變頻器在節(jié)能領(lǐng)域的應(yīng)用

1、 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院（論文） 河 南 工 業(yè) 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院Henan Polytechnic Institute畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目: 變頻器在節(jié)能領(lǐng)域的應(yīng)用班 級(jí):機(jī)電1003班 姓 名:王江龍 指導(dǎo)教師:張國同摘要隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，直流拖動(dòng)的薄弱環(huán)節(jié)逐步顯露出來。由于換向器的存在，直流電機(jī)的維護(hù)量加大，單機(jī)容量、最高轉(zhuǎn)速以及使用環(huán)境都受到限制。人們開始轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便、價(jià)格低廉的異步電動(dòng)機(jī)。但異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能難以滿足生產(chǎn)的需要。于是，從20世紀(jì)30年代開始，人們致力于交流調(diào)速技術(shù)的研究，然而進(jìn)展緩慢。在相當(dāng)長的時(shí)期內(nèi)，直流調(diào)速一直以其優(yōu)異的性能統(tǒng)治著

2、電氣傳動(dòng)領(lǐng)域。20世紀(jì)60年代以后，特別是70年代以來，電力電子技術(shù)、控制技術(shù)和微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，使得交流調(diào)速性能可以與直流調(diào)速相媲美。目前，交流調(diào)速已進(jìn)入逐步代替直流調(diào)速的時(shí)代。關(guān)鍵字： 節(jié)能，變頻器 目錄摘要1第1章 緒論11.1變頻器的應(yīng)用11.2變頻器與節(jié)能11.3 國內(nèi)變頻技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展前景2第2章 變頻器的現(xiàn)狀及其未來的技術(shù)發(fā)展32.1變頻器的發(fā)展歷程32.2 變頻器的現(xiàn)狀42.3變頻器的變頻技術(shù)的現(xiàn)狀52.4變頻器的節(jié)能市場(chǎng)分析62.4.1 節(jié)能是變頻器的重要領(lǐng)域和潛力市場(chǎng)之一62.4.2節(jié)能及能量反饋72.4.3變頻器的工藝調(diào)速市場(chǎng)分析92.4.4變頻工藝控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)1

3、0第3章 變頻器簡介133.1 變頻器基礎(chǔ)133.2 變頻器基本原理143.3 變頻器的分類143.4 變頻器控制方式15第4章 常用變頻器介紹及應(yīng)用領(lǐng)域174.1 常用變頻器簡述174.2 變頻器的應(yīng)用的領(lǐng)域18第5章 變頻器在恒壓供水領(lǐng)域上的應(yīng)用225.1 供水系統(tǒng)的基本模型22第6章 恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)246.1恒定供水變頻調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)246.1.1變頻器的容量246.1.2電動(dòng)機(jī)的熱保護(hù)246.1.3主要的功能預(yù)制246.1.4系統(tǒng)主要特點(diǎn)256.1.5系統(tǒng)硬件配置256.2電氣控制系統(tǒng)原理圖276.2.1 主電路圖276.2.2 控制電路圖286.2.3變頻器外圍接線圖296.

4、3 系統(tǒng)功能簡介296.4 系統(tǒng)的PID設(shè)定336.5所用PLC元器件3336 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院（論文） 第1章 緒論1.1變頻器的應(yīng)用變頻器主要用于交流電動(dòng)機(jī)（異步電機(jī)或同步電機(jī)）轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，是公認(rèn)的交流電動(dòng)機(jī)最理想、最有前途的調(diào)速方案，除了具有卓越的調(diào)速性能之外，變頻器還有顯著的節(jié)能作用，是企業(yè)技術(shù)改造和產(chǎn)品更新?lián)Q代的理想調(diào)速裝置。自上世紀(jì)80年代被引進(jìn)中國以來，變頻器作為節(jié)能應(yīng)用與速度工藝控制中越來越重要的自動(dòng)化設(shè)備，得到了快速發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。1.2變頻器與節(jié)能變頻器產(chǎn)生的最初用途是速度控制，但目前在國內(nèi)應(yīng)用較多的是節(jié)能。中國是能耗大國，能源利用率很低，而能源儲(chǔ)備不足。在2003年

5、的中國電力消耗中，6070為動(dòng)力電，而在總?cè)萘繛?8億千瓦的電動(dòng)機(jī)總?cè)萘恐?，只有不?000萬千瓦的電動(dòng)機(jī)是帶變頻控制的。據(jù)分析，在中國，帶變動(dòng)負(fù)載、具有節(jié)能潛力的電機(jī)至少有1.8億千瓦。因此國家大力提倡節(jié)能措施，并著重推薦了變頻調(diào)速技術(shù)。應(yīng)用變頻調(diào)速，可以大大提高電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制精度，使電機(jī)在最節(jié)能的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。以風(fēng)機(jī)水泵為例，根據(jù)流體力學(xué)原理，軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。當(dāng)所需風(fēng)量減少，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，其功率按轉(zhuǎn)速的三次方下降。因此，精確調(diào)速的節(jié)電效果非常可觀。與此類似，許多變動(dòng)負(fù)載電機(jī)一般按最大需求來生產(chǎn)電動(dòng)機(jī)的容量，故設(shè)計(jì)裕量偏大。而在實(shí)際運(yùn)行中，輕載運(yùn)行的時(shí)間所占比例卻非常高。如采用變

6、頻調(diào)速，可大大提高輕載運(yùn)行時(shí)的工作效率。因此，變動(dòng)負(fù)載的節(jié)能潛力巨大。 作為節(jié)能目的，變頻器廣泛應(yīng)用于各行業(yè)。以電力行業(yè)為例，由于中國大面積缺電，電力投資將持續(xù)增長，同時(shí)，國家電改方案對(duì)電廠的成本控制提出了要求，降低內(nèi)部電耗成為電廠關(guān)注焦點(diǎn)，因此變頻器在電力行業(yè)有著巨大的發(fā)展?jié)摿Γ绕涫歉邏鹤冾l器和大功率變頻器。1.3 國內(nèi)變頻技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展前景 國內(nèi)已經(jīng)有較多的變頻器生產(chǎn)廠，但大部分的產(chǎn)品都是V/F控制和電壓空間矢量控制變頻器，使用在調(diào)速精度和動(dòng)態(tài)性能要求不高的負(fù)載上應(yīng)該沒有問題。工業(yè)應(yīng)用中絕大部分都是這種負(fù)載，變頻器在這種場(chǎng)合應(yīng)用最重要的要求是可靠性，國產(chǎn)變頻器占國內(nèi)市場(chǎng)份額不高的主要原

7、因是產(chǎn)品品質(zhì)不過硬。V/F控制和電壓空間矢量控制變頻器比矢量控制變頻器從技術(shù)上來看要簡單得多，由于國內(nèi)廠家大部分都是手工作坊式的生產(chǎn)，工藝欠佳，檢測(cè)手段有限，品質(zhì)的一致性和穩(wěn)定性難以保證。同樣是V/F控制的變頻器，國外的產(chǎn)品比國內(nèi)的產(chǎn)品品質(zhì)要好，這可能是生產(chǎn)工藝方面的差距。變頻器技術(shù)的另外一個(gè)層面是應(yīng)用技術(shù)。多年來，國家經(jīng)貿(mào)委一直會(huì)同國家有關(guān)部門致力于變頻器技術(shù)的開發(fā)及推廣應(yīng)用，在技術(shù)開發(fā)及技術(shù)改造方面給予了重點(diǎn)扶持，組織了變頻調(diào)速技術(shù)的評(píng)測(cè)推薦工作，并把推廣應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)作為風(fēng)機(jī)、水泵節(jié)能技改專項(xiàng)的重點(diǎn)投資方向，19951997年，3年間我國風(fēng)機(jī)、水泵變頻調(diào)速技術(shù)改造投入資金35億元，改造

