變頻器論文精選(九篇)

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第1篇：變頻器論文范文

Abstract：Thecharacteristicoftheenergybrakeandfeedbackbrakeisbrieflyintroduced,and

detailedintroductionontheoperationprinciple,characteristicandapplicationofthe

electrolytecapacitancebrakeisgiven.

關(guān)鍵詞:變頻器能量回饋電容反饋制動(dòng)

Keywords:InverterEnergyfeedbackEectro-capacitancefeedbackbrake

[中圖分類號(hào)]TP273[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]B文章編號(hào)1561-0330(2003)06-00

1引言

在通用變頻器、異步電動(dòng)機(jī)和機(jī)械負(fù)載所組成的變頻調(diào)速傳統(tǒng)系統(tǒng)中，當(dāng)電動(dòng)機(jī)所傳動(dòng)的位能負(fù)載下放時(shí)，電動(dòng)機(jī)將可能處于再生發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)；或當(dāng)電動(dòng)機(jī)從高速到低速（含停車）減速時(shí)，頻率可以突減，但因電機(jī)的機(jī)械慣性，電機(jī)可能處于再生發(fā)電狀態(tài)，傳動(dòng)系統(tǒng)中所儲(chǔ)存的機(jī)械能經(jīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換成電能，通過逆變器的六個(gè)續(xù)流二極管回送到變頻器的直流回路中。此時(shí)的逆變器處于整流狀態(tài)。這時(shí)，如果變頻器中沒采取消耗能量的措施，這部分能量將導(dǎo)致中間回路的儲(chǔ)能電容器的電壓上升。如果當(dāng)制動(dòng)過快或機(jī)械負(fù)載為提升機(jī)類時(shí)，這部分能量就可能對(duì)變頻器帶來損壞，所以這部分能量我們就應(yīng)該考慮考慮了。

在通用變頻器中，對(duì)再生能量最常用的處理方式有兩種：(1)、耗散到直流回路中人為設(shè)置的與電容器并聯(lián)的“制動(dòng)電阻”中，稱之為動(dòng)力制動(dòng)狀態(tài)；(2)、使之回饋到電網(wǎng)，則稱之為回饋制動(dòng)狀態(tài)（又稱再生制動(dòng)狀態(tài)）。還有一種制動(dòng)方式，即直流制動(dòng)，可以用于要求準(zhǔn)確停車的情況或起動(dòng)前制動(dòng)電機(jī)由于外界因素引起的不規(guī)則旋轉(zhuǎn)。

在書籍、刊物上有許多專家談?wù)撨^有關(guān)變頻器制動(dòng)方面的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，尤其是近些時(shí)間有過許多關(guān)于“能量回饋制動(dòng)”方面的文章。今天，筆者提供一種新型的制動(dòng)方法，它具有“回饋制動(dòng)”的四象限運(yùn)轉(zhuǎn)、運(yùn)行效率高等優(yōu)點(diǎn)，也具有“能耗制動(dòng)”對(duì)電網(wǎng)無污染、可靠性高等好處。

2能耗制動(dòng)

利用設(shè)置在直流回路中的制動(dòng)電阻吸收電機(jī)的再生電能的方式稱為能耗制動(dòng)，如圖1所示。

其優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡單；對(duì)電網(wǎng)無污染（與回饋制動(dòng)作比較），成本低廉；缺點(diǎn)是運(yùn)行效率低，特別是在頻繁制動(dòng)時(shí)將要消耗大量的能量且制動(dòng)電阻的容量將增大。

一般在通用變頻器中，小功率變頻器（22kW以下）內(nèi)置有了剎車單元，只需外加剎車電阻。大功率變頻器（22kW以上）就需外置剎車單元、剎車電阻了。

3回饋制動(dòng)

實(shí)現(xiàn)能量回饋制動(dòng)就要求電壓同頻同相控制、回饋電流控制等條件。它是采用有源逆變技術(shù)，將再生電能逆變?yōu)榕c電網(wǎng)同頻率同相位的交流電回送電網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)制動(dòng)如圖2所示。

回饋制動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是能四象限運(yùn)行,如圖3所示，電能回饋提高了系統(tǒng)的效率。其缺點(diǎn)是：(1)、只有在不易發(fā)生故障的穩(wěn)定電網(wǎng)電壓下（電網(wǎng)電壓波動(dòng)不大于10%），才可以采用這種回饋制動(dòng)方式。因?yàn)樵诎l(fā)電制動(dòng)運(yùn)行時(shí)，電網(wǎng)電壓故障時(shí)間大于2ms，則可能發(fā)生換相失敗，損壞器件。(2)、在回饋時(shí)，對(duì)電網(wǎng)有諧波污染。(3)、控制復(fù)雜，成本較高。

4新型制動(dòng)方式（電容反饋制動(dòng)）

4.1主回路原理

主回路原理圖如圖4所示。

整流部分采用普通的不可控整流橋進(jìn)行整流（如圖中的VD1——VD6組成），濾波回路采用通用的電解電容（圖中C1、C2），延時(shí)回路采用接觸器或可控硅都行（圖中T1）。充電、反饋回路由功率模塊IGBT（圖中VT1、VT2）、充電、反饋電抗器L及大電解電容C（容量約零點(diǎn)幾法，可根據(jù)變頻器所在的工況系統(tǒng)決定）組成。逆變部分由功率模塊IGBT組成（如圖VT5—VT10）。保護(hù)回路，由IGBT、功率電阻組成。

(1)電動(dòng)機(jī)發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)

CPU對(duì)輸入的交流電壓和直流回路電壓νd的實(shí)時(shí)監(jiān)控，決定向VT1是否發(fā)出充電信號(hào)，一旦νd比輸入交流電壓所對(duì)應(yīng)的直流電壓值（如380VAC—530VDC）高到一定值時(shí)，CPU關(guān)斷VT3，通過對(duì)VT1的脈沖導(dǎo)通實(shí)現(xiàn)對(duì)電解電容C的充電過程。此時(shí)的電抗器L與電解電容C分壓，從而確保電解電容C工作在安全范圍內(nèi)。當(dāng)電解電容C上的電壓快到危險(xiǎn)值（比如說370V），而系統(tǒng)仍處于發(fā)電狀態(tài)，電能不斷通過逆變部分回送到直流回路中時(shí)，安全回路發(fā)揮作用，實(shí)現(xiàn)能耗制動(dòng)（電阻制動(dòng)），控制VT3的關(guān)斷與開通，從而實(shí)現(xiàn)電阻R消耗多余的能量，一般這種情況是不會(huì)出現(xiàn)的。

(2)電動(dòng)機(jī)電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)

當(dāng)CPU發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)不再充電時(shí)，則對(duì)VT3進(jìn)行脈沖導(dǎo)通，使得在電抗器L上行成了一個(gè)瞬時(shí)左正右負(fù)的電壓（如圖標(biāo)識(shí)），再加上電解電容C上的電壓就能實(shí)現(xiàn)從電容到直流回路的能量反饋過程。CPU通過對(duì)電解電容C上的電壓和直流回路的電壓的檢測，控制VT3的開關(guān)頻率以及占空比,從而控制反饋電流，確保直流回路電壓νd不出現(xiàn)過高。

4.4系統(tǒng)難點(diǎn)

(1)電抗器的選取

(a)、我們考慮到工況的特殊性，假設(shè)系統(tǒng)出現(xiàn)某種故障，導(dǎo)致電機(jī)所載的位能負(fù)載自由加速下落，這時(shí)電機(jī)處于一種發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)，

再生能量通過六個(gè)續(xù)流二極管回送至直流回路，致使νd升高，很快使變頻器處于充電狀態(tài)，這時(shí)的電流會(huì)很大。所以所選取電抗器線徑要大到能通過此時(shí)的電流。

（b）、在反饋回路中，為了使電解電容在下次充電前把盡可能多的電能釋放出來，選取普通的鐵芯（硅鋼片）是不能達(dá)到目的的，最好選用鐵氧體材料制成的鐵芯，再看看上述考慮的電流值如此大，可見這個(gè)鐵芯有多大，素不知市面上有無這么大的鐵氧體鐵芯，即使有，其價(jià)格也肯定不會(huì)很低。

所以筆者建議充電、反饋回路各采用一個(gè)電抗器。

(2)控制上的難點(diǎn)

（a）、變頻器的直流回路中，電壓νd一般都高于500VDC，而電解電容C的耐壓才400VDC，可見這種充電過程的控制就不像能量制動(dòng)（電阻制動(dòng)）的控制方式了。其在電抗器上所產(chǎn)生的瞬時(shí)電壓降為，電解電容C的瞬時(shí)充電電壓為νc=νd-νL，為了確保電解電容工作在安全范圍內(nèi)（≤400V），就得有效的控制電抗器上的電壓降νL，而電壓降νL又取決于電感量和電流的瞬時(shí)變化率。

（b）、在反饋過程中，還得防止電解電容C所放的電能通過電抗器造成直流回路電壓過高，以致系統(tǒng)出現(xiàn)過壓保護(hù)。

4.5主要應(yīng)用場合及應(yīng)用實(shí)例

正是由于變頻器的這種新型制動(dòng)方式（電容反饋制動(dòng)）所具有的優(yōu)越性，近些來，不少用戶結(jié)合其設(shè)備的特點(diǎn)，紛紛提出了要配備這種系統(tǒng)。由于技術(shù)上有一定的難度，國外還不知有無此制動(dòng)方式？國內(nèi)目前只有山東風(fēng)光電子公司由以前采用回饋制動(dòng)方式的變頻器（仍有2臺(tái)在正常運(yùn)行中）改用了這種電容反饋制動(dòng)方式的新型礦用提升機(jī)系列，到目前為止，這種電容反饋制動(dòng)的變頻器正長期正常運(yùn)行在山東寧陽保安煤礦及山西太原等地，填補(bǔ)了國內(nèi)這一空白。

隨著變頻器應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬，這個(gè)應(yīng)用技術(shù)將大有發(fā)展前途，具體來講，主要用在礦井中的吊籠（載人或裝料）、斜井礦車（單筒或雙筒）、起重機(jī)械等行業(yè)。總之需要能量回饋裝置的場合都可選用。

第2篇：變頻器論文范文

【論文摘要】：文章對(duì)變頻器常見干擾故障進(jìn)行了分析總結(jié)，并提出了相應(yīng)的解決對(duì)策。

1．引言

變頻器作為一種高效節(jié)能的電機(jī)調(diào)速裝置，因其較高的性能價(jià)格比，在工廠得到了越來越廣泛的應(yīng)用。眾所周知，變頻器是由整流電路、濾波電路、逆變電路組成。其中整流電路和逆變電路中均使用了半導(dǎo)體開關(guān)元件，在控制上則采用的是PWM控制方式，這就決定了變頻器的輸入、輸出電壓和電流除了基波之外，還含有許多的高次諧波成分。這些高次諧波成分將會(huì)引起電網(wǎng)電壓波形的畸變，產(chǎn)生無線電干擾電波，它們對(duì)周邊的設(shè)備、包括變頻器的驅(qū)動(dòng)對(duì)象--電動(dòng)機(jī)帶來不良的影響。同時(shí)由于變頻器的使用，電網(wǎng)電源電壓中會(huì)產(chǎn)生高次諧波的成分，電網(wǎng)電源內(nèi)有晶閘管整流設(shè)備工作時(shí)，會(huì)引導(dǎo)電源波形產(chǎn)生畸形。另外，由于遭受雷擊或電源變壓器的開閉，電功率用電器的開閉等，產(chǎn)生的浪涌電壓，也將使電源波形畸變，這種波形畸變的電網(wǎng)電源給變頻器供電時(shí)，又將對(duì)變頻器產(chǎn)生不良影響。文章對(duì)于上述現(xiàn)象進(jìn)行了分析并提出了降低這些不良影響的措施。

2．外界對(duì)變頻器的干擾

供電電源對(duì)變頻器的干擾主要有過壓、欠壓、瞬時(shí)掉電；浪涌、跌落；尖峰電壓脈沖；射頻干擾。變頻器的供電電源受到來自被污染的交流電網(wǎng)的諧波干擾后若不加處理，電網(wǎng)噪聲就會(huì)通過電網(wǎng)的電源電路干擾變頻器。變頻器的輸入電路側(cè)，是將交流電壓變成直流電壓。這就是常稱為"電網(wǎng)污染"的整流電路。由于這個(gè)直流電壓是在被濾波電容平滑之后輸出給后續(xù)電路的，電源供給變頻器的實(shí)際上是濾波電容的充電電流，這就使輸入電壓波形產(chǎn)生畸變。

（1）電網(wǎng)中存在各種整流設(shè)備、交直流互換設(shè)備、電子電壓調(diào)整設(shè)備，非線性負(fù)載及照明設(shè)備等大量諧波源

