變頻技術范文第1篇
【摘要】當前，隨著我國經濟社會發展的轉型升級，變頻技術在煤礦機電設備改造中得到了廣泛的應用。變頻技術的主要優勢在于節能和調節性能。但是變頻技術在機電設備改造中的應用比較晚，需要進一步研究。在本文中，筆者結合自身的工作實際和理論知識，從變頻技術的定義出發，分析了其在煤礦機電設備改造中的應用。
【關鍵詞】變頻技術；機電設備；設備改造
在煤礦機電設備的更新改造中，變頻技術得到了廣泛的應用。而這主要得益于該技術在節能和調節方面的良好性能。變頻技術在風機和泵類設備中具有相當的優勢。眾所周知，煤礦機電設備的改造是確保正常生產的重要內容，而在設備改造中利用變頻技術，則有利于提升變頻設備的性能。
一、變頻技術及其基本原理
（一）變頻技術的概念
變頻技術是指通過改變電流頻率的一種技術，通過變頻器來實現對設備的控制。一般而言，變頻器的結構比較復雜，主要包括鍵盤、電機、電源板和控制主板等，這些部件組合在一起，便可實現改變電流頻率的目的。而在以往，機電設備的電流是不能夠改變的，這也就使得設備在運行過程中，其轉速無法改變，不僅會降低設備壽命，而且造成電能的浪費。而變頻技術對于改變這一現狀提供了可能。
（二）變頻技術的原理
在不變動電壓的情況下，變頻器可通過電力半導體的作用，把機電設備中無法改變的電流頻率轉化為可以改變的電流，從而實現電流頻率的改變，以此來調節設備的運行。這是變頻技術的基本原理。
當前，變頻技術在煤礦機電設備改造中有著廣泛的應用，對于提升機電設備的性能具有重要的意義。
二、變頻技術在煤礦機電設備改造中的應用
在煤礦生產中，在煤礦機電設備中，普通的變頻器應用比較廣泛，但是隨著技術的發展，變頻器的應用目的當前正逐漸從節能降耗向系統控制的智能化和靈活性轉變。此外，遠程控制也是其發展方向之一。在煤礦煤機的更新改造中，一般采用變頻驅動來代替傳統的手動閘門控制系統。通常使用德國西門子公司聲場的Micro Master440新一代沒款，設計的變頻器具有相當高的標準。在這變頻器中，同時包括輸出、輸入、數值量輸入和繼電器輸出。通訊結構等。此外，用戶界面也比較高，安裝和操作均比較方便，可實現靈活的控制。
某煤礦順槽膠帶傳送機由于設備老化，需要通過變頻技術進行改造，筆者即以傳送機的改造為例，分析變頻技術在煤礦機電設備改造中的應用。傳送機原有的驅動力為480Kw，但是隨著煤礦開采作業量的不斷增加，該設備已經無法滿足生產的需要，所以煤礦計劃增加輸送機的輸送量。
該傳送機下現實情況是，皮帶超過了使用年限，電機和減速器屬于懸掛式結構，在持續的工作中會容易出現故障，而且情況還比較的嚴重。所以，對其技術改造可根據下圖所示的內容來進行。
該傳送機改造使用的是交流——直流——交流無速傳感器矢量控制技術。按照一定的原理推算出電機實際的轉速數值。在傳送機在運輸的過程中，必須確保額定局數百分百輸出，以此來實現自動向電網輸電的設計目標，從而能夠大量的節省電能。
主控臺在接通電源之后，這時顯示器就可以顯示該變頻技術的相關指標，如果設備的運行條件是安全的，則相關的指示燈便會自動亮起。在此工況條件下，操作人員便可以按下安全回路的啟動電鈕，如果安全繼電器等設備顯示接通裝填，則這時裝置處于待機裝填。等開車的信號發出之后，顯示器中的指示燈便會開始工作，操作人員合上制定泵，則其便開始工作，相關的指示燈這時也會亮起。
而對于對手閘的控制，則需要技術推上操作，沿著正確的方向進行操作，這時電動機便會根據預先設定好的數值提升到最大的轉速。對手閘控制推上，則可實現把反轉電動機轉速由零向預定的數值提升。當主令手柄推到零時，則電動便會按照設定的值有規律降到零。
三、煤礦機電設備改造中應用變頻技術的注意事項
在煤礦機電設備的改造中，應用變頻技術，注意事項有：
