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

Keywords:InverterEnergyfeedbackEectro-capacitancefeedbackbrake

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

1引言

在通用變頻器、異步電動機(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)電動機(jī)所傳動的位能負(fù)載下放時，電動機(jī)將可能處于再生發(fā)電制動狀態(tài)；或當(dāng)電動機(jī)從高速到低速（含停車）減速時，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)，傳動系統(tǒng)中所儲存的機(jī)械能經(jīng)電動機(jī)轉(zhuǎn)換成電能，通過逆變器的六個續(xù)流二極管回送到變頻器的直流回路中。此時的逆變器處于整流狀態(tài)。這時，如果變頻器中沒采取消耗能量的措施，這部分能量將導(dǎo)致中間回路的儲能電容器的電壓上升。如果當(dāng)制動過快或機(jī)械負(fù)載為提升機(jī)類時，這部分能量就可能對變頻器帶來損壞，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“制動電阻”中，稱之為動力制動狀態(tài)；(2)、使之回饋到電網(wǎng)，則稱之為回饋制動狀態(tài)（又稱再生制動狀態(tài)）。還有一種制動方式，即直流制動，可以用于要求準(zhǔn)確停車的情況或起動前制動電機(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)變頻器制動方面的設(shè)計與應(yīng)用，尤其是近些時間有過許多關(guān)于“能量回饋制動”方面的文章。今天，筆者提供一種新型的制動方法，它具有“回饋制動”的四象限運轉(zhuǎn)、運行效率高等優(yōu)點，也具有“能耗制動”對電網(wǎng)無污染、可靠性高等好處。

2能耗制動

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

其優(yōu)點是構(gòu)造簡單；對電網(wǎng)無污染（與回饋制動作比較），成本低廉；缺點是運行效率低，特別是在頻繁制動時將要消耗大量的能量且制動電阻的容量將增大。

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

實現(xiàn)能量回饋制動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)，從而實現(xiàn)制動如圖2所示。

回饋制動的優(yōu)點是能四象限運行,如圖3所示，電能回饋提高了系統(tǒng)的效率。其缺點是：(1)、只有在不易發(fā)生故障的穩(wěn)定電網(wǎng)電壓下（電網(wǎng)電壓波動不大于10%），才可以采用這種回饋制動方式。因為在發(fā)電制動運行時，電網(wǎng)電壓故障時間大于2ms，則可能發(fā)生換相失敗，損壞器件。(2)、在回饋時，對電網(wǎng)有諧波污染。(3)、控制復(fù)雜，成本較高。

4新型制動方式（電容反饋制動）

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)電動機(jī)發(fā)電運行狀態(tài)

CPU對輸入的交流電壓和直流回路電壓νd的實時監(jiān)控，決定向VT1是否發(fā)出充電信號，一旦νd比輸入交流電壓所對應(yīng)的直流電壓值（如380VAC—530VDC）高到一定值時，CPU關(guān)斷VT3，通過對VT1的脈沖導(dǎo)通實現(xiàn)對電解電容C的充電過程。此時的電抗器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，安全回路發(fā)揮作用，實現(xiàn)能耗制動（電阻制動），控制VT3的關(guān)斷與開通，從而實現(xiàn)電阻R消耗多余的能量，一般這種情況是不會出現(xiàn)的。

(2)電動機(jī)電動運行狀態(tài)

當(dāng)CPU發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)不再充電時，則對VT3進(jìn)行脈沖導(dǎo)通，使得在電抗器L上行成了一個瞬時左正右負(fù)的電壓（如圖標(biāo)識），再加上電解電容C上的電壓就能實現(xiàn)從電容到直流回路的能量反饋過程。CPU通過對電解電容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

(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，這時電機(jī)處于一種發(fā)電運行狀態(tài)，

再生能量通過六個續(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)，這時的電流會很大。所以所選取電抗器線徑要大到能通過此時的電流。

（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，其價格也肯定不會很低。

所以筆者建議充電、反饋回路各采用一個電抗器。

(2)控制上的難點

（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（電阻制動）的控制方式了。其在電抗器上所產(chǎn)生的瞬時電壓降為，電解電容C的瞬時充電電壓為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)用實例