電源網(wǎng)絡(luò)內(nèi)有這些負(fù)荷都使電網(wǎng)中的電壓、電流產(chǎn)生波形畸變，從而對(duì)電網(wǎng)中其它設(shè)備產(chǎn)生危害的干擾。例如：當(dāng)供電網(wǎng)絡(luò)內(nèi)有較大容量的晶閘管換流設(shè)備時(shí)，因晶閘管總是在每相半周期內(nèi)的部分時(shí)間內(nèi)導(dǎo)通，故容易使網(wǎng)絡(luò)電壓出現(xiàn)凹口，波形嚴(yán)重失真。它使變頻器輸入側(cè)的整流電路有可能因出現(xiàn)較大的反向回復(fù)電壓而受到損害，從而導(dǎo)致輸入回路擊穿而燒毀。

（2）電力補(bǔ)償電容對(duì)變頻器的干擾

電力部門對(duì)用電單位的功率因數(shù)有一定的要求，為此，許多用戶都在變電所采用集中電容補(bǔ)償?shù)姆椒▉硖岣吖β室驍?shù)。在補(bǔ)償電容投入或切出的暫態(tài)過程中，網(wǎng)絡(luò)電壓有可能出現(xiàn)很高的峰值，其結(jié)果是可能使變頻器的整流二極管因承受過高的反向電壓而擊穿。

（3）電源輻射傳播的干擾信號(hào)

電磁干擾(EMI)，是外部噪聲和無用信號(hào)在接收中所造成的電磁干擾，通常是通過電路傳導(dǎo)和以場的形式傳播的[2]即以電磁波方式向空中幅射，其輻射場強(qiáng)取決于干擾源的電流強(qiáng)度、裝置的等效輻射阻抗以及干擾源的發(fā)射頻率。

對(duì)于（1）、（2）兩項(xiàng)產(chǎn)生的干擾抑制可以在變頻器輸入電路中，串入交流電抗器，它對(duì)于基波頻率下的阻抗是微不足道的。但對(duì)于頻率較高的高頻干擾信號(hào)來說，呈現(xiàn)很高的阻抗，能有效地抑制干擾的作用。對(duì)于（3）項(xiàng)的干擾信號(hào)主要通過吸收方式來削弱。變頻器電源輸入端，通常都加有吸收電容。也可以再加上專用的"無線電干擾濾器"，來進(jìn)一步削弱干擾信號(hào)。

3．變頻器對(duì)周邊設(shè)備的干擾及對(duì)策

上面已經(jīng)講過變頻器能使輸入電源電壓產(chǎn)生高次諧波。同時(shí)，變頻器的輸出電壓和電流除了基波之外，還含有許多高次諧波的成分，它們將以各種方式把自己的能量傳播出去，這些高次諧波對(duì)周圍設(shè)備帶來不良的影響。其中，供電電源的畸變，使處于同一供電電源的其他設(shè)備出現(xiàn)誤動(dòng)作，過熱、噪聲和振動(dòng)；產(chǎn)生的無線干擾電波給變頻器周圍的電視機(jī)、收音機(jī)、手機(jī)等無線電接收裝置帶來干擾，嚴(yán)重時(shí)不能正常工作；對(duì)變頻器的外部控制信號(hào)產(chǎn)生干擾，這些控制信號(hào)受干擾后，就不能準(zhǔn)確、正常地控制變頻器運(yùn)行，使被變頻器驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生噪音，振動(dòng)和發(fā)熱現(xiàn)象。

（1）對(duì)接在同一電源設(shè)備帶來的干擾

當(dāng)變頻器的容量較大時(shí)，將使網(wǎng)絡(luò)電壓產(chǎn)生畸變，通過阻抗耦合或接地回路耦合將干擾傳入其它電路。消除或削弱對(duì)接在同一電源的設(shè)備帶來的干擾，可以將變頻器的輸入端串入交流電抗器，在變頻器的整流側(cè)插入直流電抗器。也可以在變頻器電源輸入端插入濾波器，如下圖1所示:

LC濾波器是被動(dòng)濾波器，它由電抗和電容組成對(duì)高次諧波的共振回路，從而達(dá)到吸收高次諧波的目的。有源濾波器的工作原理是：通過對(duì)電流中高次諧波進(jìn)行檢測，并根據(jù)檢測結(jié)果，輸入與高次諧波成分相位相反的電流來削弱高次諧波的目的。

（2）對(duì)于產(chǎn)生的無線電干擾波

目前，變頻器絕大部分是采用PWM控制方法。變頻器輸出信號(hào)是高頻的開關(guān)信號(hào)，在變頻器的輸出電壓、輸出電流中含有高次諧波，通過靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)，產(chǎn)生無線電干擾波。這些干擾波有的通過電線傳導(dǎo)，有些輻射至空中的電磁波和電場直接輻射。而輻射場中的金屬物體還可能形成二次輻射。同樣，變頻器外部的輻射也會(huì)干擾變頻器的正常工作。

電線傳導(dǎo)的無線電干擾波的抑制，可以采用噪聲濾波變壓器，對(duì)高次諧波形成絕緣；插入電抗器，以提高對(duì)高次諧波成分的阻抗，在變頻器的輸入端插入濾波器。

輻射無線電干擾波的抑制，較傳導(dǎo)無線電干擾波要困難一些。這種無線電干擾的大小，決定于安裝變頻器設(shè)備本身的結(jié)構(gòu)，和電動(dòng)機(jī)電纜線長短等許多因素有關(guān)。可以盡量縮短電動(dòng)機(jī)電線，電線采用雙絞措施，減少阻抗；變頻器輸入、輸出線裝入鐵管屏蔽；將變頻器機(jī)殼良好地接；變頻器輸入、輸出端串接電抗器，插入濾波器。

（3）對(duì)于產(chǎn)生的噪聲干擾

由于變頻器采用了PWM控制方式，變頻器的輸出電壓波形不是正弦波，通過電動(dòng)機(jī)的電流也難免含有許多諧波。變頻器輸出的諧波頻率與轉(zhuǎn)子固有頻率的共振，在轉(zhuǎn)子固有頻率附近的噪聲增大，變頻器輸出的諧波分量使鐵心、機(jī)殼、軸架等諧波在其固有頻率附近的噪聲增大。因此，利用變頻器對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制時(shí)，電動(dòng)機(jī)繞組和鐵芯由于諧波的成分而產(chǎn)生噪聲。

下圖2是電動(dòng)機(jī)采用變頻器驅(qū)動(dòng)和采用電網(wǎng)電源直接驅(qū)動(dòng)時(shí)的噪音比較。通常，采用變頻器對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的噪音要比電網(wǎng)電源直接驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生的噪音高出5～10dB。對(duì)于噪音的抑制可以采取的措施為:

①選用以IGBT等為逆變模塊的載波頻率較高的低噪音變頻器。選用變頻器專用電動(dòng)機(jī)，在變頻器與電動(dòng)機(jī)之間串入電抗器，以減少PWM控制方式產(chǎn)生的高次諧波。

②在變頻器與電動(dòng)機(jī)之間插入可以將輸出波形轉(zhuǎn)換成正弦波的濾波器。

③選用低噪音的電抗器。

（4）對(duì)于產(chǎn)生的振動(dòng)干擾

采用變頻器對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制時(shí)，同噪音相同的原因，會(huì)使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)。特別是較低階的高次諧波所產(chǎn)生的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩，給電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出帶來較大的振動(dòng)。若機(jī)械系統(tǒng)與這種振動(dòng)發(fā)生共振時(shí)，其振動(dòng)就更為嚴(yán)重。

通常可以采取以下措施減小振動(dòng)：

①強(qiáng)化機(jī)械結(jié)構(gòu)的剛性，將剛性連接改為強(qiáng)性連接。

②在變頻器與電動(dòng)機(jī)之間串入電抗器

③降低變頻器的輸出壓頻比。

④改變變頻器的載波頻率。

在變頻器對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速過程中，如果調(diào)速范圍較大時(shí)，應(yīng)先測到機(jī)械系統(tǒng)的共振頻率，然后利用變頻器的頻率跳躍功能，避開這些共振頻率。如果轉(zhuǎn)距有余量，可以將U/f給定小些。

（5）對(duì)于導(dǎo)致控制部件電動(dòng)機(jī)過熱的干擾

采用變頻器對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制，由于高次諧波的原因，即使是對(duì)同一電動(dòng)機(jī)，在同一頻率下運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)也將增加5%～10%的電流。電動(dòng)機(jī)溫度自然會(huì)提高。此外，普通電動(dòng)機(jī)的冷卻風(fēng)扇安裝在電動(dòng)機(jī)軸上的，在連續(xù)進(jìn)行低速運(yùn)行時(shí)，由于自身的冷卻風(fēng)扇的冷卻能力不足，而出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)過熱現(xiàn)象。

電動(dòng)機(jī)過熱的對(duì)策有以下幾種：

①為電動(dòng)機(jī)另配冷卻風(fēng)扇，改自冷式為他冷式。增加低速運(yùn)行時(shí)的冷卻能力。

②選用較大容量的電動(dòng)機(jī)。

③改用變頻器專用電動(dòng)機(jī)。

④改變調(diào)速方案，避免電動(dòng)機(jī)連續(xù)低速運(yùn)行。

隨著工廠電氣自動(dòng)化程度的提高，各種干擾也日益增多，只有對(duì)變頻器的干擾問題有深入的認(rèn)識(shí)，并采取相應(yīng)的處理措施，才能夠減少彼此之間的相互危害，更大程度的確保生產(chǎn)的正常進(jìn)行和設(shè)備的穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)

第3篇：變頻器論文范文

通用變頻器的主電路形式一般由三部分組成:整流部分、逆變部分和濾波部分。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變器部分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形。對(duì)于雙極性調(diào)制的變頻器，其輸出電壓波形展開式為:

(1)

式中:n—諧波的次數(shù)n=1,3,5……;

a1—開關(guān)角，i=1,2,3……N/2;

Ed—變頻器直流側(cè)電壓;

N—載波比。

由(1)式可見，各項(xiàng)諧波的幅值為

(2)

令n=1，則得出變頻器輸出電壓的基波幅值為:

(3)

從(1)、(2)、(3)式可以看出，通用變頻器的輸出電壓中確實(shí)含有除基波以外的其他諧波。較低次諧波通常對(duì)電機(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，使電機(jī)出力不足，故變頻器輸出的高低次諧波都必須抑制。

如前所述，由于通用變頻器的整流部分采用二極管不可控橋式整流電路，中間濾波部分采用大電容作為濾波器，所以整流器的輸入電流實(shí)際上是電容器的充電電流，呈較為陡峻的脈沖波，其諧波分量較大。為了消除諧波，可采用以下對(duì)策:

①增加變頻器供電電源內(nèi)阻抗

通常情況下，電源設(shè)備的內(nèi)阻抗可以起到緩沖變頻器直流濾波電容的無功功率的作用。這種內(nèi)阻抗就是變壓器的短路阻抗。當(dāng)電源容量相對(duì)變頻器容量越小時(shí)，則內(nèi)阻抗值相對(duì)越大，諧波含量越小；電源容量相對(duì)變頻器容量越大時(shí)，則內(nèi)阻抗值相對(duì)越大，諧波含量越大。對(duì)于三菱FR-F540系列變頻器，當(dāng)電源內(nèi)阻為4%時(shí)，可以起到很好的諧波抑制作用。所以選擇變頻器供電電源變壓器時(shí)，最好選擇短路阻抗大的變壓器。

②安裝電抗器

安裝電抗器實(shí)際上從外部增加變頻器供電電源的內(nèi)阻抗。在變頻器的交流側(cè)安裝交流電抗器或在變頻器的直流側(cè)安裝直流電抗器，或同時(shí)安裝，抑制諧波電流。表一列出了三菱FR-A540變頻器安裝電抗器和不安裝電抗器的含量對(duì)照表。

③變壓器多相運(yùn)行

通用變頻器的整流部分是六脈波整流器，所以產(chǎn)生的諧波較大。如果應(yīng)用變壓器的多相運(yùn)行，使相位角互差30°如Y-、-組合的兩個(gè)變壓器構(gòu)成相當(dāng)于12脈波的效果則可減小低次諧波電流28%，起到了很好的諧波抑制作用。

④調(diào)節(jié)變頻器的載波比

從(1)、(2)、(3)式可以看出，只要載波比足夠大，較低次諧波就可以被有效地抑制，特別是參考波幅值與載波幅值小于1時(shí)，13次以下的奇數(shù)諧波不再出現(xiàn)。

⑤專用濾波器

該專用濾波器用于檢測變頻器諧波電流的幅值和相位，并產(chǎn)生一個(gè)與諧波電流幅值相同且相位正好相反的電流，通到變頻器中，從而可以非常有效地吸收諧波電流。

2負(fù)載匹配問題及其對(duì)策

生產(chǎn)機(jī)械的種類繁多，性能和工藝要求各異，其轉(zhuǎn)矩特性是復(fù)雜的，大體分為三種類型:恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載和恒功率負(fù)載。針對(duì)不同的負(fù)載類型，應(yīng)選擇不同類型的變頻器。

①恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載

恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載是指負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速無關(guān)，任何轉(zhuǎn)速下，轉(zhuǎn)矩均保持恒定。恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載又分為摩擦類負(fù)載和位能式負(fù)載。

