变频技术论文合集12篇

时间：2023-03-17 18:15:05

变频技术论文

变频技术论文篇1

在《SPWM变频调速应用技术》中第226页中7.1.2关于恒压供水主方案的讨论一节中原文摘录如下：

7．1．2关于恒压供水主体方案的讨论

通常，在同一路供水系统中，设置两台常用泵，供水量大时开2台，供水量少时开1台。在采用变频调速进行恒压供水时，存在着一个用1台变频器还是2台变频器的问题，讨论如下：

1．1台泵的变频调速方案这也是应用得较为普遍的方案。其控制过程是：用水少时，由变频器控制1号泵，进行恒压供水控制。当用水量逐渐增加，1号泵的工作频率达到50Hz时，将其电动机切换成由工频电源供电。同时，将变频器切换到2号泵上，由2号泵进行补充供水。反之，当用水量逐渐减少，即使2号泵的工作频率已降到0Hz，而供水压力仍偏大时，则关掉1号泵，同时迅速升高2号泵的工作频率，并进行恒压控制。

此方案的主要特点是：

（1）只用1台变频器，故设备投资少。

（2）如果用水量恰巧在1台泵全速供水量的上下变动时，将会出现供水系统来回切换的状态。为了避免这种现象的发生，可设置压力控制的“切换死区”。举例说明如下：

设所需供水压力为200Pa，则可设定切换死区范围为200Pa～250Pa，控制的方式是，当1号泵的工作频率上升至50Hz时，如压力低于200Pa，则进行切换，使1号泵全速运行，2号泵进行补充。当用水量减少，2号泵已完全停止，但压力仍超过200Pa时，先暂不切换，直至压力超过250Pa时，再行切换。

（3）本方案取用电功率的计算举例如下：

设每台泵的拖动电动机容量为PMN=100KW，全速时的供水流量为QN。泵的空载损耗为P0=0.1×100KW=10KW，且设在调速过程中，P0≈Const，则全速时实际用于泵水的功率为Pp=(100-110)KW=90KW。

又设每天的平均总供水流量为140%QN，则1号泵为全速，其平均取用功率为

PM1=PMN=100KW

2号泵的平均转速为额定转速的40%，其平均取用功率为

PM2=(10+0.43×90)KW=15.8KW

两台泵取用的总平均功率P∑为

P∑=(100+15.8)KW=115.8KW

2．2台泵的变频调速方案2台水泵的电动机都由变频器控制，或用2台变频器分别控制2台电动机，或用1台容量较大的变频器同时控制2台电动机。后者控制较为简单，但前者的机动性较强，即使一台变频器出了故障，另一台仍可使用，转为1台泵的变频调速方案。

采用2台泵的变频调速方案的设备费用较高，但运行时的节能效果却要好得多。仍以上面的例子为例，计算如下。

采用2台泵的变频调速方案时，供水流量可由2台水泵平均分担，则每台的平均供水流量为70%QN，每台电动机的取用电功率为

PM1=(10+0.73×90)KW=40.9KW

2台水泵共用功率为

P∑=40.9×2KW=81.8KW

2商榷分析

2．1基本相似关系

当一台泵抽同一种液体仅转速不同时，可得出所谓“比例律”公式，即

Q1／Q2=n1／n2---------------------------------------------1

H1／H2=(n1／n2)2----------------------------------------2

N1／N2=(n1／n2)3----------------------------------------3

式中N1、N2指水泵轴功率，此功率已包含了水泵的容积损失功率、机械效率损失功率、水力损失功率等。

当水泵的转速改变后，水泵的其它工作参数也随着改变，一般来讲，水泵不允许在额定转速的基础上作升速运行，但降速运行是可以的，但也不应在临界转速之下长期运行。一般来讲降速范围在（60%--100%）额定转速范围内运行是安全稳定的，“比例律”也是准确的。

已知转速为n的某泵Q—H性能曲线，如果把水泵的转速降至n1时,按比例律公式1与2可绘出Q1—H1曲线，但在运用比例律公式时应注意，它们仅适用于同一条相似工况抛物线上的不同点。所以，当已知A1点(Q1H1)及n时，首先要求出通过A1点(Q1H1)工况的相似抛物线，此抛物线也通过转速为n1的A2点(Q2H2)，按比例律公式进行计算求相似工况点的方法如下：

根据比例律公式可得出

H1／Q12＝H／Q2＝K

H＝KQ2

若已知A1点(Q1H1)，则可求出K值，在Q--H曲线图上假定几个流量，就可作出H＝KQ2的相似工况抛物线，此曲线不但通过A1点(Q1H1)，而且与水泵转速为n1的性能曲线相交于A2点(Q2H2)。但管道特性曲线与相似工况抛物线不是一回事，两者重合的可能性很小，故在实际应用时一定要注意概念的区分，以免发生错误。

当Q—H需不变时，即某工程系统净扬程为H净，管道已确定时，见图一所示，其在不同转速下的运行工况点应为点A3(对应转速为n1)、点A1(对应转速为n)，但点A1与A3由于工况不相似，故不能用相似律公式计算。点A3(对应转速为n1)与点A4(对应转速为n)才是相似的工况点，如果水泵在转速为n1下运行时，A3点是否在稳定运行区，要看对应的相似点A4是否在稳定运行区，如果A4点是水泵的稳定运行区，则A3点就是稳定运行区，否则就不是，在工程中选择设备时一定要注意运行工况范围，所选水泵的工况范围区间应包含A1和A4点，这样系统运行是稳定的、安全的和可靠的。不然就会使工程不能充分发挥效益，甚至造成不必要的浪费。

图一水泵及管道性能曲线

2.2边界条件分析

在《SPWM变频调速应用技术》中的恒压供水主方案的讨论，对设置一台变频器与二台变频器系统所需的轴功率计算，忽略了边界条件，其边界条件是管道特性与工况相似抛物线完全重合的特殊情况，且系统不是恒压供水系统，应是图二所示的水平供水系统，当管道末端所需流量小时系统压力也小，管道末端所需流量大时系统压力也大的输水系统，且系统的净水位差为零，即管道特性曲线必须经过零流量点。在这样的前提下，书中的计算结果才是正确的，但书中的结论还不确切。

2.3书中计算误区

书中例子假如每天平均总供水流量为140%QN，则1号泵为全速，其平均取用功率为PM1=PMN=100KW，此刻的100KW为拖动电动机的容量，而不是水泵运行所消耗的轴功率，不能以此进行相似律的计算。参见图一，2号泵的平均转速为额定转速的40%，其所需功率不是15.8KW，因为消耗15.8KW功率所对应的工况点为水泵全速运行的工况点A1(Q1H1)的相似抛物线上对应的40%运行工况点A2(Q2H2)，而对应40%额定流量下恒压运行的工况点应该是工况点A5(Q2H1)，此点消耗的功率要比15.8KW大。恒压运行各转速下的工况点是压力为某一给定的数值，即水泵运行的点为一平行于Q轴的过A1(Q1H1)线上的点，而不能用管道特性曲线上的点或相似抛物线上的点来对应关系。

同样采用2台变频调速的方案，则平均每台供水流量为70%Qr，则每台水泵所需功率

图二输水系统示意图

不是40.9KW，2台水泵共用功率也不是81.8KW了。

2.4列例说明

我们讨论问题的前提是恒压供水系统，在此前提下必须是恒压控制，那么在这种条件下选择一台变频还是两台变频，其节能效果确如书上所计算的那样吗？其经济技术的合理性到底怎样呢？同样我们以例子进行计算分析。系统各流量下水泵所需轴功率进行了计算，见表一。

Q总（m3/s）

1.1Qr

1.2Qr

1.3Qr

1.4Qr

1.5Qr

1.6Qr

1.7Qr

1.8Qr

1.9Qr

一一

台台

变工

频频

变

频

泵

0.023

0.046

0.069

0.092

0.115

0.138

0.161

0.184

0.207

20%

42%

58%

71%

76%

81%

83%

82%

50.8

48.3

52.5

57.7

66.8

75.2

85.6

97.9

111.4

二台泵P轴(KW)

176.2

173.7

177.9

182.6

192.2

200.6

211

223.3

236.8

二

台

变

频

0.1265

0.138

0.1495

0.161

0.1725

0.184

0.1955

0.207

0.2185

79%

81%

82%

83%

82%

55.8

75.2

80.5

85.6

91.7

97.9

105.2

111.4

117.6

二台泵P轴(KW)

111.6

150.4

161

171.2

183.4

195.8

210.4

222.8

235.2

二台变频较一台变频对比节能（KW）

64.6

23.3

11.9

11.4

8.8

4.8

0.6

0.5

1.6

经

济

比

较

每天运行10小时计消耗电能（KWh）

646

233

119

114

每度电按0.8元计每年耗电费（万元）

18.86

6.8

3.47

3.33

2.57

1.4

0.18

0.15

0.47

一台变频控制装置设备价格（万元）

预计收回成本年限

111

133

表一设置一台和二台变频器的技术经济比较表

假设系统设二台12sh-9A泵，以此为例对恒压供水主体方案进行计算分析讨论，以更为直观地使大家判断出选择几台变频控制设备更为合理。设每台水泵在额定工况下Hr=45m

