(xiàn)平滑起動(dòng)，不產(chǎn)生大的沖擊力，從而延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。
（3）在電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，不會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成沖擊。使用變頻器電機(jī)實(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng)，電機(jī)電流緩慢升高，電網(wǎng)電壓不會(huì)由于大電機(jī)的啟動(dòng)造成波動(dòng)，保護(hù)了電網(wǎng)的平穩(wěn)運(yùn)行和供電質(zhì)量。
（4）提高功率因數(shù)。電壓源型變頻器功率因數(shù)可達(dá)0.96，采用變頻調(diào)速啟動(dòng)系統(tǒng)后，不需無(wú)功補(bǔ)償裝置就能滿足電網(wǎng)要求，提高了電網(wǎng)功率因數(shù)。
（5）對(duì)高壓電機(jī)的保護(hù)完善并提供故障自診斷功能。變頻器對(duì)電機(jī)的保護(hù)比較完善可靠，發(fā)生接地故障、過(guò)負(fù)荷故障、短路故障、低電壓故障等其它故障時(shí)均能得到可靠保護(hù)。
2 空-水冷卻系統(tǒng)工作原理
（1）其主要工作原理是：利用高壓電機(jī)上配置的空水冷卻器類(lèi)似的原理，巧妙地移植到高壓變頻器上。在變頻器室墻上安裝冷凝器（空-水換熱裝置），冷凝器內(nèi)通過(guò)循環(huán)水給高壓變頻器產(chǎn)生的熱空氣進(jìn)行冷卻；冷水流入冷凝器，通過(guò)空冷器進(jìn)行熱交換后的熱水流至冷卻塔進(jìn)行降溫，然后再流入冷凝器形成水循環(huán)。高壓變頻器產(chǎn)生的熱氣，匯聚于變頻器柜上方，通過(guò)內(nèi)部裝有風(fēng)機(jī)的風(fēng)道將熱風(fēng)引到空冷器進(jìn)行冷卻，冷卻后的冷空氣吹向高壓變頻器的進(jìn)氣口，完成變頻器的內(nèi)部風(fēng)循環(huán)。保證循環(huán)水的冷水溫度在低于33℃時(shí)，即可使高壓變頻器室內(nèi)的環(huán)境溫度保持在40℃以下。
（2）同時(shí)，由于變頻器室完全封閉，室內(nèi)環(huán)境與室外隔離，保持室內(nèi)不進(jìn)入灰塵，對(duì)變頻器設(shè)備運(yùn)行保持良好環(huán)境，衛(wèi)生易打掃，設(shè)備故障率大大降低，設(shè)備維護(hù)量從而減小；變頻器空氣循環(huán)與冷卻水循環(huán)兩系統(tǒng)完全隔離，解除了漏水造成設(shè)備短路，放炮等風(fēng)險(xiǎn)，使用安全可靠性高。空-水冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖如圖1：
3 空-水冷卻系統(tǒng)具有以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)
（1）三、空-水冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便。可提前制作配套風(fēng)道組件，集中制作，現(xiàn)場(chǎng)組裝，在變頻器柜上方將風(fēng)道直接引至室外，結(jié)構(gòu)緊湊，方便組裝。（2）設(shè)備維護(hù)成本較低，一次性投資后，可免維護(hù)運(yùn)行，與同等風(fēng)量的空調(diào)相比，成本低至一半以下。（3）當(dāng)循環(huán)水系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，可采用通風(fēng)降溫，運(yùn)行方式易切換，不影響設(shè)備運(yùn)行。（4）初始投資較低，節(jié)約成本。冷卻電耗指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于空調(diào)冷卻，避免了電能消耗。（5）延長(zhǎng)了高壓變頻器的使用壽命。可靠的運(yùn)行環(huán)境，低溫、少塵對(duì)電氣系統(tǒng)運(yùn)行提供了可靠保障，大大的降低了變頻器故障，節(jié)約了維修成本及人力成本。（6）空冷器設(shè)備本身故障率低、運(yùn)行可靠；一旦冷卻系統(tǒng)故障，可關(guān)通過(guò)閥門(mén)控制，將變頻器產(chǎn)生的熱風(fēng)直接排到變頻器室外，吸進(jìn)冷空氣實(shí)現(xiàn)開(kāi)放式循環(huán)降溫，從而大大提高了變頻器安全和可靠性。