摩擦類負(fù)載的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩一般要求額定轉(zhuǎn)矩的150%左右，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩一般要求額定轉(zhuǎn)矩的100%左右，所以變頻器應(yīng)選擇那些具有恒定轉(zhuǎn)矩特性,并且起動(dòng)和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩都比較大，過載時(shí)間長和過載能力大的變頻器。如三菱變頻器FR-A540系列。

位能式負(fù)載一般要求大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和能量回饋功能，能夠快速實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，變頻器應(yīng)選擇具有四象限運(yùn)行能力的變頻器。如三菱變頻器FR-A241系列。

②風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載

風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載是目前工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用最多的設(shè)備，雖然泵和風(fēng)機(jī)的特性多種多樣，但是主要以離心泵和離心風(fēng)機(jī)應(yīng)用為主，通用變頻器在這類負(fù)載上的應(yīng)用最多。風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載是一種平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其轉(zhuǎn)速n與流量Q，轉(zhuǎn)矩T與泵的軸功率N有如下關(guān)系式:

(4)

這類負(fù)載對(duì)變頻器的性能要求不高，只要求經(jīng)濟(jì)性和可靠性，所以選擇具有U/f=const控制模式的變頻器即可。如三菱變頻器FR-F540（L）系列。風(fēng)機(jī)負(fù)載在實(shí)際運(yùn)行過程中，由于轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比較大，所以變頻器的加速時(shí)間和減速時(shí)間是一個(gè)非常重要的問題，可按下列公式進(jìn)行計(jì)算:

(5)

(6)

式中:tACC—加速時(shí)間(s);

tDEC—減速時(shí)間(s);

GD2—折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（N·m2）;

g—重力加速度，g=9.81(m/s2);

TM—電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩(N.m);

TL—負(fù)載轉(zhuǎn)矩(N.m);

nAS—系統(tǒng)加速時(shí)的初始速度（r/min）;

nAE—系統(tǒng)加速時(shí)的終止速度（r/min）;

nDS—系統(tǒng)減速時(shí)的初始速度（r/min）;

nDE—系統(tǒng)減速時(shí)的終止速度（r/min）。

從上式可以看出，風(fēng)機(jī)負(fù)載的系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算是非常重要的。變頻器具體設(shè)計(jì)時(shí)，按上式計(jì)算結(jié)果，進(jìn)行適當(dāng)修正，在變頻器起動(dòng)時(shí)不發(fā)生過流跳閘和變頻器減速時(shí)不發(fā)生過電壓跳閘的情況下，選擇最短時(shí)間。

泵類負(fù)載在實(shí)際運(yùn)行過程中，容易發(fā)生喘振、憋壓和水垂效應(yīng)，所以變頻器選型時(shí)，要選擇適于泵類負(fù)載的變頻器且變頻器在功能設(shè)定時(shí)要針對(duì)上述問題進(jìn)行單獨(dú)設(shè)定:

喘振:測量易發(fā)生喘振的頻率點(diǎn)，通過設(shè)定跳躍頻率點(diǎn)和寬度，避免系統(tǒng)發(fā)生共振現(xiàn)象。

憋壓:泵類負(fù)載在低速運(yùn)行時(shí)，由于系統(tǒng)憋壓而導(dǎo)致流量為零，從而造成泵燒壞。在變頻器功能設(shè)定時(shí)，通過限定變頻器的最低頻率，而限定了泵流量的臨界點(diǎn)處的系統(tǒng)最低轉(zhuǎn)速，這就避免了此類現(xiàn)象的發(fā)生。

水垂效應(yīng):泵類負(fù)載在突然斷電時(shí)，由于泵管道中的液體重力而倒流。若逆止閥不嚴(yán)或沒有逆止閥，將導(dǎo)致電機(jī)反轉(zhuǎn)，因電機(jī)發(fā)電而使變頻器發(fā)生故障報(bào)警燒壞。在變頻器系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使變頻器按減速曲線停止，在電機(jī)完全停止后再斷開主電路電，或者設(shè)定“斷電減速停止”功能，這樣就避免了該現(xiàn)象的發(fā)生。

③恒功率負(fù)載

恒功率負(fù)載是指轉(zhuǎn)矩大體與轉(zhuǎn)速成反比的負(fù)載，如卷取機(jī)、開卷機(jī)等。利用變頻器驅(qū)動(dòng)恒功率負(fù)載時(shí)，應(yīng)該是就一定的速度變化范圍而言的，通常考慮在某個(gè)轉(zhuǎn)速點(diǎn)以下采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式，而在高于該轉(zhuǎn)速點(diǎn)時(shí)才采用恒功率調(diào)速方式。我們通常將該轉(zhuǎn)速點(diǎn)稱為基頻，該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電壓為變頻器輸出額定電壓。從理論上講，要想實(shí)現(xiàn)真正意義上的恒功率控制，變頻器的輸出頻率f和輸出電壓U必須遵循U2/f=const協(xié)調(diào)控制，但這在實(shí)際變頻器運(yùn)行過程中是不允許的，因?yàn)樵诨l以上，變頻器的輸出電壓不能隨著其輸出頻率增加，只能保持額定電壓，所以只能是一種近似意義上的恒功率控制。

3發(fā)熱問題及其對(duì)策

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，通常采用以下方法:

①采用風(fēng)扇散熱:變頻器的內(nèi)裝風(fēng)扇可將變頻器的箱體內(nèi)部散熱帶走，若風(fēng)扇不能正常工作，應(yīng)立即停止變頻器運(yùn)行。

②降低安裝環(huán)境溫度:由于變頻器是電子裝置，內(nèi)含電子元、電解電容等，所以溫度對(duì)其壽命影響比較大。通用變頻器的環(huán)境運(yùn)行溫度一般要求-10℃~-50℃，如果能夠采取措施盡可能降低變頻器運(yùn)行溫度，那么變頻器的使用壽命就延長，性能也比較穩(wěn)定。

我們采取兩種方法:一種方法是建造單獨(dú)的變頻器低壓間，內(nèi)部安裝空調(diào)，保持低壓間溫度在+15℃~+20℃之間。另一種方法是變頻器的安裝空間要滿足變頻器使用說明書的要求。

以上所談到的變頻器發(fā)熱是指變頻器在額定范圍之內(nèi)正常運(yùn)行的損耗。當(dāng)變頻器發(fā)生非正常運(yùn)行（如過流，過壓，過載等）產(chǎn)生的損耗必須通過正常的選型來避免此類現(xiàn)象的發(fā)生。

對(duì)于風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載，當(dāng)我們選擇三菱變頻器FR-F540時(shí)，其過載能為120%/60秒，其過載周期為300秒，也就是說，當(dāng)變頻器相對(duì)于其額定負(fù)載的120%過載時(shí)，其持續(xù)時(shí)間為60秒，并且在300秒之內(nèi)不允許出現(xiàn)第二次過載。當(dāng)變頻器出現(xiàn)過載時(shí)，功率單元因其流過的過載電流而升溫，導(dǎo)致變頻器過熱，這時(shí)必須盡快使其降溫以使變頻器的過熱保護(hù)動(dòng)作消除，這個(gè)冷卻過程就是變頻器的過載周期。不同的變頻器，其過載倍數(shù)、過載時(shí)間和過載周期均不相同，并且其過載倍數(shù)越大，過載時(shí)間越短，請(qǐng)見表2所示:

對(duì)于變頻器所驅(qū)動(dòng)的電機(jī)，按其工作情況可分為兩類:長期工作制和重復(fù)短時(shí)工作制。長期工作制的電機(jī)可以按其名牌規(guī)定的數(shù)據(jù)長期運(yùn)行。針對(duì)該類負(fù)載，變頻器可根據(jù)電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)進(jìn)行選型，如連續(xù)運(yùn)行的油泵，若其電機(jī)功率為22kW時(shí)，可選擇FR-F540-22k變頻器即可。重復(fù)短時(shí)工作制電機(jī)，其特點(diǎn)是重復(fù)性和短時(shí)性，即電機(jī)的工作時(shí)間和停歇時(shí)間交替進(jìn)行，而且都比較短，二者之和，按國家規(guī)定不得超過60秒。重復(fù)短時(shí)工作制電機(jī)允許其過載且有一定的溫升。此時(shí)，若根據(jù)電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)來選擇變頻器，勢必造成變頻器的損壞。針對(duì)該類負(fù)載，變頻器在參考電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)的情況下要根據(jù)電機(jī)負(fù)載圖和變頻器的過載倍數(shù)、過載時(shí)間、過載周期來選型。如重復(fù)短時(shí)運(yùn)行的升降機(jī)，其電機(jī)功率為18.5kW，可選擇FR-A540-22k變頻器。

4結(jié)論

本文通過對(duì)通用變頻器運(yùn)行過程中存在問題的分析，提出了解決這些問題的實(shí)際對(duì)策，隨著新技術(shù)和新理論不斷在變頻器上的應(yīng)用，變頻器存在的這些問題有望通過變頻器本身的功能和補(bǔ)償來解決。隨著工業(yè)現(xiàn)場和社會(huì)環(huán)境對(duì)變頻器的要求不斷提高，滿足實(shí)際需要的真正“綠色”變頻器也會(huì)不久面世。

5參考文獻(xiàn)

(1)韓安榮.通用變頻器及其應(yīng)用.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2000

(2)三菱變頻調(diào)速器FR-A500使用手冊.

(3)三菱變頻調(diào)速器FR-F500使用手冊.

第4篇：變頻器論文范文

變頻器自20世紀(jì)80年代在中國推出以后，在在國民經(jīng)濟(jì)和日常生活中發(fā)揮著日益重要作用，已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于企業(yè)的工業(yè)生產(chǎn)以及人們的日常生活中。變頻器廣泛應(yīng)用,主要得益于其優(yōu)良的節(jié)能特性和調(diào)速特性。中國產(chǎn)值能耗是世界上最高的國家之一。要解決產(chǎn)品能耗問題，除其它相關(guān)的技術(shù)問題需要改進(jìn)外，變頻調(diào)速已成為節(jié)能及提高產(chǎn)品質(zhì)量的有效措施。油田作為一個(gè)特殊行業(yè)，有其獨(dú)特的背景，在油田中的以風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載為主，因而決定了變頻器在油田中的應(yīng)用應(yīng)以節(jié)能為第一目標(biāo)。油田中變頻器的應(yīng)用主要集中在游梁式抽油機(jī)控制、電潛泵控制、注水井控制和油氣集輸控制等幾個(gè)場合。下面從這幾個(gè)方面對(duì)變頻器在油田中應(yīng)用情況進(jìn)行詳細(xì)的說明。

2變頻器在游梁式抽油機(jī)控制中的應(yīng)用

目前，在勝利油田采用的抽油設(shè)備中，以游梁式抽油機(jī)應(yīng)用最為普遍，數(shù)量也最多。一方面，游梁式抽油機(jī)運(yùn)動(dòng)為反復(fù)地上下提升，一個(gè)沖程提升一次，其動(dòng)力來自于電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的兩個(gè)重量相當(dāng)大的鋼質(zhì)滑塊，當(dāng)滑塊提升時(shí)，類似于杠桿的作用，將采油機(jī)桿送入井中，滑塊下降時(shí)，采油桿提出帶油至井口，由于電機(jī)轉(zhuǎn)速一定，在滑塊下降過程中，負(fù)荷減輕，電機(jī)拖動(dòng)產(chǎn)生的能量無法被負(fù)載吸引，勢必會(huì)尋找能量消耗的渠道，導(dǎo)致電機(jī)進(jìn)入再生發(fā)電狀態(tài)，將多余的能量反饋到電網(wǎng)，引起主回路母線電壓的升高，勢必會(huì)對(duì)整個(gè)電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊，導(dǎo)致電網(wǎng)供電質(zhì)量下降，功率因數(shù)降低，面臨被供電企業(yè)罰款的危險(xiǎn);頻繁的高壓沖擊會(huì)損壞電機(jī)，對(duì)電動(dòng)機(jī)沒有可靠的保護(hù)功能，一旦電機(jī)損害，造成生產(chǎn)效率降低、維護(hù)量加大，極不利于抽油設(shè)備的節(jié)能降耗，給企業(yè)造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。另一方面，游梁式抽油機(jī)引入兩個(gè)大質(zhì)量的鋼質(zhì)滑塊，導(dǎo)致抽油機(jī)的起動(dòng)沖擊大等諸多問題。除了上述兩方面問題之外，油田采油的特殊地理環(huán)境決定了采油設(shè)備有其自有的運(yùn)行特點(diǎn)，在油井開采前期儲(chǔ)油量大，供液足，為提高功效可采用工頻運(yùn)行，保證較高的產(chǎn)油量;在中、后期，由于石油儲(chǔ)量減少，易造成供液不足，電機(jī)若仍工頻運(yùn)行，勢必浪費(fèi)電能，造成不必要的損耗，這時(shí)須考慮實(shí)際工作情況，適當(dāng)降低電機(jī)轉(zhuǎn)速，減少?zèng)_程，有效提高充盈率。為了解決上述問題，可將變頻技術(shù)引入到游梁式抽油機(jī)控制中去。根據(jù)電機(jī)理論可知，其轉(zhuǎn)速公式為:

其中:p為電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)，s為轉(zhuǎn)差率，f為供電電源頻率，n為電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速。從式可以看出，電機(jī)轉(zhuǎn)速與頻率近似成正比，改變頻率即可以平滑地調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而可以連續(xù)地改變提油機(jī)的抽油速度。根據(jù)電動(dòng)機(jī)工作電流的大小確定電動(dòng)機(jī)的工作頻率，這樣可以根據(jù)井況的變化，方便的調(diào)節(jié)抽油機(jī)的沖程，達(dá)到節(jié)能和提高電網(wǎng)功率因數(shù)的目的。同時(shí)變頻調(diào)速器具有低速軟啟動(dòng)，轉(zhuǎn)速可以平滑地大范圍調(diào)節(jié)，對(duì)電動(dòng)機(jī)保護(hù)功能齊全，如短路、過載、過壓、欠壓及失速等，可有效地保護(hù)電機(jī)及機(jī)械設(shè)備，保證設(shè)備在安全的電壓下工作，具有運(yùn)行平穩(wěn)、可靠，提高功率因數(shù)等諸多優(yōu)點(diǎn)，是采油設(shè)備改造的理想方案。

目前，對(duì)游梁式抽油機(jī)的變頻器改造主要有以下3個(gè)方面:

(1)以提高電網(wǎng)質(zhì)量，減小對(duì)電網(wǎng)影響為目標(biāo)的變頻改造。這主要集中在供電企業(yè)對(duì)電網(wǎng)質(zhì)量要求較高的場合，為了避免電網(wǎng)質(zhì)量的下降，需引入變頻控制，其主要目的就是減小抽油機(jī)工作過程對(duì)電網(wǎng)的影響。這種應(yīng)用在勝利油田的臨盤采油廠已經(jīng)提上應(yīng)用日程。

(2)以節(jié)能為第一目標(biāo)的變頻改造。這一點(diǎn)比較普遍，一方面，油田的抽油機(jī)為了克服大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，采用的電動(dòng)機(jī)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實(shí)際所需功率，工作時(shí)電動(dòng)機(jī)的利用率一般在20%-30%之間，最高不會(huì)超過50%，電動(dòng)機(jī)常常處于輕載狀態(tài)，造成了電動(dòng)機(jī)資源的浪費(fèi)。另一方面，抽油機(jī)的工作情況是連續(xù)變化的，這些都取決于地底下的狀態(tài)，若始終處于工頻運(yùn)行，勢必也會(huì)造成電能的浪費(fèi)。為了節(jié)能，提高電動(dòng)機(jī)的工作效率，需進(jìn)行變頻改造。

(3)以提高電網(wǎng)質(zhì)量和節(jié)能為目的的變頻改造。這種情況綜合了上面兩種改造的優(yōu)點(diǎn)，是應(yīng)用中的一個(gè)重要發(fā)展方向。

在實(shí)際的應(yīng)用過程中卻出現(xiàn)了許多問題，這些問題主要集中在游梁式抽油機(jī)的發(fā)電狀態(tài)產(chǎn)生的能量的處理上。對(duì)于第一種情況，采用普通變頻器加能耗制動(dòng)單元可比較方便的實(shí)現(xiàn)，這是以多耗電能為代價(jià)的，

這主要是因?yàn)榘l(fā)電能量不能回饋電網(wǎng)造成的。在未采用變頻器時(shí)，電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)時(shí)，電動(dòng)機(jī)從電網(wǎng)吸收電能(電表正轉(zhuǎn));電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)時(shí)，電動(dòng)機(jī)釋放能量(電表反轉(zhuǎn))，電能直接回饋電網(wǎng)的，并沒有在本地設(shè)備上耗費(fèi)掉。綜合表現(xiàn)為抽油機(jī)的供電系統(tǒng)的功率因數(shù)較低，對(duì)電網(wǎng)質(zhì)量影響較大。但是在使用普通變頻器時(shí)，情況發(fā)生了變化。普通變頻器的輸入是二極管整流，能量不可反方向流動(dòng)。上述這部分電能沒有流回電網(wǎng)的通路，必須用電阻來就地消耗，這就是必須使用能耗制動(dòng)單元的原因。對(duì)于第二種情況和第三種情況，必須妥善的處理電動(dòng)機(jī)發(fā)電狀態(tài)產(chǎn)生的電能，必須將其反饋到電網(wǎng)，否則通過調(diào)節(jié)抽油機(jī)的沖程節(jié)省的電能可能不能抵消變頻器制動(dòng)單元消耗的電能，造成變頻運(yùn)行時(shí)反而耗能，與節(jié)能的目標(biāo)背道而馳。為了解決這個(gè)問題，有必要對(duì)普通變頻器進(jìn)行改造，在結(jié)構(gòu)上引入雙PWM結(jié)構(gòu)的變頻器，保證發(fā)電狀態(tài)產(chǎn)生的電能回饋電網(wǎng);在控制方法引入自適應(yīng)控制以適應(yīng)游梁式抽油機(jī)多變的工作環(huán)境。

3變頻器在電潛泵控制中的應(yīng)用

油田中應(yīng)用較多的另一種采油設(shè)備是電潛泵。電潛泵是井下工作的多級(jí)離心泵，同油管一起下入井內(nèi)，地面電源通過變壓器、控制屏和電潛泵專用電纜將電能輸送給井下電潛泵電機(jī)，使電機(jī)帶動(dòng)多級(jí)離心泵旋轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，把油井中的液體舉升到地面。

由于電潛泵是在地面以下2000多米的井底工作，工作環(huán)境非常惡劣(高溫、強(qiáng)腐蝕等)，傳統(tǒng)的供電方式－全壓、工頻使它故障頻繁，運(yùn)行成本大增。一方面，電潛泵在工頻啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流大，電機(jī)電纜的壓降較大，使得電機(jī)電纜在啟動(dòng)過程中的反壓較高，使絕緣性能降低，每次開機(jī)都會(huì)使電潛泵壽命大打折扣，大大影響了電潛泵的使用壽命。電潛泵損壞后提到地面上來修理，僅工程費(fèi)一項(xiàng)就達(dá)5萬元，價(jià)值10萬元的電纜平均提上放下5次就須更換，電潛泵平均每10個(gè)月就須維修一次，維修費(fèi)用約8萬元，使用成本較高。另一方面，電潛泵在正常工作時(shí)，普遍存在著電機(jī)負(fù)載率較低的情況，“大馬拉小車”現(xiàn)象嚴(yán)重。潛油電泵的功率因數(shù)較低，耗電量多，工頻工作時(shí)，電潛泵始終工作在額定轉(zhuǎn)速下，如果井下液量供不應(yīng)求，容易造成“死井”，一旦死井則損失慘重。為了解決這個(gè)問題，電潛泵應(yīng)能夠根據(jù)地質(zhì)情況的變化，調(diào)節(jié)抽油量。傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)方式是靠更換油嘴來調(diào)節(jié)產(chǎn)量，這樣既造成能量損失又不能精確地控制。有時(shí)使得電機(jī)與泵長期在高壓狀態(tài)下運(yùn)行;有時(shí)使得油井出沙嚴(yán)重，使設(shè)備壽命縮短，因而有必要引入變頻控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)油壓、調(diào)節(jié)產(chǎn)量。

針對(duì)電潛泵的特殊情況，我國的成都佳靈電氣制造有限公司和山東風(fēng)光電子有限責(zé)任公司都有現(xiàn)成產(chǎn)品提供，并在勝利油田中有一些應(yīng)用，并取得一定的效果。對(duì)電潛泵井進(jìn)行變頻改造后，實(shí)現(xiàn)了電潛泵的軟啟動(dòng)、軟停車，有效地保護(hù)了電潛泵與電纜;通過調(diào)節(jié)頻率可方便的調(diào)節(jié)油壓，避免了電潛泵在高壓下長期運(yùn)行;延長了電潛泵的壽命，節(jié)約了油井維修、維護(hù)費(fèi)用，使電泵機(jī)組在最佳工況下運(yùn)行。大大提高了電潛泵采油系統(tǒng)的效率。同時(shí)，提高功率因數(shù)，提高了電網(wǎng)的供電能力，節(jié)電效果明顯。大面積推廣電潛泵變頻技術(shù)改造，將帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。應(yīng)用中也暴露出來一些問題，一方面，因?yàn)槭切庐a(chǎn)品，在產(chǎn)品的軟硬件設(shè)計(jì)和設(shè)備配套上由一些不足，這時(shí)就要將新的控制方法引入到實(shí)際應(yīng)用中去發(fā)展變化適應(yīng)多變的工作環(huán)境，提高配套產(chǎn)品的質(zhì)量;另一方面，控制系統(tǒng)的一次性投資較高，有的甚至要高于電潛泵的投資，只有進(jìn)一步降低成本，才能促進(jìn)變頻器控制在電潛泵中的應(yīng)用。

4變頻器在注水泵控制中的應(yīng)用

油田開發(fā)過程中地層能量不斷衰減，常用注水方式以保持地層能量，進(jìn)行油田開發(fā)。一方面，注水壓力的高低是決定油田合理開發(fā)和地面管線及設(shè)備的重要參數(shù)。考慮到后期開發(fā)注水井的增多，注水工藝設(shè)計(jì)和機(jī)電設(shè)備配置都比實(shí)際寬裕，加之地質(zhì)情況的變化，開關(guān)井?dāng)?shù)的增減，洗井及供水不足的影響，經(jīng)常引起注水壓力的波動(dòng)，注水量不均勻，不穩(wěn)定。注水壓力低，注水量滿足不了油田開發(fā)的需要，必然會(huì)造成油層壓力下降;注水壓力過高，浪費(fèi)動(dòng)力，也造成超注，導(dǎo)致水淹，水竄;注水壓力控制難度大，也給油田生產(chǎn)和管理帶來諸多不便，因而要求油田注水壓力恒定。另一方面，由于儲(chǔ)油地層的壓力及油氣水分布不斷在發(fā)生變化，其數(shù)值很難準(zhǔn)確預(yù)測和控制，考慮到油田開發(fā)中的需要，在工藝和機(jī)電設(shè)備的配置上都按照油田最大可能的需求來設(shè)計(jì)，這一點(diǎn)在注水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)當(dāng)中顯得尤為突出。油田注水設(shè)備多采用高壓離心泵匹配高壓電機(jī)，大功率系統(tǒng)運(yùn)行常是“大馬拉小車”，效率低下。注水壓力靠泵出口閘門手動(dòng)控制，即靠改變管網(wǎng)特性曲線來調(diào)節(jié)泵的排量，泵、電機(jī)匹配難以達(dá)到在泵的最佳工況點(diǎn)運(yùn)行，管網(wǎng)效率低，電能損失高達(dá)50%以上。正是從恒壓注水和節(jié)能的兩個(gè)方面考慮，在油田注水系統(tǒng)中引入變頻控制。

通過流體力學(xué)的基本定律可知:風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備均屬平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其轉(zhuǎn)速n與流量Q，壓力H以及軸功率P具有如下關(guān)系:Q∝n，H∝n2，P∝n3;即，流量與轉(zhuǎn)速成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。通過上述分析可以知道，通過改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可方便地改變水的流量，保證水壓恒定;通過改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，在降低水流量的同時(shí)，可有效降低系統(tǒng)的電能損耗。

通過變頻改造的注水系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn):

(1)實(shí)現(xiàn)了電機(jī)軟起動(dòng)、自由停車。電機(jī)均通過變頻器或軟起動(dòng)從0～50Hz作緩慢加速起動(dòng)，可減少機(jī)泵因突然高速起動(dòng)所帶來的影響，減少了直接起動(dòng)時(shí)起動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊。

(2)提高了功率因數(shù)，改善了電機(jī)電源質(zhì)量，電機(jī)的功率與實(shí)際負(fù)荷相匹配，系統(tǒng)達(dá)到節(jié)能運(yùn)行的目的。

(3)消除了泵的喘振現(xiàn)象，使泵運(yùn)行處于最佳工況狀態(tài)。

(4)實(shí)現(xiàn)了壓力自動(dòng)控制，被調(diào)節(jié)量得到更平穩(wěn)的調(diào)節(jié)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

目前變頻調(diào)速技術(shù)在注水系統(tǒng)中，主要應(yīng)用在供水水源井電潛泵、注水站注水泵、配水間增壓泵工藝中。應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，對(duì)注水設(shè)備的電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，達(dá)到穩(wěn)壓、穩(wěn)流供注水。同時(shí)軟起軟停的功能代替了減壓啟動(dòng)，使電機(jī)起停平穩(wěn)，減少了對(duì)電網(wǎng)和機(jī)械設(shè)備的沖擊，不會(huì)造成管網(wǎng)壓力、流量、流速的劇烈變化，不需要閥門截流，因此對(duì)防止汽蝕、水擊、喘振極為有利，可以延長管網(wǎng)、泵、閥門的維修周期和使用壽命。在注水泵變頻改造中涉及的品牌比較多，進(jìn)口品牌有ABB、AB、三菱、東芝、富士及西門子等，國產(chǎn)品牌有佳靈、安圣等，在這個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)比較成熟。