（一）結合機電設備的具體使用條件。在上文中，筆者已經分析指出，基于變頻技術的變頻器具有諸多的優點，比如具有節能、高校和良好的調節性能等，但是不可否認的是，基于該技術的變頻器也具有一定的缺點，比如噪聲和振動大、價格比較高和容易發熱等。這就要求在實際的應用過程中，必須結合機電設備的實際情況來應用，主要是確定該設備有無必要使用該技術、變頻器的工作電壓、頻率限制和加減速的時間等各項技術參數的確定。
（二）合理的負載匹配。選擇電動機和變頻器的類型，主要是根據負載特性。比如通常恒轉矩負載應選擇轉矩特性較好、啟動和制動大、過載時間和能力均較好的變頻器。而對于風機的選擇，則需要選擇經濟、可靠的變頻器，選擇U/f=const的變頻器。恒功率負載要求為定值控制，具有專業的設計。
（三）正確的安裝和使用。對于變頻器來說，其對于安裝質量有著比較高的要求。通常，變頻器的使用溫度范圍為-10℃～50℃，而且對海拔也有一定的要求，不能超過1000m。如果超過這個限制值，則需要降容；變頻器不能安裝在振動比較頻繁的地點，如果安裝在振動頻繁的地點，則需要采取一定的防震措施；在電磁干擾到的區域，也不能安裝變頻器；對于潮濕、帶有腐蝕性氣體的環境，也不能安裝變頻其?？偠灾?，變頻器對于安裝有著比較高的要求，必須注意安裝的注意事項。
結語
當前，隨著我國經濟社會的發展，對于煤炭的需求量越來越大。這就需要確保煤礦機電設備的性能良好。在當前的煤礦機電設備改造中，一般使用變頻技術進行改造。在本文中，筆者從變頻技術的概念和原理、變頻技術在設備改造中的應用及其注意事項等方面分析了變頻技術在煤礦機電設備更新改造中的應用。
變頻技術范文第2篇
變頻調速技術的優越性除表現在提高產品質量和產量外;另一重要表現即為節電顯著。據統計, 我國的用電量中約有六成是通過電動機消耗的。由于起動、過載、安全系統等原因, 高效的電動機經常在低效狀態下運行, 因此其中節能空間巨大, 如采用變頻器對交流異步電動機進行變頻調速控制, 可使電動機重新回到高效的運行狀態, 從而節省大量電能。
1 調頻調速原理
(1) 變頻節能由流體力學可知:風量Q與轉速的一次方成正比例, 壓力H與轉速的平方成正比, 功率P與轉速的立方成正比。即:Q=K1n, H=K2n2, P=K3n3。因此, 如果風機的效率一定, 當要求調節流量下降時, 轉速可成正比例下降, 此時風機的軸輸出功率是成立方關系下降的。
(2) 功率因數補償節能無功功率會增加線損和設備的發熱, 且功率因數的降低會導致電網有功功率的降低。由公式P=S*COSφ中, Q=S*SINφ, 其中S為視在功率, P為有功功率, Q為無功功率, COS中為功率因數, 可知COS中越大, P越大, 普通水泵電機的功率因數在0.6~0.7之間, 使用變頻調速裝置后, 由于變頻器內部濾波電容的作用, COSφ≈1, 從而減少了無功損耗, 增加了電網的有功功率。
(3) 軟啟動節能由于電機為直接啟動或Y/△啟動, 啟動電流等于4~7倍額定電流, 這樣會對機電設備和供電電網造成嚴重的沖擊, 瞬間產生的震動對擋板和閥門的損害極大, 影響設備壽命。而使用變頻節能裝置后, 利用變頻器的軟啟動功能將使啟動電流從零開始, 最大值也不超過額定電流, 減輕了對電網的沖擊和對供電容量的要求, 延長了設備和閥門的使用壽命, 節省了設備的維護費用。由于變頻器每千瓦的成本隨著其功率增大而減少, 變頻調速裝置的經濟性也隨著電機功率的增大而提高。變頻調速裝置投資回收期為一年左右, 使用壽命約10年。
2 變頻調速節能技術
2.1 節能原理
根據流體力學的原理理論, 泵、風機類負載的流量與轉速成正比。泵風機類的負載的壓力與轉速成正比即:=Q (流量) *H (壓力) , 可知公式表明, 功率P與轉速N的立方成正比。如果水泵的效率一定, 當要求調節流量下降時, 轉速N可成比例的下降, 而此時軸輸出功率P成立方關系下降。即水泵電機的耗電功率與轉速關系近似成立方比的關系。如一臺水泵電機功率為55kW, 當轉速下降到原轉速的0.8時。其耗電量為28.1kW, 節能48.18%。當電動機轉速降低時, 電動機輸出功率將大幅下降。轉速緊下降10%, 功率消耗下降了27.1%。也就是說節省了相當一部分的電費支出。變頻調速技術對風機、泵類電動機的節能效果非常明顯。
