电机变频调速器应用

电机变频调速器应用（精选10篇）

电机变频调速器应用 第1篇

1 关于容量选择

在变频调速器的说明书中, 为了帮助用户选择容量, 都有“配用电动机容量”一栏, 然而, 这一栏的含义却不够确切, 常导致变频器的误选。

各种生产机械中, 电动机的容量主是根据发热原则来选定的。就是说, 在电动机带得动的前提下, 只要其温升在允许范围内, 短时间的过载是允许的。电动机的过载能力一般定为额定转矩的1.8～2.2倍。电动机的温升, 所谓“短时间”至少也在十几分钟以上。而变频调速器的过载能力为:150%, l分钟。这个指标, 对电动机来说, 只有在起动过程才有意义, 在运行过程中, 实际上是不允许载。

因此, “配用电动机容量”一栏的准确含义是“配用电动机的实际最大容量”。实际选择变频器时, 可按电动机在工作过程中的最大电流来进行选择, 对于鼓风机和泵类负载, 因属于长期恒定负载, 可直接按“配用电动机容量”来选择。

2 传动系统进行优化设计

交流异步电动机经变频调速后, 其有效转矩和有效功率的范围。配用变频调速器时, 必须根据生产机械的机械特性以及对调速范围的要求等因素, 对传动系统进行优级化设计, 优化设计的主要内容和大致方法如下。

2.1 确定电动机的最高运行频率

(1) 鼓风机和泵类负载, 这类负载的阻转矩TL与转速n的平方成正比TL=KTn2, 输出功率PL与转速的在次方成正比PL=KPn3, (KT和KP为常数) , 由此可知, 如转速超过额定转速, 负载的转矩和功率将分别按平方律和立方律增加, 因此, 在一般情况下, 不允许在额定频率以上运行。

(2) 一般情况下, 各种机械的强度、振动以及耐磨性能等, 都是以电动机转速不超过3000r/min为前提设计的。因此, 在没有对机械重新进行设计的情况下, 2级电机的最高运行频率不要超过额定频率太多。

(3) 当异步电机在额定频率以上运行时, 由于电源电压是恒定的, 其在调到fx时电磁转矩Tx近乎和频率调节比Kf的平方成反比, 即T≈TN/Kf2 (而TN为额定频率fN时的转矩) 。因此, 最高运行频率不宜超过额定频率

(4) 异步电机在低频下运行时, 为了获得足够的转矩, 常需进行转矩补偿。而转矩补偿将使电机的磁路趋于饱和, 从而增加附加损失, 降低了效率, 因此, 只要情况许可, 应尺可能地提高运行频率的上限。

2.2 确定传动系统的传动比并校核电动机的容量

(1) 鼓风机和泵类负载, 一般均为直接驱动, 不必考虑传动比的问题。

(2) 恒转矩负载, 首先, 根据有效转矩线以及所要求的频率调节范围, 确定电机运行的最高频率和最低频率。

假设已经确定的电动机最高运行频率为fmax最低运行频率为fmin与此对应的转矩相对值为tTL, 则电动机的额定转矩Tn=TL/qTL (TL负载转矩) 。如果原选电机并未留有余量的话, 则配用变频调速器后, 电动机的容量应扩大1/tTL倍。传动系统的传动比入等于电动机在最高运行频率下的转速nDmax负载所需求的最高转速nLmax之比。

(3) 恒功率负载:和恒转矩负载类似, 首先根据有效功率线和频率调节范围, 求出电动机运行频率的上、下限。

同样, 在求出最高和最低运行频率的同时, 得到对应的功率相对值tPL, 而电动机的额定功率PN≥PL/tPL (PL为负载要求功率) 。

在设计恒功率负载时, 应注意两点: (1) 尽量多利用额定频率以上的部分; (2) 当调整范围较大时, 尽量采用两档传动比。因为当传动比分成两栏时, 频率范围αf与αn转速范围之间的关系为。可见, 在转速范围相同的情况下, 频率范围将大为减小, 从而可减小电动机的容量。

负载的机械特性, 因是恒功率负载, 故曲线上任一点的横坐标与纵坐标的乘积均相等, 且与负载功率成正比, 即PL=KPTLnL=KPTLmaxLmin。全部转速都在额定频率以下调节时的有效转矩线, 在这种情况下, 所需电动机的容量P N=K P T N n L m a x>K P T L m a x L m a x=αnPL。这说明, 所需电动机的容量比负载功率的On倍还要大, 是很不经济的。

⑴当最高运行频率为额定频率的2倍, 传动比只有一档时的情形。在这种情况下, 所需电机的容量PN=KPTN1/2nLmax 1/2αnPL。可见, 所需用容量只要大于负载功率的On/2倍就可以了。

⑵当最高运行频率为额定频率的2倍, 传动比为两档时的情形。这时, 所需电机的容量PN1/2 PL。可见, 对于恒功率负载, 当αn>4时, 这种方案是比较理想的。

3 自配外接制动电阻

各种变频调速器都允许外接制动电阻, 加快制动速度, 外接电阻。但配套的制动电阻价格昂贵, 不易买到, 自动配置时, 其阻值与功率可如下决定:

直流电路的电压值UP=380=53V;制动电流Is一般以不超过电机的额定电流IDN为原则, 即IsIDN, 故制动电阻Rs≥UD/Is。

因Rs内通过电流的时间只有几秒钟, 故其功率PR可按工其工作时的 (1/10～1/8) 选择, 即PR= (0.1-0.125) UD2/Rs。

因Rs接入电路时, 应注意将变频调速器内部的制动电阻切除, 如不能切除, 则应适当加大Rs的值, 以免出现制动电流过大的情形。

在外接制动电路时, 为了避免烧毁变频器内部的放电用大功率晶体管 (GTR) 有时也可以外接整个制动电器 (即包括制动电阻和放电晶体管, 这时, GTR应选取其VCEX≥700伏;ICN≥ (1.2～1.5) IDN安。

摘要：对变频调速器在实践应用中容量的正确选择、传动系统的优化设计以及外接制动电阻等方面的问题, 总结了一些经验。

电机变频调速器应用 第2篇

关键词：变频调速永磁电机 皮带运输 控制系统

当前技术条件支持下，变频调速永磁电机所具有的最显著优势在于：功率因素高、且工作效率高。在煤矿企业生产系统当中，变频调速永磁电机已具备取代传统意义上，交流异步电机的可行性，兼顾了良好的节能与经济优势。基于此，本文试针对皮带输送在变频调速永磁电机过程中的相关问题做详细分析。

1 变频调速永磁电机应用特性分析

带式输送机常规意义上所采取的电机设备多为异步电动机设备，在配合齿轮减速器装置、以及液力耦合器设备的基础之上，构成一个完整性的动力驱动系统。此種驱动系统实践应用中的机械故障比较频繁，工作效率较低，且在重载状态下的启动难度比较大。相对于此，建立在变频调速永磁电机基础之上的整个驱动系统可作用于对皮带输送机转动速度的调节工作，去掉了传统意义上的减速器装置、以及液力耦合器设备。

以某煤矿井下工作面皮带输送机设备为例，在实际工作当中就针对皮带输送机所应用的异步电极进行了改造，将其改造成为变频调速的永磁电机。该同步电动机的额定容量为55kW单位，额定电压为660V单位，额定频率为12Hz单位，转子结构为永磁结构。在该变频调速永磁电机与变频器相互配合运行的过程当中，可有效保障多驱动电机相互之间功率的平衡性。在应用方面的优势主要表现在以下几个方面：

①运行效率高。

②噪音低。

③运行平稳且可靠。

④启动转矩高。

⑤调速驱动稳定高效。

2 控制系统应用情况分析

在煤矿井下工作面皮带输送机设备的运行过程当中，调速装置中应用了现代化的IGBT变频调速理论、以及模糊控制理论。整个变频调速装置主要由以下几个部分所构成（包括变频调速系统、参数设定系统、以及显示系统这三个方面）。变频器的核心设置为基于IGBT的半导体开关器件及其驱动模块，在电流裕量方面有明显的优势。同时，该变频调速系统当中所设置的热管散热器在散热性能、维护性能、实用性能等方面均有显著优势。不但如此，整个调速装置自主电路到控制电路均应用光纤方式实现通信，以良好的抗干扰能力防止控制系统的运行出现误动动作。