5變頻器在油氣集輸控制中的應(yīng)用

在油田生產(chǎn)中，與注水泵類似，輸油泵的額定排量往往大于實(shí)際需要排量，現(xiàn)大馬拉小車現(xiàn)象。一方面，如果完全采用閥門調(diào)節(jié)輸油量，一旦油量變化較快，輸油閥門調(diào)節(jié)頻繁，增加了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度且所需人員也較多。若閥門調(diào)節(jié)不當(dāng)，易造成被抽干或冒罐現(xiàn)象。泵出現(xiàn)干抽燒損，冒罐則造成原油白白浪費(fèi)。另一方面，為保證輸出油量的恒定，需要保證管壓恒定，閥門的開度直接影響到管壓，太大太小都不行。如果使用變頻調(diào)速器，可以徹底解決這個(gè)問題。它通過減小電機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)降低電機(jī)轉(zhuǎn)速。電機(jī)帶動(dòng)泵運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低，對(duì)于柱塞泵來說，就是降低了柱塞的運(yùn)行頻率，減小了泵的實(shí)際排量;對(duì)于離心泵來說，降低了葉輪轉(zhuǎn)速，同樣降低了泵的排量。因此，當(dāng)需要排量變化時(shí)，可以通過調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，達(dá)到控制排量的目的，保證管壓恒定。泵的排量降低了，電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷也就隨之減小，這樣電機(jī)輸出功率出隨之減小，這樣電機(jī)的效率可以有很大提高，電機(jī)損耗及電機(jī)輸出功率得到有效減小，達(dá)到節(jié)能的目的。

6總結(jié)

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)用已經(jīng)滲透到石油行業(yè)的各個(gè)技術(shù)部門。在游梁式抽油機(jī)控制和電潛泵控制中的應(yīng)用還處于開始階段，在應(yīng)用中也出現(xiàn)了許多問題，這些都待于進(jìn)步解決。只有充分考慮油田油井的實(shí)際情況，才能促進(jìn)變頻技術(shù)在采油設(shè)備中的應(yīng)用。在油田注水和油氣集輸中的應(yīng)用與生活中的恒壓供水類似，其應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)成熟，應(yīng)用也十分普遍。變頻調(diào)速技術(shù)在油田中的應(yīng)用應(yīng)該集中解決以下兩個(gè)方面的問題:

(1)解決變頻器的控制問題。這個(gè)必須解決變頻器如何適應(yīng)多變的工作環(huán)境，對(duì)某一臺(tái)抽油機(jī)控制的成功并不代表對(duì)所有油井都成功，因而必須提高變頻器控制技術(shù)適應(yīng)不同井況的能力。

(2)解決變頻控制成本較高的問題。與一般控制柜相比，變頻控制的成本太高。無論上雙PWM變頻器還是電潛泵專用變頻器，都面臨著這個(gè)問題，因而必須提高相關(guān)產(chǎn)品的配套能力，在保證可靠性的前提下降低成本。

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第5篇：變頻器論文范文

關(guān)鍵詞：變頻器控制電路干擾

1、引言

隨著變頻器在工業(yè)生產(chǎn)中日益廣泛的應(yīng)用，了解變頻器的結(jié)構(gòu)，主要器件的電氣特性和一些常用參數(shù)的作用及其常見故障對(duì)于實(shí)際工作越來越重要。

2、變頻器控制電路

給異步電動(dòng)機(jī)供電（電壓、頻率可調(diào)）的主電路提供控制信號(hào)的網(wǎng)絡(luò)，稱為控制回路，控制電路由頻率，電壓的運(yùn)算電路，主電路的電壓，電流檢測電路，電動(dòng)機(jī)的速度檢測電路，將運(yùn)算電路的控制信號(hào)進(jìn)行放大的驅(qū)動(dòng)電路，以及逆變器和電動(dòng)機(jī)的保護(hù)電路等組成。無速度檢測電路為開環(huán)控；在控制電路增加了速度檢測電路，即增加速度指令，可以對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的速度進(jìn)行更精確的閉環(huán)控制。

（1）運(yùn)算電路將外部的速度，轉(zhuǎn)矩等指令同檢測電路的電流，電壓信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算，決定逆變器的輸出電壓、頻率。

（2）電壓、電流檢測電路為與主回路電位隔離檢測電壓，電流等。

（3）驅(qū)動(dòng)電路為驅(qū)動(dòng)主電路器件的電路，它與控制電路隔離，控制主電路器件的導(dǎo)通與關(guān)斷。

（4）I/O電路使變頻更好地人機(jī)交互，其具有多信號(hào)（比如運(yùn)行多段速度運(yùn)行等）的輸入，還有各種內(nèi)部參數(shù)（比如電流，頻率，保護(hù)動(dòng)作驅(qū)動(dòng)等）的輸入。

（5）速度檢測電路將裝在異步電動(dòng)機(jī)軸上的速度檢測器（TG、PLG等）的信號(hào)設(shè)為速度信號(hào)，送入運(yùn)算回路，根據(jù)指令和運(yùn)算可使電動(dòng)機(jī)按指令速度運(yùn)轉(zhuǎn)。

（6）保護(hù)電路檢測主電路的電壓、電流等。當(dāng)發(fā)生過載或過電壓等異常時(shí)，為了防止逆變器和異步電動(dòng)機(jī)損壞，使逆變器停止工作或抑制電壓，電流值。

逆變器控制電路中的保護(hù)電路，可分為逆變器保護(hù)和異步電動(dòng)機(jī)保護(hù)兩種，保護(hù)功能如下：

（1）逆變器保護(hù)

①瞬時(shí)過電流保護(hù)，用于逆變電流負(fù)載側(cè)短路等，流過逆變電器回件的電流達(dá)到異常值（超過容許值）時(shí)，瞬時(shí)停止逆變器運(yùn)轉(zhuǎn)，切斷電流，變流器的輸出電流達(dá)到異常值，也得同樣停止逆變器運(yùn)轉(zhuǎn)。

②過載保護(hù)，逆變器輸出電流超過額定值，且持續(xù)流通超過規(guī)定時(shí)間，為防止逆變器器件、電線等損壞，要停止運(yùn)轉(zhuǎn)，恰當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)需要反時(shí)限特性，采用熱繼電器或電子熱保護(hù)，過載是由于負(fù)載的GD2（慣性）過大或因負(fù)載過大使電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)而產(chǎn)生。

③再生過電壓保護(hù)，應(yīng)用逆變器使電動(dòng)機(jī)快速減速時(shí)，由于再生功率使直流電路電壓升高，有時(shí)超過容許值，可以采取停止逆變器運(yùn)轉(zhuǎn)或停止快速的方法，防止過電壓。

④瞬時(shí)停電保護(hù)，對(duì)于毫秒級(jí)內(nèi)的瞬時(shí)斷電，控制電路工作正常。但瞬時(shí)停電如果達(dá)數(shù)10ms以上時(shí)，通常不僅控制電路誤動(dòng)作，主電路也不供電，所以檢測出后使逆變器停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

⑤接地過電流保護(hù)，逆變器負(fù)載接地時(shí)，為了保護(hù)逆變器，要有接地過電流保護(hù)功能。但為了保證人身安全，需要裝設(shè)漏電保護(hù)斷路器。

⑥冷卻風(fēng)機(jī)異常，有冷卻風(fēng)機(jī)的裝置，當(dāng)風(fēng)機(jī)異常時(shí)裝置內(nèi)溫度將上升，因此采用風(fēng)機(jī)熱繼電器或器件散熱片溫度傳感器，檢測出異常后停止逆變電器工作。

（2）異步電動(dòng)機(jī)的保護(hù)

①過載保護(hù)，過載檢測裝置與逆變器保護(hù)共用，但考慮低速運(yùn)轉(zhuǎn)的過熱時(shí)，在異步電動(dòng)機(jī)內(nèi)埋入溫度檢出器，或者利用裝在逆變器內(nèi)的電子熱保護(hù)來檢出過熱。動(dòng)作過頻時(shí)，應(yīng)考慮減輕電動(dòng)機(jī)負(fù)荷，增加電動(dòng)機(jī)及逆變器的容量等。

②超速保護(hù)，逆變器的輸出頻率或者異步電動(dòng)機(jī)的速度超過規(guī)定值時(shí)，停止逆變器運(yùn)轉(zhuǎn)。

（3）其他保護(hù)

①防止失速過電流，加速時(shí)，如果異步電動(dòng)機(jī)跟蹤遲緩，則過電流保護(hù)電路動(dòng)作，運(yùn)轉(zhuǎn)就不能繼續(xù)進(jìn)行（失速）。所以，在負(fù)載電流減小之前要進(jìn)行控制，抑制頻率上升或使頻率下降。對(duì)于恒速運(yùn)轉(zhuǎn)中的過電流，有時(shí)也進(jìn)行同樣的控制。

②防止失速再生過電壓，減速時(shí)產(chǎn)生的再生能量使主電路直流電壓上升，為防止再生過電壓電路保護(hù)動(dòng)作，在直流電壓下降之前要進(jìn)行控制，抑制頻率下降，防止不能運(yùn)轉(zhuǎn)（失速）。

3、變頻器控制回路的抗干擾措施

由于主回路的非線性（進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作），變頻器本身就是諧波干擾源，而其周邊控制回路卻是小能量，弱信號(hào)回路，極易遭受其他裝置產(chǎn)生的干擾，造成變頻器自身和周邊設(shè)備無法正常工作。因此，變頻器在安裝使用時(shí)，必須對(duì)控制回路采取抗干擾措施。

（1）變頻器的基本控制回路

一般而言，同外部進(jìn)行信號(hào)交流的基本回籠路有模擬與數(shù)字兩種：

①4～20MA電流信號(hào)回路（模擬）；1～5V/0～5V電壓信號(hào)回路（模擬）。

②開關(guān)信號(hào)回路，變頻器的開停指令，正反轉(zhuǎn)指令等（數(shù)字）。

外部控制，指令信號(hào)通過上述基本回路導(dǎo)入變頻器，同時(shí)干擾源也在其回路上產(chǎn)生干擾電勢，以控制電纜為媒介侵入變頻器。

（2）干擾的基本類型及抗干擾措施

①靜電耦合干擾，指控制電纜與周圍電氣回路的靜電容耦合在電纜中產(chǎn)生的電勢。當(dāng)加大與干擾源電纜的距離，達(dá)到導(dǎo)體直徑40倍以上時(shí)，干擾程度就會(huì)不太明顯，也可在兩電纜間設(shè)置屏敝導(dǎo)體，再將屏蔽導(dǎo)體接地。

②靜電感應(yīng)干擾，指周圍電氣回路產(chǎn)生的磁通變化在電纜中感應(yīng)出的電勢。其強(qiáng)度取決于干擾源電纜產(chǎn)生的磁通大小、控制電纜形成的閉環(huán)面積和干擾源電纜與控制電纜間的相對(duì)角度。可將控制電纜與主回路電纜或其他動(dòng)力電纜分離鋪設(shè)。分離距離通常應(yīng)在30cm以上（最少不低于10cm）。分離困難時(shí)，將控制電纜穿過鐵管鋪設(shè)，也可將控制導(dǎo)體絞合，絞合間距越小，鋪設(shè)的路線越短，抗干擾效果越好。

③電波干擾，指控制電纜成為天線，由外來電波在電纜中產(chǎn)生電勢。抗干擾措施同①②，必要時(shí)將變頻器放入鐵箱內(nèi)進(jìn)行電波屏蔽，屏蔽用的鐵箱務(wù)必接地。

④接觸不良干擾，指變頻器控制電纜的電接點(diǎn)及繼電器觸點(diǎn)接觸不良，電阻發(fā)生變化在電纜中產(chǎn)生的干擾，對(duì)此，采用并聯(lián)觸點(diǎn)或提高電器件等級(jí)來解決。對(duì)于電纜連接點(diǎn)應(yīng)定期做擰緊加固處理。

⑤接地干擾，指機(jī)體接地或信號(hào)接地，對(duì)于弱電壓，電流回路，任何不合理的接地均可誘發(fā)各種意想不到的干擾，比如設(shè)置兩個(gè)以上接地點(diǎn)，接地處會(huì)產(chǎn)生電位差，產(chǎn)生干擾。可將速度給定的控制電纜取一點(diǎn)接地，接地線不作為信號(hào)的通路使用，電纜的接地在變頻器側(cè)進(jìn)行，使用專設(shè)的接地端子，不與其他接地端子共用。

（3）其他注意事項(xiàng)

①裝有變頻器的控制柜，應(yīng)盡量遠(yuǎn)離大容量變壓器和電動(dòng)機(jī)。其控制電纜線路也應(yīng)避開這些漏磁通大的設(shè)備。