4 設(shè)備維護(hù)經(jīng)驗(yàn)
使用空調(diào)降溫的高壓變頻器室，空調(diào)負(fù)荷較大，維護(hù)量大，空調(diào)一旦出現(xiàn)故障，變頻器室內(nèi)溫度升高，變頻器電子元件運(yùn)行變得不穩(wěn)定，誤報(bào)故障停機(jī)偶爾發(fā)生，2*360燒結(jié)機(jī)余熱發(fā)電1#循環(huán)風(fēng)機(jī)、2#循環(huán)風(fēng)機(jī)使用空-水冷卻系統(tǒng)，在最初改造后存在一些問(wèn)題需大家注意，（1）循環(huán)用的冷卻水溫度要低，不然達(dá)不到預(yù)想的效果，本設(shè)備使用的是新水，在余熱補(bǔ)水前先經(jīng)過(guò)空-水冷卻系統(tǒng)的冷凝器，此運(yùn)行方式是前提有用新水的設(shè)備；否則對(duì)冷卻塔的要求較高。（2）需定期清洗濾網(wǎng)，否則影響風(fēng)量。（3）配電室要封堵嚴(yán)密，讓設(shè)備運(yùn)行在密閉的環(huán)境中，必要時(shí)安裝雙層門(mén)窗，對(duì)穿墻空洞用密封膠密封好，這樣高壓變頻器兩三個(gè)月清掃一次，幾乎可以免維護(hù)運(yùn)行。
5 結(jié)束語(yǔ)
綜上所述，要在鋼鐵企業(yè)“寒冬”的嚴(yán)峻形勢(shì)中取得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)在有限的經(jīng)濟(jì)效益中持續(xù)發(fā)展，必須不斷的探索、改進(jìn)設(shè)備，降低運(yùn)行成本，高壓變頻器在初始投資是費(fèi)用較高，但在長(zhǎng)期受益上來(lái)講是值得的；而空-水冷卻系統(tǒng)作為輔助設(shè)備起到了關(guān)鍵作用，在冶金企業(yè)中的應(yīng)用也越來(lái)越普遍。
參考文獻(xiàn)：
[1]劉辛酉.燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)變頻改造技術(shù)應(yīng)用[J].2012（04）.
[關(guān)鍵詞]PLC控制 變頻器 供水系統(tǒng) 特征 工作原理 設(shè)計(jì)應(yīng)用 分析
中圖分類(lèi)號(hào)：TN773 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2014）21-0355-01
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及人們生活水平的不斷提升，使得實(shí)際生產(chǎn)與生活中的用水需求不斷提升，傳統(tǒng)供水方式難以滿足現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)形勢(shì)下的供水需求，進(jìn)行供水系統(tǒng)運(yùn)行控制形式的改進(jìn)完善是當(dāng)前面臨的重要問(wèn)題。基于PLC以及變頻器的恒壓供水系統(tǒng)就是在這種環(huán)境條件下設(shè)計(jì)提出的。PLC以及變頻器控制的變頻恒壓供水系統(tǒng)在實(shí)際供水運(yùn)行中，主要是通過(guò)對(duì)于水泵電機(jī)的供電頻率的改變，以實(shí)現(xiàn)對(duì)于水泵轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，來(lái)保證供水系統(tǒng)中的實(shí)際供水壓力和系統(tǒng)設(shè)定的供水壓力之間的一致性，從而實(shí)現(xiàn)用水量變化下的供水量隨之變化，以滿足相應(yīng)的供水需求。與傳統(tǒng)的供水系統(tǒng)相比，PLC以及變頻器控制的恒壓供水系統(tǒng)在供水運(yùn)行中，不僅能夠有效的降低供水運(yùn)行中的能源消耗以及資源浪費(fèi)現(xiàn)象，同時(shí)能夠?qū)τ诠┧到y(tǒng)的使用壽命進(jìn)行保障，具有較為突出的節(jié)能優(yōu)勢(shì)與效果。
一、PLC以及變頻器控制的恒壓供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理分析