同时，从控制算法的角度上来说，变频调速装置采用了先进性的控制算法，专门针对低转速大转矩三相永磁同步电机的变频调速运行特性，在控制算法方面选择了无线传感器矢量控制与直接转矩控制相结合的控制模式。此种控制算法的主要优势在于：稳态性能突出、低速启动状态下的转矩作用力较大、调速范围宽。

3 变频调速永磁电机的应用优势

在将以变频调速永磁电机为基础的皮带运输机应用于煤矿井下生产实践的过程当中，所表现出的主要优势包括以下几个方面：

①由于新改造后的系统取消了减速器以及液力耦合器设备，因而在皮带运输过程中的震动与噪音问题大大降低。同时，也使得整个系统正常运行状态下的电耗问题明显降低，运行效率大大提升。

②在新改造后系统运行过程当中，永磁电机能够在额定转动速度条件下确保恒转矩特性。即便在低频、低速、乃至低压性的运行状态下，电动机所提供的转矩仍然可满足皮带运输的基本需求。

③也正是由于新改造系统省却了一部分的设备，因而在日常维护过程当中，对于这部分零部件磨损的投入维护费用大大降低，进而在一定程度上可有助于皮带运输效率的提升。

4 结束语

通过本文以上分析需要认识到：在煤矿井下工作面，

皮带输送机的运行过程当中，通过对变频调速永磁电机的合理应用，使得皮带输送机内部所具备的减速器装置、以及液力耦合器设备被有效剔除，因此在降低皮带运输噪音，提高输送转矩等方面体现出了显著的优势。总而言之，本文就皮带输送中对变频调速永磁电机的应用展开了简要分析与说明，望能够引起同行人员的关注与重视。

参考文献：

[1]叶云岳，范承志，卢琴芬等.直驱式高效节能复式永磁电机的研发与应用[J].电机与控制应用，2010，37（1）：1-3，12.

[2]王奇凯.基于PLC技术实现多条运输皮带自动延时启停[J].神华科技，2011，09（1）：75-77，81.

[3]魏书楷，林红权.基于现场总线的原料皮带运输联锁控制及管理系统[C].//第六届全国计算机应用联合学术会议论文集，2002：587-

变频调速电机节能应用分析 第3篇

变频调速电机系统是性能最好且最有发展前景的机电一体化产品, 除必须有变频器外, 还必须具有与之配套的交流电动机才能实现无级调速。变频调速电机主要用在额定频率及其以下的某一频率范围内作恒转矩驱动, 在额定频率以上的某一频率范围内作恒功率驱动。

1 变频调速运行理论分析

1.1 变频调速基本原理

交流电动机的同步转速可以表示为:

根据异步电动机转差率的定义:

可知交流异步电动机的转速为:

式中:f是电动机定子绕组频率;P是电动机极对数。

由上式可知, 如果均匀地改变交流电动机定子绕组的供电频率, 电动机转速就可平滑地改变, 这样就实现了对电动机转速的调节和控制。

1.2 变频调速控制方式

绕组中的感应电动势是难以直接控制的, 当电动势值较高时, 可以忽略定子绕组的漏磁阻抗压降。而认为定子相电压约等于电动势, 若保持输出转矩一定, 就要求磁通不变, 则得电压与频率的比值为常数, 这就是恒压频比的控制方式。但在低频时电动势较小, 定子阻抗压降所占的份量就比较显著, 不再能忽略。这时需要人为地把电压抬高一些, 以便近似地补偿定子压降。

频率从额定值向上升高, 受到电动机绝缘耐压和磁路饱和的限制, 定子电压不能随之升高, 只能保持额定不变, 电动机输出功率也保持不变, 这将导致磁通与频率成反比地降低, 使得异步电动机工作在弱磁状态。

2 变频调速电机技术特点

逆变器驱动电机系统中, 不可避免地存在谐波损耗及谐波附加转矩, 并由此给变频调速电机带来一系列不利影响, 如低频时转速波动等。从电机电磁和结构上采取相应措施来抑制由于谐波而产生的负面影响显得尤为重要, 电机主要技术特点如下:

(1) 采用变频调速系统, 虽然综合效率提高, 但电机效率有所下降。不论哪种形式的变频器, 在运行中均产生不同程度的谐波电压和电流, 使电机在非正弦电压、电流下运行, 会引起定子铜耗、转子铜 (铝) 耗、铁耗及附加损耗的增加, 最为显著的是转子铜 (铝) 耗。变频电机电磁设计时需采取多种有效措施, 减少变频器谐波对电机的影响。

(2) 为了避免电机绝缘系统在逆变电源供电环境中的迅速老化及电晕现象, 防止绕组局部绝缘击穿, 加强了电机绕组的匝间绝缘和对地绝缘, 并采取了防电晕措施, 使电机的绝缘系统能承受更高的介电强度, 也能承受运行电压和逆变器换向时产生的尖峰电压叠加值。

(3) 采用VPI真空压力浸漆。与绝缘形式相匹配的真空压力浸漆过程, 使电机的整个绝缘结构内部的空隙由无溶剂浸渍漆填满, 形成一个整体, 大大提高了电机防潮、耐热、导热能力, 又增强了电机绝缘的机械、电气强度, 从而提高电机的可靠性, 延长其寿命。

(4) 变频电机滚动轴承上加有轴承套, 轴承套与端盖之间加有绝缘层, 以隔断由于共模电压造成的轴电压和轴承的泄漏电流。

(5) 由于变频电机工作频率范围宽, 转速变化范围大, 各种电磁力波的频率很难避开电机各构件的固有振动频率。变频电机采用轴向推入式结构, 并充分考虑电机各构件及整体的强度, 尽量提高其固有频率, 以避开各次力波产生共振现象。

(6) 为配合用户变频调速系统进行转速闭环控制和提高控制精度, 在电机尾部可应用户要求装设非接触式转速检测器, 一般选用增量型光电编码器。

3 节能应用分析

3.1 节能概述

节能的多少不仅决定于调速效率, 还与设备的运行工况密切相关。在预计节能效果时, 必须有工况变化作为前提。对于变化工况的风机、泵类, 采用变频调速节能, 效果最为明显。

当负荷发生变化时, 需要经常调节风量。传统的调节手段是通过调节风机挡板的开度, 即改变风道阻力的方法来调节风量, 风机效率往往运行在最低点。如果风机能在调速状态下运行, 则可将风道的阻力减少至最小, 功率消耗也降至最低, 如图1所示, 此时风机可以始终处于高效点运行。

3.2 应用分析

(1) 主要参数 (以某公司引风机电机为例) 。

风机型式:单吸、离心式、D型

风机型号:JLY75S-30No24D

风量:Q=186970m3/h

风压:6500Pa

变频调速电机型号:YPT500-6

额定功率:560k W

额定电压:6k V

(2) 引风机性能曲线 (如图2) 。

由图2可以看出:随着风量的增加, 引风机的静态压力下降。现假定引风机效率最大的工作点是A点。当需减少风机的供风风量时, 过去经常采取调节阀门的方式, 增加系统阻力来满足要求 (见工作点B) 。这种方法不但不节能, 反而会增加风机的效率损耗。采用变频调速技术后, 当上述工况出现时, 就可通过调速装置降低电机转速, 使系统重新达到平衡 (见工作点C) 。从C点可看出, 电机转速虽然降低了, 但对引风机效率影响不大。

3.3 利用相似理论进行分析

风机的流量是指它在单位时间内输送的流体数量, 可用体积流量Q, 与重量流量G表示。它们之间的关系为:

式中:Q体积流量, m3/s;G重量流量, kg/s;γ介质重量, k g/m3。当温度为0℃, 水的重度γ=1000kg/m3, 空气的重度γ=1.29kg/m3。