②弱電壓電流控制電纜不要接近易產(chǎn)生電弧的電器件。

③控制電纜建議采用1.25mm2或2mm2屏蔽絞合絕緣電纜。

④屏蔽電纜的屏蔽要連接到電纜導(dǎo)體同樣長。電纜在端子箱中連接時(shí)，屏蔽端子要互相連接。

4、變頻器的常見故障分析

（1）變頻器充電起動(dòng)電路故障，通用變頻器一般為用壓型變頻器，采用交—直—交工作方式。當(dāng)變頻器剛上電時(shí)，由于直流側(cè)的平波電容容量非常大，充電電流很大，通常采用一個(gè)起動(dòng)電阻來限制充電電流，常見的兩種變頻起動(dòng)電路如圖2所示。充電完成后，控制電路通過繼電器的觸點(diǎn)或昌閘管將電阻短路。起動(dòng)電路故障一般表現(xiàn)為起動(dòng)電阻燒壞，變頻器報(bào)警顯示為直流線線電壓故障。一般，變頻器的設(shè)計(jì)時(shí)，為了減小變頻器的體積而選擇較小起動(dòng)電阻，其值多為10—50Ω，功率為10—50W；當(dāng)變頻器的交流輸入電源頻繁接通，或者旁路觸器的觸點(diǎn)接觸不良時(shí)，都會(huì)導(dǎo)致起動(dòng)電阻燒壞。因此在替換電阻的同時(shí)，必須找出原因，如果故障是由輸入側(cè)電源頻率開始引起的，必須消除這種現(xiàn)象才能將變頻器投入使用，如果故障只由旁路觸元件引起，則必須更換這些器件。

（2）變頻器無故障顯示，卻不能高速運(yùn)行，經(jīng)檢查變頻器參數(shù)設(shè)置正確，調(diào)速輸入信號(hào)正常，經(jīng)上電運(yùn)行測試，變頻器直流母線電壓只有450V左右（正常應(yīng)在580V-600V），再測輸入側(cè)，發(fā)現(xiàn)缺了一相。故障原因是輸入側(cè)的一個(gè)空氣開關(guān)一相接觸不良造成的。造成變頻器輸入缺相不報(bào)警，仍能在低頻段工作，是因?yàn)槎鄶?shù)變頻器的母線電壓下限為400V，只有當(dāng)母線電壓降至400V以下時(shí)，變頻器才報(bào)告故障。而`當(dāng)兩相輸入時(shí)，直流母線電壓為380V×1.2=452V＞400V。當(dāng)變頻器不運(yùn)行時(shí)，由于平波電容的作用，直流電壓也可達(dá)到正常值，新型的變頻器都采用PWM控制技術(shù)，調(diào)壓調(diào)頻的工作在逆變橋完成，所以在低頻段輸入缺相時(shí)仍可以正常工作，但因輸入電壓，輸出電壓低，造成異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低頻率上不去。

（3）變頻器顯示過流，出現(xiàn)這種顯示時(shí)，首先檢查加速時(shí)間參數(shù)是否太短，力矩提升參數(shù)是否太大，然后檢查負(fù)載是否太重。如果沒有這些現(xiàn)象，可以斷開輸出側(cè)的電流互感器和直流側(cè)的霍爾電流檢測點(diǎn)，復(fù)位后運(yùn)行，看是否出現(xiàn)過流現(xiàn)象。如果是，很可能是IPM模塊出現(xiàn)故障，因?yàn)镮PM模塊內(nèi)含有過壓過流，欠壓，過載、過熱，缺相、短路等保護(hù)功能，而這些故障信號(hào)都是經(jīng)模塊控制引腳的輸出Fn引腳傳送到控制器的。微控制器接收到故障信息后，一方面封鎖脈沖輸出，另一方面將故障信息顯示在面板上。應(yīng)更換IPM模塊。

（4）變頻器顯示過壓故障，變頻器出現(xiàn)過壓故障，一般是雷雨天氣，由于雷電串入變頻器的電源中，使變頻器直流側(cè)的電壓檢測器動(dòng)作而跳閘，這種情形，通常只需斷開變頻器電源1分鐘左右再上電即可，另一種情況是變頻器驅(qū)動(dòng)大慣性負(fù)載，而出現(xiàn)過電壓現(xiàn)象。這種情況下，一是將減速時(shí)間參數(shù)加長或增大制動(dòng)電阻（制動(dòng)單元）；二是將變頻器的停止方式設(shè)置為自由停車方式。

（5）電機(jī)發(fā)熱，變頻器顯示過載，對(duì)于已經(jīng)投入運(yùn)行的變頻器，必須檢查負(fù)載狀況，對(duì)于新安裝的變頻器出現(xiàn)這種故障，很可能是V/F曲線設(shè)置不當(dāng)或電機(jī)參數(shù)設(shè)置有問題，此時(shí)必須正確設(shè)置好各種參數(shù)，另外，電機(jī)在低頻的工作時(shí)散熱性能變差，也會(huì)出現(xiàn)這種情況，這時(shí)就需加裝散熱裝置。

第6篇：變頻器論文范文

山東風(fēng)光電子有限公司是在多年研制中低壓變頻器的基礎(chǔ)上，綜合了國內(nèi)外高壓大功率變頻器的多種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，采用最優(yōu)方案研制成功的，并于2002年12月通過了省級(jí)科技成果及產(chǎn)品鑒定，成為國內(nèi)生產(chǎn)高壓大功率變頻器的為數(shù)較少的幾個(gè)企業(yè)之一。

2國內(nèi)現(xiàn)生產(chǎn)的高壓大功率變頻器的方案及優(yōu)缺點(diǎn)

目前，國內(nèi)生產(chǎn)的高壓大功率變頻器中，以2種方案占主流:一種是功率單元串聯(lián)形成高壓的多重化技術(shù);另一種是采用高壓模塊的三電平結(jié)構(gòu)。而其他的采用高-低-高方案的，由于輸出升壓變壓器技術(shù)難度高，成本高，占地面積大，都已基本被淘汰。因此采用高-高方案是高壓大功率變頻器的主要發(fā)展方向。

而高-高方案又分為多重化技術(shù)(簡稱CSML)和三電平(簡稱NPC)方案，目前有的廠家生產(chǎn)的高壓大功率變頻器是采用的三電平方案，而大多數(shù)廠家則是采用低壓模塊、多單元串聯(lián)的多重化技術(shù)。這2種方案比較，各有優(yōu)缺點(diǎn)，主要表現(xiàn)在:

(1)器件

采用CSML方式，器件數(shù)量較多，但都是低壓器件，不但價(jià)格低，而且易購置，更換方便。低壓器件的技術(shù)也較成熟。而NPC方案，采用器件少，但成本高，且購置困難，維修不方便。

(2)均壓問題(包括靜態(tài)均壓和動(dòng)態(tài)均壓)

均壓是影響高壓變頻器的重要因素。采用NPC方式，當(dāng)輸出電壓較高時(shí)(如6kV)，單用單個(gè)器件不能滿足耐壓要求，必須采用器件直接串聯(lián)，這必然帶來均壓問題，失去三電平結(jié)構(gòu)在均壓方面的優(yōu)勢，系統(tǒng)的可靠性也將受到影響。而采用CSML方案則不存在均壓問題。唯一存在的是當(dāng)變頻器處于快速制動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，導(dǎo)致單元內(nèi)直流母線電壓上升，各單元的直流母線電壓上升程度可能存在差異，通過檢測功率單元直流母線電壓，當(dāng)任何單元的直流母線電壓超過某一閾值時(shí)，自動(dòng)延長減速時(shí)間，以防止直流母線電壓上升，即所謂的過壓失速防止功能。這種技術(shù)在低壓變頻器中被廣泛采用，非常成功。

(3)對(duì)電網(wǎng)的諧波污染和功率因數(shù)

由于CSML方式輸入整流電路的脈波數(shù)超過NPC方式，前者在輸入諧波方面的優(yōu)勢很明顯，因此在綜合功率因數(shù)方面也有一定的優(yōu)勢

(4)輸出波形

NPC方式輸出相電壓是三電平，線電壓是五電平。而CSML方式輸出相電壓為11電平，線電壓為21電平(對(duì)五單元串聯(lián)而言)，而且后者的等效開關(guān)頻率大大高于前者，所以后者在輸出波形的質(zhì)量方面也高于前者。

(5)dv/dt

NPC方式的輸出電壓跳變臺(tái)階為高壓直流母線電壓的一半，對(duì)于6kV輸出變頻器而言，為4kV左右。CSML方式輸出電壓跳變臺(tái)階為單元的直流母線電壓，不會(huì)超過1kV，所以前者比后者的差距也是很明顯的。

(6)系統(tǒng)效率

就變壓器與逆變電路而言，NPC方式與CSML方式效率非常接近。但由于輸出波形質(zhì)量差異，若采用普通電機(jī)，前者必須設(shè)置輸出濾波器，后者不必。而濾波器的存在大約會(huì)影響效率的0.5%左右。

(7)四象限運(yùn)行

NPC方式當(dāng)輸入采用對(duì)稱的PWM整流電路時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行，可用于軋機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)等設(shè)備;而CSML方式則無法實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行。只能用于風(fēng)機(jī)、水泵類負(fù)載。

(8)冗余設(shè)計(jì)

NPC方式的冗余設(shè)計(jì)很難實(shí)現(xiàn)，而CSML方式可以方便的采用功率單元旁路技術(shù)和冗余功率單元設(shè)計(jì)方案，大大的有利于提高系統(tǒng)的可靠性。

(9)可維護(hù)性

除了可靠性之外，可維護(hù)性也是衡量高壓大功率變頻器的優(yōu)劣的一個(gè)重要因素，CSML方式采用模塊化設(shè)計(jì)，更換功率單元時(shí)只要拆除3個(gè)交流輸入端子和2個(gè)交流輸出端子，以及1個(gè)光纖插頭，就可以抽出整個(gè)單元，十分方便。而NPC方式就不那么方便了。

總之，三電平電壓形變頻器結(jié)構(gòu)簡單，且可作成四象限運(yùn)行的變頻器，應(yīng)用范圍寬。如電壓等級(jí)較高時(shí)，采用器件直接串聯(lián)，帶來均壓問題，且存在輸出諧波和dv/dt等問題，一般要設(shè)置輸出濾波器，在電網(wǎng)對(duì)諧波失真要求較高時(shí)，還要設(shè)置輸入濾波器。而多重化PWM電壓型變頻器不存在均壓問題，且在輸入諧波及dv/dt等方面有明顯優(yōu)勢。對(duì)于普通的風(fēng)機(jī)、水泵類一般不要求四象限運(yùn)行的場合，CSML變頻器有較廣闊的應(yīng)用前景。這類變頻器又被國內(nèi)外設(shè)計(jì)者稱之為完美無諧波變頻器。

我公司的設(shè)計(jì)人員經(jīng)過多方探討，綜合各種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，最后選定了完美無諧波變頻器的CSML方案作為我們的最佳選擇，這就是我們向市場推出的JD-BP37和JD-BP38系列的高壓大功率變頻器。

3變頻器的性能特點(diǎn)

(1)變頻器采用多功率單元串聯(lián)方案，輸出波形失真小，可配接普通交流電機(jī)，無須輸出濾波器。

(2)輸入側(cè)采用多重化移相整流技術(shù)，電流諧波小，功率因數(shù)高。

(3)控制器與功率單元之間的通信用多路并行光纖實(shí)現(xiàn)，提高了抗干擾性及可靠性。

(4)控制器中采用一套獨(dú)立于高壓源的電源供電系統(tǒng)，有利于整機(jī)調(diào)試和操作人員的培訓(xùn)。

(5)采用全中文的Windows彩色液晶顯示觸摸界面。

(6)主電路模塊化設(shè)計(jì)，安裝、調(diào)試、維護(hù)方便。

(7)完整的故障監(jiān)測和報(bào)警保護(hù)功能。

(8)可選擇現(xiàn)場控制、遠(yuǎn)程控制。

(9)內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器，可開環(huán)或閉環(huán)運(yùn)行。

(10)可根據(jù)需要打印輸出運(yùn)行報(bào)表。

4工作原理

4.1基本原理

本變頻器為交-直-交型單元串聯(lián)多電平電壓源變頻調(diào)速器，原理框圖如圖1所示。單元數(shù)的多少視電壓高低而定，本處以每相為8單元，共24單元為例。每個(gè)功率單元承受全部的電機(jī)電流、1/8的相電壓、1/24的輸出功率。24個(gè)單元在變壓器上都有自立獨(dú)立的三相輸入繞組。功率單元之間及變壓器二次繞組之間相互絕緣。二次繞組采用延邊三角形接法，目的是實(shí)現(xiàn)多重化，降低輸入電流的諧波成分。24個(gè)二次繞組分成三相位組，互差為20°,以B相為基準(zhǔn)，A相8個(gè)單元對(duì)應(yīng)的8個(gè)二次繞組超前B相20°，C相8個(gè)單元對(duì)應(yīng)的8個(gè)二次繞組落后B相20°，形成18脈沖整流電路結(jié)構(gòu)。整機(jī)原理圖如圖2所示。

