变频器技术及应用论文

浅析变频器发展和应用的趋势[摘要]随着变频控制理论和制造工艺的进一步发展，变频器的应用和发展将会朝着以下方向发展：矩阵变频器的出现和推广；网络化配置的变频器将成为主流；同步电动机的变频应用将得到更为迅猛的发展。 　　[关键词]矩阵变频器 网络化配置变频器 同步电机 　　 　　一、矩阵变频器的出现 　　多年来，电气传动专家一直都在讨论关于“矩阵变换”技术的变频器将会是下一代变频器。几个主要的传动供应商包括罗克韦尔、西门子等都在研究该项技术。舆论一直认为：尽管矩阵变频器具有非常诱人的前景，但是由于成本太高而无法在目前进行商业化应用。 　　从原理上讲，矩阵变频器使用了一组电力半导体开关，按照预定的数学算法控制开关顺序，并直接连接到三相电机上。在安川矩阵变频器中有9个开关，每一个都有2个IGBT组成双向开关，能允许正向电压和负向电压通到电机上。IGBT数量的增加是导致矩阵变频器造价昂贵的其中一个因素。 　　矩阵变频器使用了三相电压输入来控制输出电压，这就不仅能吸收任何电流杂波，也能提供一个清洁的输出电压，也就是说“可以有效地进行输入电源电流控制与输出电压控制”。这也是矩阵变频器吸引人们的一个重要点：能大大降低输入电流谐波的产生，只有大约传统交-直-交变频器的20%以下。而且矩阵变频器的电流几乎是正弦波，即使在带载情况下，也是如此。当有再生发电时，电流能以180°转换并反馈到电网中，而且也是以正弦波方式。在再生制动方式的工作中，矩阵变频器不需要制动电阻或特殊的变换器。反馈回的电亦无需额外的设备(如变压器等)进行处理。总之，传动能在四象限高效率地运行。 　　另外，一个吸引点就是矩阵变频器去掉了直流电容，作为有一定寿命地铝电解电容，交—直—交变频器就必须在一定年限更换电容，如5~8年，矩阵变频器就能长时间可靠工作。 　　在安川的计划中，矩阵变频器将逐步覆盖400V的5~22kW，直至75kW，当然也有200V级的5~45kW变频器。至于价格策略目前尚未公布，但基本上为目前通功率段传统变频器的2倍左右。 　　 　　二、以网络配置为主的系统化 　　变频器的网络化配置主要基于三个层面：设备层、控制层和信息层。其中变频器做为执行器，可以配接最基本的RS232/RS485串行通讯协议、Profibus等的现场总线协议以及Internet局域网协议。针对不同的控制系统和不同的用户要求，配置和选用不同的网络协议。 　　网络化配置的变频器具有以下显著的特点： 　　(1)高精度的频率设定； 　　(2)远程控制与工厂信息化的基本要素； 　　(3)远程诊断系统。 　　通过网络设定频率是一种高精度的频率设定，其具有通讯速率高，稳定可靠，接线简单等优点，而且在模拟量控制时，输出端经过一个数模转换器，经过导线，进入输入端(变频器)又经过一个模数转换器才能参与控制。两个转换器位数不同和导线损耗都可能造成一定误差，而通讯传递直接是数字量，不需要转换，没有误差，在传输过程中不会造成损耗，而且响应速度率也会很高。 　　变频器经常被用于系统复杂、工作环境恶劣、高负荷、长时间运行的工况中，如无人值守泵站、油田磕头机等。变频器故障率在这种环境中自然，比较高，一般都采取事后维修的方式进行，随着电子技术的发展，传统的维修方式将变为故障预报和整机在线维修。有必要对其实现在线工作状态的监测以及常规故障机理的综合分析研究，以便对其故障的事先诊断分析。目前大功率变频器的故障诊断、远程监控系统及智能控制方面取得了较大进展，并已经投入实际运行。请登陆：输配电设备网浏览更多信息 　　在网络化日益普及的今天，与普通的点对点硬线连接方式而言，通过高速通讯连接的变频器系统可以最大程度上降低系统维护时间、提高生产效率、减少运行成本。目前安装的现场总线模块有ProfibusDP、Interbus、DeviceNet、CANOpen和ModbusPlus等。用户可以有更大的自由根据生产过程来选择PLC型号和品牌，并非常简单地集成到现有地网络中去。而且通过现场总线模块，可以不考虑变频器的型号，而以同一种语言来与不同功率段、不同型号地变频器进行组构，如功率、速度、转矩、电流、设定值等。 　　由于采用了通讯方式，可以通过PC机来方便地进行组态和系统维护，包括上传、下载、复制、监控、参数读写等。 以SEWMOVIDRIVE变频器为例，它可以如图2组成WAGO-I/O系统，利用后者地现场总线技术进行通讯互联。