1、PLC以及變頻器控制的恒壓供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成分析
根據(jù)PLC以及變頻器控制在恒壓供水系統(tǒng)中的實(shí)際設(shè)置與應(yīng)用情況，該系統(tǒng)主要是由PLC以及變頻器、壓力變送器、控制接觸器、水泵等結(jié)構(gòu)設(shè)備組成，在進(jìn)行供水控制運(yùn)行過(guò)程中，系統(tǒng)電路的連接設(shè)置則是采用一拖多的線路連接形式進(jìn)行設(shè)置實(shí)現(xiàn)的，這樣在系統(tǒng)供水運(yùn)行過(guò)程中，系統(tǒng)中設(shè)置的水泵機(jī)組既可以以工頻控制形式進(jìn)行運(yùn)行控制，也可以通過(guò)變頻形式實(shí)現(xiàn)控制運(yùn)行，以對(duì)于各種狀況下供水需求進(jìn)行滿足。如下圖1所示，為PLC以及變頻器控制的恒壓供水系統(tǒng)的主要電路連接示意圖。
此外，在PLC以及變頻器控制的恒壓供水系統(tǒng)中，進(jìn)行壓力傳感器的設(shè)置，主要是為了對(duì)于供水管網(wǎng)中的水壓進(jìn)行檢測(cè)，因此，多設(shè)置在供水系統(tǒng)泵站的出水口位置處，以對(duì)于供水系統(tǒng)用水量變化引起的水壓變化進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)將檢測(cè)獲取的信號(hào)轉(zhuǎn)換成為電信號(hào)傳送到變頻器結(jié)構(gòu)裝置中，與變頻器設(shè)定值進(jìn)行比較基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)信號(hào)的處理，并將處理的數(shù)據(jù)結(jié)果通過(guò)頻率形式傳遞出去，以對(duì)于供水系統(tǒng)的供水運(yùn)行進(jìn)行控制，以滿足相應(yīng)的供水需求。
2、PLC以及變頻器控制的恒壓供水系統(tǒng)工作原理分析
根據(jù)上述變頻恒壓供水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成情況，在系統(tǒng)供水運(yùn)行中，主要通過(guò)壓力傳感器以及變頻器對(duì)于系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)信息進(jìn)行收集、處理，以實(shí)現(xiàn)對(duì)于系統(tǒng)運(yùn)行的控制調(diào)節(jié)。但是，在供水系統(tǒng)工作運(yùn)行中，一旦系統(tǒng)中用水量出現(xiàn)增加，發(fā)展到系統(tǒng)水泵進(jìn)行全速的運(yùn)行也不能夠?qū)τ诠芫W(wǎng)運(yùn)行壓力的穩(wěn)定性進(jìn)行控制保障的情況下，這時(shí)就會(huì)由系統(tǒng)中的PLC結(jié)合變頻器的頻率上限信號(hào)，將結(jié)構(gòu)部分對(duì)于系統(tǒng)的運(yùn)行控制工作轉(zhuǎn)換成變頻工作運(yùn)行狀態(tài)下的水泵機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的工頻運(yùn)行，同時(shí)將系統(tǒng)中的備用水泵采用變頻器進(jìn)行啟動(dòng)并開(kāi)始工作運(yùn)行，以實(shí)現(xiàn)供水系統(tǒng)管網(wǎng)供水量的增加，以滿足系統(tǒng)供水運(yùn)行需求。
此外，在應(yīng)用上述調(diào)節(jié)控制方式仍然不能夠?qū)τ诠┧到y(tǒng)的供水需求進(jìn)行滿足的情況下，則可以通過(guò)將系統(tǒng)中處于變頻工作狀態(tài)的水泵轉(zhuǎn)換成工頻運(yùn)行狀態(tài)，然后將備用水泵直接以變頻運(yùn)行方式進(jìn)行運(yùn)行啟動(dòng)，以保證供水系統(tǒng)的管網(wǎng)運(yùn)行壓力穩(wěn)定，并且在供水量減小的情況下，通過(guò)PLC控制將工頻運(yùn)行狀態(tài)水泵進(jìn)行關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)供水量的減小，以滿足系統(tǒng)運(yùn)行需求。
二、基于PLC與變頻器的恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析