4.2功率單元電路

所有單元都有6支二極管實(shí)現(xiàn)三相全波整流，有4個(gè)IGBT管構(gòu)成單相逆變電路。功率單元的主電路如圖3所示，4個(gè)IGBT管分別用T1、T2、T3、T4表示，它們的門極電壓分別是UG1、UG2、UG3、UG4、

每個(gè)功率單元的輸出都是一樣的PWM波。功率單元輸出波形如圖4所示。逆變器采用多電平移相PWM技術(shù)。同一相的功率單元輸出完全相同的基準(zhǔn)電壓(同幅度、同頻率、同相位)。多個(gè)單元迭加后的輸出波形如圖5所示。

4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與控制

(1)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

整個(gè)系統(tǒng)有隔離變壓器、3個(gè)變頻柜和1個(gè)控制柜組成，參見圖6。

a)隔離變壓器

原邊為星形接法，副邊共有24個(gè)獨(dú)立的三相繞組，為了適應(yīng)現(xiàn)場的電網(wǎng)情況，變壓器原邊留有抽頭

b)變頻柜

A、B、C三相分裝在3個(gè)柜內(nèi)，可分別稱為A柜、B柜、C柜

c)控制柜

柜內(nèi)裝有控制系統(tǒng)，柜前板上裝有控制面板、控制接線排等。由于電壓等級(jí)和容量的不同，不同機(jī)型的單元的數(shù)量不同，面板的布置也會(huì)有些不同。

4.4系統(tǒng)控制

整機(jī)控制系統(tǒng)有16位單片機(jī)擔(dān)任主控，24個(gè)功率單元都有一個(gè)自己的輔助CPU，由8位單片機(jī)擔(dān)任，此外還有一個(gè)CPU，也是8位單片機(jī)，負(fù)責(zé)管理鍵盤和顯示屏。

(1)利用三次諧波補(bǔ)償技術(shù)提高了電源電壓利用率。

(2)控制器有一套獨(dú)立于高壓電源的供電體系，在不加高壓的情況下，設(shè)備各點(diǎn)的波形與加高壓情況相同，這給整機(jī)可靠性、調(diào)試帶來了很大方便。

(3)系統(tǒng)采用了先進(jìn)的載波移相技術(shù)，它的特點(diǎn)是單元輸出的基波相迭加、諧波彼此相抵消。所以串聯(lián)后的總輸出波形失真特別小。

5現(xiàn)場應(yīng)用

本公司分別于2002年8月、10月和2003年3月、4月分別在山東萊蕪鋼鐵股份有限公司煉鐵廠、遼河油田錦州采油廠、浙江永盛化纖有限公司應(yīng)用了本公司生產(chǎn)的高壓大功率變頻器JD-BP37-630F2臺(tái)、JD-BP38-355、JD-BP37-550F各1臺(tái)。從運(yùn)行情況看:

(1)變頻器結(jié)構(gòu)緊湊，安裝簡單

由于變頻器所有部分都裝在柜里，不需要另外的電抗器、濾波器、補(bǔ)償電容、啟動(dòng)設(shè)備等一系列其他裝置，所以體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝簡單，現(xiàn)場配線少，調(diào)試方便。

(2)電機(jī)及機(jī)組運(yùn)行平穩(wěn)，各項(xiàng)指標(biāo)滿足工藝要求。

由變頻器拖動(dòng)的電機(jī)均為三相普通的異步電動(dòng)機(jī)，在整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)，電機(jī)始終運(yùn)行平穩(wěn)，溫升正常。風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的噪音及啟動(dòng)電流很小，無任何異常震動(dòng)和噪音。在調(diào)速范圍內(nèi)，軸瓦的最高溫升均在允許的范圍內(nèi)。

(3)變頻器三相輸出波形完美，非常接近正弦波。

經(jīng)現(xiàn)場測試，變頻器的三相輸出電壓波形、電流波形非常標(biāo)準(zhǔn)，說明變頻器完全可以控制一般的普通電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，對(duì)電機(jī)無特殊要求。

(4)變頻器運(yùn)行情況穩(wěn)定，性能良好。

該設(shè)備投運(yùn)以來，變頻器運(yùn)行一直十分穩(wěn)定。設(shè)備運(yùn)行過程中，我公司技術(shù)人員對(duì)變頻器輸入變壓器的溫升，功率單元溫升定期巡檢，完全正常。輸出電壓及電流波形正弦度很好，諧波含量極少，效率均高于97%，優(yōu)于同類進(jìn)口設(shè)備。

(5)運(yùn)行工況改善，工人勞動(dòng)強(qiáng)度降低。

變頻器可隨著生產(chǎn)的需要自動(dòng)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到最佳效果，工人工作強(qiáng)度大大降低。

(6)變頻器操作簡單，易于掌握及維護(hù)。

變頻器的起停，改變運(yùn)行頻率等操作簡便，操作人員經(jīng)過半個(gè)小時(shí)培訓(xùn)就可以全面掌握。另外，變頻器各種功能齊全，十分完善，提高了設(shè)備可靠性，而且節(jié)電效果明顯。以山東萊鋼股份有限公司應(yīng)用的JD-BP37-630F變頻器為例，該系統(tǒng)生產(chǎn)周期大約為1h，出鐵時(shí)間為20min，間隔約40min，系統(tǒng)配置電機(jī)的額定電流為80A，根據(jù)運(yùn)行情況，及其它生產(chǎn)線的實(shí)際運(yùn)行情況，預(yù)計(jì)該電機(jī)運(yùn)行電流應(yīng)在60A，以變頻器上限運(yùn)行頻率45HZ時(shí)，電流為45A，間隔時(shí)間運(yùn)行頻率20HZ時(shí)，電流為20A。根據(jù)公式測算節(jié)能效果達(dá)到42.7%。

6結(jié)束語

從這幾臺(tái)這幾個(gè)月的運(yùn)行情況看，我公司自行研制生產(chǎn)的高壓大功率變頻器，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，節(jié)能效果顯著，改善了工作人員的工作環(huán)境，降低了值班人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。變頻器對(duì)電機(jī)保護(hù)功能齊全，減少了維修費(fèi)用，延長了電機(jī)及風(fēng)機(jī)的使用壽命，給用戶帶來了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，深得用戶好評(píng)。據(jù)專家估計(jì)我們國家6kV以上的高壓大功率電機(jī)約有3萬多臺(tái)，約合650萬kW，因此，高壓大功率變頻器的市場是極其廣闊的。

第7篇：變頻器論文范文

廠輸煤系統(tǒng)使用的是5T龍門式裝卸橋，跨度為40.5m，抓斗的提升、開閉機(jī)構(gòu)由二臺(tái)45KW繞線式異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，小車行走機(jī)構(gòu)分別由二臺(tái)22KW繞線式異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，大車行走機(jī)構(gòu)分別由二臺(tái)11KW繞線式異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。在抓斗的提升、開閉，大車及小車前進(jìn)、后退的傳動(dòng)控制過程中，為了確保機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的平穩(wěn)性，采用了繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串接電阻的調(diào)速方式。在多年的使用過程中發(fā)現(xiàn)該控制方式中存在著很多難以解決的問題，比如調(diào)速性能差、接觸器動(dòng)作頻繁致使經(jīng)常更換接觸器、串接電阻故障多、操作不規(guī)范造成電氣回路及機(jī)械部件損壞等。

一、問題的提出

經(jīng)現(xiàn)場實(shí)地查看，發(fā)現(xiàn)，該5T龍門式裝卸橋的抓斗的提升、開閉以及小車的前進(jìn)后退的調(diào)速性能均較差，而且使用按扭控制起停、主令開關(guān)設(shè)定速度段，這樣就會(huì)有兩種情況：1.繞線式異步電動(dòng)機(jī)一起動(dòng)很快達(dá)到設(shè)定的電機(jī)最大轉(zhuǎn)速，速度太高以及變化太快容易造成電器、機(jī)械部件的損壞；2.如設(shè)定速度低則會(huì)延長等待時(shí)間，使生產(chǎn)效率降低。另外，針對(duì)抓斗的提升及下放也存在一些潛在的問題，即：當(dāng)抓斗提升，但在空中停車再起動(dòng)時(shí)，有可能致使抓斗出現(xiàn)“溜車”現(xiàn)象（輕微下滑），這時(shí)電機(jī)工作在反接制動(dòng)狀態(tài)，但是制動(dòng)轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電機(jī)電流非常大。當(dāng)下放抓斗時(shí)，電機(jī)在重力與電動(dòng)轉(zhuǎn)矩的作用下以極快的速度運(yùn)行在第四象限，電機(jī)工作在回饋制動(dòng)狀態(tài)，轉(zhuǎn)速大于同步轉(zhuǎn)速，停車時(shí)（抱閘），由于抓斗的慣性及下降速度太快停車效果差，非常危險(xiǎn)。針對(duì)上述問題，現(xiàn)要采用變頻調(diào)速技術(shù)予以解決。

二、抓斗的提升、開閉變頻控制

抓斗有兩臺(tái)電機(jī)控制即抓斗開合電機(jī)、抓斗提升電機(jī)。抓斗抓煤時(shí)，僅有開合電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，抓滿煤開始提升時(shí)，提升和開合兩臺(tái)電機(jī)均要工作，相互間需要有速度配合才可使系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行。根據(jù)以往制作類似提升、下放重物變頻控制裝置的經(jīng)驗(yàn)及查閱ABB公司起重專用變頻器的相關(guān)技術(shù)資料，變頻器采用制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻后能夠提供100%的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使抓斗下放時(shí)，電機(jī)工作在制動(dòng)狀態(tài)，變頻器的制動(dòng)單元能夠完全吸收掉這部分能量使電機(jī)穩(wěn)定工作在第四象限，且轉(zhuǎn)速連續(xù)可調(diào)。這些通過調(diào)整開合電機(jī)變頻器及提升電機(jī)變頻器的頻率、

加速時(shí)間，使之相互配合，調(diào)整方便。

抓斗的提升、開閉機(jī)構(gòu)采用SIEMENSS7-200系列PLC控制，其輸入、輸出均由繼電器進(jìn)行隔離。采用PLC控制后使系統(tǒng)的維護(hù)量大大減少，修改或調(diào)整控制關(guān)系靈活、方便。

三、大車、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)變頻控制

該系統(tǒng)的大車、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)基本象似，都是由兩臺(tái)電機(jī)控制，只是電機(jī)的功率不一樣，對(duì)兩臺(tái)電機(jī)分別采用兩臺(tái)相同的西門子MASTERDRIVES系列矢量控制型變頻器進(jìn)行起動(dòng)及速度控制。由于兩臺(tái)電機(jī)是驅(qū)動(dòng)的同一負(fù)載，為保證兩臺(tái)電機(jī)的同步運(yùn)行，每臺(tái)變頻器均配置一塊TSY型同步板來實(shí)現(xiàn)同步控制。每臺(tái)變頻器還需要加裝直流母線上的制動(dòng)單元實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行。

采用變頻器調(diào)速時(shí)，每臺(tái)變頻器分別單獨(dú)供電。設(shè)定一臺(tái)變頻器為啟動(dòng)變頻器，另一臺(tái)為工作變頻器，兩臺(tái)變頻器設(shè)置參數(shù)完全一致，在SIEMENSPLC（S7-200系列）的控制下，繞線電機(jī)的轉(zhuǎn)子短接接觸器吸合。在接受到起動(dòng)按扭發(fā)出的起動(dòng)命令及速度信號(hào)后，兩臺(tái)變頻器同步工作，當(dāng)需要快速停車或反向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，兩臺(tái)電機(jī)的能量回饋通過制動(dòng)單元釋放，達(dá)到快速起停的目的。

四、其它

原轉(zhuǎn)子串接電阻調(diào)速方式的控制裝置的電源和控制部分回路保持不變，變頻控制與原控制系統(tǒng)可通過轉(zhuǎn)換開關(guān)相互切換。四臺(tái)變頻器均采用矢量型變頻器并配以制動(dòng)單元、制動(dòng)電阻以確保在機(jī)械失靈的情況下人身及設(shè)備的安全。由于變頻器調(diào)速屬高效調(diào)速系統(tǒng)，運(yùn)行效率高，調(diào)速靈活、方便，系統(tǒng)反應(yīng)速度快，所以采用變頻器控制并沒有影響龍門抓的抓煤量。

五、小結(jié)

該系統(tǒng)經(jīng)改造后運(yùn)行近一年來，未出現(xiàn)電器或機(jī)械部件損壞，操作簡便，減少了操作人員操作強(qiáng)度，為我公司帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。需要補(bǔ)充的是如果有條件的話可在抓斗控制機(jī)械制動(dòng)回路增加變頻器故障跳閘聯(lián)鎖，變頻器一旦故障機(jī)械制動(dòng)立即動(dòng)作，使之停車，這樣龍門抓的運(yùn)行可靠性將會(huì)得到大大提高。