这种连接方式能通过WAGO的可编程总线控制器PFC实现变频器到网络控制主机之间的输入数据过程、输出数据过程的交换。而且，总线互联方式可以通过WAGO公司专用的软件功能块(SEWLIB)方便地进行变频器参数的读龋该方式能在最大程度上降低变频器系统的构建成本。三、同步电机的配合应用 　　交流同步电动机已成为交流可调速传动中的一颗新星，特别是永磁同步电动机，电机是无刷结构，功率因数高、效率也高，转子转速严格与电源频率保持同步。同步电机变频调速系统有他控变频和自控变频两大类，自控变频同步电机在原理上和直流电机极为相似，用电力电子变流器取代了直流电机的机械换向器，如采用交-直-交变压变频器时叫做“直流无换向器电机”或称“无刷直流电动机”。传统的自控变频同步机调速系统有转子位置传感器，现正开发无转子位置传感器的系统，且已经取得重大进步和在市场的成功应用。同步电机的他控变频方式也可采用矢量控制，其按转子磁场定向的矢量控制比异步电机简单。 　　采用同步电机的最有效特点： 　　(1)大大降低电机尺寸； 　　(2)高效率的转矩输出； 　　(3)无编码器运行。 　　目前大多数的纸机需要安装速度编码器来反馈电机转速，而且编码器也被证明是可靠的。但是安装的编码器由于是采用轴承需要常规定期性的维护保养和润滑，在一个大型的纸机(如50个传动)上每隔一定的周期还必须更换所有的编码器以防止意外的由编码器故障引起的纸机停机。从这个层面上来说，无编码器的运行自然是同步电机直接传动的一个优点和着眼点。 　　电机的实际速度是需要同时反馈和监测的，一个计算电机速度的新方法已经在ACSDTC得到发展和应用。为ABB造纸部门对直接传动的37kW永磁电机进行测试得出的波形曲线。上面的2条曲线是表示经速度编码器测量的数据和通过变频器计算出来的数据。从图中可以看出两条曲线几乎是一致的，即使在动态扰动中也是少有偏差。第3条曲线是表示电机由于突加负载产生的电机转矩，该负载的变化大概是正常负载的1/3，以表示在电机在正常运行下突然有一个大的变化。将ABB传统的交流传动纸机改造成一个直接传动的纸机系统是非常简单的，纸厂需要购买新的直接传动部分的电机，同时将ABB的常规变频器ACS600通过下载PM-DTC软件来升级，而且新的直接传动的系统可以与现 　　有的交流或直流传动同时正常运行。总而言之，用户将从直接传动中获益。 　　 　　参考文献： 　　[1]王廷才变频器原理及应用[M]机械工业出版社， 　　[2]张选正，张金远变频器应用经验[M]国电力出版社， 　　[3]吴忠智，吴加林变频器应用手册[M]，机械工业出版社，

浅析变频器应用现状与前景展望 摘要：变频器着发展及应用前景本文概述变频器我发展应用及我技术面应做工作 关键词：变频器；应用；前景展望 前言 近随着电力电技术、计算机技术、自控制技术迅速发展交流传与控制技术目前发展迅速技术电气传技术面临着场历史革命即交流调速取代直流调速计算机数字控制技术取代模拟控制技术已发展趋势电机交流变频调速技术今节电、改善工艺流程提高产品质量改善环境、推技术进步种主要手段变频调速其优异调速起制性能高效率、高功率数节电效广泛适用范围及其许优点内外公认发展前途调速式深入解交流传与控制技术走向具十积极意义． 、变频器调速运行节能原理 实现变频调速装置称变频器变频器般由整流器、滤波器、驱电路、保护电路及控制器（MCU／DSP）等部组首先单相或三相交流电源通整流器并经电容滤波形幅值基本固定直流电压加逆变器利用逆变器功率元件通断控制使逆变器输端获定形状矩形脉冲波形通改变矩形脉冲宽度控制其电压幅值；通改变调制周期控制其输频率逆变器同进行输电压频率控制满足变频调速U／f协调控制要求PWM优点能消除或抑制低谐波使负载电机近弦波交变电压运行转矩脉冲调速范围宽 采用PWM控制式电机转速受限转速限制压缩机讲般超7000r／rain采用PAM控制式压缩机转速提高1．