3 變頻技術在節能技術領域的應用
當然變頻調速的節能效果也視其負載決定, 在恒功率負載時 (即在基頻以上工作) , 轉矩大致上與速度成反比。而在恒轉矩負載 (基頻以下工作) 和風機、水泵類負載時, 其節能效果就會凸顯出來尤其是對于后者來說, 更是節能調速的最佳方案。
根據流體理論, 離心式風機、水泵的軸功率是轉速的三次方函數的關系。根據流體機械的公式為:
即流量與轉速成正比, 壓力與轉速平方成正比, 軸功率與轉速的立方成正比, 當所需風量減少, 風機轉速降低時, 其軸功率按轉速的三次方下降, 理論上如果風量為額定流量的80%, 感應電動機轉速控制在額定轉速的80%運行, 其軸功率將為額定功率的51%與采用擋板調節相比, 可減少49%的功率。如果流量下降到額定流量的50%時, 感應電動機轉速可控制制在額定轉速的50%運行, 其軸功率為額定功率的13%, 與采用擋板調節相比, 可減少87%的功率。
根據以上分析, 變頻調速技術可應用在礦山、冶金、建材、石油、石化、電力等行業, 因為這些行業皆應用大量的通風機、壓縮機、提升機、補水泵、加壓泵等設備, 這些設備多數用交流電機驅動, 功率均在幾百千瓦以上, 有的高達數千甚至上萬千瓦, 消耗電能巨大, 但大部分設備不是工作在額定功率, 經常只有50%至80%的輸出, 如采用變頻調速技術對其控制, 節能意義不言而諭。另外采用變頻調速技術還可減少設備振動, 消除大電機起動的電流沖擊, 避免機械震蕩, 降低設備故障率, 減輕設備維修工作量。
4 電力電子變頻節能技術的優點和前景
4.1 效率高
發電機方案要作電一機一電的變換, 存在傳動, 空載損耗, 其效率在滿負荷時只能達到70%, 低負荷時不到30%。但變頻器僅作電能變換, 即交流一直流一交流的方法, 故效率高達95%, 長期工作時效果更顯著。
4.2 適應性好
發電機要根據頻率、電壓、功率米選擇, 變頗器只需按功率來定, 它的頻率, 電壓均可無級調節, 適應各種新、老砂輪軸的驅動要求。
4.3 加工方便, 通用性強
對各種砂輪軸供電的發電機, 要專門設計、制造、加工復雜周期長、體積笨重, 變頻器用電子元件組成電箱, 裝配方便, 電路通用, 僅需按功率不同配備不同的功率管就行。
4.4 起制動性瞳好
發電機都是在額定頻率、電壓起動、起動電流是額定電流的5倍, 對砂輪軸沖擊大;變頻器是變頻、變壓, 從小到大同步起動, 起動電流限制在額定電流以內, 升速平穩, 停車時可作能耗制動, 停車時間比發電機快, 同時, 還具有無噪音、無振動、控制方便等優點, 也是發電機無法比擬的。但變頹器也有弱點, 線路復雜, 電子元件有一定的工作環境要求, 如耐沖擊性較差等, 因此其穩定性, 可靠性還有待提高。
5 結語
節能降耗是國際大勢所趨, 也是我國尋求可持續發展的重要途徑。隨著電力電子技術、微電子技術與控制理論, 以及電力開關器件的發展, 交流變頻技術從理論到實踐, 已日益成熟。變頻調速以其效率高、范圍大、精度高、特性硬、無極調速等優點, 在各種交直流調速系統中已逐漸占主導地位, 尤其是節能技術方面, 變頻調速的應用必將不斷擴大。
摘要：變頻調速技術是當代電機調速的潮流, 它有體積小、重量輕、精度高、通用性強、工藝先進、保護齊全、可靠性高、操作簡單等優點。文章通過介紹變頻調速和節能的原理, 簡訴變頻技術是如何達到節能的目的。
關鍵詞：變頻技術,交流電,調速,節能
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變頻技術范文第3篇