8、總?cè)萘窟_(dá)100萬千瓦，可年節(jié)電7億度，平均投資回收期約2年。據(jù)有關(guān)資料表明，我國變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)取得了相當(dāng)大的成績，每年有數(shù)十億元的銷售額，說明我國的變頻器應(yīng)用已非常廣泛。從簡單的手動(dòng)控制到基于RS一485網(wǎng)絡(luò)的多機(jī)控制，與計(jì)算機(jī)和PLC聯(lián)網(wǎng)組成復(fù)雜的控制系統(tǒng)。在大型綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，先進(jìn)控制與優(yōu)化技術(shù)，大型成套專用系統(tǒng)，如連鑄連軋生產(chǎn)線、高速造紙生產(chǎn)線、電纜光纖生產(chǎn)線、化纖生產(chǎn)線、建材生產(chǎn)線等，變頻器的作用是電氣傳動(dòng)控制，其控制的復(fù)雜性、控制精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)都有很高的要求，已經(jīng)完全取代了直流調(diào)速技術(shù)。近年來，變頻器在功能上，利用先進(jìn)的控制理論，開發(fā)出了諸如卷取、提升、主從等控制功能，使應(yīng)用系

9、統(tǒng)的構(gòu)成更加方便和容易，使變頻器的應(yīng)用技術(shù)提高到一個(gè)新的水平。 第2章 變頻器的現(xiàn)狀及其未來的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)在，變頻技術(shù)在發(fā)達(dá)國家己經(jīng)成熟，隨著新的電力電子器件的不斷出現(xiàn)，新的變頻技術(shù)層出不窮，使其得到了更廣泛的推廣應(yīng)用。變頻技術(shù)的迅速發(fā)展是建立在電力電子技術(shù)的創(chuàng)新、電力電子器件及材料的開發(fā)及器件制造工藝水平提高基礎(chǔ)之上的，尤其是高壓大容量絕緣柵雙極晶體管IGBT、集成門極換流晶閘管工IGCT器件的成功開發(fā)，使大功率變頻技術(shù)得以迅速發(fā)展，性能日益完善。目前市場(chǎng)上新型變頻器品牌繁多，各有千秋。通過分析發(fā)現(xiàn)，這類變頻器有許多共同點(diǎn)。下面對(duì)變頻器的發(fā)展史及現(xiàn)狀和其未來的技術(shù)發(fā)展方向進(jìn)行分析介紹。2.1變

10、頻器的發(fā)展歷程變頻技術(shù)是應(yīng)交流電機(jī)無級(jí)調(diào)速的需要而誕生的。20世紀(jì)50年代末，美國通用電氣公司推出了電力半導(dǎo)體組件晶閘管（可控硅SCR），給變頻技術(shù)提供了劃時(shí)代意義的基礎(chǔ)硬件。進(jìn)入70年代，由于直流電機(jī)的調(diào)速局限性，交流電機(jī)越來越受到人們的青睞。隨著市場(chǎng)需求的增長，技術(shù)也日益發(fā)展和完善。1971年，美國、德國提出了矢量控制技術(shù)，使得變頻器的交流調(diào)速性能可以和直流調(diào)速相媲美。1973年，美國提出了電力電子技術(shù)這一新的技術(shù)學(xué)科，其最大應(yīng)用領(lǐng)域就是調(diào)速傳動(dòng)。1979年，日本采用矢量控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)開始實(shí)用化，技術(shù)又上了一個(gè)新臺(tái)階。到了20世紀(jì)80年代，由于電力半導(dǎo)體開關(guān)器件和微電子技術(shù)的進(jìn)步，變頻

11、器性能及可靠性提高，生產(chǎn)成本下降，其應(yīng)用開始普及。幾十年間，電力電子器件也從最初的SCR（晶閘管）、GTO（門極可關(guān)斷晶閘管），經(jīng)過BJT（雙極型功率晶體管）、MOSFET（金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管）、SIT（靜電感應(yīng)晶體管）、SITH（靜電感應(yīng)晶閘管）、MGT（MOS控制晶體管）、MCT（MOS控制晶閘管），發(fā)展到今天的IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）、HVIGBT（耐高壓絕緣柵雙極型晶閘管），器件的更新促使變頻器的應(yīng)用領(lǐng)域更為廣泛，市場(chǎng)規(guī)模隨之迅速擴(kuò)大。步入20世紀(jì)80年代，全球變頻器技術(shù)變革速度加快，走向成熟的變頻產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用在國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域。隨著中國變成世界工廠，制造業(yè)的快速發(fā)展為變

12、頻器產(chǎn)品提供了越來越大的市場(chǎng)空間，然而時(shí)至今日，國內(nèi)變頻器市場(chǎng)還可以說是外國人的天下，日系和歐美瓜分了80%的市場(chǎng)份額，但近年來臺(tái)灣變頻品牌也有一些強(qiáng)勢(shì)表現(xiàn)，國產(chǎn)品牌總體仍處于弱勢(shì)。國產(chǎn)變頻曾經(jīng)落后國外“1015年”，近幾年的奮起直追下，不僅在技術(shù)上有了很大突破，多家國產(chǎn)變頻的發(fā)展也同國際接軌，具備了相當(dāng)?shù)钠髽I(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。英威騰,易能,安邦信,智光電氣等國產(chǎn)變頻廠家，憑借價(jià)格優(yōu)勢(shì)，開始占據(jù)越來越多的市場(chǎng)份額，但不可否認(rèn)真正決定國產(chǎn)變頻是否具有競(jìng)爭(zhēng)力的核心因素還是技術(shù)水平。2.2 變頻器的現(xiàn)狀我國50%一60%的發(fā)電量用于交流電動(dòng)機(jī)，而容量在3kw以上，額定電壓一般為3一10kV動(dòng)機(jī)占電動(dòng)機(jī)總裝機(jī)容

13、量的40%一50%。由于我國中壓變頻技術(shù)仍沒有形成產(chǎn)業(yè)化，落后于國外發(fā)達(dá)國家，因此這部分電動(dòng)機(jī)在負(fù)載工況變化時(shí)，缺少經(jīng)濟(jì)可靠的調(diào)速手段，每天都在浪費(fèi)著大量的電能，因此國內(nèi)潛在著巨大的中壓大功率變頻器市場(chǎng)。世界上各大知名的電氣公司，如西門子、ABB、AB、AEG、東芝等，都在這一領(lǐng)域展開激烈的競(jìng)爭(zhēng)，投入大量的人力、物力和財(cái)力，開發(fā)研制高性能的產(chǎn)品，以搶占我國中壓大功率變頻器的市場(chǎng)。國家計(jì)委預(yù)計(jì)在今后十五年內(nèi)，使我國變頻器總需求的投資額在500億元以上，而其中60%一70%是中壓大功率變頻器。我國的高壓變頻器市場(chǎng)具有其特殊性，包括：(1)行業(yè)性很強(qiáng)，主要集中在冶金、電力、供水、石油、化工、煤炭等行

14、業(yè)。在工業(yè)用電中石油、煤炭等能源行業(yè)耗電占22.34%；化工占14.73%；冶金占14.18%；機(jī)械建材占10.96%；供水占10.53%(2)目前全國各行業(yè)中，只有少數(shù)企業(yè)的高壓電機(jī)使用了調(diào)速方式，市場(chǎng)空白點(diǎn)多。(3)高壓變頻器屬投資類設(shè)備，主要用于節(jié)能和改善生產(chǎn)工藝。用戶是否購買此類設(shè)備與政府的政策導(dǎo)向關(guān)系很大。如政府推廣力度較大，市場(chǎng)啟動(dòng)會(huì)快一些，反之則慢。另一方面市場(chǎng)還受國際、國內(nèi)經(jīng)濟(jì)大環(huán)境的影響以及國內(nèi)某些行業(yè)的整體經(jīng)濟(jì)效益好壞的影響。因此在未來市場(chǎng)發(fā)展過程中仍存在著一些不確定的因素(4)海外公司的知名品牌產(chǎn)品大舉進(jìn)入我國市場(chǎng)的可能性較大，各方應(yīng)有所準(zhǔn)備。2.3變頻器的變頻技術(shù)的現(xiàn)狀