Qr=0.23m3/sη水=81%P轴=125.4KW配套电动机P电动机=160KWn=1470r/min恒压变频控制压力整定为H=45m，分别对系统所需流量为1.1Qr、1.2Qr、1.3Qr、1.4Qr、1.5Qr、1.6Qr、1.7Qr、1.8Qr、1.9Qr进行计算水泵所需轴功率。

当系统所需流量为1.1Qr即0.253m3/s时，分别对设置一台变频器、二台变频器方案进行计算。

i）当设置一台变频器时，即一台工频运行，一台变频运行。变频运行的泵的流量为0.023m3/s，此时水泵扬程为Hr=45mη水=20%P轴=50.8KW，二台泵的轴功率为176.2KW。

ii）当设置二台变频器时，则二台泵同时进行变频运行。每台变频运行的泵的流量为0.1265m3/s，此时水泵扬程为Hr=45mη水=73%P轴=76.5KW，二台泵的轴功率为153KW。其节能23.2KW。

变频技术论文篇2

引言

随着电力电子、计算机技术的迅速发展，交流调速取代直流调速已成为发展趋势。变频调速以其优异的调速和启、制动性能被国内外公认为是最有发展前途的调速方式。变频技术是交流调速的核心技术，电力电子和计算机技术又是变频技术的核心，而电力电子器件是电力电子技术的基础。电力电子技术是近几年迅速发展的一种高新技术，广泛应用于机电一体化、电机传动、航空航天等领域，现已成为各国竞相发展的一种高新技术。专家预言，在21世纪高度发展的自动控制领域内，计算机技术与电力电子技术是两项最重要的技术。

一、电力电子器件的发展过程

上世纪50年代末晶闸管在美国问世，标志着电力电子技术就此诞生。第一代电力电子器件主要是可控硅整流器(SCR)，我国70年代将其列为节能技术在全国推广。然而，SCR毕竟是一种只能控制其导通而不能控制关断的半控型开关器件，在交流传动和变频电源的应用中受到限制。70年代以后陆续发明的功率晶体管(GTR)、门极可关断晶闸管(GTO)、功率MOS场效应管(PowerMOSFET)、绝缘栅晶体管(IGBT)、静电感应晶体管(SIT)和静电感应晶闸管(SITH)等，它们的共同特点是既控制其导通，又能控制其关断，是全控型开关器件，由于不需要换流电路，故体积、重量较之SCR有大幅度下降。当前，IGBT以其优异的特性已成为主流器件，容量大的GTO也有一定地位[1][2][3]。

许多国家都在努力开发大容量器件，国外已生产6000V的IGBT。IEGT(injectionenhancedgatethyristor)是一种将IGBT和GTO的优点结合起来的新型器件，已有1000A/4500V的样品问世。IGCT(integratedgateeommutatedthyristor)在GTO基础上采用缓冲层和透明发射极，它开通时相当于晶闸管，关断时相当于晶体管，从而有效地协调了通态电压和阻断电压的矛盾，工作频率可达几千赫兹[2][3]。瑞士ABB公司已经推出的IGCT可达4500一6000V，3000一3500A。MCT因进展不大而引退而IGCT的发展使其在电力电子器件的新格局中占有重要的地位。与发达国家相比，我国在器件制造方面比在应用方面有更大的差距。高功率沟栅结构IGBT模块、IEGT、MOS门控晶闸管、高压砷化稼高频整流二极管、碳化硅(SIC)等新型功率器件在国外有了最新发展。可以相信，采用GaAs、SiC等新型半导体材料制成功率器件，实现人们对“理想器件”的追求，将是21世纪电力电子器件发展的主要趋势。

高可靠性的电力电子积木(PEBB)和集成电力电子模块(IPEM)是近期美国电力电子技术发展新热点。GTO和IGCT，IGCT和高压IGBT等电力电子新器件之间的激烈竞争，必将为21世纪世界电力电子新技术和变频技术的发展带来更多的机遇和挑战。

二、变频技术的发展过程

变频技术是应交流电机无级调速的需要而诞生的。电力电子器件的更新促使电力变换

技术的不断发展。起初,变频技术只局限于变频不能变压。20世纪70年代开始,脉宽调制变压变频(PWM-VVVF)调速研究引起了人们的高度重视。20世纪80年代,作为变频技术核心的PWM模式优化问题吸引着人们的浓厚兴趣,并得出诸多优化模式,如:调制波纵向分割法、同相位载波PWM技术、移相载波PWM技术、载波调制波同时移相PWM技术等。

VVVF变频器的控制相对简单,机械特性硬度也较好,能够满足一般传动的平滑调速要求,已在产业的各个领域得到广泛应用。但是,这种控制方式在低频时,由于输出电压较小,受定子电阻压降的影响比较显著,故造成输出最大转矩减小。

矢量控制变频调速的做法是:将异步电动机在三相坐标系下的定子交流电流Ia、Ib、Ic通过三相——二相变换,等效成同步旋转坐标系下的直流电流Iml、Itl,然后模仿直流电动机的控制方法,求得直流电动机的控制量,经过相应的坐标反变换,实现对异步电动机的控制。

直接转矩控制直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型,控制电动机的磁链和转矩。它不需要将交流电动机化成等效直流电动机,因而省去了矢量旋转变换中的许多复杂计算;它不需要模仿直流电动机的控制,也不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型。

VVVF变频、矢量控制变频、直接转矩控制变频都是交—直—交变频中的一种。其共同缺点是输入功率因数低,谐波电流大,直流回路需要大的储能电容,再生能量又不能反馈回电网,即不能进行四象限运行。为此,矩阵式交—交变频应运而生。

三、变频技术与家用电器

20世纪70年代,家用电器开始逐步变频化,出现了电磁烹任器、变频照明器具、变频空调、变频微波炉、变频电冰箱、IH(感应加热)饭堡、变频洗衣机等[4]。

20世纪末期期,家用电器则依托变频技术,主要瞄准高功能和省电。

首先是电冰箱,由于它处于全天工作,采用变频制冷后,压缩机始终处在低速运行状态,可以彻底消除因压缩机起动引的噪声,节能效果更加明显。其次,空调器使用变频后,扩大了压缩机的工作范围,不需要压缩机在断续状态下运行就可实现冷、暖控制,达到降低电力消耗,消除由于温度变动而引起的不适感。近年来,新式的变频冷藏库不但耗电量减少、实现静音化,而且利用高速运行能实现快速冷冻。

在洗衣机方面,过去使用变频实现可变速控制,提高洗净性能,新流行的洗衣机除了节能和静音化外,还在确保衣物柔和洗涤等方面推出新的控制内容;电磁烹任器利用高频感应加热使锅子直接发热,没有燃气和电加热的炽热部分,因此不但安全,还大幅度提高加热效率,其工作频率高于听觉之上,从而消除了饭锅振动引起的噪声。

四、电力电子装置带来的危害及对策

电力电子装置中的相控整流和不可控二极管整流使输入电流波形发生严重畸变,不但大大降低了系统的功率因数,还引起了严重的谐波污染。

另外,硬件电路中电压和电流的急剧变化,使得电力电子器件承受很大的电应力,并给周围的电气设备及电波造成严重的电磁干扰(EM1),而且情况日趋严重。许多国家都已制定了限制谐波的国家标准,国际电气电子工程师协会(IEEE)、国际电工委员会(IEC)和国际大电网会议(CIGRE)纷纷推出了自己的谐波标准。我国政府也制定了限制谐波的有关规定[5]。

（一）谐波与电磁干扰的对策

1、谐波抑制

为了抑制电力电子装置产生的谐波,一种方法是进行谐波补偿,即设置谐波补偿装置,使输入电流成为正弦波[3]。

传统的谐波补偿装置是采用IC调谐滤波器,它既可补偿谐波,又可补偿无功功率。其缺点是,补偿特性受电网阻抗和运行状态影响,易和系统发生并联谐振,导致谐波放大,使LC滤波器过载甚至烧毁。此外,它只能补偿固定频率的谐波,效果也不够理想。

电力电子器件普及应用之后,运用有源电力滤波器进行谐波补偿成为重要方向。其原理是,从补偿对象中检测出谐波电流,然后产生一个与该谐波电流大小相等极性相反的补偿电流,从而使电网电流只含有基波分量。这种滤波器能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿,且补偿特性不受电网阻抗的影响。

大容量变流器减少谐波的主要方法是采用多重化技术:将多个方波叠加以消除次数较低的谐波,从而得到接近正弦的阶梯波。重数越多,波形越接近正弦,但电路结构越复杂。小容量变流器为了实现低谐波和高功率因数,一般采用二极管整流加PWM斩波,常称之为功率因数校正(PEC)。典型的电路有升压型、降压型、升降压型等。