[摘 要]在礦山開采過程中，由于礦山機電設備所消耗的能源較大，產出和消耗不成比例，因此受到人們的廣泛關注。近年來，我國在變頻控制技術方面的資金與精力投入不斷加大，且把此種控制技術推廣到機電生產與礦山領域，合理化應用變頻控制技術，能實現對機電設備功耗的合理化控制，有利于延長機電設備的實際使用壽命，也推動了我國礦山產業的進一步發展。對此，本文就礦山機電設備變頻控制技術展開了相關的分析與研究。
[關鍵詞]礦山;機電設備;變頻控制技術
礦山產業為整個社會和工業發展提供了一定的能源，是我國的重點發展產業，且我國礦山企業擁有相對先進的設備與技術。如今，人們對能源的需求量逐步增加，且礦產資源的產量也受到了國家的重視，對此，將相關的科學技術應用到礦山機電設備中具有重要意義。其中以變頻控制技術為典型的科技元素逐步被注入到礦山機電設備系統中。目前，礦山數量在不斷增加，變頻控制技術在整個礦山機電設備中的應用，大大提高了機電設備的運行效率。
1 變頻控制技術的基本原理與發展現狀分析
通常情況下，礦山機電設備無需長時間且滿負荷的運行，為了滿足礦山開發與資源保護的基本要求，可將變頻控制技術應用到礦山開發之中，以防止機電設備產生過剩的力矩。變頻調速技術主要包括計算機技術、電力電子技術與電機驅動技術。在變頻調速技術應用的過程中，主要是將機械設備與強弱電技術進行有機的結合，以形成一種強大而創新型的技術體系。
1.1 變頻控制技術的基本原理
1.1.1 電壓轉換與調速
（1）變頻控制技術在礦山機電設備中的應用。為實現電子技術、危機管理技術和電子傳輸技術的有機結合，機電設備主要利用電能實現混合處理的綜合技術。其主要目的是利用功率半導體器件的實際開關效應，使工頻電源及時轉換為另一種變頻調速裝置。
（2）變頻技術在煤礦機電設備中的應用，.主要是將變頻技術轉化為一般的電流和電壓，通過改變其頻率來實現互用。在這一過程中，交流電壓成為實現無級調速的重要驅動電源，電壓的基本要求也達到了無損調速的目的。
1.1.2 提高整體性能
結合變頻控制技術的基本運行原理，通過調速的方式來應對礦山機電設備的基本負荷變化，以達到自動加減速的效果，有利于提高礦山的基本運行效率。變頻控制技術的應用就是矢量控制與轉矩直接控制的有機結合，而共同研發的智能化自動控制系統，主要是借助數字信號處理技術與單片機通過集成電路來科學的進行調速，從而達到參數識別與合理化編程，以達到智能化管理效果，更好的應用到礦山機電設備之中。
1.1.3 變頻控制技術發展現狀分析
目前，變頻控制技術仍舊處于積極發展的狀態，最關鍵的是核心功率器件進一步的發展。變頻控制技術具有很好的智能化優勢，旨在達到直接控制的目的，從而體現變頻調速的高效性。近年來，隨著科學技術的逐步發展，電子信息技術、自動控制技術、計算機技術和大功率輸出技術的應用，使變頻控制技術在煤礦機電設備中的應用有了很大的突破。目前，各個行業都在積極地推進環保工作，通過相關的分析可得知，電氣設備、采礦、機械與礦山的能耗量比較大，會對周邊環境造成嚴重的負擔，從而影響到人們的實際生活，這主要是由于壓氣、通風等設備會耗費大量的電能。為優化與完善變頻控制技術，使其能夠更大程度處理好節能問題，從而獲得理想的效果。近些年來，通過對神經網絡的研發與設計，促使變頻控制技術更好地應用到智能控制系統之中，使得變頻技術在機電設備中的應用范圍逐步拓寬。借助變頻控制技術能提高開發效率，有利于推動礦山運行系統的進一步發展。把變頻控制技術應用在礦山機電設備中，能有效提高內部編程效率，能精準識別各項參數性，便于煤礦機電設備安全而穩定的運行。
2 礦山機電設備變頻控制技術的應用
2.1 變頻控制技術在提升機中的應用