正是由于變頻器的這種新型制動方式（電容反饋制動）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，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方式的變頻器（仍有2臺在正常運行中）改用了這種電容反饋制動方式的新型礦用提升機(jī)系列，到目前為止，這種電容反饋制動的變頻器正長期正常運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)?？傊枰芰炕仞佈b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，它們對周邊的設(shè)備、包括變頻器的驅(qū)動對象--電動機(jī)帶來不良的影響。同時由于變頻器的使用，電網(wǎng)電源電壓中會產(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，會引導(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，又將對變頻器產(chǎn)生不良影響。文章對于上述現(xiàn)象進(jìn)行了分析并提出了降低這些不良影響的措施。

2．外界對變頻器的干擾

供電電源對變頻器的干擾主要有過壓、欠壓、瞬時掉電；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，因晶閘管總是在每相半周期內(nèi)的部分時間內(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)償電容對變頻器的干擾

電力部門對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

電磁干擾(EMI)，是外部噪聲和無用信號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。

對于（1）、（2）兩項產(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，它對于基波頻率下的阻抗是微不足道的。但對于頻率較高的高頻干擾信號來說，呈現(xiàn)很高的阻抗，能有效地抑制干擾的作用。對于（3）項的干擾信號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。

3．變頻器對周邊設(shè)備的干擾及對策

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，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)誤動作，過熱、噪聲和振動；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)重時不能正常工作；對變頻器的外部控制信號產(chǎn)生干擾，這些控制信號受干擾后，就不能準(zhǔn)確、正常地控制變頻器運行，使被變頻器驅(qū)動的電動機(jī)產(chǎn)生噪音，振動和發(fā)熱現(xiàn)象。

（1）對接在同一電源設(shè)備帶來的干擾

當(dāng)變頻器的容量較大時，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濾波器是被動濾波器，它由電抗和電容組成對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。變頻器輸出信號是高頻的開關(guān)信號，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，對高次諧波形成絕緣；插入電抗器，以提高對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)，和電動機(jī)電纜線長短等許多因素有關(guān)。可以盡量縮短電動機(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，利用變頻器對電動機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制時，電動機(jī)繞組和鐵芯由于諧波的成分而產(chǎn)生噪聲。

下圖2是電動機(jī)采用變頻器驅(qū)動和采用電網(wǎng)電源直接驅(qū)動時的噪音比較。通常，采用變頻器對電動機(jī)進(jìn)行驅(qū)動時，電動機(jī)產(chǎn)生的噪音要比電網(wǎng)電源直接驅(qū)動產(chǎn)生的噪音高出5～10dB。對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機(jī)，在變頻器與電動機(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）對于產(chǎn)生的振動干擾

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

通?？梢圆扇∫韵麓胧p小振動：

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。

在變頻器對電動機(jī)進(jìn)行調(diào)速過程中，如果調(diào)速范圍較大時，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）對于導(dǎo)致控制部件電動機(jī)過熱的干擾

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

電動機(jī)過熱的對策有以下幾種：

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

②選用較大容量的電動機(jī)。

③改用變頻器專用電動機(jī)。

④改變調(diào)速方案，避免電動機(jī)連續(xù)低速運行。

隨著工廠電氣自動化程度的提高，各種干擾也日益增多，只有對變頻器的干擾問題有深入的認(rèn)識，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含有除基波以外的其他諧波。較低次諧波通常對電機(jī)負(fù)載影響較大，引起轉(zhuǎn)矩脈動，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)電源容量相對變頻器容量越小時，則內(nèi)阻抗值相對越大，諧波含量越?。浑娫慈萘肯鄬ψ冾l器容量越大時，則內(nèi)阻抗值相對越大，諧波含量越大。對于三菱FR-F540系列變頻器，當(dāng)電源內(nèi)阻為4%時，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，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照表。

③變壓器多相運行

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)用變壓器的多相運行，使相位角互差30°如Y-、-組合的兩個變壓器構(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，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)載的起動轉(zhuǎn)矩一般要求額定轉(zhuǎn)矩的150%左右，制動轉(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,并且起動和制動轉(zhuǎn)矩都比較大，過載時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轉(zhuǎn)矩和能量回饋功能，能夠快速實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，變頻器應(yīng)選擇具有四象限運行能力的變頻器。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)載在實際運行過程中，由于轉(zhuǎn)動慣量比較大，所以變頻器的加速時間和減速時間是一個非常重要的問題，可按下列公式進(jìn)行計算:

(5)

(6)

式中:tACC—加速時間(s);

tDEC—減速時間(s);

GD2—折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動慣量（N·m2）;

g—重力加速度，g=9.81(m/s2);

TM—電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩(N.m);

TL—負(fù)載轉(zhuǎn)矩(N.m);

nAS—系統(tǒng)加速時的初始速度（r/min）;

nAE—系統(tǒng)加速時的終止速度（r/min）;

nDS—系統(tǒng)減速時的初始速度（r/min）;

nDE—系統(tǒng)減速時的終止速度（r/min）。

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

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

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

憋壓:泵類負(fù)載在低速運行時，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，通過限定變頻器的最低頻率，而限定了泵流量的臨界點處的系統(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，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)生故障報警燒壞。在變頻器系統(tǒng)設(shè)計時，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)動恒功率負(fù)載時，應(yīng)該是就一定的速度變化范圍而言的，通?？紤]在某個轉(zhuǎn)速點以下采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式，而在高于該轉(zhuǎn)速點時才采用恒功率調(diào)速方式。我們通常將該轉(zhuǎn)速點稱為基頻，該點對應(yīng)的電壓為變頻器輸出額定電壓。從理論上講，要想實現(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，但這在實際變頻器運行過程中是不允許的，因為在基頻以上，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?？煽窟\行，必須對變頻器進(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，所以溫度對其壽命影響比較大。通用變頻器的環(huán)境運行溫度一般要求-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)正常運行的損耗。當(dāng)變頻器發(fā)生非正常運行（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。

對于風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載，當(dāng)我們選擇三菱變頻器FR-F540時，其過載能為120%/60秒，其過載周期為300秒，也就是說，當(dāng)變頻器相對于其額定負(fù)載的120%過載時，其持續(xù)時間為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，功率單元因其流過的過載電流而升溫，導(dǎo)致變頻器過熱，這時必須盡快使其降溫以使變頻器的過熱保護(hù)動作消除，這個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)、過載時間和過載周期均不相同，并且其過載倍數(shù)越大，過載時間越短，請見表2所示:

對于變頻器所驅(qū)動的電機(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)長期運行。針對該類負(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)運行的油泵，若其電機(jī)功率為22kW時，可選擇FR-F540-22k變頻器即可。重復(fù)短時工作制電機(jī)，其特點是重復(fù)性和短時性，即電機(jī)的工作時間和停歇時間交替進(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)短時工作制電機(jī)允許其過載且有一定的溫升。此時，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)、過載時間、過載周期來選型。如重復(fù)短時運行的升降機(jī)，其電機(jī)功率為18.5kW，可選擇FR-A540-22k變頻器。

4結(jié)論

本文通過對通用變頻器運行過程中存在問題的分析，提出了解決這些問題的實際對策，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)場和社會環(huán)境對變頻器的要求不斷提高，滿足實際需要的真正“綠色”變頻器也會不久面世。

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。油田作為一個特殊行業(yè)，有其獨特的背景，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場合。下面從這幾個方面對變頻器在油田中應(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)運動為反復(fù)地上下提升，一個沖程提升一次，其動力來自于電動機(jī)帶動的兩個重量相當(dāng)大的鋼質(zhì)滑塊，當(dāng)滑塊提升時，類似于杠桿的作用，將采油機(jī)桿送入井中，滑塊下降時，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)拖動產(chǎn)生的能量無法被負(fù)載吸引，勢必會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，勢必會對整個電網(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;頻繁的高壓沖擊會損壞電機(jī)，對電動機(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)引入兩個大質(zhì)量的鋼質(zhì)滑塊，導(dǎo)致抽油機(jī)的起動沖擊大等諸多問題。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)備有其自有的運行特點，在油井開采前期儲油量大，供液足，為提高功效可采用工頻運行，保證較高的產(chǎn)油量;在中、后期，由于石油儲量減少，易造成供液不足，電機(jī)若仍工頻運行，勢必浪費電能，造成不必要的損耗，這時須考慮實際工作情況，適當(dāng)降低電機(jī)轉(zhuǎn)速，減少沖程，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為電動機(jī)的極對數(shù)，s為轉(zhuǎn)差率，f為供電電源頻率，n為電動機(jī)的實際轉(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)電動機(jī)工作電流的大小確定電動機(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。同時變頻調(diào)速器具有低速軟啟動，轉(zhuǎn)速可以平滑地大范圍調(diào)節(jié)，對電動機(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，具有運行平穩(wěn)、可靠，提高功率因數(shù)等諸多優(yōu)點，是采油設(shè)備改造的理想方案。