2、电磁干扰抑制

解决EMI的措施是克服开关器件导通和关断时出现过大的电流上升率di/dt和电压上升率du/dt,目前比较引入注目的是零电流开关(ZCS)和零电压开关(ZVS)电路。方法是:

(1)开关器件上串联电感,这样可抑制开关器件导通时的di/dt,使器件上不存在电压、电流重叠区,减少了正关损耗;

(2)开关器件上并联电容,当器件关断后抑制du/dt上升,器件上不存在电压、电流重叠区,减少了开关损耗;

(3)器件上反并联二极管,在二极管导通期间,开关器件呈零电压、零电流状态,此时驱动器件导通或关断能实现ZVS、ZCS动作。

目前较常用的软件开关技术有部分谐振PWM和无损耗缓冲电路。

（二）功率因数补偿

早期的方法是采用同步调相机,它是专门用来产生无功功率的同步电机,利用过励磁和欠励磁分别发出不同大小的容性或感性无功功率。然而,由于它是旋转电机,噪声和损耗都较大,运行维护也复杂,响应速度慢。因此,在很多情况下已无法适应快速无功功率补偿的要求。

另一种方法是采用饱和电抗器的静止无功补偿装置。它具有静止型和响应速度快的优点,但由于其铁心需磁化到饱和状态,损耗和噪声都很大,而且存在非线性电路的一些特殊问题,又不能分相调节以补偿负载的不平衡,所以未能占据静止无功补偿装置的主流。

随着电力电子技术的不断发展,使用SCR、GTO和IGBT等的静止无功补偿装置得到了长足发展,其中以静止无功发生器最为优越。它具有调节速度快、运行范围宽的优点,而且在采取多重化、多电平或PWM技术等措施后,可大大减少补偿电流中谐波含量。更重要的是,静止无功发生器使用的抗器和电容元件小,大大缩小装置的体积和成本。静止无功发生器代表着动态无功补偿装置的发展方向。

五、结束语

我们相信，电力电子技术将成为21世纪重要的支柱技术之一，变频技术在电力电子技术领域中占有重要的地位，近年来在中压变频调速和电力牵引领域中的发展引人注目。随着全球经济一体化及我国加人世界贸易组织，我国电力电子技术及变频技术产业将出现前所未有的发展机遇。

参考文献:

[1]周明宝.电力电子技术[M].北京:机制工业出版社,1985.

[2]陈坚.电力电子学－电力电子变换和控制技术.北京：高等教育出版社,2002.

变频技术论文篇3

露天矿山是以大型设备为主要特点，要求优良的电气传动系统，以保证这些大型设备的高效率运行。露天矿山的这些大型设备包括用于穿孔的牙轮钻机，用于装载矿、岩石的电铲(挖掘机)，用于运输矿、岩石的大型汽车等。它们都要求电气传动系统具有良好的调速性能，目前这些大型设备大多采用直流调速传动系统。

地下矿山的生产较露天矿山复杂。由于井下生产的空间窄小，使生产设备环境潮湿、阴暗，粉尘大、噪音大、振动大、并有塌方的危险，工作条件十分恶劣。因此，井下生产设备的体积受限，这些设备以小型化为主，体积小、重量轻，对电气传动的要求不高。但提升、排水、通风、压气等固定设备是地下矿山的要害部门，也是耗电大户，因此，这些设备的安全运行和节能就显得至关重要。

根据我们多年来从事矿山电气传动的经验及在矿山进行变频调速的应用实践，我认为，在矿山应用变频调速技术对于提高矿山生产设备的效率，节约电能都是至关重要的。但遗憾的是在矿山应用变频调速技术还很不普遍，除了因变频器的投资问题外，与人们对变频器的认识不夠有关，也与不能正确了解矿山设备对变频器的特殊要求、不能正确地应用变频器、因此所带来的负面影响有很大关系。

本文主要介绍目前矿山应用变频器的状况，矿山设备对电气传动的特殊要求，以及如何正确地选用变频器等。

2变频器在露天矿山设备中的应用

2.1电铲

电铲用于装载矿岩，其工作条件非常恶劣，特别是在爆破不好的情况下挖根底作业，经常出现过大的冲击载荷，甚至堵转。因此，电铲对电气传动系统就有较高的要求:要求电气传动系统的机械特性曲线的包络面积大，有足够的有用功率;要求有良好的调速性能，能四象限运行，能快速地进行加、减速和反转，动态响应速度快;要求系统制动性能好，并能回收能量;要求系统运行可靠，维修方便等。由于电铲对电气传动系统的这些特殊要求，所以，我国电铲目前应用的电气传动系统主要还是直流传动系统。例如:WK-4M、WK10、WD-1200和195-B等型号的电铲都是采用直流发电机-直流电动机系统(简称机组系统);从美国Harnischfeger公司引进制造的P&H-2300XP和P&H-2800XP型电铲则是采用晶闸管变流器-直流电动机系统(简称晶闸管直流系统)。虽然后者比前者技术先进，效率也有所提高，但这两种系统都还存在直流电机的固有的缺点，即维修工作量大、效率较低等。

自上世纪90年代后期，我国有个别矿山从美国B-E公司引进了变频器-鼠笼型电动机系统(简称交流变频调速系统)，这是全交流化的电铲电气传动系统。例如:385-B、295-BⅡ、290-BⅢ型电铲就是全交流化电铲，变频调速由德国SIEMENS公司开发、提供的电压型变频器。现以395-B电铲为例作一简要说明:高压交流电由电缆经集电环引入电铲，由1600kVA主变压器将6kV变为575V，由1950A的整流器将交流变为直流，经滤波后送入公共直流母线。在直流母线上有4台容量为750kVA的逆变器，其中2台并联供电给1台容量为1066kW的提升电动机;第三台逆变器供电两台容量各为243kW的回转电动机;第四台逆变器供电给容量为294kW推压电动机。当某工作机构处于再生制动工作时，逆变器将再生制动能量反馈到公共直流母线上，可供其它工作机构使用，使能量得到充分利用。使用不完的制动能量，可以通过制动电阻消耗掉。

实践证明，交流变频调速电铲和前两种直流调速电铲相比，具有节约电能、调速性能好、可靠性高、维护量小、生产效率高、功率因数高(0.95以上)等优点，是公认的电铲电气传动系统的发展方向。

2.2变频器在牙轮钻机中的应用

牙轮钻机是露天矿山、尤其是大型露天矿山的主要穿孔设备。为使牙轮钻机在不同的岩层中都能保持较佳的钻进状态，要求钻机的回转机构能根据岩层的性质进行无级调速。钻机的提升/行走机构也需要无级调速。目前，牙轮钻机的回转机构和提升/行走机构一般都是直流电动机传动。主要有三种调速装置:(1)采用晶闸管直流调速装置的牙轮钻机有:YZ-55，YZ-35和YZ-12型;(2)采用大功率磁放大器调速装置的有KY-250型牙轮钻机和从美国进口的45R型牙轮钻机;(3)采用直流发电机组调速装置的有从美国进口的60R型牙轮钻机。

牙轮钻机上应用变频调速技术不仅是为了节能，更重要的是为了提高钻机的生产效率，降低维修工作量。回转机构电动机安装在钻杆的顶端，工作条件异常恶劣，以往使用的直流电动机经常损坏，维修工作量大，影响牙轮钻机的正常作业和效率的提高。因此采用坚固耐用的交流鼠笼型电动机代替直流电动机，用变频调速装置代替直流调速装置，就成为人们公认的牙轮钻机电气传动的发展方向。在牙轮钻机上应用变频调速技术的难点在于:钻机的转机构等对调速装的性能要求高，因为由于岩层地质条件的不同，钻机在钻进工作时有可能被卡钻，使回转机构堵转，这就要求调速装置的机械特性曲线具有挖土机特性，并具有立即反转和立即重新起动、钻进功能;牙轮钻机振动大，对调速设备的防振要求高。变频调速在牙轮钻机中的应用首先是由美国B-E公司在55R型牙轮钻机上应用。我国矿山的牙轮钻机的变频调速还在开发试验之中，尚未在推广应用。

2.3电动轮汽车的电气传动

目前，大型露天矿山的运输主要是采用无轨运输，而主要运输设备是大型汽车，特别是电动轮汽车成为了大型露天矿山的主要运输设备。这是因为电气传动比机械传动有更多的优点。如调速性能好，响应速度快，调速平滑无冲击;可实现恒功率调节，能充分利用柴油发动机的功率，耗油少;制动安全，牵引特性好等。目前，世界各国大型露天矿，包括我国的大型露天矿都普遍采用电动轮汽车。我国自1975年以来，引进了不少电动轮汽车，并成功研制开发了SF3102型100t和LN-3100型108t电动轮汽车，与美国UnitRig公司合作制造了MARK-36型154t电动轮汽车。