15、交一交變頻是早期變頻的主要形式，適應(yīng)于低轉(zhuǎn)速大容量的電動(dòng)機(jī)負(fù)載。其主電路開關(guān)器件處于自然關(guān)斷狀態(tài)，不存在強(qiáng)迫換流問題，所以第一代電力電子器件晶閘管就能完全滿足它的要求。由于其技術(shù)成熟，在國內(nèi)開發(fā)研制也最多，目前在國內(nèi)仍有一定的市場(chǎng)。交一交變頻在其主接線中需要大量的晶閘管，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)工作量較大，并因采用移相控制方式，功率因數(shù)較低，一般僅有0.60.7，而且諧波成分大，需要無功補(bǔ)償和濾波裝置，使得總的造價(jià)提高。交一直一交變頻采用了多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如中一低一中方式，其實(shí)質(zhì)上還是低壓變頻，只不過從電網(wǎng)和電動(dòng)機(jī)兩端來看是高壓。由于其存在著中間低壓環(huán)節(jié)，所以具有電流大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、效率低、可靠性差等缺點(diǎn)。

16、由于其發(fā)展較早，技術(shù)也比較成熟，所以目前仍廣泛應(yīng)用。隨著中壓變頻技術(shù)的發(fā)展，特別是新型大功率可關(guān)斷器件的研制成功，中一低一中方式具有被逐步淘汰的趨勢(shì)。而直接中壓變頻方式，因沒有中間的低壓環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)上有著廣闊的發(fā)展前景。變頻器的逆變器普遍采用大功率場(chǎng)效應(yīng)管MOSET、大功率晶體管GTR、可關(guān)斷晶閘管GTO等的自關(guān)斷元件，其中GTR應(yīng)用最為普遍。但是在調(diào)制策略發(fā)展和要求逆變器輸出諧波分量更小的情況下，必須提高開關(guān)頻率，為此，GTR滿足不了這個(gè)要求，于是開發(fā)出了一種新元件IGBT。IGBT的全稱是絕緣柵雙極晶體管，是一種把MOSET與GTR巧妙結(jié)合在一起的電壓型雙極/M05復(fù)合器件，IGBT具有輸入

17、阻抗高、開關(guān)速度快、元件損耗小、驅(qū)動(dòng)電路簡單、驅(qū)動(dòng)功率小、極限溫度高、熱阻小、飽和壓降和電阻低、電流容量大、抗浪涌能力強(qiáng)、安全區(qū)寬、并聯(lián)容易、穩(wěn)定可靠及模塊化等一系列優(yōu)點(diǎn)，是一種極理想的開關(guān)元件。目前，電流2400A、電壓3300V、開關(guān)頻率40kHz的IGBT已在小、中、大功率范圍內(nèi)使用。IGBT不僅用于500V以下低壓變頻器，還可以用于I000V以上高壓變頻器以驅(qū)動(dòng)高壓電動(dòng)機(jī)。此類中壓、高壓變頻器采用多電平逆變器輸出高壓，也可用變壓器降壓低壓變頻器-變壓器升壓的方式。由于IGBT具有性能特好的優(yōu)勢(shì)，預(yù)計(jì)近十年內(nèi)不會(huì)被新開發(fā)的元件所取代。2.4變頻器的節(jié)能市場(chǎng)分析 2.4.1 節(jié)能

18、是變頻器的重要領(lǐng)域和潛力市場(chǎng)之一    電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能是國家發(fā)改委啟動(dòng)的十大重點(diǎn)節(jié)能工程之一，國家發(fā)展規(guī)劃要求，當(dāng)前應(yīng)推廣變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)，即風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)等通用機(jī)械系統(tǒng)采用變頻調(diào)速節(jié)能措施，工業(yè)機(jī)械采用交流電動(dòng)機(jī)變頻工藝調(diào)速技術(shù)。在“十一五”期間，我國將實(shí)現(xiàn)電機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行效率提高2個(gè)百分點(diǎn)，形成年節(jié)電能力達(dá)200億千瓦時(shí)的目標(biāo)。     據(jù)估算,我國電動(dòng)機(jī)總裝機(jī)容量約5.8億千瓦，占全國總耗電量的60%70%。其中，交流電動(dòng)機(jī)占90%左右。目前各類電機(jī)的運(yùn)行效率加權(quán)平均比國外低3%5%，風(fēng)機(jī)和泵的效率要比發(fā)達(dá)國家低2%3%，整體在用

19、的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行效率比國外低近20%。如果按電動(dòng)機(jī)總?cè)萘康?0%進(jìn)行調(diào)速改造，按年平均運(yùn)行4000時(shí)、節(jié)電率20%25%計(jì)算，年節(jié)電潛力為320億400億千瓦時(shí)。加上為改善工藝流程而進(jìn)行調(diào)速改造的電動(dòng)機(jī)可帶來的節(jié)電潛力，總節(jié)電潛力約為500億千瓦時(shí)，相當(dāng)于10000兆瓦裝機(jī)容量的火力發(fā)電廠的年發(fā)電量。由此可見，電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能是目前中國節(jié)能市場(chǎng)上最具商業(yè)潛力的領(lǐng)域。眾所周知，風(fēng)機(jī)和水泵是變頻器節(jié)能的重要領(lǐng)域和潛力市場(chǎng)領(lǐng)域，其使用量占據(jù)變頻器市場(chǎng)份額的半壁江山。2.4.2節(jié)能及能量反饋    采用變頻調(diào)速技術(shù)是節(jié)能降耗、改善控制性能、提高產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量的重要途徑，已在

20、應(yīng)用中取得了良好的應(yīng)用效果和顯著的經(jīng)濟(jì)效益。我們知道，提高效率主要有兩個(gè)重要途徑：    第一個(gè)途徑是通過變頻調(diào)速技術(shù)及其優(yōu)化控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)“按需供能”，即在滿足生產(chǎn)機(jī)械速度、轉(zhuǎn)矩和動(dòng)態(tài)響應(yīng)要求的前提下，盡量減少變頻裝置的輸入能量；第二個(gè)途徑則是將由生產(chǎn)機(jī)械中儲(chǔ)存的動(dòng)能或勢(shì)能轉(zhuǎn)換而來的電能及時(shí)地、高效地“回收”到電網(wǎng)，即通過有源逆變裝置將再生能量回饋到交流電網(wǎng)，在這個(gè)途徑中既可以節(jié)能降耗，又可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的精確制動(dòng)，提高電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)性能。通用變頻器大都為電壓型交直交變頻器，三相交流電首先通過二極管可控硅整流橋得到脈動(dòng)直流電，再經(jīng)電解電容濾波穩(wěn)壓，最后經(jīng)無源逆變輸出電

21、壓、頻率可調(diào)的交流電給電動(dòng)機(jī)供電。這類變頻器功率因數(shù)高、效率高、精度高、調(diào)速范圍寬，所以在工業(yè)中獲得廣泛應(yīng)用。但是通用變頻器不能直接用于需要快速起、制動(dòng)和頻繁正、反轉(zhuǎn)的調(diào)速系統(tǒng)，如高速電梯、礦用提升機(jī)、軋鋼機(jī)、大型龍門刨床、卷繞機(jī)構(gòu)張力系統(tǒng)及機(jī)床主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等。因?yàn)檫@種系統(tǒng)要求電機(jī)四象限運(yùn)行，當(dāng)電機(jī)減速、制動(dòng)或者帶位能性負(fù)載重物下放時(shí)，電機(jī)處于再生發(fā)電狀態(tài)。由于二極管可控硅整流器能量傳輸不可逆，產(chǎn)生的再生電能傳輸?shù)街绷鱾?cè)濾波電容上，產(chǎn)生泵升電壓。而以GTR、IGBT為代表的全控型器件耐壓較低，過高的泵升電壓有可能損壞開關(guān)器件、電解電容，甚至?xí)茐碾姍C(jī)的絕緣，從而威脅系統(tǒng)安全工作，這就限制了通用