參考文獻(xiàn)：

[1].ABB公司.《ABB變頻器操作手冊（提升宏）》2001年

第8篇：變頻器論文范文

如何利用先進(jìn)技術(shù)解決空壓機(jī)組運(yùn)行中存在的不足，成為亟待解決的問題。具體改造思路如下：（1）將空壓機(jī)的人工操作改為計(jì)算機(jī)操作。（2）利用當(dāng)前成功的電控技術(shù)開發(fā)研制螺桿式空氣壓縮機(jī)組聯(lián)鎖控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)組的集中控制；各臺(tái)空壓機(jī)的運(yùn)行參數(shù)24h實(shí)時(shí)在線監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)異常即報(bào)警。（3）利用變頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)壓力穩(wěn)定、恒壓供風(fēng)，達(dá)到節(jié)約電能的目的。（4）1臺(tái)變頻器經(jīng)過切換可拖動(dòng)4臺(tái)空壓機(jī)，節(jié)約投資。（5）在完善空氣壓縮機(jī)組電控的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)房車間無人值守，安全管理上做到“無人則安、少人則安”。（6）應(yīng)用集中控制與變頻控制技術(shù)，消除空壓機(jī)卸荷狀態(tài)的空載運(yùn)行時(shí)間、減少空壓機(jī)啟動(dòng)次數(shù)，達(dá)到節(jié)能、降低對(duì)設(shè)備沖擊的目的。

2技術(shù)改造實(shí)施方案

空壓機(jī)組控制系統(tǒng)如圖1所示，包括工控機(jī)（上位機(jī)）系統(tǒng)、微機(jī)控制系統(tǒng)（集控柜）、壓力、溫度傳感器、高壓變頻控制系統(tǒng)、高壓切換系統(tǒng)等。（1）新建集中控制系統(tǒng)，在空壓機(jī)房安裝集中控制柜、監(jiān)視操作用工控計(jì)算機(jī)（上位機(jī)）。其主要完成空氣壓縮機(jī)組遠(yuǎn)程參數(shù)的監(jiān)視、控制、運(yùn)行參數(shù)設(shè)置、實(shí)時(shí)曲線、歷史報(bào)表查詢及其他數(shù)據(jù)的處理等功能。選用ACS4000型集控柜：由電源開關(guān)及熔斷器、觸摸顯示屏、PLC控制器、輸出繼電器、24V直流電源、通訊轉(zhuǎn)換模塊、指示及報(bào)警裝置等組成。高壓變頻器、高壓啟動(dòng)柜、空氣壓縮機(jī)與集控柜通訊模塊通過通訊電纜進(jìn)行通訊，將空壓機(jī)運(yùn)行、變頻器運(yùn)行參數(shù)、高壓啟動(dòng)柜電壓、電流、儲(chǔ)氣罐溫度傳輸?shù)郊毓襁M(jìn)行數(shù)據(jù)處理、顯示。根據(jù)運(yùn)算數(shù)據(jù)控制空壓機(jī)與變頻器運(yùn)行。運(yùn)行狀況及各種參數(shù)、數(shù)據(jù)在上位機(jī)上顯示。（2）在主供風(fēng)管路上安裝壓力變送器。主要是檢測供風(fēng)出口壓力并把壓力信號(hào)傳輸給集控柜PLC，PLC運(yùn)算后根據(jù)總管壓力和空壓機(jī)運(yùn)行狀態(tài)智能地控制變頻器的運(yùn)行頻率，從而達(dá)到根據(jù)設(shè)定壓力范圍來控制空壓機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)的目的。（3）增設(shè)高壓變頻器，控制空壓機(jī)在需要的工況下運(yùn)行。（4）增設(shè)高壓切換柜，如圖2所示，內(nèi)裝4臺(tái)高壓真空接觸器，與空氣壓縮機(jī)高壓啟動(dòng)柜一一對(duì)應(yīng)，并相互閉鎖，達(dá)到有選擇性地控制空壓機(jī)在變頻狀態(tài)下運(yùn)行的目的。（5）空壓機(jī)組控制。1）每臺(tái)空壓機(jī)啟動(dòng)、停止、變頻狀態(tài)下運(yùn)行均由PLC控制，PLC內(nèi)設(shè)空壓機(jī)運(yùn)行程序。2）工作方式設(shè)定為5種：就地啟動(dòng)／停止、遠(yuǎn)程啟動(dòng)／停止、緊急停機(jī)、聯(lián)機(jī)控制、單臺(tái)控制。3）風(fēng)壓設(shè)定：5．5～6．2kg／cm2；空壓機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍：電機(jī)額定轉(zhuǎn)速的60％～100％。4）空壓機(jī)啟動(dòng)停止全部由PLC程序控制。空壓機(jī)運(yùn)行規(guī)定，連續(xù)運(yùn)行不得超過72h，按照空壓機(jī)編號(hào)設(shè)定主機(jī)1、主機(jī)2、主機(jī)3、主機(jī)4，程序控制每72h更換一次主機(jī)，輔機(jī)每24h更換一次。主機(jī)、輔機(jī)分別在工頻、變頻狀態(tài)下運(yùn)行。變頻頻率達(dá)到50Hz、10min內(nèi)風(fēng)壓達(dá)不到設(shè)定值，該臺(tái)空壓機(jī)自動(dòng)轉(zhuǎn)為工頻運(yùn)行，同時(shí)啟動(dòng)第3臺(tái)空壓機(jī)變頻運(yùn)行，以控制風(fēng)壓穩(wěn)定。空壓機(jī)變頻方式運(yùn)行頻率30Hz及以下達(dá)10min以上時(shí)，該臺(tái)空壓機(jī)自動(dòng)停止運(yùn)行，同時(shí)原輔機(jī)或主機(jī)自動(dòng)轉(zhuǎn)為變頻方式運(yùn)行。

3技術(shù)關(guān)鍵及創(chuàng)新點(diǎn)

（1）工頻、變頻狀態(tài)下空壓機(jī)運(yùn)行曲線的智能擬合。（2）ACS400集控系統(tǒng)、高壓變頻的配合控制。（3）變頻方式與工頻方式轉(zhuǎn)換控制。（4）主機(jī)、輔機(jī)按時(shí)切換控制。

4經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益分析

2011年1月系統(tǒng)改造完成并投入工業(yè)性運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了多臺(tái)空壓機(jī)組聯(lián)動(dòng)控制，運(yùn)行狀況良好。（1）節(jié)能降耗效果顯著：通過實(shí)際測定，技術(shù)改造后比原運(yùn)行方式節(jié)能13％～15％，年節(jié)電耗43．2萬kW•h，約21．6萬元，節(jié)能效果明顯。（2）實(shí)現(xiàn)了大型設(shè)備車間真正無人值守。機(jī)組自動(dòng)24h穩(wěn)定高效運(yùn)行，減少操作人員9人，年可節(jié)約人工費(fèi)用54萬元。（3）穩(wěn)定的壓力輸出，減少了對(duì)生產(chǎn)的影響，為礦井安全生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。（4）維護(hù)量小，運(yùn)行效率高。集控系統(tǒng)及變頻的投入運(yùn)行減少了空壓機(jī)配件的磨損，延長了電機(jī)及空壓機(jī)的使用壽命，年可維修及配件費(fèi)用可減少10余萬元。（5）實(shí)時(shí)設(shè)備運(yùn)行狀況，便于人員觀察和及時(shí)掌握，發(fā)生異常及時(shí)處理，避免機(jī)械事故的發(fā)生。（6）采用變頻控制，實(shí)測減少噪聲15dB，減少噪聲污染。

5結(jié)語

第9篇：變頻器論文范文

關(guān)鍵詞：西門子變頻器，保養(yǎng)維護(hù)，電容充電

 

1.外觀檢查

對(duì)長期存放的變頻器，檢查時(shí)要注意變頻器的外觀是否有變化，如:外觀有無變形，有無磕碰痕跡;有無液體滲出和物件脫落;有無動(dòng)物、昆蟲、浮游物等人駐，以及其他異常的變化。論文參考網(wǎng)。

2.檢查風(fēng)機(jī)的靈活性

用細(xì)的木棍或其他較軟的物體撥動(dòng)風(fēng)葉，手感應(yīng)該流暢，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)應(yīng)靈活，不能有卡澀的現(xiàn)象，觀察風(fēng)機(jī)是否有液體滲出或油的痕跡。

3.電氣性能檢查

長期存放的變頻器，由于環(huán)境的影響和變頻器器件的使用期限，必須定期對(duì)變頻器進(jìn)行電氣性能的檢查及保養(yǎng)。具體方法如下:

使用萬用表檢測整流部分的整流橋特性，使用萬用表的歐姆擋X100，紅表筆接變頻器的“P”端，用黑表筆分別接輸人“R”“S”“T”，表針擺動(dòng)應(yīng)在2/3處，超過2/3或低于l/2均視異常，將黑紅表筆交換重新測量，表針不能擺動(dòng)，如出現(xiàn)擺動(dòng)則為異常。使用萬用表的歐姆擋X100，紅表筆接變頻器的“N”端，用黑表筆分別接輸入“R”“S”“T”，表針擺動(dòng)應(yīng)在2/3處，超過2/3或低于1/2均視異常，將黑紅表筆交換重新測量，表針不能擺動(dòng)，否則為異常。論文參考網(wǎng)。

用同樣的方法檢查逆變部分，將“R”“S”“T”換為“U”“V”“W”，因?yàn)槟孀兊腎GBT的源極和漏極之間在關(guān)閉狀態(tài)下同樣有整流橋特性。

絕緣測試。對(duì)于輸人輸出端和地(外殼)進(jìn)行高壓絕緣檢測，使用500v搖表的黑表端接變頻器的接地標(biāo)識(shí)。紅端分別接“R”“S”“T”“U”“V”“W”，均速搖動(dòng)搖表，測量絕緣電阻應(yīng)在SM以上。

電容器的檢測。主回路主要由三相或單相整流橋、平滑電容、濾波電容、IPM逆變橋、限流電阻、接觸器等元器件組成。論文參考網(wǎng)。其中對(duì)變頻器壽命最有影響的是平滑鋁電解電容器，它的壽命主要由加在其兩端的直流電壓和內(nèi)部溫度所決定。在主回路設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)根據(jù)電源電壓選定了電容器的型號(hào)，所以內(nèi)部的溫度對(duì)電解電容器的壽命起決定作用。

電解電容器相對(duì)溫度的劣化特性直接影響到變頻器的壽命。

一般每上升10℃變頻器的壽命減半，這是因?yàn)殡娊怆娙萜鲀?nèi)部的化學(xué)反應(yīng)隨著溫度的升高導(dǎo)致劣化速度加快。劣化速度與材料溫度的關(guān)系遵循阿列里烏斯理論(電解液理論)。電解電容器的內(nèi)部溫度實(shí)際上是電容器周圍環(huán)境溫度與脈動(dòng)電流造成的溫度之和。因此，我們應(yīng)該在安裝時(shí)考慮適合的環(huán)境溫度，在電容器劣化過程中，會(huì)出現(xiàn)靜電容量減小，漏電流增大，等價(jià)電阻值增大，tgδ值增大等現(xiàn)象。維護(hù)保養(yǎng)時(shí)通常以比較容易測量的靜電容量來判斷電解電容器的劣化情況，當(dāng)靜電容量低于初期值的80%，絕緣阻抗在5MΩ以下時(shí)應(yīng)考慮更換電解電容器。對(duì)于儲(chǔ)存不超過5年的電容器我們應(yīng)該定期充電以進(jìn)行維護(hù)，每隔半年到一年充電一次，方法具體如下:

首先準(zhǔn)備功率不小于5KW的三相調(diào)壓器將調(diào)壓器的輸人端接人有短路過流保護(hù)的三相電源，三相電源每相必須有10A的交流電流表作為指示。將輸出端通過快熔接入變頻器的“R”“S”“T”。將變頻器調(diào)至10伏以下，送電，觀察電流表是否異常，如無異常，將電壓緩緩調(diào)到30伏，觀察5分鐘，如無異常，每十分鐘將電壓升高20伏，加壓過程中，隨時(shí)觀察電流的變化，當(dāng)電壓超過200伏時(shí)，振風(fēng)機(jī)等開始工作。這時(shí)可將電壓緩緩升到350伏，觀察有無電流波動(dòng)，維持1小時(shí)后，將電壓升到額定電壓，再維持2小時(shí)，繼續(xù)觀察電流。無異常即可。上電過程中，如果遇見變頻器的面板顯示有故障代碼，先查明原因，是否與低壓有關(guān)，否則應(yīng)引起重視。電源斷開后應(yīng)等到充電燈完全熄滅方可拆除電源線，待機(jī)器完全冷卻后裝機(jī)。

除日常的檢查外，推薦檢查周期為半年。在眾多的檢查項(xiàng)目中，重點(diǎn)要檢查的是主回路的平滑電容器、邏輯控制回路、電源回路、逆變驅(qū)動(dòng)保護(hù)回路中的電解電容器、冷卻系統(tǒng)中的風(fēng)扇等。除主回路的電容器外，其他電容器的測定比較困難，因此主要以外觀變化和運(yùn)行時(shí)間為判斷的基準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)

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