电动轮汽车的电气传动系统主要有柴油发动机带动的直流发电机-直流电动机系统和柴油发动机带动的交流发电机-交流电动机系统，它通过控制发电机的励磁来控制电动机的转速。随着变频调速技术的发展，人们也在探讨将变频调速技术应用于电动轮汽车电气传动的可能性。但目前尚未见到成功的先例。不过，作为大型露天矿山的主要运输设备的电动轮汽车，人们会继续努力，研究将变频调速技术应用于电动轮汽车，以进一步改善其调速性能，提高其运输能力。

3变频器在地下矿山中的应用

3.1变频调速技术在矿井提升机中的应用

矿井提升机是地下矿山运输的主要设备。它是用一定的装备沿井筒运出矿石、废石、升降人员及材料、设备等运输环节。矿井提升设备按井筒倾角可分为竖井提升设备和斜井提升设备;按提升容器可分为罐笼提升机和箕斗提升机等;按提用途可分为主提升机(专们或主性提升矿石，一般称为主井提升机)，副井提升机(提升废石、升降人员、运送材料和设备等，一般称为副井提升机)和辅助提升机(如天井电梯、检修提升等)。

矿井提升是地下矿山生产的咽喉，所以，无论哪种提升机，对电气传动的要求都很高，因为电气传动系统性能的优劣，可靠性的高低，都直接关系到矿山生产的效率和矿山生产的正常进行。对矿井提升机电气传动系统的要求是:有良好的调速性能，调速精度高，四象限运行，能快速进行正、反转运行，动态响应速度快，有准确的制动和定位功能，可靠性要求高等。

目前，我国地下矿山矿井提升机的电气传动系统主要有:对于大型矿井提升机，主要采用直流传动系统，有采用直流电动机-直流发电机系统和晶闸管变流器-直流电动机系统;这两种系统都存在着直流电动机固有的缺点，如效率不高，维修工作量较大等。对于中、小型提升机，则多采用交流电气传动系统，如采用交流绕线式电动机，使用电机转子切换电阻调速，这种电气传动系统虽然设备简单，但它是有级调速，调速性能差，效率低，大量的电能消耗在电动机转子电阻上，而且可靠性也差。

将变频调速技术应用于矿井提升机是矿井提升机电气传动系统的发展方向。我国已有几台大型矿井提升机采用交-交变频调速系统，取得了很好的效果，但其缺点是功率因数不高，谐波大，需加谐波和功率因数补偿装置。随着变频调速技术的发展，交-直-交电压型变频调速技术已开始在矿井提升机中应用。例如国外已有矿山将有源前端三电平变频器应用于矿井提升机上，据介绍，采用这种变频调速的交流提升机可以克服直流调速系统和交-交变频调速系统的缺点，是提升机电气传动的发展方向。对于小型交流提升机已有成功应用变频器的实例，如山东风光电子有限公司和东营市东萃科技有限公司合作开发的变频器，成功地应用于山东宁阳县华宁煤矿的380V,180kw的交流提升机上。

3.2变频调速技术在空压机中的应用

空气压缩机是地下矿山生产的重要设备之一，它生产压缩空气，用以带动风动凿岩机、风动装岩机等设备以及其它风动工具，其耗电量在矿山总耗电量中占有相当大的比重。深入分析空气压缩机的电能消耗情况，找出节能潜力，实现空气压缩机的节能运行，将会降低矿山生产成本，提高其经济效益。现以凡口铅锌矿为例说明:

凡口铅锌矿坑口空压机站共有6台空气压缩机，其中4台为日本日立空气压缩机。4台日立压缩机型号:BTD2，排气压力7kg/cm2，排气量103m3/min属两级压缩活塞式压缩机，其拖动电机型号EFOU，额定功率450kW，额定电压380V，额定电流892A，采用Y/Δ降压起动方式;2台国产空气压缩机(活塞式空气压缩机)，其拖动电机为高压(6kV)同步电动机。6台空气压缩机采用并联运行方式。一般情况下，只运行2～3台(其中一台国产空气压缩机)其余的空气压缩机作为备用。空气压缩机站的容量是按最大排气量并考虑备用来确定的，然而在实际的使用过程中，用气设备的耗气量是经常变化的，当耗气量小于压缩空气站的排气量时，便需对空气压缩机进行控制，以减少排气量使之适应耗气量的变化，否则空气压缩机排气系统的压力会升至不能允许的数值，使空气压缩机和用气设备的零部件负载过大，并有发生爆炸的危险。凡口铅锌矿4台日本日立空压机采用的是多级压力节流进气控制方式:即当压力低于6.2Mpa时,打开全部进气阀,压缩机组以100%负荷率状态运行;当压力达到6.2~6.5Mpa时关闭隙阀，压缩机组以75%负荷率运行;当压力达到6.8~7Mpa时,关闭一个进气阀,压缩机组以50%负荷率运行,当压力达到7Mpa时关闭所有进气阀,压缩机组进入空载运行状态.由于活塞式空气压缩机的起、停有着严格而复杂的规程，不允许频繁起停。为了满足井下用气量的变化，一般由调度人员根据井下用气量的时间变化特点,把一天分为几个时段，每一个时段需要开的空压机台数由该时段内最大用气量决定。在该时段内，空压机不允许增开或停开(特殊情况除外)。地下矿金属矿山的空压机站多采用这种方式，但这种控制方式很显然存在一些比较大的缺点:

(1)据统计，压缩机组75%负荷运行率为41%，50%负荷运行率为14%。无论空气压缩机是处于75%、50%还是空载运转状态，管网压力较正常供气压力要高，井下用气量很显然要小于供气量，而这时各台空气压缩机仍然全速生产压缩空气，带来了不必要的电能浪费。

(2)节精度低，在某一进风量工作状态下压力波动大，特别在生产用风量变化频繁时期内(用风量大且变化频繁)，不能稳定风压;

(3)阀门动作值在一次整定后经常会变，有时会使整个压风系统工作压力偏高，增大了单位压风量的功耗;

(4)当空压机运行在75%、50%进气量的工作状态下，进气流速增大，造成进气过程压风量的损失，降低了压风机的效率。

因此有必要对现有的调节方式进行改进，以节约电能，提高空压机的运行效率。我院和凡口铅锌矿合作，用变频调速对其空压机站进行技术改造。

空压机恒压自动控制变频调速系统结构如图1所示:

空压机恒压自动控制变频调速系统可实现对5#空压机和6#空压机的轮换控制。5#空压机和6#空压机均可由新老两套系统拖动，这样做有两个目的:伒5#空压机出现故障需要检修时，新系统可迅速切换到6#机，以提高恒压控制变频调速系统的利用率;当新系统出现故障需要停车检修时，能够很快地投入老系统运行，不致于影响正常生产;当管网压力超出恒压调节范围时，系统发出增开或者减开一台空压机。

系统于1999年4月2日在凡口铅锌矿通过了验收，正式移交生产使用，系统运行十分正常，满足了生产的需要，达到了预期的目的。本系统的目的是为了节能，根据广州金粤节能服务站对本系统做的节能测试:采用本空气压缩机恒压控制变频调速系统平均每天节电量2226kWh。按照年工作日330天计，则采用恒压控制变频调速系统每年可节电734629kWh，按照凡口铅锌矿现行电价0.7元/kWh计，每年可节约电费51.42万元。本系统总共投资98万元，两年内即可收回全部投资。本系统应用的成功为活塞式空气压缩机的节能运行提供了重要的新手段，对于企业节能降耗，提高企业经济效益有重要意义，有广阔的推广应用前景。

3.3变频调速技术在矿井通风机中的应用

矿井通风机是地下矿山生产的主要用电设备之一，其节能运行在矿山节电中占有重要的地位。矿井通风机一般采用异步电机或同步电机拖动，恒速运转，一般容量大，电机供电电压高(6kV或10kV)。

矿山建设的特点是:巷道逐年加深，产量逐年增加，所需的通风量逐年上升。但矿井通风机在设计选型时，往往是按最大开采量时所需的风量为依据的，一般都留有余量，因此矿井在投产后几年甚至十几年内，矿井通风机都是处在低负载下运行。此外，通常矿山井下作业不均衡，一般夜班工作人员少，所需风量也小，在节假日时，可能只有泵房等固定的井下场所的值班人员工作。尽管井下人员少，但也得照常向井下送风，矿井通风机一般不调节风量，若要调节风量时，传统的方法是调节档板。这种办法虽然简单，但从节能的观点看，是很不经济的。图2所示为几种调节风量的方法节电比较。