22、變頻器的應(yīng)用范圍。    （1）將反饋到直流回路的能量以制動(dòng)電阻的熱能消耗掉的缺點(diǎn)    在這種情況下，要實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行只能通過外接制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻來實(shí)現(xiàn)，也就是說將反饋到直流回路的能量以制動(dòng)電阻的熱能消耗掉。所以說，這種制動(dòng)方式又稱為能耗制動(dòng)。該方法雖然簡單，但有如下嚴(yán)重缺點(diǎn): 浪費(fèi)能量，降低了系統(tǒng)的效率； 電阻發(fā)熱嚴(yán)重，影響系統(tǒng)的其他部分正常工作； 簡單的能耗制動(dòng)有時(shí)不能及時(shí)抑制快速制動(dòng)產(chǎn)生的泵升電壓，限制了制動(dòng)性能的提高（制動(dòng)力矩大，調(diào)速范圍寬，動(dòng)態(tài)性能好)。正是由于能量反饋在實(shí)現(xiàn)上的難度系數(shù)大，很多用戶甚至將此不作為節(jié)能看待

23、，這是一個(gè)危險(xiǎn)的信號(hào)。    （2）能量回饋系統(tǒng)的特點(diǎn)    能量反饋系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中主要有二種方式：單獨(dú)的能量反饋裝置和能量回饋技術(shù)的新發(fā)展雙PWM控制技術(shù)。    所謂能量反饋裝置，就是把有源逆變單元從變頻器中分離出來，直接作為變頻器的一個(gè)外圍裝置，可并聯(lián)到變頻器的直流側(cè)，將再生能量回饋到電網(wǎng)中。能量回饋單元的作用，就是取代原有的能耗電阻式制動(dòng)單元，消除發(fā)熱源，改善現(xiàn)場(chǎng)電氣環(huán)境，可減少高溫對(duì)控制系統(tǒng)等部件的不良影響，延長了生產(chǎn)設(shè)備的使用壽命。同時(shí)由于能量回饋單元，能有效的將變頻器電容中儲(chǔ)存的電能回饋2

24、040左右。  能量反饋單元具有如下特點(diǎn)：1、降低運(yùn)行成本，包括減少電能損耗、提高功率因數(shù)、改善電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量等；2、 提高制動(dòng)能力，如果以傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)制動(dòng)電阻器與變頻器的組合，制動(dòng)力矩大約為120%額定力矩/10s，10%ED；而VS-656RC5與變頻器的組合，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩則提高到150%額定轉(zhuǎn)矩/30s或者100%額定轉(zhuǎn)矩/1min（25%ED）或者80%額定轉(zhuǎn)矩/連續(xù)再生。送給交流電網(wǎng)，供周邊其他用電設(shè)備使用，則可節(jié)約生產(chǎn)用電，一般節(jié)電率可達(dá)20%。（3）雙PWM控制技術(shù)    雙PWM控制技術(shù)的工作原理:當(dāng)電機(jī)處于拖動(dòng)狀態(tài)時(shí)，能量由交流電網(wǎng)經(jīng)整流器中間

25、濾波電容充電，逆變器在PWM控制下降能量傳送到電機(jī);當(dāng)電機(jī)處于減速運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，由于負(fù)載慣性作用進(jìn)入發(fā)電狀態(tài)，其再生能量經(jīng)逆變器中開關(guān)元件和續(xù)流二極管向中間濾波電容充電，使中間直流電壓升高，此時(shí)整流器中開關(guān)元件在PWM控制下降能量饋如到交流電網(wǎng)，完成能量的雙向流動(dòng)。同時(shí)由于PWM整流器閉環(huán)控制作用，使電網(wǎng)電流與電壓同頻同相位，提高了系統(tǒng)的功率因數(shù)，消除了網(wǎng)側(cè)諧波污染。    雙PWM控制技術(shù)打破了過去變頻器的統(tǒng)一結(jié)構(gòu)，采用PWM整流器和PWM逆變器提高了系統(tǒng)功率因數(shù)，并且實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的四象限運(yùn)行，這給變頻器技術(shù)增添了新的生機(jī)，形成了高質(zhì)量能量回饋技術(shù)的最新發(fā)展動(dòng)態(tài)。

26、無論是能量反饋單元和雙PWM控制方式都能將能量反饋會(huì)電網(wǎng)，形成節(jié)能降耗、清潔生產(chǎn)的良好局面，其在變頻器節(jié)能領(lǐng)域的占有率將從目前不到3快速上升到15%。2.4.3變頻器的工藝調(diào)速市場(chǎng)分析    目前，中國的設(shè)備控制水平與發(fā)達(dá)國家相比還比較低，制造工藝和效率都不高。但隨著中國加入WTO，產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率都需要面臨國際競(jìng)爭(zhēng)，因此提高設(shè)備控制水平至關(guān)重要。由于變頻調(diào)速具有調(diào)速范圍廣、調(diào)速精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好等優(yōu)點(diǎn)，在許多需要精確速度控制的應(yīng)用中，變頻器正在發(fā)揮著提升工藝質(zhì)量和生產(chǎn)效率的顯著作用，其市場(chǎng)容量占到整個(gè)變頻器市場(chǎng)容量的1/3左右。  

27、0; 應(yīng)用變頻器可以提高工藝要求、提升產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)減輕了人工的勞動(dòng)強(qiáng)度、提高了生產(chǎn)效率，可以說，變頻器在紡織、食品、飲料、包裝、造紙、機(jī)床、電梯等行業(yè)的應(yīng)用前景和發(fā)展?jié)摿Χ疾豢尚∮U。    比如應(yīng)用在傳送帶上的變頻工藝控制系統(tǒng)，它采用一臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)線上的多臺(tái)傳送帶電機(jī)，根據(jù)所生產(chǎn)的產(chǎn)品，通過調(diào)整傳送帶的速度來提高生產(chǎn)率。在傳送帶上應(yīng)用變頻工藝控制系統(tǒng)具有以下3個(gè)優(yōu)點(diǎn)：（1）提高生產(chǎn)率，通過設(shè)定變頻器的頻率，可控制傳送帶生產(chǎn)線的速度，從而達(dá)到了提高生產(chǎn)率達(dá)目的；（2）可利用現(xiàn)有設(shè)備，可利用現(xiàn)有傳送帶上的齒輪馬達(dá)和現(xiàn)有的傳送帶進(jìn)行改動(dòng)；  &

28、#160; （3）可用一臺(tái)變頻器來控制多數(shù)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)，這些電動(dòng)機(jī)均并接到一臺(tái)變頻器上，通過變頻器的頻率設(shè)定可以保證多臺(tái)電動(dòng)機(jī)的同步運(yùn)行。2.4.4變頻工藝控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)變頻工藝控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于它能大大地提高工藝的高效性，因?yàn)槠渥兯俨灰蕾囉跈C(jī)械部分，具體表現(xiàn)特征如下：（1） 控制電機(jī)的啟動(dòng)電流    當(dāng)電機(jī)通過工頻直接啟動(dòng)時(shí)，它將會(huì)產(chǎn)生78倍的電機(jī)額定電流。這個(gè)電流值將大大增加電機(jī)繞組的電應(yīng)力并產(chǎn)生熱量，從而降低電機(jī)的壽命。而變頻調(diào)速則可以在零速零電壓啟動(dòng)(當(dāng)然可以適當(dāng)加轉(zhuǎn)矩提升)。一旦頻率和電壓的關(guān)系建立，變頻器就可以按照V/F或矢量控制方式帶動(dòng)負(fù)載進(jìn)行工作。