由于空气的重度很小, 并随温度、压力的变化而变化, 所以在风机设计中, 一般不采用重量流量, 而采用体积流量。

风机的输出有效功率是指在单位时间内通过风机的流体所得到的功率, 即

式中:Pe有效功率, k W;PT全风压, kg/m2。

由于风机内存在损耗, 原动机传给风机轴上的功率PF总大于其有效功率Pe。设风机的效率为ηF, 则轴功率为:

当风机的转速从n1变化到n2时, 其流量Q, 全风压PT以及轴功率PF的关系为:

3.4 相关参数估算

风机正常运行下的轴功率为:

考虑到负载10%的波动, 而且本项目用是560k W电动机, 考虑到电动机非满负载时的效率较低, 效率按0.9计算, 因此, 电动机实际轴功率为:

如采用出口节流阀门调节轴功率, 则风压随流量的下降而增加, 假定风量下降至130000m3/h时, 由特性曲线表查出风压为7800Pa, 此时风机的轴功率为:

随着负载的降低, 电动机的效率更低, 电动机效率按0.85计算, 此时, 电动机实际轴功率为:

如果用变频器把电动机的转速降下来, 根据特性曲线, 可以看出在额定工作点下, 随着转速下降, 风量、风压、轴功率基本成正比下降。其中风量为一次方, 风压为二次方, 轴功率为三次方。假定风量下降至130000m3/h时,

由公式, 求出

所以, 当电动机的转速降到681r/min时, 可以满足负载的要求, 此时电动机的轴功率为:

故节能百分比为:

3.5 效益估算

如果长期在此工况下运行, 假定用电的价格为0.5元/k Wh, 一年按300天计算, 则每年可节约电费为:

即使与使用节流阀门时的工况比较, 每年可节约的电费为:

电机变频调速器应用 第4篇

关键词：变频调速 选转编码器 定位精度 闭环控制

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）01（b）-0029-01

在自动化生产线控制过程中，产品的加工、分拣、入库等工序中，经常要求控制系统能够实现快速精确定位，常用的控制有步进电机位置控制、伺服电机闭环控制以及异步电机变频调速闭环控制等多种方式，本系统采用了PLC为核心控制设备，实现精确定位闭环控制的方法。

1 系统的基本结构及控制过程分析

控制系统由PLC、D/A转换器、变频器、三相异步电机及旋转编码器组成。本系统选用了三菱系列的FX2N-32MR型PLC、FX2N-2DA模拟量输出模块以及FR-E740型变频器；可带动0.75 kW及以下的异步电动机，选用增量式通用型旋转编码器。

由PLC向转换器D/A通道提供电机运行速度相对应的数字量信号，并发出启动转换命令；转换器将速度数字量信号转换为模拟电压或电流信号，并输出给变频器；变频器根据输入信号的大小将50 Hz的工频电源转换为相应频率的交流电向异步电动机供电；旋转编码器直接连接在电机或传送带的主动轴上将电机转过的弧度转换成脉冲，反馈回PLC，PLC通过脉冲数量计算出传送带的运送距离，以实现精确定位。系统机构见图1。

2 PLC向转换器的编程控制

D/A转换器可选用FX2N-2DA模拟量输出模块，它是具有两路D/A通道，最大分辨率为8位的模拟量I/O模块，模拟量输出方式均有电压和电流两种，可供用户选择；在出厂时输入通道的数字量均为0～250，模拟量输出为电压0～10 V，如果模拟量改用电流，就需要重新调整偏置和增益。模块内部都有由32个16位二进制的数据寄存器构成的缓冲区，作为与PLC进行数据通信的区域，PLC可以通过特殊功能模块指令向转换器发送控制命令，对于FX2N-2DA模块，可先由写（TO）指令，向的模块0#缓冲区写入两位十六进制来控制通道的输出模式，写入0为电压输出（-10 ～+10 V），写入1为电流输出（+4～+20 mA）；并向1#和2#缓冲区分别写入欲转换的数字信号；当向21#缓冲区的b1、b0位写入0、1后，便可通过23#和24#缓冲区的数据来调整增益和零点。同时模块上均设置了零点和增益的调整开关，给使用者提供了调整的方便。

3 变频器的参数设置与输出频率的控制

变频器根据FX2N-2DA模拟量输出模块提供的模拟电压或电流信号调整输出三相交流电源的频率，以达到控制电动机的转速目的；变频器与PLC之间也可通过 FX2N-485-BD或FX2N-485ADP实现通信，或直接由STF、SFR外部子控制，使用时不仅要电路的连接无误，同时还需对其参数正确设置，以三菱E500主流系列产品E450型变频器为例；运行模式选择（Pr.79）设置为2，外部运行模式；模拟量输入选择（Pr.73）设置为0或1，输入电压0～10 V或0～5 V，必须与功能模块D/A通道的输出相匹配；直流制动动作时间和频率（Pr.10、11）分别可以设置为0.5 s、5 Hz。

4 旋转编码器反馈信号与位移的分析

旋转编码器是连接在电机转轴或传送带主动轴上，通过光电转换，将轴上机械、几何位移量转换成脉冲信号，可以实现速度和位移的检测。一般依据旋转编码器输出的脉冲方式不同，可以分为增量式、绝对式及复合式。本系统采用增量式编码器，具有A、B两组相差900，当A相超前B相时为正转，当B相超前A相时则为反转，将A、B两相脉冲直接连接到PLC的高速计数器输入端，可以计算每两脉冲之间的移动距离，即脉冲当量。如旋转编码器的分辨率为N=500线，传送带主动轴的直径为D=45 mm，则电机每转一周，两脉冲之间的移动距离，即脉冲当量μ=（п·D）/N=3.14×45/500=0.282 mm，若当PLC测得脉冲数为M，则可推算出传送带上工件的移动距离L=μ·M。

5 高速计数器的选用与编程

由于旋转编码器的分辨率越高则输出脉冲的频率也就越高，当超过PLC机内扫描频率时，必须采用PLC高速计数器，以中断方式进行计数；FX2N型PLC内置有21点高速计数器C235-C255，每个高速计数器都规定了其功能和使用的输入点，其中C235-C245的11个功能为一相1计数输入，即一个计数器占用一个高速计数输入点，可由特殊辅助继电器M8ΔΔΔ的状态决定是增序或减序计数，C246-C250的5个功能为一相2计数输入，即一个计数器占用2个高速计数输入点，一个增计数输入，一个减计数输入；C251-C255的5个功能为2相2计数输入，即一个计数器占用2个高速计数输入点，一个A相计数输入，一个B相计数输入；当A相超前B相时增计数，当B相超前A相时则减计数。本系统采用C251高速计数，由PLC的X0和X1分别采样编码器的A、B两相脉冲。

6 系统运行的调试

如工件在传送带上要求移动350.5 mm，由上述理论上的脉冲当量计算，则编码器约应发出1243个脉冲，但在实际应用时会有各种的误差，如传送带主轴的测量误差，传送带的张度及安装偏差等，所以必须采用现场脉冲当量测试的方法对理论计算予以修正，可多次实测工件移动距离和高速计数脉冲数，计数出实测脉冲当量，求取均值。

在现场安装调试过程中，需仔细调整电动机与主动轴之间联动轴的同心度，同时调节张紧度，以电机输入频率为1 Hz时可启动为宜，两边应平衡调节，避免皮带运行跑偏。

7 结语

本系统应用PLC通过变频器对三相异步电机实现变频调速，并采用旋转编码器将旋转角度和传送距离对PLC进行反馈，从而实现了位移的精确定位。

参考文献

[1]郁汉琪，盛党红.电气控制与可编程控制器[M].东南大学出版社，2003.

[2]张同苏，徐月花.自动生产线安装与调试[M].中国铁道出版社，2010.