图2中:1—挡板法;2—前导器法;3—液力耦合器;4—绕线电动机切换转子电阻调速法;5—变频调速法。

由图2可见，变频调速法在各种风量调节方法中是最理想、最有效、最节能的调节方法。有关变频调速技术在矿井通风机中的应用，仍以凡口铅锌矿为例说明。

该矿的矿井通风机都采用高压电机传动，有高压同步电机和高压异步电机两大类。由于矿井通风机是矿山的耗电大户，节电潜力很大，但它又是高压电机传动，实现变频调速有一定困难。于是，长沙矿山研究院与凡口铅锌矿、冶金自动化研究院等单位合作，以老南风井的6kV，800kW同步电机传动的矿井通风机为对象，研制开发了同步电机直接高压变频器。1997年8月投入运行，并于1998年4月28日通过了中国有色金属工业总公司的技术鉴定，获得了部级科技进步二等奖。这是国内第一台同步电机直接高压变频器，节电效果十分显著。新南风井的矿井通风机采用6kV,880KW高压异步电机传动，高压变频器采用SIEMENS公司的SIMOVERTMV型三电平高压变频器。于2002年9月投入运行，节电效果也是十分显著的。下面分别简要介绍这两种高压变频器。

(1)同步电机直接高压变频器

同步电机高压变频器主要有两类，即他控式变频调速系统和自控式变频调速系统。他控式变频调速系统所用的变频装置是独立的，其输出频率直接由速度给定信号决定，属速度开环控制。自控式变频调速系统可以使同步电机不存在失步和振荡等问题，所以一般都采用自控式运行。

我们与有关单位合作研制开发的这种同步电机直接高压变频调速装置是采用交-直-交电流型变频调速系统，属自控式变频调速系统，它由变频器、同步电机、转子位置检测器以及控制系统组成。变频器主电路采用晶闸管串联组成的高压阀串作为功率元件，它是利用同步电机的反电势来关断逆变器的晶闸管，它没有强迫换流电路，因而主电路结构简单。变频器的框图如图3所示。

图3中，硬件全套设备由高压开关切换柜(图中未表示出)、整流柜、逆变柜、励磁柜、控制柜、操作台及交流进线电抗器、直流平波电抗器、转子位置检测器、光电编码器等到部分组成。

根据凡口矿生产的情况需要，本高压变频器按周期性的固定频率运行，早班(7:00~16:00)变频装置运行在40Hz，中班(16:00~19:00)运行在35Hz，在19:00~20:00期间为放炮时间，变频器运行于40Hz，20:00~23:00运行在35Hz，23:00~24:00期间为放炮时间，变频器运行于40Hz，0:00~3:00井下作业人员很少运行于28Hz，3:00~4:00期间为放炮时间，变频器运行于40Hz，4:00~7:00运行于28Hz。

经广州金粤节能服务站的节能测试及能量平衡测试，以及凡口矿老南风井的实际记录，在正常生产期间，节电率达42%;节假日时变频器运行于28Hz，节电率达73%。年节电为192.3万kWh，在不到一年的时间内，就由节电费用收回到了高压变频器的全部投资，经济效益十分显著。

(2)异步电机三电平高压变频器

在成功研制开发了老南风井同步电机直接高压变频器的基础上，根据深部开采的需要，对新南风井的矿井通风机进行改造，我院和有关单位合作，经过论证，最终决定采用引进WOODS轴流式风机和Siemens公司的SIMOVERTMV三电平高压变频器。该变频器的原理图如图4所示。

但SIEMENS公司实际提供的这种三电平高压变频器的系统如图5的框图所示。

由图5可见，6kV高压电源经三绕组降压变压器降压，2组二次侧绕组(接法、Y)，电压各为1.2kV，经各自的6脉冲整流桥整流成直流，直流电压为3240V(正负电压各为1620V)经三电平逆变器变频变压，可输出频率可变的0~2300V的三相交流电压;经滤波器滤波后，再经升压变压器升压至6kV，供给6kV高压电动机调速。

新南风井高压变频器原订为直接高压变频器，但由图5可见，这实质上是一台高低高式高压变频器，因为它不仅有降压变压器，而且也有升压变压器。不过经我们对其进行了计算机仿真，其结果表明，尽管它是高-低-高式高压变频器，但并不影响它在生产中的应用。

根据凡口矿目前的生产情况，高压变频器的运行情况是:白班和中班，高压变频器运行于40Hz，在晚班，由于井作业人员很少，高压变频器则运行于30Hz，在节假日，则运行于更低的频率。据此，计算出节电效果，年平均节电为56%，年节电357.9万kWh，节电效果显著达到了原计划的节电目标。

3.4关于球磨机、井下排水泵等是否可用变频调速的问题

球磨机、井下排水泵等设备容量大，都是矿山的高耗能设备。对于这些设备是否可以采用变频调速来实现节能运行呢？我认为，在这些设备上采用变频调速是达不到节能目的的。

我们应某金矿的委托，采用变频器对球磨机进行调速节能试验。当变频器的输出频率调整到48Hz和45Hz时，球磨机的电能消耗虽有所降低，但磨矿质量有很大降低，此时球磨机的出矿粒度由原来不调速时的300目粒度占99%，分别下降到90%和58%。可见这种工艺、设备条件下，不宜采用变频调速节能运行。

另外，我看到有的文章说，变频器用于井下排水泵站的节能[3]。我认为，这是不现实的。因为任何矿山为排出井下的涌水，都在井底设有水仓。值班工人根据水仓水位确定开仃水泵及开仃几台水泵，因此它不需进行流量的调节。所以，它不需要采用变频器。对于地面生活供水或工业供水的泵站，由于需要根据用水量的多少来调节供水量，在这种情况下，采用变频调速以调节流量，可达到节能的目的。

在矿山中，还有一些小型设备可以采用变频调速节能，如螺旋给料机、沙泵等，在此就不一一介绍了。

4选择变频器应注意的事项

变频器，特别是高压变频器价格昂贵，如选择不当，达不到节电和提高生产效率的目的，以致造成浪费和不必要的麻烦和损失。在这里，提供一些选择变频器的意见，供参考。

4.1根据工艺要求选择变频器

(1)电机调速虽是风机、水泵节能的有效途径，但并非凡是风机、水泵都能采用调速节电。对于工艺参数基本稳定，不需要调速的风机、水泵可以采用高效节能电机和高效节能风机，以提高系统效率。对于已建成而配置不合理的风机可以通过采用更换电机，调节叶片角度等方法达到节电的目的。选择调速节能时应注意:风机、水泵的转速变化范围不宜太大，通常最低转速不少于额定转速的50%，一般调速范围在100%~70%之间为宜，因为当转速低于额定转速的40%~50%时，风机、水泵本身的效率明显下降，是不经济的;调速范围确定时，应注意避开机组的机械临界共振转速，否则调速至该谐振频率时，将可能损坏机组。

(2)进行可行性分析

在选择要进行的变频调速的设备对象以后，应从提高效率或提高产品质量的需要情况，从节约电能的情况进行分析、计算，并与变频器的投资进行比较，计算出变频器的投资回收期。一般来说，如能从节约的电费或从提高产品质量、提高效率等方面所得的收益中，在两年内偿还变频器的投资，都应认为是可行的。同时还应分析外部条件是否满足变频器的使用要求。

(3)变频器的可靠性

变频器的可靠性如何，直接决定了变频器能否成功地应用于生产。这是选择哪种变频器的首要条件。有的矿山所购买的变频器可靠性不高，加之自身的维修技术力量不强，变频器出了故障，只好仃下，甚至弃用。造成损失，同时也为变频器的继续推广应用带来负面影响。

(4)根据生产厂家提供的技术规格和技术参数来选择变频器在按工艺要求、电源条件、场地及容量等选择了变频器方案后，再具体到选择哪个厂家的哪种高压变频器。在选择变频器时可以根据厂家提供的产品样本等技术资料及报价表来选择。

变频器的制造厂家和经销商都会向准备购买变频器的用户提供样本及报价。在样本中，厂家公开说明其产品种类、特性、技术指标和特点，用户在订货前通过对产品样本资料可以对其产品有大概了解。因此对产品样本的阅读和了解是比较各厂家变频器性能的重要依据。

4.2主要应考虑的技术规格和技术参数

(1)型号

各厂家生产的变频器的型号多是系列号和容量的组合，通过对型号和规格得了解，

可以确认该厂家生产的品种，对用户来说，不一定会使用到全系列的变频器，但可以从型号、规格、所采用的功率元件、控制技术等方面判断厂家的实力和生产态势，甚至可以从一个方面判断其产品质量。产品品种齐全，容量覆盖范围大，功率元件及控制技术先进的厂家，一般来说其实力强，生产态势好，产品质量一般来说也会有较好的保障。

(2)效率

变频器效率的高低，直接关系到变频器调速节能的多少，因为在变频器运行时，变频

器本体也要消耗一部分电能。一般来说直接高压变频器的效率都可达到0.97~0.98,而高-低-高式高压变频器由于多一个变压器的损耗，使其系统效率有所降低。

(3)功率因数

在整个调速范围内，功率因数的变化是一项重要指标。最好是在整个调速范围内功率因数都保持在0.95以上，以使其符合国家标准GB3485-83的标准，这只有电压型变频器和IGBT单相变频器串联的高压变频器能够满足此项规定。而电流型变频器较难满足这项要求。