29、使用變頻調(diào)速能充分降低啟動(dòng)電流，提高繞組承受力，用戶最直接的好處就是電機(jī)的維護(hù)成本將進(jìn)一步降低、電機(jī)的壽命則相應(yīng)增加。這個(gè)對(duì)于輸送帶的起停控制、多段速控制尤其有效，由于電機(jī)經(jīng)常處于開關(guān)或繞組切換狀態(tài)，使用了變頻器后，就可以保證電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行壽命。（2）可控的加速功能變頻調(diào)速能在零速啟動(dòng)并按照用戶的需要進(jìn)行光滑地加速，而且其加速曲線也可以選擇(直線加速、S形加速或者自動(dòng)加速)。而通過工頻啟動(dòng)時(shí)對(duì)電機(jī)或相連的機(jī)械部分軸或齒輪都會(huì)產(chǎn)生劇烈的振動(dòng)。這種振動(dòng)將進(jìn)一步加劇機(jī)械磨損和損耗，降低機(jī)械部件和電機(jī)的壽命。另外，變頻啟動(dòng)還能應(yīng)用在類似灌裝線上，以防止瓶子倒翻或損壞。（3）可調(diào)的運(yùn)行速度運(yùn)用變頻調(diào)速能優(yōu)

30、化工藝過程，并能根據(jù)工藝過程迅速改變，還能通過遠(yuǎn)控PLC或其他控制器來實(shí)現(xiàn)速度變化。（4）可調(diào)的轉(zhuǎn)矩極限通過變頻調(diào)速后，能夠設(shè)置相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩極限來保護(hù)機(jī)械不致?lián)p壞，從而保證工藝過程的連續(xù)性和產(chǎn)品的可靠性。目前的變頻技術(shù)使得不僅轉(zhuǎn)矩極限可調(diào)，甚至轉(zhuǎn)矩的控制精度都能達(dá)到35左右。在工頻狀態(tài)下，電機(jī)只能通過檢測(cè)電流值或熱保護(hù)來進(jìn)行控制，而無法像在變頻控制一樣設(shè)置精確的轉(zhuǎn)矩值來動(dòng)作。（5）受控的停止方式如同可控的加速一樣，在變頻調(diào)速中，停止方式可以受控，并且有不同的停止方式可以選擇(減速停車、自由停車、減速停車直流制動(dòng))，同樣它能減少對(duì)機(jī)械部件和電機(jī)的沖擊，從而使整個(gè)系統(tǒng)更加可靠，壽命也會(huì)相應(yīng)增加。（6

31、）可逆運(yùn)行控制在變頻器控制中，要實(shí)現(xiàn)可逆運(yùn)行控制無須額外的可逆控制裝置，只需要改變輸出電壓的相序即可，這樣就能降低維護(hù)成本和節(jié)省安裝空間。（7）減少機(jī)械傳動(dòng)部件    由于目前矢量控制變頻器加上同步電機(jī)就能實(shí)現(xiàn)高效的轉(zhuǎn)矩輸出, 從而節(jié)省齒輪箱等機(jī)械傳動(dòng)部件, 最終構(gòu)成直接變頻傳動(dòng)系統(tǒng)。從而就能降低成本和空間, 提高穩(wěn)定性。當(dāng)然，使用變頻器進(jìn)行工藝控制，其優(yōu)點(diǎn)還有很多，根據(jù)不同的工藝控制選擇不同的變頻器運(yùn)行方式，所產(chǎn)生的效果也不一樣。第3章 變頻器簡介3.1 變頻器基礎(chǔ)（1） VVVF是 Variable Voltage and Variable Frequency

32、 的縮寫，意為改變電壓和改變頻率，也就是人們所說的變壓變頻。（2） CVCF是 Constant Voltage and Constant Frequency 的縮寫，意為恒電壓、恒頻率，也就是人們所說的恒壓恒頻。我們使用的電源分為交流電源和直流電源，一般的直流電源大多是由交流電源通過變壓器變壓，整流濾波后得到的。交流電源在人們使用電源中占總使用電源的95左右。無論是用于家庭還是用于工廠，單相交流電源和三相交流電源，其電壓和頻率均按各國的規(guī)定有一定的標(biāo)準(zhǔn)，如我國大陸規(guī)定，直接用戶單相交流電為220V， 三相交流電線電壓為380V，頻率為50Hz，其它國家的電源電壓和頻率可能于我國的電壓和頻率不

33、同，如有單相100V/60Hz，三相 200V/60Hz等等，標(biāo)準(zhǔn)的電壓和頻率的交流供電電源叫工頻交流電。通常，把電壓和頻率固定不變的工頻交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的裝置稱作“變頻器”。為了產(chǎn)生可變的電壓和頻率，該設(shè)備首先要把電源的交流電變換為直流電（DC），這個(gè)過程叫整流。把直流電（DC）變換為交流電（AC）的裝置，其科學(xué)術(shù)語為“inverter”(逆變器)。一般逆變器是把直流電源逆變?yōu)橐欢ǖ墓潭l率和一定電壓的逆變電源。對(duì)于逆變?yōu)轭l率可調(diào)、電壓可調(diào)的逆變器我們稱為變頻器。變頻器輸出的波形是模擬正弦波，主要是用在三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速用，又叫變頻調(diào)速器。對(duì)于主要用在儀器儀表的檢測(cè)設(shè)備中的

34、波形要求較高的可變頻率逆變器，要對(duì)波形進(jìn)行整理，可以輸出標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，叫變頻電源。一般變頻電源是變頻器價(jià)格的1520倍。由于變頻器設(shè)備中產(chǎn)生變化的電壓或頻率的主要裝置叫“inverter”，故該產(chǎn)品本身就被命名為“inverter”，即：變頻器。變頻器也可用于家電產(chǎn)品。使用變頻器的家電產(chǎn)品中，不僅有電機(jī)（例如空調(diào)等），還有熒光燈等產(chǎn)品。用于電機(jī)控制的變頻器，既可以改變電壓，又可以改變頻率。但用于熒光燈的變頻器主要用于調(diào)節(jié)電源供電的頻率。汽車上使用的由電池（直流電）產(chǎn)生交流電的設(shè)備也以“inverter”的名稱進(jìn)行出售。3.2 變頻器基本原理簡單地講，變頻器是利用交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與所供交流電的頻

35、率成正比的原理，改變電動(dòng)機(jī)的供電頻率從而達(dá)到改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。變頻器通常采用交直交的方式，即先由交流電整流成直流，通過計(jì)算機(jī)芯片的運(yùn)算，控制電力逆變?cè)?，如GTR（大功率晶體管）、IGBT（絕緣柵雙極型功率管）等，將直流電源逆變成新的頻率與電壓的交流電源，從而達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。 3.3 變頻器的分類      按照不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，變頻器可以分為若干類別。按照主電路工作方式分類，可以分為電壓型和電流型變頻器；按照開關(guān)方式分類，可以分為PAM、PWM控制變頻器；按照工作原理分類，主要分為V/F控制變頻器、轉(zhuǎn)差控制變頻器和矢量控制變頻器等；按照用途

36、分類，主要分為通用變頻器、專用變頻器等。 另外，按照變頻器所控制電動(dòng)機(jī)的電壓等級(jí)，變頻器可以分為低壓(110V，220V，380V等)、中壓(660V/690V，1140V，2300V)和高壓(3KV，3.3KV，6KV，6.6KV，10KV等)變頻器，高壓變頻器通常采用IGBT多級(jí)串聯(lián)的技術(shù)，而中壓變頻器和低壓變頻器不需要，由于這一技術(shù)方面明顯的分界線，使得業(yè)內(nèi)人士通常把中低壓變頻器歸為一個(gè)大類，和高壓變頻器分開。3.4 變頻器控制方式 控制技術(shù)的發(fā)展完全得益于微處理機(jī)技術(shù)的發(fā)展。自從1991年INTEL公司推出8X196MC系列以來，專門用于電動(dòng)機(jī)控制的芯片在品種、速度、功能、性價(jià)比等方面