1、PLC程序設(shè)計(jì)分析
通過(guò)參數(shù)設(shè)置將變頻器的OL、FU端子功能分別設(shè)置為上限頻率和下限頻率，作為上限頻率和下限頻率到達(dá)信號(hào)的輸出端子。在自動(dòng)狀態(tài)下系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，首先KM0和KNI吸合1號(hào)水泵在變頻器控制下起動(dòng)，延時(shí)5s，PLC對(duì)變頻器的輸出頻率進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)檢測(cè)到變頻器下限頻率信號(hào)則關(guān)閉1號(hào)水泵；反之當(dāng)檢測(cè)到變頻器上限頻率信號(hào)則PLC執(zhí)行增泵動(dòng)作，1號(hào)水泵改為工頻運(yùn)行并延時(shí)1s。此外，為了保護(hù)水泵及變頻器，1號(hào)水泵的KMI與KM2之間的進(jìn)行了電氣互鎖。當(dāng)2號(hào)水泵投入變頻運(yùn)行后，延時(shí)5s， PLC繼續(xù)對(duì)變頻器輸出頻率進(jìn)行檢測(cè).當(dāng)檢測(cè)到變頻器下限頻率信號(hào)，則關(guān)閉1號(hào)水泵，剩下2號(hào)水泵在變頻狀態(tài)下運(yùn)行，如果PLC再次檢測(cè)到變頻器下限頻率信號(hào)，則把2號(hào)水泵也關(guān)閉，反之當(dāng)檢測(cè)到變頻器上限頻率信號(hào)則PLC再執(zhí)行增泵動(dòng)作，來(lái)滿足恒壓供水目的。另外為了方便故障檢查維修。在設(shè)計(jì)中增加了故障指示和故障報(bào)警輸出，變頻器本身具有短路保護(hù)、過(guò)載保護(hù)等功能，只需把變頻器的故障輸出點(diǎn)、接觸器、熱繼電器等輔助觸點(diǎn)接到PLC即可。PLC通過(guò)程序掃描這些輸入點(diǎn)，如果發(fā)生故障則作出相應(yīng)的動(dòng)作。如檢測(cè)到一臺(tái)水泵出現(xiàn)過(guò)載情況，則切斷該泵的接觸器并投入備用泵，同時(shí)輸出故障信號(hào)，以方便檢查及時(shí)維修。
2、系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)試分析
調(diào)試系統(tǒng)時(shí)，關(guān)鍵是對(duì)變頻器參數(shù)的設(shè)置。由于系統(tǒng)的控制且標(biāo)是將壓力變送器采集到的實(shí)際壓力與系統(tǒng)設(shè)置的壓力進(jìn)行比較，最終將實(shí)際壓力穩(wěn)定在設(shè)定壓力值。這個(gè)目標(biāo)可以通過(guò)調(diào)節(jié)變頻器的PID參數(shù)實(shí)現(xiàn)。在實(shí)際調(diào)試時(shí).如果水壓在設(shè)定值上下有劇烈的抖動(dòng)，則應(yīng)該調(diào)節(jié)PID指令的微分參數(shù)，將值設(shè)定小一些，同時(shí)適當(dāng)增加積分參數(shù)值。如果調(diào)整過(guò)于緩慢.水壓的上下偏差很大，則系統(tǒng)比例常數(shù)太大，應(yīng)適當(dāng)減小直至參數(shù)能滿足系統(tǒng)要求。
三、結(jié)束語(yǔ)
總之，基于PLC以及變頻器的恒壓供水系統(tǒng)在實(shí)際供水運(yùn)行中，不僅具有較為的運(yùn)行穩(wěn)定性，并且能夠根據(jù)供水量的變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)于系統(tǒng)運(yùn)行的調(diào)節(jié)，滿足不同供水需求，進(jìn)行基于PLC以及變頻器的恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析，有利于促進(jìn)PLC以及變頻器控制技術(shù)在供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的推廣應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)
[1] 孫東輝，王宏宇，趙秀芬.變頻技術(shù)在中央空調(diào)冷卻水壓差控制中的應(yīng)用[J].低壓電器.2009（6）.