(4)谐波

国家对电网谐波有严格要求。限制用户非线性谐波设备注入电网的谐波电流，是限制电网电压正弦波畸变的关键。所用的高压变频器的谐波(即装置对电网产生的谐波)必须符合国标GB/T14549-93“电能质量、公用电网谐波”的规定，在国际上要符合IEEE-519标准的规定。对于电流型变频器如采用六脉冲整流，则5次、7次谐波都超过了这个标准，应采用12脉冲整流或附加谐波补偿措施。

(5)输出容量和额定输出电流

变频器输出容量以kVA或kW表示，它代表可以供给电动机的输出功率。用kW表示时，一般以四极标准电机为基础考虑;用kVA表示，需进行核算。额定输出电流是在额定电压下变频器能够连续输出的电流值。在以输出容量为标准选择了变频器以后，还应对额定输出电流进行核算，以使电动机的额定电流不要超过变频器的额定输出电流。

(6)率范围

由最低使用频率和最高频率定义调速范围。最低使用频率的意思与起动频率不同。起动频率很小时，并不一定能使电机从该频率起动。变频器要对最高频率设定，对风机、水泵的最高频率应设定(即箝位)在50Hz，所有的变频器都可满足这个要求，在选择变频器时可不作考虑，但使用中需注意此点。

(7)电源容量和允许电压变化范围

供给变频器的电源容量应足够大，电源电压变化范围应在变频器允许的范围。用户在选择变频器时应根据自己电网容量及电网电压的变化情况，对变频器进行选择。曾有一个矿山因电压波动范围超过了变频器的允许范围，而使变频器不能正常应用。

(8)保护功能

变频器样本中一般表明其保护功能，这是为了检测出变频器的异常情况和防止外部原因及内部异常对变频器造成损害，保护变频器正常运行和变频器安全可靠。因此保护种类是否齐全、完善，从一个方面反映变频器质量和运行的安全可靠性。

(9)价格

变频器价格是用户最关心的问题之一，用户应了解厂家或经销商所报出的价格的具体含义和具体内容，及服务内容，以及任选件价格等。还应与其它厂家的变频器进行综合比较。

5结束语

《中华人民共和国节约能源法》第39条，已将变频调速技术列为通用节能技术加以推广。在矿山推广应用变频器节能是重要目的之一，如风机、水泵;同时也有提高生产效率、降低维修工作量、提高产品质量等目的，如电铲、牙轮钻机、矿井提升机等。在矿山应用变频器和其它工业部门有相同之处，也有不同之处，如电铲、牙轮钻机、矿井提升机等设备应用变频器有一豺特殊要求，所用的变频器还有一些技术开发工作要做。建议有关科研院所、变频器生产厂家和矿山用户共同合作，开发我国矿山设备使用的变频器。

本文的目的在于抛砖引玉。由于作者的水平有限，资料不够，经验不足，所述内容错误之处在所难免，所论观点也属一孔之见，欢迎读者和朋友们批评指正。

参考文献

变频技术论文篇4

一、引言

在通用变频器、异步电动机和机械负载所组成的变频调速传统系统中，当电动机所传动的位能负载下放时，电动机将可能处于再生发电制动状态；或当电动机从高速到低速（含停车）减速时，频率可以突减，但因电机的机械惯性，电机可能处于再生发电状态，传动系统中所储存的机械能经电动机转换成电能，通过逆变器的六个续流二极管回送到变频器的直流回路中。此时的逆变器处于整流状态。这时，如果变频器中没采取消耗能量的措施，这部分能量将导致中间回路的储能电容器的电压上升。如果当制动过快或机械负载为提升机类时，这部分能量就可能对变频器带来损坏，所以这部分能量我们就应该考虑考虑了。

在通用变频器中，对再生能量最常用的处理方式有两种：(1)、耗散到直流回路中人为设置的与电容器并联的“制动电阻”中，称之为动力制动状态；(2)、使之回馈到电网，则称之为回馈制动状态（又称再生制动状态）。还有一种制动方式，即直流制动，可以用于要求准确停车的情况或起动前制动电机由于外界因素引起的不规则旋转。

在书籍、刊物上有许多专家谈论过有关变频器制动方面的设计与应用，尤其是近些时间有过许多关于“能量回馈制动”方面的文章。今天，笔者提供一种新型的制动方法，它具有“回馈制动”的四象限运转、运行效率高等优点，也具有“能耗制动”对电网无污染、可靠性高等好处。

二、能耗制动

利用设置在直流回路中的制动电阻吸收电机的再生电能的方式称为能耗制动。

其优点是构造简单；对电网无污染（与回馈制动作比较），成本低廉；缺点是运行效率低，特别是在频繁制动时将要消耗大量的能量且制动电阻的容量将增大。

一般在通用变频器中，小功率变频器（22kW以下）内置有了刹车单元，只需外加刹车电阻。大功率变频器（22kW以上）就需外置刹车单元、刹车电阻了。

三、回馈制动

实现能量回馈制动就要求电压同频同相控制、回馈电流控制等条件。它是采用有源逆变技术，将再生电能逆变为与电网同频率同相位的交流电回送电网，从而实现制动。回馈制动的优点是能四象限运行,如图3所示，电能回馈提高了系统的效率。其缺点是：(1)、只有在不易发生故障的稳定电网电压下（电网电压波动不大于10%），才可以采用这种回馈制动方式。因为在发电制动运行时，电网电压故障时间大于2ms，则可能发生换相失败，损坏器件。(2)、在回馈时，对电网有谐波污染。(3)、控制复杂，成本较高。

四、新型制动方式（电容反馈制动）

1、主回路原理

整流部分采用普通的不可控整流桥进行整流，滤波回路采用通用的电解电容，延时回路采用接触器或可控硅都行。充电、反馈回路由功率模块IGBT、充电、反馈电抗器L及大电解电容C（容量约零点几法，可根据变频器所在的工况系统决定）组成。逆变部分由功率模块IGBT组成。保护回路，由IGBT、功率电阻组成。

(1)电动机发电运行状态

CPU对输入的交流电压和直流回路电压νd的实时监控，决定向VT1是否发出充电信号，一旦νd比输入交流电压所对应的直流电压值（如380VAC—530VDC）高到一定值时，CPU关断VT3，通过对VT1的脉冲导通实现对电解电容C的充电过程。此时的电抗器L与电解电容C分压，从而确保电解电容C工作在安全范围内。当电解电容C上的电压快到危险值（比如说370V），而系统仍处于发电状态，电能不断通过逆变部分回送到直流回路中时，安全回路发挥作用，实现能耗制动（电阻制动），控制VT3的关断与开通，从而实现电阻R消耗多余的能量，一般这种情况是不会出现的。

(2)电动机电动运行状态

当CPU发现系统不再充电时，则对VT3进行脉冲导通，使得在电抗器L上行成了一个瞬时左正右负的电压（如图标识），再加上电解电容C上的电压就能实现从电容到直流回路的能量反馈过程。CPU通过对电解电容C上的电压和直流回路的电压的检测，控制VT3的开关频率以及占空比,从而控制反馈电流，确保直流回路电压νd不出现过高。

2、系统难点

(1)电抗器的选取

（a）、我们考虑到工况的特殊性，假设系统出现某种故障，导致电机所载的位能负载自由加速下落，这时电机处于一种发电运行状态，再生能量通过六个续流二极管回送至直流回路，致使νd升高，很快使变频器处于充电状态，这时的电流会很大。所以所选取电抗器线径要大到能通过此时的电流。

（b）、在反馈回路中，为了使电解电容在下次充电前把尽可能多的电能释放出来，选取普通的铁芯（硅钢片）是不能达到目的的，最好选用铁氧体材料制成的铁芯，再看看上述考虑的电流值如此大，可见这个铁芯有多大，素不知市面上有无这么大的铁氧体铁芯，即使有，其价格也肯定不会很低。所以笔者建议充电、反馈回路各采用一个电抗器。

(2)控制上的难点

（a）、变频器的直流回路中，电压νd一般都高于500VDC，而电解电容C的耐压才400VDC，可见这种充电过程的控制就不像能量制动（电阻制动）的控制方式了。其在电抗器上所产生的瞬时电压降为，电解电容C的瞬时充电电压为νc=νd-νL，为了确保电解电容工作在安全范围内（≤400V），就得有效的控制电抗器上的电压降νL，而电压降νL又取决于电感量和电流的瞬时变化率。

（b）、在反馈过程中，还得防止电解电容C所放的电能通过电抗器造成直流回路电压过高，以致系统出现过压保护。

3、主要应用场合及应用实例

正是由于变频器的这种新型制动方式（电容反馈制动）所具有的优越性，近些来，不少用户结合其设备的特点，纷纷提出了要配备这种系统。由于技术上有一定的难度，国外还不知有无此制动方式？国内目前只有山东风光电子公司由以前采用回馈制动方式的变频器（仍有2台在正常运行中）改用了这种电容反馈制动方式的新型矿用提升机系列。