37、都有很大的發(fā)展。如日本三菱電機(jī)開發(fā)用于電動(dòng)機(jī)控制的M37705、M7906單片機(jī)和美國德州儀器的TMS320C240DSP等都是頗具代表性的產(chǎn)品。變頻器的控制方式可以分為非智能和智能控制。其中，非智能控制方式包括V/F控制、轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等；智能控制方式包括模糊控制、人工智能控制、專家系統(tǒng)等，目前還處在理論探索階段，市場(chǎng)上尚沒有相關(guān)產(chǎn)品。本節(jié)主要簡要介紹目前市場(chǎng)上主流應(yīng)用的幾種控制方式。 （1）V/F控制方式 早期變頻器一般采用V/F控制方式，如東芝TOSVERT130系列、FUJIFVRG5P5系列，SANKENSVF系列等系列變頻器，大多數(shù)為開環(huán)恒壓頻比（VF=常數(shù)）

38、的控制方式。它是基于在改變電源頻率進(jìn)行調(diào)速的同時(shí)，又要保證電機(jī)的磁通量不變的思想提出的。其優(yōu)點(diǎn)是控制結(jié)構(gòu)簡單，尤其適合應(yīng)用在風(fēng)機(jī)、水泵上，缺點(diǎn)是低速時(shí)因電機(jī)定子電阻和逆變器死區(qū)效應(yīng)的存在而調(diào)速性能下降、轉(zhuǎn)矩響應(yīng)慢，比較適合應(yīng)用于對(duì)低頻調(diào)速性能要求不高的場(chǎng)合。（2）轉(zhuǎn)差頻率控制 它是一種直接控制轉(zhuǎn)矩的控制方式，是在V/F控制的基礎(chǔ)上，根據(jù)已知的異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的電源頻率以及希望得到的轉(zhuǎn)矩來調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，以控制電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。利用轉(zhuǎn)差頻率控制方式，需要在控制系統(tǒng)中安裝速度傳感器，有時(shí)還加有電流反饋，對(duì)頻率和電流進(jìn)行控制，是一種閉環(huán)控制方式，使變頻器具有良好的穩(wěn)定性，并對(duì)急速的加減速和負(fù)載

39、變動(dòng)有良好的響應(yīng)特性。 （3）矢量控制 電流矢量控制方法，也稱轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制，該方法于70年代提出。矢量控制方法實(shí)現(xiàn)了電機(jī)轉(zhuǎn)矩和磁場(chǎng)的獨(dú)立控制，使交流電動(dòng)機(jī)的控制性能可以和直流電動(dòng)機(jī)相媲美，開創(chuàng)了交流調(diào)速和直流調(diào)速相競(jìng)爭(zhēng)的時(shí)代，典型產(chǎn)品如德國西門子的6SE70通用型系列。矢量控制方法發(fā)展至今，以其優(yōu)越的控制性能，在變頻器行業(yè)得到了最為廣泛的應(yīng)用，國外的高性能變頻器普遍采用矢量控制方法。 （4）直接轉(zhuǎn)矩控制      1985年德國魯爾大學(xué)Depenbrock教授首先提出直接轉(zhuǎn)矩控制理論（DirectTorqueControl簡稱DTC）。該方法可以實(shí)現(xiàn)

40、很快的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度，其控制性能可以和矢量控制相媲美。1995年ABB公司首先推出的ACS600直接轉(zhuǎn)矩控制系列是該控制方法的典型產(chǎn)品，但目前直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)在變頻器行業(yè)未得到普遍使用，迄今為止仍只有ABB一家推出。第4章 常用變頻器介紹及應(yīng)用領(lǐng)域4.1 常用變頻器簡述交流變頻器在我國經(jīng)過了十幾年的發(fā)展，在產(chǎn)品種類、性能和應(yīng)用范圍等方面都有了很大的提高。目前，國內(nèi)市場(chǎng)上流行的通用變頻器品牌多大十幾種，(如歐美國家的品牌有西門子、ABB、Vacon（瓦控）、DANFOSS(丹佛斯)、Lenze（倫茨）、KEB(科比)、C.T.（統(tǒng)一）、歐陸、Moeller(金鐘默勒)、Schneider(施耐德)

41、、SIEI（西威）等，日本的品牌有富士、三菱、安川、三墾、日立、松下、東芝、明電、春日、東洋等；韓國LG、三星、現(xiàn)代；港澳臺(tái)地區(qū)的品牌有普傳、臺(tái)達(dá)、臺(tái)安、東元、正頻、寧茂、九德松益、愛德利等；國產(chǎn)的品牌有康沃、安邦信、惠豐、森蘭、阿爾法、時(shí)代、格立特、海利、佳靈、富凌、英威騰等。歐美國家的產(chǎn)品以性能先進(jìn)、適應(yīng)環(huán)境性強(qiáng)而著稱；日本產(chǎn)的產(chǎn)品以外形小巧、功能多而出名；港澳臺(tái)地區(qū)的產(chǎn)品以符合國情、功能簡單實(shí)用而流行；而國產(chǎn)的產(chǎn)品則以大眾化、功能簡單、功能專用、價(jià)格低廉的優(yōu)勢(shì)廣泛應(yīng)用。目前。在工業(yè)中使用的變頻器可以分為通用變頻器和專用變頻器兩大類，衡量通用變頻器性能的主要指標(biāo)有控制方式、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)矩控

42、制精度、速度控制精度、控制信號(hào)種類、速度控制方式、多段速度設(shè)定、載波頻率、頻率跳躍功能、通信接口等。新型的通用變頻器基本都具備這些功能，其功能、操作、維護(hù)及應(yīng)用方面均基本相似，差別僅在于不同品牌的通用變頻器有其特定的定義及獨(dú)特之處，但用戶不一定全用到這些性能指標(biāo)。而是根據(jù)需要選擇能滿足需要的功能及指標(biāo)，并以此作為衡量選擇通用變頻器的標(biāo)準(zhǔn)。隨著通用變頻器的功能增多，通用變頻器的應(yīng)用范圍日益廣泛，使用者可以通過通用變頻器的數(shù)字操作面板進(jìn)行操作，也可以用遠(yuǎn)程操作板進(jìn)行操作，還可以通過可選件的操作面板進(jìn)行擴(kuò)展功能的設(shè)定和調(diào)整；另外，可以使智能端子進(jìn)行數(shù)字或模擬設(shè)定，用可編程控制器或通過個(gè)人計(jì)算機(jī)進(jìn)行控

43、制，還可以通過現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行控制等。新型的通用變頻器一般具備有標(biāo)準(zhǔn)通信接口，用戶可以利用通信接口通過上位機(jī)監(jiān)視、控制現(xiàn)場(chǎng)的通用變頻器。通用變頻器的性能雖然日臻完善，但從產(chǎn)品和實(shí)際應(yīng)用上看，中小容量通用變頻器的主流仍以U/f控制方式為主，目前市場(chǎng)上銷售的通用變頻器大都將其列為通用型機(jī)型。矢量控制方式通用變頻器以進(jìn)入實(shí)用化應(yīng)用階段并普及應(yīng)用，早期的矢量控制方式變頻器需要與專用電動(dòng)機(jī)配套使用，這是由于其性能依賴于電動(dòng)機(jī)參數(shù)的準(zhǔn)確性，新型無速度傳感器矢量控制方式通用變頻器具有參數(shù)自適應(yīng)功能，能自動(dòng)辨識(shí)電動(dòng)機(jī)參數(shù)，并進(jìn)行跟蹤控制，因此，可保證系統(tǒng)工作在最佳狀態(tài)。無速度傳感器矢量控制方式通用變頻器的技術(shù)關(guān)鍵

44、是通過檢測(cè)的電壓和電流修正電動(dòng)機(jī)模型、估算電動(dòng)機(jī)的速度，并作為矢量控制所需的速度，并作為矢量控制所需的速度信息，間接地對(duì)磁通進(jìn)行控制。因此應(yīng)用時(shí)需要正確的將電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)輸入到通用變頻器中，以便通用變頻器能夠正確辨識(shí)和計(jì)算所需參數(shù)。為了改善矢量控制方式通用變頻器的速度控制特性，廣泛采用了32位數(shù)字信號(hào)處理器，將采樣時(shí)間縮短到100um以下，針對(duì)轉(zhuǎn)子電阻的影響，采用了新的控制策略和參數(shù)自動(dòng)識(shí)別，即具有參數(shù)自整定功能。無速度傳感器矢量控制方式通用變頻器在某些場(chǎng)合以達(dá)到可代替直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的需要，應(yīng)用領(lǐng)域包括各行業(yè)的輸送機(jī)、給料機(jī)、攪拌機(jī)、研磨機(jī)、粉碎機(jī)、切紙機(jī)、壓延機(jī)、擠壓機(jī)、閥門、壓縮機(jī)、冷卻