5倍左右提高快速增速减速能力同由于PAM调整电压具电流波形整形作用获比PWM更高效率外抗干扰面着PWM比拟优越性抑制高谐波减电网污染采用该控制式变频调速技术电机定电流降64％ 电源频率降低30％ 胶压力降低57％ 由电机理论知异步电机转速表示： n=60·f 8（1—8）／p f s电机定频率（即电网频率）P电机定绕组极数s转差率由式知要转差率太近似认转速n与f s比意味着连续平滑改变电源频率实现交流电机范围连续平滑调速例额定转速3000转／电机由变频器供电若启频率设定5HZ变频器运行5—50HZ间任频率则电机运行30o——3000转／间任转速·电机由市电启启平衡力矩节能 50HZ380V市电经整流滤波环节直流电再经逆变环节变频率幅度都调交流电变频器主路电能经交流— —直流— —交流变换所类变频器称作交— —直—— 交类变频器 二、我变频器技术发展及应用概况 （）变频器发展 随着产技术断发展直流拖薄弱环节逐步显露由于换向器存直流电机维护量加单机容量、高转速及使用环境都受限制始转向结构简单、运行靠、维护便、价格低廉异步电机异步电机调速性能难满足产需要于20世纪30代始致力于交流调速技术研究进展缓慢相期内直流调速直其优异性能统治着电气传领域20世纪60代特别70代电力电技术、控制技术微电技术飞速发展使交流调速性能与直流调速相媲美目前交流调速已进入逐步代替直流调速代 （二）我变频器应用 变频器主要用于交流电机（异步电机或同步电机）转速调节公认交流电机理想、前途调速案除具卓越调速性能外变频器显著节能作用企业技术改造产品更新换代理想调速装置自世纪80代引进变频器作节能应用与速度工艺控制越越重要自化设备快速发展广泛应用 1、变频器与节能 变频器产初用途速度控制目前内应用较节能能耗能源利用率低能源储备足2003电力消耗60—70％力电总容量5．8亿千瓦电机总容量2000万千瓦电机带变频控制据析带变负载、具节能潜力电机至少1．8亿千瓦家力提倡节能措施并着重推荐变频调速技术 应用变频调速提高电机转速控制精度使电机节能转速运行风机水泵例根据流体力原理轴功率与转速三比所需风量减少风机转速降低其功率按转速三降精确调速节电效非观与类似许变负载电机般按需求产电机容量故设计裕量偏实际运行轻载运行间所占比例却非高采用变频调速提高轻载运行工作效率变负载节能潜力巨 作节能目变频器广泛应用于各行业电力行业例由于面积缺电电力投资持续增同家电改案电厂本控制提要求降低内部电耗电厂关注焦点变频器电力行业着巨发展潜力尤其高压变频器功率变频器 2、变频器与工艺控制（速度控制） 目前设备控制水平与发达家相比比较低制造工艺效率都高提高设备控制水平至关重要由于变频调速具调速范围广、调速精度高、态响应等优点许需要精确速度控制应用变频器发挥着提升工艺质量产效率显著作用 3、变频家电 除工业相关行业普通家庭节约电费、提高家电性能、保护环境等受越越关注变频家电变频器另广阔市场应用趋势带变频控制冰箱、洗衣机、家用空调等节电、减电压冲击、降低噪音、提高控制精度等面优势 三、内变频技术现状发展前景 内已经较变频器产厂部产品都V／F控制电压空间矢量控制变频器使用调速精度态性能要求高负载应该没问题工业应用绝部都种负载变频器种场合应用重要要求靠性产变频器占内市场份额高主要原产品品质硬V／F控制电压空间矢量控制变频器比矢量控制变频器技术看要简单由于内厂家部都手工作坊式产工艺欠佳检测手段限品质致性稳定性难保证同V／F控制变频器外产品比内产品品质要能产工艺面差距差距半导体功率器件制造业至今内仍空白 变频器技术另外层面应用技术家经贸委直同家关部门致力于变频器技术发及推广应用技术发及技术改造面给予重点扶持组织变频调速技术评测推荐工作并推广应用变频调速技术作风机、水泵节能技改专项重点投资向同鼓励单位展同贷同式抓发、抓示范工程、抓推广应用处理风机、水泵节能展信息咨询培训1995—19973间我风机、水泵变频调速技术改造投入资金3．5亿元改造总容量达100万千瓦节电7亿度平均投资收期约2据关资料表明我变频调速技术应用已经取相绩每数十亿元销售额说明我变频器应用已非广泛简单手控制基于RS485网络机控制与计算机PLC联网组复杂控制系统型综合自化系统先进控制与优化技术型套专用系统连铸连轧产线、高速造纸产线、电缆光纤产线、化纤产线、建材产线等变频器作用电气传控制其控制复杂性、控制精度态响应都高要求已经完全取代直流调速技术近变频器功能利用先进控制理论发诸卷取、提升、主等控制功能使应用系统构更加便容易使变频器应用技术提高新水平 四、结论 变频调速技术越越广泛深入行业节能、省力、易于构自控系统显著优势应用变频调速技术改造挖潜、增加效益条效途径尤其高能耗、低产设备较企业采用变频调速装置使企业获巨经济利益同民经济持续发展需要

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