關(guān)鍵詞 變頻；油田；應(yīng)用
中圖分類(lèi)號(hào)TE37 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào) 1674-6708（2011）44-0100-02
目前，河南油田已經(jīng)處于原油高含水開(kāi)發(fā)后期，含水量已經(jīng)達(dá)到90%以上，開(kāi)采過(guò)程中使用大量抽液抽氣、注水注氣、油水輸送等設(shè)備，用于動(dòng)力的電能達(dá)到50%以上，應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)實(shí)施節(jié)能的潛力非常大，變頻技術(shù)在原油生產(chǎn)系統(tǒng)中的節(jié)能應(yīng)用有非常廣闊的發(fā)展前景。本文就變頻調(diào)速器在油田部分單位的生產(chǎn)應(yīng)用效果進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。
1 變頻調(diào)速器的節(jié)能原理
變頻調(diào)速器的節(jié)能原理如下：
變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)的工作頻率，來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，使轉(zhuǎn)速在我們希望的使用范圍內(nèi)運(yùn)行。
電機(jī)的轉(zhuǎn)速n 與供電頻率f 有以下關(guān)系：
n = 2× 60 f（1Cs）/q
其中，q為電機(jī)極數(shù)，s為轉(zhuǎn)差率
可以看出，轉(zhuǎn)速n 與頻率f 成正比，如果不改變電動(dòng)機(jī)的極數(shù)（設(shè)備投入生產(chǎn)后一般也不容易改變），只要改變頻率 f 就可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率 f 在0~50Hz 的范圍內(nèi)變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。所以變頻器就是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速手段。變頻器的幾種節(jié)能方式：
1）變頻節(jié)能：為了保證生產(chǎn)的可靠性，各種生產(chǎn)設(shè)備在設(shè)計(jì)配用動(dòng)力時(shí)，都留有一定的富余量。電動(dòng)機(jī)不可能在滿負(fù)荷下運(yùn)行，除了滿足動(dòng)力要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成電能的浪費(fèi)，在壓力偏高或偏低時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況實(shí)施閉環(huán)、開(kāi)環(huán)調(diào)節(jié)，降低或提高電機(jī)的運(yùn)行速度，使其在恒壓的同時(shí)節(jié)約電能；
2）動(dòng)態(tài)調(diào)整節(jié)能：迅速適應(yīng)負(fù)載變動(dòng)，供給最大效率電壓。變頻調(diào)速器在軟件上設(shè)有 5 000次/s的測(cè)控輸出功能，保持電機(jī)的輸出始終在高效率狀態(tài)下運(yùn)行。對(duì)于經(jīng)常發(fā)生負(fù)載變化的如過(guò)山車(chē)、抽油機(jī)、分壓供水等方面很有意義；
3）變頻自帶軟啟動(dòng)節(jié)能：在電機(jī)直接硬啟動(dòng)時(shí)，由于電機(jī)的啟動(dòng)力矩需要，要從電網(wǎng)吸收 7倍左右的電機(jī)額定電流，而大的啟動(dòng)電流即浪費(fèi)電力，對(duì)電網(wǎng)的電壓波動(dòng)影響也大，也增加了線損和變損。采用軟啟動(dòng)后，啟動(dòng)電流可以從0至電機(jī)額定電流 逐步上升，減少了啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊，節(jié)約了電費(fèi)，也減少了啟動(dòng)慣性對(duì)設(shè)備的大慣量的轉(zhuǎn)速?zèng)_擊，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命；
4）可以提高功率因數(shù)節(jié)能：電動(dòng)機(jī)由定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組通過(guò)電磁作用而產(chǎn)生力矩。繞組由于其感抗作用。對(duì)區(qū)域電網(wǎng)而言，電機(jī)在運(yùn)行時(shí)吸收大量的無(wú)功功率，造成功率因數(shù)低。采用變頻節(jié)能調(diào)速器后，由于其性能已變?yōu)椋?AC-DC-AC，在整流濾波后，負(fù)載特性發(fā)生了變化。變頻調(diào)速器對(duì)電網(wǎng)的阻抗特性呈阻性，功率因數(shù)升高，減少了無(wú)功損耗。
2 變頻調(diào)速器在河南油田機(jī)械采油、注水系統(tǒng)、輸油系統(tǒng)中的使用情況
目前在河南油田的采油一廠、采油二廠等生產(chǎn)單位中的抽油機(jī)、輸油泵、鍋爐給水泵、注水泵、污水泵等的應(yīng)用，其節(jié)能效果一般都能達(dá)到20%甚至更多。