45、塔、塑料機(jī)械、電梯、起重機(jī)、輸油管道、各種紡織機(jī)械等。帶速度傳感器矢量控制方式通用變頻器主要應(yīng)用于大容量電動(dòng)機(jī)的低速控制及一些有特殊要求的應(yīng)用場(chǎng)合。4.2 變頻器的應(yīng)用的領(lǐng)域（1）變頻器在化工行業(yè)的應(yīng)用變頻器應(yīng)用到自動(dòng)提取液化氣系統(tǒng)設(shè)備改造上，解決了對(duì)電網(wǎng)沖擊大，人工操作的繁瑣，而最重要的是節(jié)能節(jié)電以及實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化提取液化氣系統(tǒng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每個(gè)月可節(jié)電40%左右，照此推算半年就可以回收成本，效果十分顯著。（2）變頻器在塑膠機(jī)械上的應(yīng)用在塑料產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，由于塑料的特性，產(chǎn)品的規(guī)格繁多和生產(chǎn)工藝的要求不同，所以，很多的地方都需要對(duì)生產(chǎn)機(jī)械進(jìn)行調(diào)速，隨著電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，變頻調(diào)速的技術(shù)已經(jīng)成

46、熟，變頻調(diào)速器已廣泛應(yīng)用在國民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)之中，它的平滑的無級(jí)調(diào)速，高可靠性，高精度，而且節(jié)約電能，可以提高自動(dòng)化水平等優(yōu)點(diǎn)，在一定的程度上提高了塑膠機(jī)械的自動(dòng)化水平，推動(dòng)了塑膠行業(yè)的發(fā)展。 （3）變頻器造紙機(jī)械上的應(yīng)用造紙企業(yè)是高能耗企業(yè)每噸紙所耗電能在500度以上，電能消耗十分嚴(yán)重，從設(shè)備和類型看50%以上為風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載，而這些設(shè)備目前基本上是采用閥門或擋板來調(diào)節(jié)風(fēng)量或液體流量的，大量的能量消耗在閥門或擋板上，采用變頻器進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以大量減少損耗，節(jié)約電能經(jīng)濟(jì)利益十分明顯，值得企業(yè)大力推廣。（4）變頻器在注塑機(jī)節(jié)能中應(yīng)用注塑機(jī)是對(duì)各種塑料進(jìn)行加熱、融熔、攪拌、增壓后，將塑料流體注入模具控內(nèi)

47、，完成工件一次注塑成型的設(shè)備，它的工序過程基本是相同的，大致可分為7個(gè)工序過程：鎖模、射膠、保壓、熔膠、冷卻、開模、頂針每一個(gè)工序都需要不同的壓力和流量，也就是說被加工的工件不都是在最大壓力或流量下工作的，其壓力和流量是靠壓力比例閥和流量比例閥來調(diào)節(jié)的，通過調(diào)整壓力或流量比例閥的開啟度來控制壓力和流量大小。然而，油泵電機(jī)在恒速運(yùn)轉(zhuǎn)、各工序中油泵的輸入功率并沒有多大變化，若用變頻器來調(diào)節(jié)電機(jī)(油泵)的轉(zhuǎn)速，來實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力和流量的調(diào)節(jié)，這樣既經(jīng)濟(jì)又實(shí)用。（5）鍋爐變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用鍋爐變頻調(diào)速的鼓(引)風(fēng)控制系統(tǒng)：為了提高鍋爐風(fēng)量的控制水平，又能達(dá)到節(jié)能的效果，采用變頻調(diào)速方式對(duì)風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)，是首選的

48、方案。由于，應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)可根據(jù)用汽量的變化，隨時(shí)調(diào)整鼓(引)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，減少了噪音對(duì)環(huán)境的污染(電機(jī)均運(yùn)行于額定轉(zhuǎn)速以下，風(fēng)的噪音隨之下降)，對(duì)提高工業(yè)衛(wèi)生水平起到一定的作用。由于鼓(引)風(fēng)機(jī)長期低于額定轉(zhuǎn)速的狀態(tài)之下運(yùn)行，電機(jī)及風(fēng)機(jī)的軸承不易損壞，延長了使用壽命，電機(jī)的發(fā)熱量也減少了，維修量下降，停機(jī)時(shí)間減少，節(jié)約了大量的維修費(fèi)用。（6）變頻調(diào)速器在油田采油井油機(jī)中的應(yīng)用其一、變頻器具有軟起動(dòng)功能，起動(dòng)時(shí)電流較小，對(duì)電網(wǎng)沖擊小，起動(dòng)時(shí)能耗大為降低。其二、引進(jìn)變頻器控制，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備上、下行程自動(dòng)識(shí)別從而控制抽油機(jī)上、下行程的電機(jī)運(yùn)行頻率分別可調(diào)，以改變抽油機(jī)上、下行程的運(yùn)行速度。亦可對(duì)變頻

49、器能耗制動(dòng)進(jìn)行準(zhǔn)確控制，以使變頻器更適應(yīng)該運(yùn)行工況。加上抽油機(jī)沖次的任意調(diào)節(jié)，可使用抽油機(jī)的抽汲參數(shù)對(duì)不同油進(jìn)而言更趨合理，當(dāng)調(diào)節(jié)適當(dāng)時(shí)，可提高泵的充滿系數(shù)，減少泵的漏失，從而提高泵效達(dá)到增產(chǎn)目的。（7）變頻器在中央空調(diào)冷卻泵上的應(yīng)用中央空調(diào)基本工作原理為采用壓縮機(jī)強(qiáng)迫制冷循環(huán)，將建筑物中的熱量通過冷媒(通常為水)轉(zhuǎn)移到制冷劑中，通過冷卻塔再將熱量轉(zhuǎn)移到大氣中，其中循環(huán)水的冷卻泵和冷凍泵所消耗的能量約占總耗能的60%?？照{(diào)設(shè)備均按設(shè)計(jì)工況的最大制冷量來考慮的，絕大多數(shù)的時(shí)間在低負(fù)荷情況下工作，因此，使用變頻器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)將節(jié)約大量的能量。（8）變頻器在恒壓供水上的應(yīng)用用變頻調(diào)速和PLC來實(shí)現(xiàn)恒壓供

50、水，與用調(diào)節(jié)閥門來實(shí)現(xiàn)恒壓供水相比較，節(jié)能效果十分顯著。其優(yōu)點(diǎn)是:起動(dòng)平穩(wěn)，起動(dòng)電流可限制在額定電流以內(nèi)，從而避免了起動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊;由于泵的平均轉(zhuǎn)速降低了，從而可延長泵和閥門等的使用壽命;可以消除起動(dòng)和停機(jī)時(shí)的水錘效應(yīng);在鍋爐和其他燃燒重油的場(chǎng)合，恒壓供油可使油的燃燒更加充分，大大地減輕了對(duì)環(huán)境的污染。本系統(tǒng)經(jīng)多年應(yīng)用與完善，性能優(yōu)越，安全方便，深得用戶好評(píng)。第5章 變頻器在恒壓供水領(lǐng)域上的應(yīng)用隨著變頻調(diào)速技術(shù)和可編程控制器的飛速發(fā)展，以及其應(yīng)用面廣、功能強(qiáng)大、使用方便，已經(jīng)成為當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化的主要裝置之一，在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域得到廣泛使用，在其它領(lǐng)域(如民用和家庭自動(dòng)化)的應(yīng)用也得到了迅速的發(fā)