变频技术论文篇5

中图分类号： TN773 文献标识码：A

1 PowerFlex 400P变频器中Modbus的应用

1.1通信设置

硬件连接好后，要激活变频器与外部设备之间的Modbus通信，需要设置如下参数（见表1）。

1.2 技术参数

2 S7-300 PLC中Modbus的应用

S7-300PLC本身不支持RS485通信，需要通过串行通讯模板CP341来实现。

2.1 Step7组态设置

进入硬件配置画面，双击CP341模板，点击Parameter…配置参数，在Protocol选型中选择MODBUS Master，参照变频器设置波特率、数据位、停止位、奇偶校验等内容，设置好后需要通过Load Drivers装载到PLC中。

2.2 程序设计

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主传动轴由原有的6根减少为4根，传动齿轮减少5种。进给传动系统同样沿用主传动的设计思路，采用变频电机作为动力源，因考虑其使用范围，整个传动链采用定比传动来获得较大的扭矩。传动轴由原有5根减少为2根，传动齿轮由原有12种，减少为3种。通过以上设计，使摇臂钻床主轴箱部分加工难度大大降低，传动类零件大幅度减少。该机床试制完成后，我们采用与Z3063验收要求一致的切削参数进行切削，该机床完全能够满足切削要求。

二、液压变速系统设计

FRD6325液压预选变速系统相对于传统摇臂钻床进行了较大的改进，取消原有的操纵阀和预选阀，改用电磁换向阀进行控制，使整个液压变速系统大大简化。如图1所示，原有Z3063液压预选变速系统原理图，该系统通过预选转阀预选主轴的转速和进给量，通过操纵阀手把的5个位置进行主轴正转、反转、停车、空档4个动作的控制。图2为FRD6325液压原理图，变速泵自带溢流阀控制整个系统压力，通过电磁换向阀来控制两个变速轴变速档位，主轴正转、反转、停车、空档由控制面板上相关按钮实现。因取消原有“缓速”机构，为避免滑移齿轮变速时出现打齿现象，我们通过程序控制，在主轴变速时，主电机先进行3-5秒的缓慢转动，保证变速齿轮顺利啮合。样机试制完成后，我们通过实践变速证明该程序能够顺利保证齿轮啮合，变速过程中无打齿现象。通过以上改进，液压预选系统零件减少80%以上，而且结构简单，利于故障排除及产品维修。

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2变频技术在洗衣机上的应用

2.1变频洗衣机的分类

随着经济的发展，人们生活水平的不断提高,越来越多的家庭开始选择变频家电产品,刺激该种商品的市场发展。各种品牌的变频洗衣机新品层出不穷。从其应用的电机来划分,大体可分为两大类:由异步电机驱动的三相感应变频洗衣机(又称“交流变频洗衣机”)和由永磁同步电机（永磁直流无刷电机）驱动的永磁同步变频洗衣机(又称“直流变频洗衣机”)。其中根据传动方式的不同,永磁同步变频洗衣机又分为直驱式、间接驱动式和皮带轮式两种。上文我们说到的几种变频洗衣机，各有各的优势与不足之处,我们很难断定哪一种款式是最好的一种。在滚筒洗衣机中,皮带轮式直流变频洗衣机效率最高,交流变频洗衣机技术最成熟、噪声也最小。在波轮洗衣机中，直流无刷电机+直驱式离合器效率最高，结构最简单，故障率低，可维修性高；直流无刷电机+减速离合器兼顾效率、噪音和价格，性价比最高。

2.2几种变频策略在洗衣机上的应用

现在很多洗衣机中普遍使用的控制策略主要有以下几种：恒压频比控制(VVVF)、矢量控制(FOC)、直接转矩控制(DTC)等控制策略。波轮洗衣机通常应用VVVF和FOC,而滚筒洗衣机中FOC和DTC应用较为普遍。这是因为:波轮洗衣机转轴在竖直方向上,主要依靠电机频繁正反转所产生的水流效果洗涤衣物,难点在于快速起停(通常一个洗涤节拍在1到3秒之间,加速度要求在1000rpm/s左右),运行中负载转矩的变化不大,FOC控制和低成本的VVVF控制都可以基本满足控制要求;对于滚筒洗衣机,转轴在水平方向上,工作时主要依靠衣物在筒内做抛物运行产生的摔打效果洗涤。筒在一个机械周期(旋转一周)内负载的变化规律。在现阶段的日常生活中，我们最常用的变频洗衣机中，最主要的控制方式就是VVVF和FOC。其中FOC控制在直流变频或交流变频的波轮洗衣机和滚筒洗衣机中都适用,而VVVF控制主要用于直流变频波轮洗衣机中,在交流变频洗衣机中较少采用。这是因为:VVVF控制自身存在动态响应慢的缺陷。永磁电机的外特性较硬,在整个调速范围内都可以实现较理想的运行效率和电磁转矩,VVVF控制也能满足电机的应用要求;感应电机的外特性相对较软,尤其是在低速下的运行效率和电磁转矩不㎡,VVVF控制在感应电机上应用难以取得理想效果。

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二、变频技术的应用

(一)变频技术的具体方法

科学家在实践中总结，变频技术有利于充分利用资源，与传统的技术相比，变频技术在实践中取得重大效果，不但有效减少资源的浪费，而且利于我国科学研究。变频技术在人们日常生活中非常常见，变频技术广泛应用于电力行业、机械行业和其他多个行业。在生产中，变频技术有显著的节能效果，因此受到各个业界的广泛应用。变频技术在矿产开发的过程中，节能效果更为显著。在矿产开发过程中良好利用变频技术，利于资源合理开发，从而为资源的可持续利用做出贡献。

(二)变频技术应用的必要性

我国矿产资源在世界排名居先，但人口压力过大，人均矿产资源占有量排名落后，因此只有合理的矿产资源才能适应我国国情。近年来，矿产资源过度开采，致使矿产资源的总量飞速减少［2］。我国经济飞速发展，使用矿产资源的公司日益加大，企业间的竞争激烈，对矿产资源的开发力度加大，但企业在开发过程中忽视资源的合理开发，造成资源浪费。变频技术能实现节能，在矿产资源开发过程中使用变频技术，从而实现对矿产资源有效节约。变频技术还可以降低矿产开采时造成的污染，这不但为我国环保事业做出贡献，更利于企业可持续发展。

(三)变频技术的使用意义

矿产资源在开发过程中的资源浪费是最严重的开采问题之一，资源浪费影响矿业发展，对能源可持续利用和企业发展造成严重危害，威胁国民经济发展，矿产资源开采主要问题是资源浪费，通过变频技术降低矿产开发时造成的矿产资源浪费，保证开发生产的顺利进行，提高了矿业生产效率，促进国民经济增长，合理的矿业开发也有效提高开发质量，避免资源浪费。我国作为人口大国，资源的合理利用非常关键。人是推动社会发展的核心，在生产和生活中只有提高人的主观能动性，才能为企业带来利润。科学的变频技术增强员工对矿产资源开发的热情，员工对工作的内容有认同感，提高员工工作积极性，有效提高生产力。矿产资源的是我国经济发展命脉，只有良好合理的矿产开发才能推动经济发展［3］。

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2技术改造实施方案

空压机组控制系统如图1所示，包括工控机（上位机）系统、微机控制系统（集控柜）、压力、温度传感器、高压变频控制系统、高压切换系统等。（1）新建集中控制系统，在空压机房安装集中控制柜、监视操作用工控计算机（上位机）。其主要完成空气压缩机组远程参数的监视、控制、运行参数设置、实时曲线、历史报表查询及其他数据的处理等功能。选用ACS4000型集控柜：由电源开关及熔断器、触摸显示屏、PLC控制器、输出继电器、24V直流电源、通讯转换模块、指示及报警装置等组成。高压变频器、高压启动柜、空气压缩机与集控柜通讯模块通过通讯电缆进行通讯，将空压机运行、变频器运行参数、高压启动柜电压、电流、储气罐温度传输到集控柜进行数据处理、显示。根据运算数据控制空压机与变频器运行。运行状况及各种参数、数据在上位机上显示。（2）在主供风管路上安装压力变送器。主要是检测供风出口压力并把压力信号传输给集控柜PLC，PLC运算后根据总管压力和空压机运行状态智能地控制变频器的运行频率，从而达到根据设定压力范围来控制空压机的运行状态的目的。（3）增设高压变频器，控制空压机在需要的工况下运行。（4）增设高压切换柜，如图2所示，内装4台高压真空接触器，与空气压缩机高压启动柜一一对应，并相互闭锁，达到有选择性地控制空压机在变频状态下运行的目的。（5）空压机组控制。1）每台空压机启动、停止、变频状态下运行均由PLC控制，PLC内设空压机运行程序。2）工作方式设定为5种：就地启动／停止、远程启动／停止、紧急停机、联机控制、单台控制。3）风压设定：5．5～6．2kg／cm2；空压机转速调节范围：电机额定转速的60％～100％。4）空压机启动停止全部由PLC程序控制。空压机运行规定，连续运行不得超过72h，按照空压机编号设定主机1、主机2、主机3、主机4，程序控制每72h更换一次主机，辅机每24h更换一次。主机、辅机分别在工频、变频状态下运行。变频频率达到50Hz、10min内风压达不到设定值，该台空压机自动转为工频运行，同时启动第3台空压机变频运行，以控制风压稳定。空压机变频方式运行频率30Hz及以下达10min以上时，该台空压机自动停止运行，同时原辅机或主机自动转为变频方式运行。