目前，對游梁式抽油機(jī)的變頻器改造主要有以下3個方面:

(1)以提高電網(wǎng)質(zhì)量，減小對電網(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。這一點比較普遍，一方面，油田的抽油機(jī)為了克服大的起動轉(zhuǎn)矩，采用的電動機(jī)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實際所需功率，工作時電動機(jī)的利用率一般在20%-30%之間，最高不會超過50%，電動機(jī)常常處于輕載狀態(tài)，造成了電動機(jī)資源的浪費。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)，若始終處于工頻運行，勢必也會造成電能的浪費。為了節(jié)能，提高電動機(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，是應(yīng)用中的一個重要發(fā)展方向。

在實際的應(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。對于第一種情況，采用普通變頻器加能耗制動單元可比較方便的實現(xiàn)，這是以多耗電能為代價的，

這主要是因為發(fā)電能量不能回饋電網(wǎng)造成的。在未采用變頻器時，電動機(jī)處于電動狀態(tài)時，電動機(jī)從電網(wǎng)吸收電能(電表正轉(zhuǎn));電動機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)時，電動機(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，對電網(wǎng)質(zhì)量影響較大。但是在使用普通變頻器時，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。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單元的原因。對于第二種情況和第三種情況，必須妥善的處理電動機(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單元消耗的電能，造成變頻運行時反而耗能，與節(jié)能的目標(biāo)背道而馳。為了解決這個問題，有必要對普通變頻器進(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)帶動多級離心泵旋轉(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，運行成本大增。一方面，電潛泵在工頻啟動時，啟動電流大，電機(jī)電纜的壓降較大，使得電機(jī)電纜在啟動過程中的反壓較高，使絕緣性能降低，每次開機(jī)都會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，僅工程費一項就達(dá)5萬元，價值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個月就須維修一次，維修費用約8萬元，使用成本較高。另一方面，電潛泵在正常工作時，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，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。有時使得電機(jī)與泵長期在高壓狀態(tài)下運行;有時使得油井出沙嚴(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。對電潛泵井進(jìn)行變頻改造后，實現(xiàn)了電潛泵的軟啟動、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行;延長了電潛泵的壽命，節(jié)約了油井維修、維護(hù)費用，使電泵機(jī)組在最佳工況下運行。大大提高了電潛泵采油系統(tǒng)的效率。同時，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)效益和社會效益。應(yīng)用中也暴露出來一些問題，一方面，因為是新產(chǎn)品，在產(chǎn)品的軟硬件設(shè)計和設(shè)備配套上由一些不足，這時就要將新的控制方法引入到實際應(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)計和機(jī)電設(shè)備配置都比實際寬裕，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，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，必然會造成油層壓力下降;注水壓力過高，浪費動力，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，這一點在注水系統(tǒng)的設(shè)計當(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)運行常是“大馬拉小車”，效率低下。注水壓力靠泵出口閘門手動控制，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運行，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;通過改變電動機(jī)轉(zhuǎn)速，在降低水流量的同時，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:

(1)實現(xiàn)了電機(jī)軟起動、自由停車。電機(jī)均通過變頻器或軟起動從0～50Hz作緩慢加速起動，可減少機(jī)泵因突然高速起動所帶來的影響，減少了直接起動時起動電流對電網(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)的功率與實際負(fù)荷相匹配，系統(tǒng)達(dá)到節(jié)能運行的目的。

(3)消除了泵的喘振現(xiàn)象，使泵運行處于最佳工況狀態(tài)。

(4)實現(xiàn)了壓力自動控制，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。同時軟起軟停的功能代替了減壓啟動，使電機(jī)起停平穩(wěn)，減少了對電網(wǎng)和機(jī)械設(shè)備的沖擊，不會造成管網(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。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，可以徹底解決這個問題。它通過減小電機(jī)電源頻率實現(xiàn)降低電機(jī)轉(zhuǎn)速。電機(jī)帶動泵運行，電動機(jī)轉(zhuǎn)速降低，對于柱塞泵來說，就是降低了柱塞的運行頻率，減小了泵的實際排量;對于離心泵來說，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，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方面的問題:

(1)解決變頻器的控制問題。這個必須解決變頻器如何適應(yīng)多變的工作環(huán)境，對某一臺抽油機(jī)控制的成功并不代表對所有油井都成功，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于實際工作越來越重要。

2、變頻器控制電路

給異步電動機(jī)供電（電壓、頻率可調(diào)）的主電路提供控制信號的網(wǎng)絡(luò)，稱為控制回路，控制電路由頻率，電壓的運算電路，主電路的電壓，電流檢測電路，電動機(jī)的速度檢測電路，將運算電路的控制信號進(jìn)行放大的驅(qū)動電路，以及逆變器和電動機(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，可以對異步電動機(jī)的速度進(jìn)行更精確的閉環(huán)控制。

（1）運算電路將外部的速度，轉(zhuǎn)矩等指令同檢測電路的電流，電壓信號進(jìn)行比較運算，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)動電路為驅(qū)動主電路器件的電路，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（比如運行多段速度運行等）的輸入，還有各種內(nèi)部參數(shù)（比如電流，頻率，保護(hù)動作驅(qū)動等）的輸入。

（5）速度檢測電路將裝在異步電動機(jī)軸上的速度檢測器（TG、PLG等）的信號設(shè)為速度信號，送入運算回路，根據(jù)指令和運算可使電動機(jī)按指令速度運轉(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，為了防止逆變器和異步電動機(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)和異步電動機(jī)保護(hù)兩種，保護(hù)功能如下：

（1）逆變器保護(hù)

①瞬時過電流保護(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，瞬時停止逆變器運轉(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)定時間，為防止逆變器器件、電線等損壞，要停止運轉(zhuǎn)，恰當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)需要反時限特性，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)用逆變器使電動機(jī)快速減速時，由于再生功率使直流電路電壓升高，有時超過容許值，可以采取停止逆變器運轉(zhuǎn)或停止快速的方法，防止過電壓。

④瞬時停電保護(hù)，對于毫秒級內(nèi)的瞬時斷電，控制電路工作正常。但瞬時停電如果達(dá)數(shù)10ms以上時，通常不僅控制電路誤動作，主電路也不供電，所以檢測出后使逆變器停止運轉(zhuǎn)。

⑤接地過電流保護(hù)，逆變器負(fù)載接地時，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，但考慮低速運轉(zhuǎn)的過熱時，在異步電動機(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。動作過頻時，應(yīng)考慮減輕電動機(jī)負(fù)荷，增加電動機(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機(jī)的速度超過規(guī)定值時，停止逆變器運轉(zhuǎn)。

（3）其他保護(hù)

①防止失速過電流，加速時，如果異步電動機(jī)跟蹤遲緩，則過電流保護(hù)電路動作，運轉(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。對于恒速運轉(zhuǎn)中的過電流，有時也進(jìn)行同樣的控制。

②防止失速再生過電壓，減速時產(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，必須對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)行信號交流的基本回籠路有模擬與數(shù)字兩種：

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

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

外部控制，指令信號通過上述基本回路導(dǎo)入變頻器，同時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，干擾程度就會不太明顯，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角度?？蓪⒖刂齐娎|與主回路電纜或其他動力電纜分離鋪設(shè)。分離距離通常應(yīng)在30cm以上（最少不低于10cm）。分離困難時，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及繼電器觸點接觸不良，電阻發(fā)生變化在電纜中產(chǎn)生的干擾，對此，采用并聯(lián)觸點或提高電器件等級來解決。對于電纜連接點應(yīng)定期做擰緊加固處理。

⑤接地干擾，指機(jī)體接地或信號接地，對于弱電壓，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)置兩個以上接地點，接地處會產(chǎn)生電位差，產(chǎn)生干擾。可將速度給定的控制電纜取一點接地，接地線不作為信號的通路使用，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