电机变频调速器应用 第5篇

变频调速技术以其显著的节能效果、优质无级平滑调速、高精度地控制工艺参数等优点，在石油化工行业推广使用。采用传统方法是通过调节出口或入口的挡板、阀门开度来调节流量、液面等工艺参数，其输出功率大量消耗在挡板、阀门截流过程中，造成极大的电能浪费。运用变频调速节能技术，变频调速器直接控制风机、泵类负载是一种最科学的控制方法，利用变频器内置的PID调节软件，可以根据工艺负荷精确地自动调节电动机输出频率和转速，保持恒定的水压、风压，满足生产装置工艺系统要求的压力。实践证明，当电机在额定转速的80%运行时，节能效率可达40%。变频调速器还可以实现大型电动机的软启动和软停机，避免了电动机启动时对电力系统的电压冲击，降低了运行电流，不仅减少了电动机、机泵和阀门设备故障率，延长其使用寿命，而且节约电能效果显著，可以取得较好的经济效益，从而实现了电动机、风机、泵类设备的经济运行。以下举两例说明。

1. 渣油进料泵是九江石化公司30万t/年合成氨装置的重要设备，将减压渣油原料输送到气化炉。渣油进料泵为德国西门子电动机，功率75kW，转速2 982r/min，额定电压380V，额定电流132A，额定出口流量28.520m3/h。原系统采用控制出口阀门的方法进行控制，即差压变送器检测流量信号送至PID调节器，再由PID调节器输出控制信号，控制出口调节阀的开度，从而控制出口流量，保持流量稳定。原系统运行中存在以下问题：节流量较大，泵出口阀的节流量已接近泵额定流量的一半，浪费大量的电能;控制精度低，出口流量波动较大;电机工作在额定转速，出力不变消耗电能;电机噪声较大，泵和管线阀门压力较大，易造成泄漏。

2003年，九江石化公司利用化肥装置检修的时机，选用德国西门子公司成套变频设备，对3台渣油进料泵进行变频优化节能改造。投入运行后工艺控制平稳，由于变频器的高精度调节，调节信号有高速传递性，减少了以前仪表控制系统带来的滞后现象，从而使系统控制精度提高，压力稳定，工艺运行指标得到了优化。节能效果显著，节电率达到70%，按年8 000h计算，2台渣油进料泵年节约电量42万kWh，节约电费25.2万元。维护量大幅减少，由于出口阀全开，电动机降速运行，使得管网压力下降，减少了工艺设备的泄漏，降低了机泵磨损，降低了电机温升，设备维护周期延长。由于变频器代替了调节阀，解决了由于调节阀故障高给生产带来的影响，使仪表的维护量减少。系统实现了软启动，由于变频器具有软启动功能，减小了电机启动时对电网的冲击。

变频器投入运行以来，运行可靠，自动化程度高，渣油进料泵流量控制精度高，可以充分满足生产需要，节能效果显著，取得了良好的经济效益。

2. 加热炉鼓风机是九江石化公司500万t/年常减压装置加热炉烟气回收系统的重要设备，风机输出功率185kW，原设计是通过调节风门挡板实现风量调节，设备运行能耗长期居高不下。为提高加热炉烟气回收系统工艺自动化控制水平，节约电能，提高经济效益，九江石化公司对其进行节能改造，采用风机变频调速系统取代低效率、高能耗的风门挡板节流控制。选用日本东芝公司专用于平方减转矩负载的A5P系列变频器。该变频器采用最新智能IGBT模块和东芝独特矢量运算控制，有良好的技术性能。其主要特点有：新的电流限制功能，当机泵超负荷时，通过抑制转矩来限制过电流，使变频器不跳闸，机泵继续运转;电压反馈控制功能，当电源电压变化时，可瞬时补偿输出电压、保证变频器稳定运行;学习加减速功能，根据负荷状态自动调整最合适的加减速时间，方便设备调试;自动节电运行方式功能，在确保负荷所需转矩的条件下，将电流降到最小，自动节电运行;内置工频及变频切换时序电路，保证石化流程工业装置生产的连续性和可靠性，可以方便切换、互为备用。

电机变频调速器应用 第6篇

将交流变频调速技术更多的应用在架线电机车上, 许多矿区已经获得了明显的经济效益。目前交流变频架线电机车已经被广泛应用在煤矿当中, 在运输方面起着不可忽视的作用。本文将传统的直流机车与交流变频架线电机车进行对比, 具体对变频调速技术应用到架线电机车上进行说明, 期待可以为煤矿行业节约能源、采用新技术、提高效益有所帮助。

1 概述

我矿区为了适应经济发展的需要, 在过去几年中积极更新了架线机车。旧式机车由于自身条件的局限, 经常制约着矿井下面的负载运输, 影响了矿区的运输系统。为了解决这个问题, 我矿区积极将变频调速技术应用在架线电机车上, 目前已经实现了普遍更新覆盖, 效果明显。变频调速技术的应用使矿区电机车即使是在低速启动的状况下, 也可以拥有非常高的转矩。交流变频架线电机车调速、制动性能非常好, 相比较于旧式机车, 它更安全、耐用, 某种程度上减少了维修所需要的费用;没有采用耗能非常高的调速电阻, 节能效果明显。总而言之, 由此带来的经济效益是相当可观的。

2 变频调速技术应用在架线电机车上的优点

2.1 具有免维护特点

相比于直流电动机, 交流变频架线电机车因为采用了ABB变频技术, 且不再需要调速电阻等非常容易损坏的零件, 因而故障率降低了很多, 电耗也要小很多。另外, 变频调速架线电机车满足了操作当中对于调速精度的高要求, 可靠性得到了很大保障, 因而具备免维护特点, 如此一来就能够省去机器维修的部分成本。

2.2 运输能力强

交流变频技术应用在架线电机车上, 可使转矩在最大时达到额定值的2~3倍, 远远超过了直流机车, 不管是就起动转矩这个特性来说, 还是就牵引特性来说, 直流机车都是无法与交流变频架线电机车相提并论, 后者的过载性能好, 爬坡性能好, 在应用当中, 明显会提升煤矿运输量。

2.3 安全性高

交流变频架线电机车能够很好地控制矿车速度, 停止后不会由于惯性的力量而无法保持平稳, 能够最大程度上地保证减少各个矿车之间的摩擦冲击, 避免掉道事故。在直流机车的基础上, 又开发了电气制动功用, 使闸瓦磨损情况得到控制。另外, 能够很好地抗电源波动, 保证在一定范围内, 遇到特殊情况会自动断电, 继而恢复, 减少了人工控制中的隐患, 安全性更高。

2.4 具备节能效果

过去使用的直流机车其中的调速电阻耗能大, 而变频调速技术在架线电机车上的应用节能效果非常明显, 经常达到33%以上, 通过测试数据发现, 在短短四个月的时间当中, 就可以节约相当大的一笔电费还有相应的材料费用、配件费用。

2.5 应用安全闭锁

交流变频机车使用的是电气闭锁这种软件, 取代了以往的机械闭锁, 这就使机车保护越来越先进可靠。当其运行时, 相应的会产生火花, 但是仅为直流牵引电机车的1/4~1/10;同时, 有效地减少了滑板与滑板之间的磨损, 延长了机器的使用年限;由于运转而带来的辐射干扰明显减弱, 这样就能避免矿地工作当中其他的一些电气设备受到过多干扰。

3 变频调速的方法与使用

3.1 变频调速的方法

主要的方法就是交直交变频。通过在矿区所应用的电机车中安装上逆变装置, 能够把从电网上直接获取得来的直流电, 经由逆变装置, 转变为可以调控频率的三相交流电, 这样将应用较多的直流牵引电机车改造成为最简单、最基础的交流电机车。改造之后, 工作人员可以借助电源频率来控制运转速度。

3.2 变频调速的使用

将调速器固定好, 将其调速以及换向手柄都调整到零位, 然后手动合上交流变频机车的开关, 保证通电;通电之后, 观察报警灯是否已经亮起来, 亮了以后, 再看看准备灯, 二者都亮了以后, 就可以展开工作, 转动换向手柄, 调到将要运行的那个方向;等待片刻, 会发现运行灯已经亮起, 说明机器可以运行了, 这时只需要动动调速手柄到想要的速度, 就可以让机器发挥作用了。