變頻器的應(yīng)用雖然節(jié)能效果比較明顯，但是隨著通用變頻器應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，暴露出來(lái)的問(wèn)題也越來(lái)越多，主要有以下幾方面：
1）諧波問(wèn)題。變頻器輸出電壓中含有除基波以外的其它諧波，較低次諧波通常對(duì)電動(dòng)機(jī)負(fù)載影響較大，引起轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，而較高的諧波又使變頻器輸出電纜的漏電流增加，使電動(dòng)機(jī)出力不足，另外諧波會(huì)對(duì)供電電源系統(tǒng)產(chǎn)生電力污染，會(huì)影響電網(wǎng)系統(tǒng)中其它設(shè)備的正常使用。因此變頻器輸出的高低次諧波都必須抑制；
2）變頻器負(fù)載匹配問(wèn)題。主要考慮電流、電壓和轉(zhuǎn)矩幾個(gè)方面的匹配。電流匹配要求變頻器的額定電流與電機(jī)的額定電流相符，對(duì)于特殊的負(fù)載則要參考電機(jī)性能參數(shù)，以最大電流確定變頻器電流。電壓匹配要求變頻器的額定電壓與負(fù)載的額定電壓相符。轉(zhuǎn)矩匹配主要針對(duì)生產(chǎn)機(jī)械的種類(lèi)繁多，性能和工藝要求各異，其轉(zhuǎn)矩特性也是復(fù)雜的，大體分為3種類(lèi)型：恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、風(fēng)機(jī)泵類(lèi)負(fù)載和恒功率負(fù)載。針對(duì)不同的負(fù)載類(lèi)型，應(yīng)選擇不同類(lèi)型的變頻器；
3）發(fā)熱問(wèn)題。變頻器的發(fā)熱是由內(nèi)部的損耗產(chǎn)生的。在變頻器中各部分損耗中主要以主電路為主，約占98%，控制電路占2%。為了保證變頻器正常可靠運(yùn)行，必須對(duì)變頻器進(jìn)行散熱，環(huán)境溫度以控制在0℃~40℃為宜；
4）適用性問(wèn)題。目前我油田采油二廠主要采用稠油熱采技術(shù)，把蒸汽注入到一口或多口井中，將生產(chǎn)井的稠油采出，因?yàn)槭钦羝掏拢芷陂_(kāi)采，這樣就造成開(kāi)采負(fù)荷變化大，抽油機(jī)比較適合采用變頻調(diào)節(jié)器進(jìn)行節(jié)能控制。
3 應(yīng)用變頻技術(shù)的建議
變頻調(diào)速器在河南油田中的應(yīng)用主要集中在抽油機(jī)、輸油泵、注水泵、污水泵等方面。在油田注水、油氣集輸、污水抽排、恒壓供水等方面其應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)比較成熟。但是變頻調(diào)速器在“磕頭機(jī)” 也就是游梁式抽油機(jī)和電潛泵控制中的應(yīng)用還有待進(jìn)一步發(fā)展和提高。
3.1 變頻器選型
針對(duì)以上問(wèn)題，應(yīng)用過(guò)程中選用變頻器首先要搞清電動(dòng)機(jī)所帶負(fù)載的性質(zhì)。不同負(fù)載類(lèi)型，選不同類(lèi)型的變頻器。并且兩者功率要相互匹配。這樣不僅可以節(jié)約投資，使投資回收期更短，而且有更好的節(jié)能效果。且良好的選型是保證變頻器長(zhǎng)周期安全運(yùn)行的前提。
3.2 相適應(yīng)的工作環(huán)境
變頻器的安裝環(huán)境對(duì)其使用壽命來(lái)說(shuō)有著極大影響，變頻器要有良好的運(yùn)行工作環(huán)境，變頻器對(duì)環(huán)境的要求主要是溫度、粉塵和濕度，環(huán)境運(yùn)行溫度一般要求+5 ℃ ~ +40℃，就我油田情況而言建議工作環(huán)境最低不低于-10℃，最高不要超過(guò) 55℃。同時(shí)要有合適的防塵和防潮措施，以增加設(shè)備使用可靠性、延長(zhǎng)變頻器的壽命。
3.3 采用自動(dòng)閉環(huán)調(diào)整
目前我油田應(yīng)用的變頻器有許多采用開(kāi)環(huán)控制，人為地根據(jù)設(shè)備工作負(fù)荷調(diào)節(jié)工作頻率，這樣勢(shì)必不能最大限度地發(fā)揮變頻器的作用，影響變頻器的節(jié)能效果。如果能夠根據(jù)實(shí)際情況確定相對(duì)固定參數(shù)，實(shí)行閉環(huán)自動(dòng)調(diào)整將是最理想的方式。
4 結(jié)論
總之，變頻調(diào)速技術(shù)作為高新技術(shù)、基礎(chǔ)技術(shù)和節(jié)能技術(shù)，其應(yīng)用已滲透到油田行業(yè)的各個(gè)部門(mén)和單位。由于在輸水泵、輸油泵等改造方面，其應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)很成熟，應(yīng)用也十分普遍，如能不斷總結(jié)提高、推廣應(yīng)用、擴(kuò)大戰(zhàn)果將對(duì)河南油田經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到了促進(jìn)作用，為創(chuàng)造節(jié)約型社會(huì)立下汗馬功勞。
參考文獻(xiàn)
[1]呂汀，石紅梅.變頻技術(shù)原理與應(yīng)用[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2004.