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，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，由于直流側(cè)的平波電容容量非常大，充電電流很大，通常采用一個起動電阻來限制充電電流，常見的兩種變頻起動電路如圖2所示。充電完成后，控制電路通過繼電器的觸點或昌閘管將電阻短路。起動電路故障一般表現(xiàn)為起動電阻燒壞，變頻器報警顯示為直流線線電壓故障。一般，變頻器的設(shè)計時，為了減小變頻器的體積而選擇較小起動電阻，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接觸不良時，都會導(dǎo)致起動電阻燒壞。因此在替換電阻的同時，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，卻不能高速運行，經(jīng)檢查變頻器參數(shù)設(shè)置正確，調(diào)速輸入信號正常，經(jīng)上電運行測試，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警，仍能在低頻段工作，是因為多數(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，變頻器才報告故障。而`當(dāng)兩相輸入時，直流母線電壓為380V×1.2=452V＞400V。當(dāng)變頻器不運行時，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仍可以正常工作，但因輸入電壓，輸出電壓低，造成異步電動機(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，首先檢查加速時間參數(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，復(fù)位后運行，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，因為IPM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，一是將減速時間參數(shù)加長或增大制動電阻（制動單元）；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，對于已經(jīng)投入運行的變頻器，必須檢查負(fù)載狀況，對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)在低頻的工作時散熱性能變差，也會出現(xiàn)這種情況，這時就需加裝散熱裝置。

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，采用最優(yōu)方案研制成功的，并于2002年12月通過了省級科技成果及產(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

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，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(如6kV)，單用單個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時，電動機(jī)處于發(fā)電制動狀態(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，自動延長減速時間，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階為高壓直流母線電壓的一半，對于6kV輸出變頻器而言，為4kV左右。CSML方式輸出電壓跳變臺階為單元的直流母線電壓，不會超過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影響效率的0.5%左右。

(7)四象限運行

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

(8)冗余設(shè)計

NPC方式的冗余設(shè)計很難實現(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)劣的一個重要因素，CSML方式采用模塊化設(shè)計，更換功率單元時只要拆除3個交流輸入端子和2個交流輸出端子，以及1個光纖插頭，就可以抽出整個單元，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，且可作成四象限運行的變頻器，應(yīng)用范圍寬。如電壓等級較高時，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)對諧波失真要求較高時，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。對于普通的風(fēng)機(jī)、水泵類一般不要求四象限運行的場合，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)計者稱之為完美無諧波變頻器。

我公司的設(shè)計人員經(jīng)過多方探討，綜合各種方案的優(yōu)缺點，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

(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現(xiàn)，提高了抗干擾性及可靠性。

(4)控制器中采用一套獨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，安裝、調(diào)試、維護(hù)方便。

(7)完整的故障監(jiān)測和報警保護(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)運行。

(10)可根據(jù)需要打印輸出運行報表。

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個單元在變壓器上都有自立獨立的三相輸入繞組。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，目的是實現(xiàn)多重化，降低輸入電流的諧波成分。24個二次繞組分成三相位組，互差為20°,以B相為基準(zhǔn)，A相8個單元對應(yīng)的8個二次繞組超前B相20°，C相8個單元對應(yīng)的8個二次繞組落后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支二極管實現(xiàn)三相全波整流，有4個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)

整個系統(tǒng)有隔離變壓器、3個變頻柜和1個控制柜組成，參見圖6。

a)隔離變壓器

原邊為星形接法，副邊共有24個獨立的三相繞組，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個功率單元都有一個自己的輔助CPU，由8位單片機(jī)擔(dān)任，此外還有一個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、JD-BP38-355、JD-BP37-550F各1臺。從運行情況看:

(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)組運行平穩(wěn)，各項指標(biāo)滿足工藝要求。

由變頻器拖動的電機(jī)均為三相普通的異步電動機(jī)，在整個運行范圍內(nèi)，電機(jī)始終運行平穩(wěn)，溫升正常。風(fēng)機(jī)啟動時的噪音及啟動電流很小，無任何異常震動和噪音。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機(jī)運行，對電機(jī)無特殊要求。

(4)變頻器運行情況穩(wěn)定，性能良好。

該設(shè)備投運以來，變頻器運行一直十分穩(wěn)定。設(shè)備運行過程中，我公司技術(shù)人員對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)運行工況改善，工人勞動強(qiáng)度降低。