由于矿区的运载量比较大, 所以经常会出现超载这种情况。一旦超载, 矿区电机就有可能形成短路, 此时变频调速交流电机车就会出现警示, 相应的警示灯会亮起来, 会自动地停止正在进行的工作, 工作人员可以在排除隐患后, 通过手动按钮“复位”进行恢复。

4 变频调速交流电机车硬件组成及操作原理

4.1 变频调速交流电机车硬件组成

将直流电变成交直交变频三相交流电, 需要借助复杂而又系统的控制功能来实现, 比如单片机的选择, 将其安装在系统当中实现控制元件功能, 完成系统检测等工作。另外, 还有各种电路需要安装好, 包括接口、耦合、检测等电路。

4.2 变频调速交流电机车硬件操作原理

我矿区所采用的交流变频架线电机车能够进行全速度控制, 工作人员通过操作调速手柄到想要的位置, 电机就可以按照要求的频率来保持运转。将变频调速技术应用在架线电机车上以后, 电机运转的惯性会大大减小, 它有两个非常明显的优点, 其一是在使用当中可以进行给最高车速设一个限制, 尽可能减小由于惯性带动而出现的飞车事故;其二是通过调速手柄实现速度频率调节, 闸瓦能够尽可能减少磨损。

经济效益十分可观, 它的节电率高时可以达到33%以上, 按照30%的比例来算, 2台普通的交流变频架线电机车可省电费将近50万元, 金额庞大, 我矿区普遍将变频调速技术应用在架线电机车上, 保证煤矿运输, 经济效益非常显著。

5 结语

科技的发展日新月异, 短短几年间, 变频调速技术在架线电机车上的应用已经相当普遍了。对比而言, 交流变频架线电机车的性能是绝对优于过去所使用的任何一种交流方式, 已经成为一种不可忽视的潮流, 尤其是矿区所需要的大功率机械的应用中, 比如绞车、提升机、胶带机等设备中, 也都会需要变频技术的参与, 从短时间看来, 它的应用确确实实需要非常大的资金投入, 但是从长远看来, 它所具备的免维修特点、安全性高以及节能性强等优势, 会使矿区运转当中相当一大笔相应资金被节省下来, 预测一年到两年仅仅是节约的电费就可以使成本得到回收, 因而必须拓宽使用, 广泛地推广, 在给矿区带来经济效益的同时, 节约资源, 保护环境, 走可持续发展之路。

参考文献

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变频器在电机调速中的应用研究 第7篇

1 变频器工作原理与保护功能

1.1 变频器调速工作原理

实现电动机变频调速的原理公式为:

式中, f为供电频率;p为磁极对数;n为电机转速。

可以看出, 通过改变定子供电频率来改变同步转速可以实现调速的目的, 具体原理为:保持p不变, 通过改变f来改变n。

变频器主要由2个电路部分组成:主电路和控制电路。其中, 主电路包括整流电路和逆变电路2部分, 前者是将工频电源的交流电变换成直流电, 且对直流电进行平滑滤波, 后者是将直流电变换成各种频率的交流电。

1.1.1 加速特性的实现

加速启动原理:电机直接工频电源启动时的启动电流一般为额定电流的6～7倍, 并且它的加速启动时间是由其负载特性所决定的。变频器的驱动电机一定要在低频率状态下启动。

加速启动过程:如果驱动电机与工频电源的启动相似, 则进行直接启动;而变频器容量与电机相同, 则会由于启动电流过大使变频器出现故障。在变频器接受启动信号时, 输出启动频率会使电机产生启动扭矩。在变频器启动频率情况下, 电机的启动扭矩大于负载的启动扭矩时, 电机开始转动。变频器的输出频率将逐步增加, 电机的转速也将增加直至稳定, 变频器的启动、加速过程完成。

1.1.2 减速特性的实现

减速原理:断开变频器启动的信号, 或者把频率设定值设定得比输出频率更低, 则变频器的输出频率就会根据设定的减速时间逐渐减小。

减速过程:在减速过程中, 变频器输出频率等效的同频速度会低于电机速度, 这个过程叫做再生, 因为电机会把能量返回给变频器。在电机工频供电时, 如果断开交流接触器, 电机会靠负载扭矩的制动力滑动到停止;驱动变频时, 电机并不会因为启动信号的断开而滑动停止, 而是会按照设定的减速时间逐渐减速直到停止。

注意:一旦将减速时间设定值设定过小, 就会激活变频器的电压保护或过电流保护功能。

1.2 变频器的保护功能

变频器的控制电路有一个特别突出的功能保护功能, 它对现场使用维护非常重要。保护功能有多种, 其主要类型包括: (1) 对变频器的保护:包括对过电流、过电压、输出接地故障、输出短路、瞬间失电故障、主电路元器件过热故障、欠压、制动元件故障和过载等的保护; (2) 对电机的过热保护:过载保护和外部热继电器动作; (3) 对其他功能的保护:包含对连接错误、重试次数过多、存储器故障和CPU出错等的保护; (4) 另外, 报警功能包括错误操作状态报警和保护功能预报警等。

2 电动机与变频器的匹配研究

2.1 对变频器容量的分析

在电动机提速和恒速过程中, 变频器的功能是输出电流, 可以理解成它能为电机提供电流的多少, 我们可以用它的额定输出电流或过载能力来表示。在电动机减速运行过程中, 被驱动的电动机相当于一个发电机, 从电动机到变频器有能量的流动。同时, 变频器要把这些能量给消耗掉, 这一过程和其提速、恒速运行过程是相反的。当然, 还有部分能量由电动机负载返回并进行消耗, 同时变频器也会消耗部分能量。此外, 电动机和电动机负载返回的能量会促使变频器端电压升高, 当升高到一个特定值时, 就会产生再生能量消耗等。

2.2 对变频器容量的选择

经过前文探讨, 变频器容量应该与电动机容量相匹配, 同时还要考虑电动机的负载特性和运行方式等情况, 然后根据下列要求进行选择: (1) 考虑并确定机械侧要求的电机转速, 加、减速扭矩, 电机扭矩及电机电流、冷却系数等检验项目; (2) 在以上检验项目中, 最重要的是要对启动时最大扭矩进行考虑, 具体来说要满足电动机启动点, 输出扭矩要大于负载扭矩; (3) 减速过程中的扭矩要求是:输出扭矩应小于电动机加、减速时所需负载扭矩; (4) 减速过程要考虑再生制动散热的问题; (5) 由减速时的电动机和变频器损耗来确定电动机的温升要求、绝缘等级等以及变频器的再生制动扭矩。

在对变频器的具体选择中还要注意: (1) 我们可以考虑在变频器参数中加大扭矩提升值、增加变频器容量等, 这就达到了提高变频器加速能力、增加启动扭矩的目标; (2) 为了增加变频器的再生制动扭矩, 以改善其减速性能, 可以采用增加变频器容量的方法。

3 变频器的干扰与抑制

3.1 变频器的干扰问题

变频器最大的干扰问题是高次谐波, 即基频 (一般为电源频率) 倍数的频率。其中有一种畸变波, 又称畸波, 是由单个基波与几个高次谐波组合而成的。高次谐波的干扰问题对于一些技术密集的生产现场会带来很大的危害, 例如通讯和影像等都不能受到高频的干扰。变频器中的高次谐波源归纳起来有整流器和AC电源校正器等。变频器产生高次谐波干扰问题时, 谐波电源便成了一个谐波源, 而不再是一个普通的工频电源。而电源谐波是大多数电子设备共有的, 所以提高对高次谐波干扰的抑制能力就显得尤为重要。