51、展。由于變頻調(diào)速技術(shù)和可編程程序控制器的應(yīng)用靈活方便，在恒壓供水系統(tǒng)中亦得到廣泛的應(yīng)用。采用PLC作為中心控制單元，利用變頻器與PID結(jié)合，根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)可快速調(diào)整供水系統(tǒng)的工作壓力，達(dá)到恒壓供水的目的，提高了系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性，得到了良好的控制效果以及明顯的節(jié)能效果。介紹恒壓供水之前先要了解供水系統(tǒng)的一些基本特性。5.1 供水系統(tǒng)的基本模型供水系統(tǒng)的基本模型如圖5-1所示圖5-1 供水系統(tǒng)的基本模型圖中：L0水泵中心的位置； h0吸水口的水位； h1水平面的水位； h2管道最高處的水位；h3在管道高度不受限制的情況下，水泵能夠泵水上揚(yáng)的最高位置的水位。它可以用來說明水泵的泵水能力，在真實(shí)的管道系

52、統(tǒng)中，這個(gè)位置并不存在，因而是虛擬的。這是因?yàn)?，水泵的泵水能力，只有在大于管道的?shí)際最高位置情況下，才能正常供水。 以往的供水利用閥門調(diào)節(jié)供水量，此種供水方案經(jīng)過多年的使用存在種種弊端，有如下問題制約生產(chǎn)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行：(1) 用戶的用水量隨季節(jié)、時(shí)間的變化而變化，使供水量難以控制；而整個(gè)供水系統(tǒng)為能滿足最大供水量的要求，做出了較大的設(shè)計(jì)余量，這樣使得在用水量較低時(shí)浪費(fèi)了大量的電能。(2) 操作人員頻繁增減泵的運(yùn)行臺(tái)數(shù)或者通過調(diào)節(jié)閥門來保持水量的平衡，這樣不但增加了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且難以保證供水壓力的恒定，影響了供水質(zhì)量。(3) 頻繁開啟水泵增加了對(duì)點(diǎn)擊泵的機(jī)械沖擊，縮短了它們的檢修周

53、期和使用壽命，增加了設(shè)備的檢修費(fèi)用，尤其是當(dāng)大容量水泵啟動(dòng)時(shí)引起的電壓波動(dòng)會(huì)對(duì)其它設(shè)備運(yùn)行帶來不良影響。 而采用變頻調(diào)速控制的恒壓供水可以解決上述問題圖5-5 自動(dòng)恒壓供水系統(tǒng)原理圖第6章 恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)6.1恒定供水變頻調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn) 6.1.1變頻器的容量一般地說，當(dāng)有一臺(tái)變頻器控制一臺(tái)電動(dòng)機(jī)時(shí)，只需使變頻器的配用電動(dòng)機(jī)容量與實(shí)際電動(dòng)機(jī)容量相符即可。當(dāng)一臺(tái)變頻器同時(shí)控制兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)時(shí)，原則上變頻器的配用電動(dòng)機(jī)容量應(yīng)等于兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的容量之和。但如在高峰負(fù)載時(shí)的用水量比兩臺(tái)水泵全速供水的供水量相差很多時(shí)，可考慮適當(dāng)減小變頻器的容量，但應(yīng)注意留有足夠的裕量。6.1.2電動(dòng)機(jī)的熱保護(hù)雖然水泵

54、在低速運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)的工作電流較小。但是，當(dāng)用戶的用水量變化頻繁時(shí)，電動(dòng)機(jī)將處于頻繁的升速、降速狀態(tài)，而升速、降速的電流可能略超過電動(dòng)機(jī)的額定電流，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)過熱。因此，電動(dòng)機(jī)的熱保護(hù)是必需的。對(duì)于這種由于頻繁地升速、降速而累積起來的溫升，變頻器內(nèi)部的電子熱保護(hù)功能是難以起到保護(hù)作用的，所以，應(yīng)采用熱繼電器來進(jìn)行電動(dòng)機(jī)的熱保護(hù)。6.1.3主要的功能預(yù)制（1）最高頻率：應(yīng)以電動(dòng)機(jī)的額定頻率為變頻器的最高工作頻率。（2）升速、降速時(shí)間：在采用PID調(diào)節(jié)器的情況下，升速、降速時(shí)間應(yīng)盡量設(shè)定得短一些，以免影響由PID調(diào)節(jié)器決定的動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程。如變頻器本身具有PID調(diào)節(jié)功能，只要在預(yù)置時(shí)設(shè)定PID功能有

55、效，則所設(shè)定的升速和降速時(shí)間將自動(dòng)實(shí)效。6.1.4系統(tǒng)主要特點(diǎn)該恒壓供水系統(tǒng)各部分的主要特點(diǎn)與功能：（1）操作臺(tái)：實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)操作控制及參數(shù)的設(shè)定與顯示，該系統(tǒng)的操作臺(tái)為電控柜。（2）可編程序控制器：完成供水網(wǎng)的壓力信號(hào)和操作控制信號(hào)的輸入，以及PLC的控制輸出，實(shí)現(xiàn)對(duì)一臺(tái)變頻器的調(diào)速控制。（3）變頻器：具有手動(dòng)和自動(dòng)調(diào)速功能。（4）切換裝置：由繼電器、接觸器、開關(guān)等組成，實(shí)現(xiàn)1臺(tái)變頻器控制3臺(tái)泵機(jī)的切換，以及在變頻器故障時(shí)，旁路泵機(jī)到工頻運(yùn)行。該控制系統(tǒng)控制方案既不屬于“所有的水泵僅配一臺(tái)變頻器”的方案，又不屬于“每臺(tái)水泵配一臺(tái)變頻器”的方案，是一種混合型方案。6.1.5系統(tǒng)硬件配置目前市場(chǎng)上銷

56、售的PLC、變頻器、軟啟動(dòng)器品類繁多、價(jià)格迥異，出于經(jīng)濟(jì)原因以及運(yùn)行維護(hù)等方面的原因，經(jīng)過市場(chǎng)調(diào)查特選用西門子S7-200 CPU226型可編程控制器以及一塊8路數(shù)字量輸入擴(kuò)展模塊EM221，臺(tái)達(dá)VFD075M23A變頻器?？刂葡到y(tǒng)的I/O點(diǎn)及地址分配如下：表6-1輸入點(diǎn)代碼和地址編號(hào) 表6-2輸出點(diǎn)代碼和地址編號(hào)名稱代碼地址編號(hào)手動(dòng)和自動(dòng)運(yùn)行SA1I0.1開始SB1I0.2變頻器報(bào)警信號(hào)I0.3消防按鈕SB3I0.4水壓（上、下限）I0.5I0.6水位自動(dòng)和手動(dòng)控制SA2I0.7I1.0水位上、下、下下限I1.1I1.2I1.31#泵變頻、工頻運(yùn)行LW1I1.4I1.51#泵起停SB4SB5

57、I1.6I1.72#泵變頻、工頻運(yùn)行LW2I2.0I2.12#泵起停SB6SB7I2.2I2.33#泵變頻、工頻運(yùn)行LW3I2.4I2.53#泵起停SB8SB9I2.6I2.7消鈴按鈕SB10I3.0壓力傳感器模擬量電壓值UpAIW0名稱代碼地址編號(hào)運(yùn)行指示燈HL0Q0.01#泵變頻運(yùn)行接觸器KM1KM2Q0.12#泵變頻運(yùn)行接觸器KM3KM4Q0.23#泵變頻運(yùn)行接觸器KM5KM6Q0.31#泵工頻運(yùn)行接觸器KM2KM4FR1Q0.42#泵工頻運(yùn)行接觸器KM4KM5FR2Q0.53#泵工頻運(yùn)行接觸器KM6KM7FR3Q0.6消防指示燈HL12Q0.7生活/消防供水轉(zhuǎn)換電磁閥YV2Q1.1變頻器故障報(bào)警指示燈HL19Q1.2報(bào)警電鈴HAQ1.3控制變頻器頻率電壓信