3技术关键及创新点

（1）工频、变频状态下空压机运行曲线的智能拟合。（2）ACS400集控系统、高压变频的配合控制。（3）变频方式与工频方式转换控制。（4）主机、辅机按时切换控制。

4经济效益、社会效益分析

2011年1月系统改造完成并投入工业性运行，实现了多台空压机组联动控制，运行状况良好。（1）节能降耗效果显著：通过实际测定，技术改造后比原运行方式节能13％～15％，年节电耗43．2万kW•h，约21．6万元，节能效果明显。（2）实现了大型设备车间真正无人值守。机组自动24h稳定高效运行，减少操作人员9人，年可节约人工费用54万元。（3）稳定的压力输出，减少了对生产的影响，为矿井安全生产奠定基础。（4）维护量小，运行效率高。集控系统及变频的投入运行减少了空压机配件的磨损，延长了电机及空压机的使用寿命，年可维修及配件费用可减少10余万元。（5）实时设备运行状况，便于人员观察和及时掌握，发生异常及时处理，避免机械事故的发生。（6）采用变频控制，实测减少噪声15dB，减少噪声污染。

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2新型细纱机采用变频调速的实现方式

细纱机利用变频器调节锭子速度快慢一般采用定长制方式，即按照不同纺纱支数所纺的满纱总长度区间，每个区间根据实际生产中的断头情况来设置相应的锭子速度达到减少设断头的目的。

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所谓高压变频技术，是通过调节电压的输出，控制风机的实际功率，从而进一步控制风机的转速，调节风机风量，在风机中应用高压变频技术，就可以使得出风口的挡板完全打开，利用变频技术从源头调节风机的风量输出。风机的电机转速公式为：n=（1-s）n0，n0=60f/p。其中n为实际转速，n0为理论转速，s是转差率，f是电机的运行频率（60是60s），p是电机极对数。由转速公式可看出，在不考虑转差率s的情况下（s=0～0.05），电机的实际转速n=60f/p，即n与f是成正比例相关的，n的值会随着f的增加而增加，随着f的减少而减少，所以控制功率的输出，来调节f的值，就能够完成对电机转速n的调节。

1.2高压变频节能技术优点

高压变频节能技术的应用，能够避免风量因为挡板的损失，提高风机的工作效率，降低电力的消耗。比起挡板调节风量，利用高压变频技术调节，在输送风量时更加精准，能够实现对锅炉负荷的精准控制。而且高压变频技术的应用，在风机启动时，能够对风机进行有效保护。传统的全压启动方式，对发动机和风机都会产生极大的冲击力，容易引发故障，甚至设备损坏。而高压变频技术使发动机缓慢启动，有效地避免了这个问题，极大地降低了设备故障率。

2热电厂锅炉风机高压变频节能技术改造方案

2.1高压变频器选型

高压变频器的选型需要考虑电压等级和投资成本的问题，如一台1120kW功率的风机，选择60kV电压等级的高压变频器显然就是不合理的，既无法对高压变频器进行充分利用，又增大了投资成本，另外在选型时还需要注意谐波污染问题。综合分析热电厂的实际需求，对比市面上的几种高压变频器型号（两电平型、多电平型、单元串联型等），选择单元串联型高压变频器是较为合适的。它采用的是近几年新出现的一种拓扑结构电路，所具有的优点有：功率因素高、抗干扰能力强、谐波污染小、造价低、故障不停机等。

2.2主系统改造方案

QF为真空断路器，QS1、QS2为高压隔离刀闸，KM1、KM2、KM3为高压真空接触器。当高压变频器投入使用时，应先将真空断路器QF闭合，再将高压隔离刀闸QS1、QS2闭合，之后将高压真空接触器KM1、KM2闭合，断开高压真空接触器KM3。当高压变频器发生故障时，高压变频器的控制保护系统将会自动断开高压真空接触器KM1、KM2，同时闭合高压真空接触器KM3，使高压电机从变频状态切换到工频状态下运行。而为了保证切换运行状态时安全可靠，需要设计电气互锁功能，即KM1和KM2闭合时，KM3无法闭合；而当KM3闭合时，KM1和KM2不能再闭合。

2.3高压变频节能技术改造方案注意事项

1）高压变频器在接线时，一定要注意输入端和输出端的区别，不可接反，以免在风机使用时引发事故。2）准确计算转子的临界转速，采取必要的技术保护措施，避免发生扭曲共振现象。3）安装完毕后，检查变频器柜体是否做好了相关接地工作。4）将预充电电源技术运营与风机启动模式中，避免全压启动对设备形成过大负荷。

变频技术论文篇12

2变频调速一体机的性能

变频调速一体机的输入电源为1140V、50Hz，变频器输出频率在5～50Hz时为恒扭矩、在50～60Hz时为恒功率，变频调速一体机隔爆等级为Exd[ib]IMb，防护等级均为IP55，耐温等级为H级，冷却方式为外壳水冷式；适用于皮带输送机、乳化液泵站、转载机、刮板输送机及其他煤矿井下与电动机相匹配且连接尺寸相符合的设备。

3变频调速一体机电气系统主要组成部分

变频调速一体机电气系统主要由变频部分和电动机部分组成，其中变频部分又分为主回路、主控器、驱动单元、显示屏。

3.1主回路

YJVFT-450M-4采用十二脉冲整流（需两组相位差为30°的1140V、50Hz的电源供电）。变频器为交-直-交、电压型变频器。电源经接触器、电抗器后又经过整流，成为直流，在直流支撑电容滤波稳压后，再经过IGBT组成的逆变电路，将直流电逆变成频率可调的交流电（即VVVF电源）。

3.2主控器

主控器是变频部分的心脏，各种信息的处理、控制以及指令的发送都是由它来完成。它采集大部分实时信号，经过运算后产生IGBT的驱动信号，一方面通过光纤与驱动单元完成数据交换；另一方面把变频器的各种信息处理后送到显示屏显示，并且接收外部操作指令控制一体机运行。

3.3驱动单元

驱动单元接收主控器的IGBT出发指令，经放大后，生产PWM信号，通过光纤控制IGBT导通和关闭时间。同时还进行电流、电压及温度等变量信息的预处理，可以对IGBT进行最短时间的保护。

3.4显示屏

一体机装有高耐温的LED显示屏，通过通讯线接收主控器发送的实时信息并显示出来。一体机正常工作时，显示电压、电流、功率和转速等实时参数，当一体机报故障，采取保护动作时，显示准确故障信息。

3.5外部循环水冷系统

本系统根据用户实际工况有两种配置：一种为使用外部循环水泵、水箱等构成的闭环冷却系统；另一种为用户不使用水箱时，直接由供水管路经减压阀向变频器提供冷却水，出水采用开放式直接排出，采用此方式时供水压力不得大于3MPa。

3.6变频单元附属电路

附属电路包括变频器操作、控制及保护电路，主要由直流接触器、控制变压器、输入输出电路组成。

4变频调速一体机的应用

143下04工作面刮板输送机采用变频调速一体机驱动，供电电压为1140V，额定电流416.4A。由变电站的2台1250kVA变压器（2#和3#变压器）输出4路1140V电源电压通过3*95mm2电缆（A#、B#、C#、D#）给2台9组合开关（Ⅰ和Ⅱ）供电。再从2台9组合开关输出4路电通过3*70mm2电缆分别给机头机尾变频调速一体机供电。通过九组合开关控制变频一体机电源的通断，配合使用CXJ127S矿用隔爆兼本质安全型刮板输送机操作箱，实现对一体机的故障、温度和通讯状态的监测以及启停控制，检修或进入运输机停电时，要对运输机4路隔离开关全部停电闭锁。第一，刮板输送机实现了变频启动，使得运输机链条磨损减小，没有瞬间启动到较大的速度，链条减少了冲击力，从而延长了链条、联接环的使用寿命。同时启动时间可以按照自身的使用情况以及配合煤量适当进行调节。第二，由于启动平缓，在机械传动方面也减少磨损，对轮皮子磨损较小，对于刮板、链条及连接环的磨损较小，减少了断链子事故，连接环也减少了更换次数，同时平缓启动也降低了机械传动的噪音。第三，配合使用矿用隔爆兼本质安全型刮板输送机操作箱，即为一个监测、控制的操作箱，可以方便直观地观察运输机的状态以及方便查询故障，并可以改变一些参数，从而实现机头、机尾单电机启动或反转。第四，刮板输送机使用了变频技术，也在很大程度上降低了能耗，减少了电能消耗。