3.2 变频器对干扰问题的抑制

前文已经详细分析了变频器的工作原理, 我们也知道, 只要变频器进行工作, 就不可避免要产生高次谐波, 从而产生干扰问题。对于高次谐波干扰, 也并非没有方法进行抑制, 我们可以在变频器中加装抑制装置。常用的抑制装置有以下几种: (1) 高功率因数变频器通过自身来完成高次谐波的衰减; (2) 通过在电源侧加装AC电抗器或增加阻抗来抑制高次谐波; (3) 通过在DC电路中安装DC电抗器并且增加阻抗来抑制高次谐波; (4) 同时安装AC和DC电抗器来抑制高次谐波。当然, 这些方法都是针对变频器自身的抑制, 但如果安装后还有明显的干扰现象, 我们除了应采取更换措施外, 还要采取一些补救措施。

一般高次谐波对外干扰主要有空间电波干扰和电路内高次谐波干扰2个方面。对于前者可以运用外加屏蔽的手段, 因此处理起来比较方便。但是, 处理后者却显得困难重重。虽然前文提出的抑制措施都是针对此类干扰的, 但目前最好的方法也就是通过衰减来抑制, 具体策略为:进行电抗器试验来检出适合的电抗器, 再进行安装滤波。这个方法比较原始, 故还是更换为好。变频器在出厂时应按照相应的电子设备高频干扰标准和规范进行严格的干扰测试, 并生成相应的报告, 以供使用者在使用时参考。

4 变频器的使用和维护

对变频器的使用和维护可以采取下列措施: (1) 温度在很大程度上会对变频器的运行可靠性产生影响, 故一旦变频器温度升高, 就应检查其安装位置或安装方式正确与否。可以重点观察:附近有无热源, 通风路径是否狭窄, 安装方向是否正确, 冷却风扇是否有故障。 (2) 要按照规范和要求选择变频器的安装环境, 如周围环境不要有腐蚀性气体、易燃易爆气体、灰尘、污垢及油雾等。 (3) 遇到各种情况时要灵活应变, 以采取正确适当的措施。例如, 可以采取强迫通风冷却、躲闭光照和安装空调等手段来降低温度, 采用电加热法去潮来降低湿度等。 (4) 正确进行变频器的定期检查维护。为避免因为温度、尘埃、湿度、振动等使用环境的影响以及零件老化而引发的故障, 应定期对变频器进行检查维护, 具体做法为:1) 在开始进行检查时, 首先应对变频器主回路端子放电, 然后用万用表测定, 如为安全电压再开始检查。这是因为变频器停电后, 其电容器仍然处于高压充电状态;2) 检查运行中的变频器, 观察电动机调速是否达到变频器的设计指标, 冷却系统是否正常, 是否有异常振动, 温升及输入输出电压正常与否等。 (5) 需要对变频器进行定期检查的项目有:清理冷却系统, 检查元器件的坚固程度;检查导体绝缘件老化情况, 并测试绝缘电阻;检查及更换平滑电容器、冷却风机、继电器等。

5 结语

随着现代社会对节能概念的重视, 变频器以其独特的优势在电机调速的应用中发挥了无可取代的作用。

摘要：从变频器的工作原理与保护功能、与电动机的匹配、干扰与抑制、使用与维护4个方面探讨了其在电机调速中的应用。

关键词：变频器,电机调速,应用

参考文献

[1]邹涌泉.变频器工作原理以及应用中的注意问题[J].自动化与仪器仪表, 2011 (1) :119～121

[2]温江, 张忠海.变频器在交流电机调速系统中的应用[J].一重技术, 2006 (6) :20～21

[3]程峻祥.交流电机变频器调速的控制及应用[J].科技信息 (科学·教研) , 2007 (23) :99, 114

电机变频调速器应用 第8篇

关键词：变频调速技术,煤矿企业,电机,应用

1 变频调速技术的优势

传统煤矿企业的电机主要采用直流驱动方式, 电机主要是直流串激电机, 其牵引特性比较好, 当负载转矩增加时转速会相应地降低。这种电机的调速方法有2种, 即主回路串电阻调速和直流斩波器调速。其中, 主回路串电阻调速的方法比较简单, 但是能耗大;直流斩波调速法与串电阻调速法相比, 可以有效地降低能耗, 但是直流电机固有的缺陷依然无法避免。与上述两者相比, 变频调速技术不仅维修少, 起动转矩大, 具有较好的调速性能, 而且可降低能耗, 节约成本, 同时起动与调速的过程也十分平稳, 不会对电网产生太大的冲击, 可以说是现代电机调速的发展趋势。变频调速技术较好的节能效果适应环境对现代工业的要求, 随着科学技术的不断进步, 其制造成本也会越来越低, 因此在煤矿产业中的前景会越来越广阔。

2 变频调速技术的应用

在应用变频调速技术过程中, 应注意以下几个问题: (1) 变频调速在运行过程中所产生的过大电流会损坏电机。通常电源的频率越高, 电机的转速就越高, 两者成正比关系。要解决电流损坏电机的问题, 可以采用正弦脉宽调制电路, 该电路可以实现对电源输出频率的随意更改, 从而电机的转速也可以随意调节, 最终实现无级调速。 (2) 在电机平滑运转过程中, 会出现死区问题。相关试验证明, 低奇次谐波是产生死区的最大诱因, 可以利用多重化结构解决该问题, 通过合理选择各重之间的相位差、输出变压器变比和输出变压器负极绕组, 改善输出波形, 降低谐波。 (3) 变频调速方案。可以通过感应加热电源进行AC/DC变换, 这样公共电网的交流电能就会转变为直流, 然后再经过AC/DC变换成交流电能, 其频率可以满足负载所需。 (4) 逆变方案。三相正弦脉宽调制逆变电路的主电路主要由6个可控型器件IGBT构成。在实际运行过程中, 各相控制脉冲时序应根据具体情况而定, 各相上下桥臂控制脉冲在相位上互补, 无论何时均有3个控制脉冲为高位, 其余则为低位。

3 变频调速技术的理论基础与控制策略

3.1 变频调速技术的理论基础

按照电机学的基本原理, 电机的同步转速表达式如下:

式中, p为电机定子绕组的磁极对数;f为电机电源频率。

由于在一台特定的电机中磁极对数是确定的, 因此要改变电机的同步转速只需改变电源频率即可。由此可见, 电源频率与电机同步转速以及实际转速的关系成正比, 电源频率越高, 则转速越快, 电源频率下降, 转速也随之减慢。这种利用调节电源频率调节速度的过程即为变频调速。

异步电机的转速表达式如下:

n=60f/p (1-s)

式中, s为电机的转差率。

假设转差率为最佳值, 如果要调节异步电机的转速, 同样只需调整电源频率。为了保证电机基于不同的转速可以在额定磁通内运行, 在改变电源频率时必须同步、成比例地改变输出电压的基波幅值。调节定子供电的频率可以实现电机转速宽范围内的无级调节。如果设备采用的是闭环控制系统, 则拖动系统与传动系统的传动特性均会得到大幅提升。

3.2 正弦脉宽调制法

所谓正弦脉宽调制法, 是指利用三角载波信号比较正弦信号为产生信号, 如果正弦参考信号的幅值发生改变, 相应的脉宽也会发生改变, 最终回路输出电压的值也会发生改变。这种方法是最常用的调制方法之一。如果正弦参考信号的频率发生变化, 也会影响到输出电压的频率。正弦脉宽调制法的最大特点就是在半个周期内, 脉冲中心线的距离相等, 且脉冲等幅, 对脉冲的宽度加以调节, 使正弦波下的面积与各脉冲面积之和成正比, 调制波形与正弦波相近。实际应用中的三相逆变器是由一个三相正弦波发生器产生三相参考信号, 再比较一个公用的三角载波信号, 最终就会产生三相调制波。如图1所示。