關(guān)鍵詞：變頻器技術(shù);工業(yè)節(jié)能領(lǐng)域;應(yīng)用思路
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2015.21.006
雖然黨和國(guó)家一直致力于工業(yè)的節(jié)能環(huán)保，但是從現(xiàn)實(shí)角度看工業(yè)能源的消耗依然很高、浪費(fèi)依然很大、利用效率比起西方發(fā)達(dá)國(guó)家還是比較低的。因此要真正的推進(jìn)節(jié)能環(huán)保，不僅僅要有節(jié)能環(huán)保的意識(shí)，更要有節(jié)能環(huán)保的思路，最主要的是有節(jié)能環(huán)保的先進(jìn)技術(shù)作為支撐，而變頻器技術(shù)適應(yīng)了時(shí)展的要求，是工業(yè)節(jié)能環(huán)保最匹配的一門(mén)技術(shù)，因此在工業(yè)上能夠持續(xù)的節(jié)能環(huán)保就要研究變頻器技術(shù)、應(yīng)用變頻器技術(shù)，使變頻器技術(shù)成為工業(yè)節(jié)能環(huán)保的真正依靠。
1 我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域變頻技術(shù)的現(xiàn)狀及變頻技術(shù)的原理
我國(guó)在促進(jìn)國(guó)家工業(yè)化的道路上進(jìn)行了60多年的實(shí)踐，有成功的喜悅也有失敗的教訓(xùn)，尤其是變頻技術(shù)的發(fā)展工業(yè)領(lǐng)域帶來(lái)了難得的機(jī)遇和前所未有的挑戰(zhàn)。我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域變頻技術(shù)的整體現(xiàn)狀是從20世紀(jì)80年代引進(jìn)中國(guó)以后，變頻技術(shù)就得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，應(yīng)用在各行業(yè)中，應(yīng)用的范圍雖然比較廣，應(yīng)用的程度卻不很高，因此和發(fā)達(dá)國(guó)家相比在設(shè)備控制水平、制造工藝、節(jié)能減排、應(yīng)用效率上還有一定差距，但是我國(guó)的變頻技術(shù)的發(fā)展?jié)摿κ蔷薮蟮模绕涫枪I(yè)節(jié)能領(lǐng)域上。
綜合應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)控制交流電動(dòng)機(jī)就是目前變頻機(jī)技術(shù)應(yīng)用的原理，變頻器實(shí)際上改變了交流動(dòng)機(jī)供電的頻率和幅值，這也在一定程度上節(jié)約了能源，增強(qiáng)了利用效率，達(dá)到了用平滑控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。而且變頻器技術(shù)關(guān)鍵是變頻調(diào)速方法，只要方法得當(dāng)就能保證工業(yè)能源的排量，就能實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源的作用。
2 變頻器技術(shù)在工業(yè)節(jié)能領(lǐng)域的應(yīng)用思路
2.1 變頻器技術(shù)的節(jié)能關(guān)鍵是在啟動(dòng)功能上
變頻器技術(shù)從本質(zhì)上看就是一種改善運(yùn)行環(huán)境和節(jié)約能源的一種手段，啟動(dòng)功能因?yàn)榘俗冾l器技術(shù)的主要原理，因此顯得格外重要，而且也受到了很多用戶的歡迎。變頻器的啟動(dòng)功能以前大多都是硬啟動(dòng)，但是這樣的直接啟動(dòng)的電流比較高，實(shí)際上對(duì)整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的容量和輸配電設(shè)施造成了嚴(yán)重的沖擊，從某種程度上講不利于整個(gè)系統(tǒng)的節(jié)能減排。軟啟動(dòng)功能實(shí)際上最符合變頻器技術(shù)的原理，也是最優(yōu)的一種啟動(dòng)功能，有利于節(jié)能減排，因?yàn)檐泦?dòng)一切都是電流都是從零開(kāi)始的，是按需逐步增加的，就算產(chǎn)生很大電流，它的最大值也不會(huì)超過(guò)額定電流的，因此可以進(jìn)一步減輕對(duì)整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的沖擊、也能最有效的符合供電容量的要求、在一定程度上延長(zhǎng)了整個(gè)工業(yè)設(shè)備的使用壽命、促進(jìn)了工業(yè)領(lǐng)域的節(jié)能減排，因此在工業(yè)節(jié)能領(lǐng)域的思路就是首先在啟動(dòng)功能上有所突破，要加強(qiáng)對(duì)啟動(dòng)功能的改造，實(shí)現(xiàn)變頻器技術(shù)的軟啟動(dòng)。
2.2 優(yōu)化電機(jī)運(yùn)行是變頻器技術(shù)的前提和基礎(chǔ)