變頻器可隨著生產(chǎn)的需要自動調(diào)節(jié)電動機(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，改變運行頻率等操作簡便，操作人員經(jīng)過半個小時培訓(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)運行情況，及其它生產(chǎn)線的實際運行情況，預(yù)計該電機(jī)運行電流應(yīng)在60A，以變頻器上限運行頻率45HZ時，電流為45A，間隔時間運行頻率20HZ時，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

從這幾臺這幾個月的運行情況看，我公司自行研制生產(chǎn)的高壓大功率變頻器，運行穩(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強(qiáng)度。變頻器對電機(jī)保護(hù)功能齊全，減少了維修費用，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。據(jù)專家估計我們國家6kV以上的高壓大功率電機(jī)約有3萬多臺，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45KW繞線式異步電動機(jī)驅(qū)動，小車行走機(jī)構(gòu)分別由二臺22KW繞線式異步電動機(jī)驅(qū)動，大車行走機(jī)構(gòu)分別由二臺11KW繞線式異步電動機(jī)驅(qū)動。在抓斗的提升、開閉，大車及小車前進(jìn)、后退的傳動控制過程中，為了確保機(jī)械設(shè)備運行的平穩(wěn)性，采用了繞線式異步電動機(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，這樣就會有兩種情況：1.繞線式異步電動機(jī)一起動很快達(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)定速度低則會延長等待時間，使生產(chǎn)效率降低。另外，針對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時，有可能致使抓斗出現(xiàn)“溜車”現(xiàn)象（輕微下滑），這時電機(jī)工作在反接制動狀態(tài)，但是制動轉(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，電機(jī)在重力與電動轉(zhuǎn)矩的作用下以極快的速度運行在第四象限，電機(jī)工作在回饋制動狀態(tài)，轉(zhuǎn)速大于同步轉(zhuǎn)速，停車時（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。針對上述問題，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，僅有開合電機(jī)運轉(zhuǎn)，抓滿煤開始提升時，提升和開合兩臺電機(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，變頻器采用制動單元和制動電阻后能夠提供100%的制動轉(zhuǎn)矩，使抓斗下放時，電機(jī)工作在制動狀態(tài)，變頻器的制動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、小車運行機(jī)構(gòu)變頻控制

該系統(tǒng)的大車、小車運行機(jī)構(gòu)基本象似，都是由兩臺電機(jī)控制，只是電機(jī)的功率不一樣，對兩臺電機(jī)分別采用兩臺相同的西門子MASTERDRIVES系列矢量控制型變頻器進(jìn)行起動及速度控制。由于兩臺電機(jī)是驅(qū)動的同一負(fù)載，為保證兩臺電機(jī)的同步運行，每臺變頻器均配置一塊TSY型同步板來實現(xiàn)同步控制。每臺變頻器還需要加裝直流母線上的制動單元實現(xiàn)四象限運行。

采用變頻器調(diào)速時，每臺變頻器分別單獨供電。設(shè)定一臺變頻器為啟動變頻器，另一臺為工作變頻器，兩臺變頻器設(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。在接受到起動按扭發(fā)出的起動命令及速度信號后，兩臺變頻器同步工作，當(dāng)需要快速停車或反向運轉(zhuǎn)時，兩臺電機(jī)的能量回饋通過制動單元釋放，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。四臺變頻器均采用矢量型變頻器并配以制動單元、制動電阻以確保在機(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)械制動立即動作，使之停車，這樣龍門抓的運行可靠性將會得到大大提高。

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)，實現(xiàn)空壓機(jī)組的集中控制；各臺空壓機(jī)的運行參數(shù)24h實時在線監(jiān)測，實現(xiàn)空壓機(jī)異常即報警。（3）利用變頻技術(shù)實現(xiàn)壓力穩(wěn)定、恒壓供風(fēng)，達(dá)到節(jié)約電能的目的。（4）1臺變頻器經(jīng)過切換可拖動4臺空壓機(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)的空載運行時間、減少空壓機(jī)啟動次數(shù)，達(dá)到節(jié)能、降低對設(shè)備沖擊的目的。