3.3 控制策略

与其他变频调速控制方式相比, V/F控制方式更加简单, 尤其是对一些场合转速控制精度与动态性能要求相对较低, 因此应用更加普遍。煤矿电机车负载为牵引负载, 对于转速控制的精度要求比较低, 所以控制策略采用的是V/F控制变频调速。煤矿企业的实际情况是井下直流架线距离比较长, 供电电压有一个较大的波动范围, 因此调速系统采用转速开环、电压闭环、电流截止负反馈的V/F控制方式比较适用。一旦出现电机负载过重或堵转现象, 电机的电流会立刻 (下转第103页) 升高, 可以达到额定值的数倍, 此时采用电流限制调节器可以使电机特性接近于挖土机的特性, 从而实现对电机与调速装置的保护。由于煤矿直流架线供电电压会受到供电距离的影响而发生大幅度变化, 为了适应这一电路特点, 对变频器的输出电压采用闭环控制策略, 以满足V/F控制时的恒压频比。此外, 电机还可以通过电压闭环控制实现过压保护, 从而防止因变频器直流母线电压升高而造成的电机长期处于过压状态, 最终保护电机不受损坏。

4 变频调速系统的硬件组成

系统核心控制板为DSK, 系统外围电路包括主电路、系统保护电路、电压电流检测电路和IGBT驱动电路。本文着重介绍主电路与系统保护电路。

4.1 主电路

主电路部分主要有充电电路、滤波电路、逆变电路和制动电路。在工作过程中, 滤波电容将直流母线电压进行平滑滤波, 再由逆变电路将其逆变为三相交流电, 该交流电的频率与电压均是可以调节的。系统的控制电路硬件选择TMS320LF2407A的DSK板, 其配置包括2M采样转换速率的6路交流信号采样、10路直流信号采样、6路PWM输出、3路CAP输入以及SPI接口的D/A转换输出模块。在该系统开发设计过程中, 采用DSK板不仅降低了DSP外围电路设计调试的工作量, 而且大幅度缩短了系统性能样机的设计周期。

4.2 系统保护电路

系统保护电路包括过压保护、系统过载电流保护、故障信号处理电路、IGBT短路过流保护与过热保护等。其中, 过压保护电路的主要作用是避免出现直流母线电压过高而损坏功率模块与电机绝缘的问题, 通过分压电阻采集母线电压实现欠压保护, 比较采集的母线电压和电压比较器所设定的门坎电压获取保护信号。系统过载保护的主要作用是避免电机长时间处于过载运行状态, 通过检测直流母线电流来实现过载保护, 而过载保护信号是利用采集的母线电流信号和电压比较器所设定的门坎电压来获取的。过热保护的作用是防止IGBT模块因过热而损坏, 利用热继电器对散热器的温度进行检测, 一旦检测结果大于热继电器设定的温度, 热继电器触点就会动作, 发出过热故障信号。

5 结语

总之, 与电阻调速方式相比, 无论是在运行、日常维护还是投资成本等方面, 变频调速方式均有显著的优势。因此, 该技术值得在煤矿电机中推广应用。

参考文献

[1]罗书豪, 李小川.我国煤矿机电设备变频节能技术的应用现状[J].中国高新技术企业, 2008 (17)

DCS系统结合变频调速应用实例 第9篇

关键词：DCS；PID组态；变频调速；自动控制

中图分类号：TH445 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）05-0036-02

1 DCS系统结合变频调速运行的原理

目前大型工业锅炉自动控制使用的DCS系统能够在线实时采集过程参数，实时对系统信息进行加工处理，结果能迅速反馈给系统，完成自动调节和控制。组态软件系统中各功能块的组合可精确实现偏差运算、PID运算、调节器等功能，与变频调速装置及压力测量反馈配合能构成高稳定性的闭环控制系统，可实现跟踪负荷的变化，根据目标值自动调节变频器的运行频率给定值。

2 DCS系统控制变频风机恒压运行方案的设计

2.1 控制对象

灰库，容积300 m3，由于储存的物料为粉状物，因此要求库内压力维持在-800 Pa左右的负压，以利于输送管道里的物料顺利进入。

2.2 执行机构

调速变频器及负压风机电机，变频器选用ABB ACS 800—04P—0025—3+P901适配通用电机，功率25 kW额定电流49 A。一般用于连续运行的变频器容量的选择基本方法是，变频器额定输出电流约等于1.03倍电机的额定电流。 电机功率 22 kW，额定电流：42.2 A。

2.3 传感器

压力变送器（PT），选用罗丝蒙特3051型-1.5～1.5 kPa，用于检测灰库压力，将压力信号变换成4～20 mA的标准电流信号反馈给DCS系统的Dev模块。

3 DCS系统组态的设计

DCS系统能对实时数据处理并输出测点的节点称为DPU，DPU可用类似CAD方式的图形组态工具进行组态，组态针对一个DPU进行，组态内容包括DPU内部的控制策略，内部点与I/O卡及端子板等硬件的对应关系及内部点与全局点之间的对应关系等。

3.1 控制外部设备和测点信号采集

系统控制外部设备和测点信号反馈、采集等都必须由端子板硬件模块I/O板来完成，根据信号的不同性质选择相对应的端子模块。如启动信号反馈，远方/就地等属于开关量输入信号，应选用开关量输入端子模块即DI板，用于变频启/停信号是属于开关量输出信号，相应选用开关量输出端子模块，即DO板。

3.2 DPU组态功能模块设置

DPU是DCS的一种功能，而并不具体到什么硬件，可以通过I/O驱动与不同的I/O硬件连接，本项目的DPU组态思路。变频器的启动，模块中的Out 1点是风机启动停止指令输出点。

3.3 变频自动控制DCS逻辑图

变频器的频率给定控制是按照闭环控制系统（closed-loop control system），如图1所示。

如图所示，变频器运行频率的给定有两种方式，手动及自动控制方式，并且手自动的切换实行无扰切换。由AO摸块模拟量页间输入模块37引用，通过AO板端子输出4～20 mA电流信号作为变频器频率给定，控制变频器运行。

变频器运行频率的给定有两种方式，手动及自动控制方式，并且手自动的切换实行无扰切换。图中灰库风压给定和灰库风压反馈两个值分别送入Dev（偏差运算模块）的X1、X2输入点，Dev模块将两个值进行比较求出偏差，其偏差值由Y点送出至Epid（PID运算模块）的E点输入，Epid模块中TR点是被跟踪量设置、Kp点是放大系数设定、Ti是积分时间设置、Td是微分设置。

以上几个参数是根据厂家推荐的经验值结合凑试法得出的参数设置。凑试时先调比例系数，将参数由小变大并观察系统响应，直到得到反应快，超调小的响应曲线。

在调整积分时，先将积分设定在一个较大的值，然后略为调小比例系数，再减少积分时间，使系统得到良好的动态响应，且静差得到消除。

以上调整已能满足要求，微分可不须调整设置为0。偏差信号经Epid模块运算后由Y点送出至ES/MA（模拟软手操器摸块）的X点，M/A站输入，作为模拟软手操器的自动调节信号。SP点是负压给定值打包控制点输出，信息送至模拟量上网模块31供实时网共享，其信息被Dev模块的X1点灰库风压给定引用。ES/MA模块的FB点是变频频率反馈，S点是手动自动无扰切换点，Y点是M/A站输出，属于被控量输出，送至模拟量页间输出模块37。

由AO摸块模拟量页间输入模块37引用，通过AO板端子输出4～20 mA电流信号作为变频器频率给定，控制变频器运行。 4 变频器的选择

4.1 现在较常用的交流调速传动

主要是指采用电子式电力变换器对交流电动机的变频调速传动，即变频调速。交流调速传动控制技术是电力电子器件IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor），包括半控型和全控型器件的制造技术、基于电力电子电路的电力变换技术、交流电动机的矢量变换控制技术、直接转矩控制技术、PWM（Pulse Width Modulation）技术以及以微型计算机和大规模集成电路为基础的全数字化控制技术等。

4.2 交-直-交变频器

变频器是利用交流电动机的同步转速随电机定子电压频率变化而变化的特性而实现电动机调速运行的装置，先把工频交流电通过整流器变成直流电，然后再把直流电变换成频率、电压均可控制的交流电，它又称为间接式变频器。本课题中所用变频器即为交-直-交变频器。

4.3 交-直-交变频器其基本构

由主电路（包括整流器、中间直流环节）和控制电路组成，各部分作用如下所述。

4.3.1 整流器

电网侧的变流器，是整流器，它的作用是把三相（或单相）交流电整流成直流电。

4.3.2 中间直流环节

由于逆变器的负载属于感性负载，在中间直流环节和电动机之间总会有无功功率的交换。这种无功能量要靠中间直流环节的储能元件（电容器或电抗器）来缓冲。

4.3.3 控制电路

控制电路由运算电路、检测电路、控制信号的输入、输出电路和驱动电路等构成。其主要任务是完成对逆变器的启停控制、对整流器的电压控制、对逆变器的输出频率、电压进行控制以及完成各种保护功能等，主要靠软件来完成各种功能。

5 结 语

DCS系统结合变频调速技术是利用现代先进的计算机工控技术及电力电子技术，交流调速技术达到远程控制、自动调节的目的，体现了科技就是第一生产力和以人为本的现代化生产观念。在倡导节约型社会的今天，应用变频调速也是企业改造挖潜、提高效益的一条有效的途径，同时也是国民经济可持续发展的需要。

参考文献：

[1] 谢克明.自动控制原理[M].北京：电子工业出版社，2009.