優(yōu)化電機(jī)運(yùn)行時(shí)變頻器技術(shù)的前提和基礎(chǔ)，因?yàn)樽冾l器技術(shù)的應(yīng)用實(shí)際上在很大程度上得益于電機(jī)運(yùn)行的優(yōu)化。一些系統(tǒng)比如中央空調(diào)、風(fēng)機(jī)等系統(tǒng)很多都是采用傳統(tǒng)的供水方式，也就是水塔、氣壓罐、高位水箱等，但是這些雖然應(yīng)用的范圍比較廣、應(yīng)用的時(shí)間比較長(zhǎng)，但是因?yàn)橥饨鐥l件的影響經(jīng)常出現(xiàn)各種各樣的問(wèn)題，比如由于受水箱高度和儲(chǔ)水量因素的影響水壓就會(huì)受到影響。而恒壓才是保證和維護(hù)節(jié)能減排的條件，因此為了實(shí)現(xiàn)恒壓，為了能有效的調(diào)節(jié)給水量就要從電機(jī)的優(yōu)化方面入手，也就是通過(guò)對(duì)電機(jī)運(yùn)行的優(yōu)化設(shè)定各個(gè)系統(tǒng)泵站的出水壓力。而且設(shè)定值一定要符合電機(jī)運(yùn)行的實(shí)際，不能過(guò)小也不能過(guò)大，而且要隨時(shí)和反饋的實(shí)際出水壓力值進(jìn)行比較，比較完畢后要對(duì)差值進(jìn)行運(yùn)算和處理，這樣系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出控制的指令，也就能真正控制水泵電動(dòng)機(jī)的運(yùn)臺(tái)數(shù)和轉(zhuǎn)速，這樣就會(huì)達(dá)到壓力恒定的目標(biāo)，也就在一定程度上減少了節(jié)流損失的效能。而且由于是電機(jī)的自行運(yùn)行也降低了人工的勞動(dòng)強(qiáng)度，真正的提高了整個(gè)系統(tǒng)的效率，所以變頻器的應(yīng)用還是要從電機(jī)的運(yùn)行方面入手，并且要把優(yōu)化電機(jī)運(yùn)行當(dāng)成變頻器技術(shù)的亮點(diǎn)去推廣。
2.3 智能化和網(wǎng)絡(luò)化是變頻器技術(shù)的未來(lái)趨勢(shì)和必然結(jié)果
現(xiàn)在的世界是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)極具發(fā)展的世界，可以說(shuō)人類(lèi)已經(jīng)步入了互聯(lián)網(wǎng)的時(shí)代。互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的工業(yè)發(fā)展就要有新的思路和新的途徑，智能化和網(wǎng)絡(luò)化是當(dāng)前工業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，也是目前變頻器技術(shù)最主要的一個(gè)特征。因此要提高生產(chǎn)的效率、減少運(yùn)行的成本，實(shí)現(xiàn)工業(yè)的節(jié)能減排就要最大化的利用網(wǎng)絡(luò)化和智能化，也就是通過(guò)現(xiàn)在的高速通訊網(wǎng)絡(luò)連接變頻器系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)運(yùn)行和系統(tǒng)維護(hù)的智能化。要通過(guò)對(duì)總線和分線進(jìn)行模塊化和智能化的管理，對(duì)不同型號(hào)不同功率段的變頻器用網(wǎng)絡(luò)的變成語(yǔ)言進(jìn)行操作、進(jìn)行合適的組態(tài)，這樣就能更好的使變頻器技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。通過(guò)智能化和網(wǎng)絡(luò)化的實(shí)現(xiàn)是變頻器技術(shù)更能起到節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境的作用，但是在智能化和網(wǎng)絡(luò)化的道路中我們還有很多問(wèn)題需要面對(duì)和克服，因此要制定詳細(xì)的計(jì)劃和有效的策略使變頻器技術(shù)在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代中越走越順、越走越快。
3 結(jié)束語(yǔ)
我國(guó)自從在采用變頻器技術(shù)以后在工業(yè)領(lǐng)域上取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但是變頻器技術(shù)隨著互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來(lái)，又有了新的變化，因此我們要在啟動(dòng)功能上下足功夫、優(yōu)化電機(jī)的運(yùn)行、而且最要的是實(shí)現(xiàn)變頻器技術(shù)的智能化和網(wǎng)絡(luò)化，只有這樣變頻器技術(shù)才能真正實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境的作用。
參考文獻(xiàn)：
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