2技術(shù)改造實施方案

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、運行參數(shù)設(shè)置、實時曲線、歷史報表查詢及其他數(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、指示及報警裝置等組成。高壓變頻器、高壓啟動柜、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)運行、變頻器運行參數(shù)、高壓啟動柜電壓、電流、儲氣罐溫度傳輸?shù)郊毓襁M(jìn)行數(shù)據(jù)處理、顯示。根據(jù)運算數(shù)據(jù)控制空壓機(jī)與變頻器運行。運行狀況及各種參數(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傳輸給集控柜PLC，PLC運算后根據(jù)總管壓力和空壓機(jī)運行狀態(tài)智能地控制變頻器的運行頻率，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)在需要的工況下運行。（4）增設(shè)高壓切換柜，如圖2所示，內(nèi)裝4臺高壓真空接觸器，與空氣壓縮機(jī)高壓啟動柜一一對應(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)下運行的目的。（5）空壓機(jī)組控制。1）每臺空壓機(jī)啟動、停止、變頻狀態(tài)下運行均由PLC控制，PLC內(nèi)設(shè)空壓機(jī)運行程序。2）工作方式設(shè)定為5種：就地啟動／停止、遠(yuǎn)程啟動／停止、緊急停機(jī)、聯(lián)機(jī)控制、單臺控制。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)啟動停止全部由PLC程序控制?？諌簷C(jī)運行規(guī)定，連續(xù)運行不得超過72h，按照空壓機(jī)編號設(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，該臺空壓機(jī)自動轉(zhuǎn)為工頻運行，同時啟動第3臺空壓機(jī)變頻運行，以控制風(fēng)壓穩(wěn)定?？諌簷C(jī)變頻方式運行頻率30Hz及以下達(dá)10min以上時，該臺空壓機(jī)自動停止運行，同時原輔機(jī)或主機(jī)自動轉(zhuǎn)為變頻方式運行。

3技術(shù)關(guān)鍵及創(chuàng)新點

（1）工頻、變頻狀態(tài)下空壓機(jī)運行曲線的智能擬合。（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)按時切換控制。

4經(jīng)濟(jì)效益、社會效益分析

2011年1月系統(tǒng)改造完成并投入工業(yè)性運行，實現(xiàn)了多臺空壓機(jī)組聯(lián)動控制，運行狀況良好。（1）節(jié)能降耗效果顯著：通過實際測定，技術(shù)改造后比原運行方式節(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）實現(xiàn)了大型設(shè)備車間真正無人值守。機(jī)組自動24h穩(wěn)定高效運行，減少操作人員9人，年可節(jié)約人工費用54萬元。（3）穩(wěn)定的壓力輸出，減少了對生產(chǎn)的影響，為礦井安全生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。（4）維護(hù)量小，運行效率高。集控系統(tǒng)及變頻的投入運行減少了空壓機(jī)配件的磨損，延長了電機(jī)及空壓機(jī)的使用壽命，年可維修及配件費用可減少10余萬元。（5）實時設(shè)備運行狀況，便于人員觀察和及時掌握，發(fā)生異常及時處理，避免機(jī)械事故的發(fā)生。（6）采用變頻控制，實測減少噪聲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

對長期存放的變頻器，檢查時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風(fēng)葉，手感應(yīng)該流暢，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動應(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，如出現(xiàn)擺動則為異常。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，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”，因為逆變的IGBT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。紅端分別接“R”“S”“T”“U”“V”“W”，均速搖動搖表，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)計時已經(jīng)根據(jù)電源電壓選定了電容器的型號，所以內(nèi)部的溫度對電解電容器的壽命起決定作用。

電解電容器相對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，這是因為電解電容器內(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)部溫度實際上是電容器周圍環(huán)境溫度與脈動電流造成的溫度之和。因此，我們應(yīng)該在安裝時考慮適合的環(huán)境溫度，在電容器劣化過程中，會出現(xiàn)靜電容量減小，漏電流增大，等價電阻值增大，tgδ值增大等現(xiàn)象。維護(hù)保養(yǎng)時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以下時應(yīng)考慮更換電解電容器。對于儲存不超過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，隨時觀察電流的變化，當(dāng)電壓超過200伏時，振風(fēng)機(jī)等開始工作。這時可將電壓緩緩升到350伏，觀察有無電流波動，維持1小時后，將電壓升到額定電壓，再維持2小時，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。在眾多的檢查項目中，重點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行時間為判斷的基準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)

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