[2] 魏召刚.工业变频器原理及应用[M].北京：电子工业出版社，2006.

[3] 梁耀光，余文烋.电工新技术教程[M].北京：中国劳动社会保障出版社，

电机变频调速器应用 第10篇

高能耗是目前水泵电机运行的一大瓶颈问题。伴随高能耗问题, 必然出现水泵电机运行费用居高不下、运行寿命难以得到保证等问题。目前来说, 有很多专家学者对这一问题展开讨论, 他们选取了多种方法对水泵进行了技术升级, 希望能在不改变供水需求的情况下最大限度地保护电机, 同时尽可能减小能耗、提高效率。本文基于水泵电机工作原理, 分析如果在水泵电机上采用变频调速技术需要有哪些技术革新, 并对其最终产生的节能效益进行计算。通过在水泵电机系统中应用变频调速节能控制装置, 可将节能经济的作用落到实处, 具有较高的实际应用和推广价值[1]。

本文讨论的具体情况就是结合不同时段的供水需求, 对水泵电机进行改进, 希望通过恒压供水, 减小压力变化对管道造成的负荷变化, 同时实现节能经济的效果。

1 水泵电机工作原理及目前节能方案介绍

分析水泵的工作曲线可知, 要调节供水量由a到b, 通常有两种方式可供选择。一种是稳定转速, 通过阀门的变化改变流量。通过这种方式, 流量的变化引起了水压的变化, 导致水泵的实际消耗功率也发生变化。另一种常见方式就是在阀门不调节的情况下调整转速。

通过对比可以得出如下结论:通过改变转速来调节流量比通过阀门来调节流量更能达到节能的目的, 不仅如此, 前者对能量的消耗也要小得多。一般而言, 常用的调节转速方案有很多种, 它们有着各自的优缺点, 如变极对数调速控制电路简单易操作, 本身的价格成本也相对较低, 但其容易受到自身工艺的限制, 调速范围相对来说比较有限, 另外几种方式也各自存在不可调和的优缺点。

通过对性能的比对和成本的分析, 可以得出改变水泵电机频率是目前为止最为节能、有效、理想的调整水泵供水量的方案[2]。

2 技术革新要点

就目前情况分析, 国内对供水设备的控制方式已经存在多种选择。最为常见古老的方式就是继电接触器控制, 但这种方法对于现代应用显得比较落后。除此以外, 应用面较广的还有以下几种: (1) 逻辑电子电路控制方式, 成本相对较低, 但这类装置的局限性较为明显, 不能达到较高的控制精度, 抗干扰性能也不理想。 (2) 单片微机电路控制方式, 性能略优于逻辑电子电路控制方式, 但这类方式的局限在于调试麻烦, 遇到问题必须通过修改电路来解决, 处理起来相对困难。 (3) 应用较广泛的PID调节器和带PLC控制方式。该控制方式具有如下优点:可以利用电机的无级调速实现水压的连续不断变化;程序接收到压力信号后, PID就可给出计算结果, 并且传回变频信号。通过这一方式进行变频调速, 进而实现恒压供水, 不仅操作便捷, 还能有效降低设备成本。本次研究正是采用了该控制方式。在本次设计中, 选取三台水泵电机作为一个泵站组。要求每个泵出水管安装手动阀门, 这样能够保证维修方便, 也能够有效调节水量。三台水泵的设计为两大一小, 其协调工作就能够达到满足供水的目的。

具体设计连接如下:PLC连接PID调节器, PID调节器连接变频器, 变频器将信号传输给传感器, 传感器作用于泵站, 进而作用于供水管网, 在供水管网测得压力再通过压力传感器传送给PID调节器, 从而实现一个流程的循环。

系统由两个变频器和两个压力传感器组成, 其中一台变频器可控制两台大功率水泵———2#泵和3#泵。通常来说, 要求1#小功率泵始终处于工频模式运转, 而两台大功率泵则结合实际情况和用水需求利用变频器控制和调整。通常白天用水量达到最小时1#泵工频运转也无法直接满足, 所以一般而言, 白天供水要求1#泵和2#泵同时投入使用。如果用水量不大, 就保持1#泵工频使用, 而2#泵启动变频状态;否则, 2#泵自动根据用水情况转入工频状态, 变频器作用于3#泵, 从而实现系统供水量改变、压力不变的目标。通常来说, 按照设计要求, 这三台泵同时投入使用就能够满足最大供水要求。如果三台泵同时运行仍旧不能满足供水要求, 变频器按照程序设定就会自动退出整个系统, 不再参与系统活动, 也就保证了三台泵同时工频运行, 以满足最大供水量的要求。这一设计满足系统简单、程序易操作等要求, 具有较高的可靠性[3]。

3 节能效益展示

检验该变频调速节能控制系统的性能优越与否, 一方面可以检测其实际运行情况与不添加变频器的运行情况对比, 发现其性能上的优越性;另一方面, 可通过对其节能性的分析得出相关结论[4]。

按照该系统的设定, 1#水泵电机的功率为20 k W, 2#、3#大功率水泵电机的功率为40 k W, 将运行平均时间记录如表1所示。

利用一般阀门, 360天运行, 消耗电量为:

利用上述系统, 消耗电能为:

两个变频器每日耗电量确定, 一年大约耗电80 000 k W·h。

由此, 总的节电量可以计算出来, 为:

大约节约了总用电量的17.4% (150 400/864 000) , 按照电费0.5元/k W·h计算, 每年大约节约75 200元, 每月节约电费支出6 267元。

4 结语

本文仅以某一种水泵电机利用变频调速技术得以实现节能经济效果为例进行分析, 在实际工程应用中, 不同的水泵电机均可采用变频调速技术达到节能目的, 故本文的研究相对而言具有较高的应用价值和推广价值, 可以将其应用在多类水泵电机上, 既能满足通常供水的需求, 又能一定程度上节约资源、保护环境, 也能起到对设备的保护作用, 达到了节能经济的目的[5]。

虽然上述方案有诸多优点, 如基于PLC和变频器对水泵电机的有效控制, 可以实现节能的目的, 并有效保持电机的使用性能, 延长其使用寿命, 但不可否认的是, 其在运行过程中仍旧存在一系列问题, 这应当成为日后水泵电机发展的一个研究方向。笔者认为, 更进一步地挖掘水泵电机系统中有效的节能措施将会创造良好的社会经济效益, 将节能经济的作用落到实处。

参考文献

[1]纪进.带式输送机变频调速节能控制系统研究[J].内蒙古煤炭经济, 2014 (12) :185, 212.

[2]翁国伟.变频调速节能控制在水泵电机系统中的应用研究[J].科技资讯, 2012 (23) :134-135.

[3]肖丽萍, 唐军, 李泽滔.中央空调变频调速节能控制的几个问题[J].贵州科学, 2012 (2) :72-75.

[4]刘遂宪, 邢俊杰.烘干系统中的变频调速节能控制技术研究[J].粮食流通技术, 2010 (6) :28-31.