在礦山運行系統中，提升機具有高度的存在價值，其主要負責人員與物料的安全運輸，在整個礦山生產體系中發揮著十分重要的作用。通常情況下，先通過電動機轉子電路與金屬電阻器進行有效地連接，利用接觸器關閉電阻或鼓型控制器來調節速度，由于電頻范圍不造成的電阻消耗過大、散熱性較差，且精度比較低等問題，在提升機下坡或減速段所設置的直流電源與低頻電源，容易造成嚴重的資源浪費。將變頻控制技術應用到提升機驅動系統內，主要是能夠從根本上排除一系列的缺點，以達到無極加速與減速的目的，以提高系統的保護性能，其主要優勢表現如下：
（1）相關的編程工作可通過程序員的具體指令來完成，為控制與處理好繼電器的邏輯關系，電路圖和梯形圖之間的有效轉換更容易控制。
（2）由于外部線路繼電器的實際數量大大減少，其所占據的空間也在逐步下降，使得維護成本與故障發生概率大大降低。
（3）借助觸摸屏與編程器能夠很好的檢測出系統存在的故障，能及時檢測出機械故障與電氣故障。
（4）擴展性能與控制精度大大提高。為更好的修改內部程序，其在不改變硬件連接的基礎上，實現系統功能參數的不斷變化，以達到柔性控制的目的。
（5）當提升機處于一種負力狀態之下，電動機所產生的再生能量會回饋給電網，能有效節約電能，且由于自動力矩的逐步增加，促使轎車安全性能逐步提高。
（6）變頻控制技術的應用，有利于促進提升機速度的控制與制動，可大大降低系統設備的磨損率，能有效延長機械設備的使用壽命。
2.2 變頻控制技術帶式輸送機上的應用
帶式輸送機的功率大于提升機的基本功率。它主要是通過繞線電機的轉子繞線來達到工頻運行的基本目的，并通過液力偶合器輸送到帶式輸送機部分。帶式輸送機的基本工作原理主要是利用輪轂的有效轉動、摩擦驅動和張力變形使皮帶在滾筒上運動。傳統的礦石輸送帶由于大電流起動，運行質量和傳動效率容易受到熱機械沖擊和電機電壓波動的影響。由于啟動時間較短，皮帶斷裂老化，對皮帶韌性要求較高。此外，液力偶合器使機械零件的磨削程度逐漸提高，容易出現內部溫升、運轉不良等各種問題，也極易造成更嚴重的環境污染。如果要解決液力偶合器的啟動問題，可以將變頻技術引入帶式輸送機，實現帶式輸送機的軟停軟啟動，使帶式輸送機運行更加平穩。通過調節輸出轉矩和頻率，改變和優化電機的工頻恒速運行方式，不僅可以降低能耗，而且可以大大提高帶式輸送機的運行功率。
2.3 變頻控制技術在井下絞車電控制系統中的應用
將變頻調速技術應用到電控系統與保護系統內，不過要注意各項細節，要求輸入電源是660V，頻率為50Hz，而輸出功率則要調整到0～50W，而電壓變動則要控制在-15%～10%，頻率調控到-2.5%～2.5%，需要強化過載能力，在負載變化方面，最低為-120%，最高荷載為120%的額定負載，從而滿足四象限運轉的條件。此外，還支持自動轉矩的提升，在低頻運轉條件下，能夠保證額定轉矩，可對元件過熱問題展開規范化的處理。當控制箱選擇快開門方式時，電氣控制應選擇雙PLC數字控制系統。硬件電路應強化對絞車的規范化控制，以達到數字化監控的目的。此外，當PLC遭遇故障時，需要進行穩步地提升。在整個控制系統之中，需要對相關的操作進行合理化的配置，還要及時配備一定的保護設備。另外，應支持一定的保護試驗。若信號未發出，不可啟動車輛，且信號發出時間≥30d?；诖?，才能實現圣光信號與控制回路正常閉鎖，且電流溫度等相關指標也變得更加直觀。
2.4 變頻控制技術在通風機中的應用
通風機是礦井中的核心設備，其在整個礦物生產過程中發揮著十分重要的作用。通風機是十分重要的通風設備，其運行時間比較長久，因被稱為呼叫系統。在新時期，伴隨著采礦與挖掘工作的逐步推進，風壓逐步加大，所需功率也大大增加。因此，在礦井下作業時，必須要保證通風機的實際運行功率，才可保證礦井作業的高效性。使用變頻控制技術對礦山通風機進行調速，會借助巷道風量需求的有效預測來實現調速，可大大減少能耗量，其具體實施效果也比較理想。借助變頻技術來完善通風機后，能夠實現變頻的軟啟動，電流沖擊也逐步減弱，大大緩解了對整個電網運行設備所產生的影響，還能隨時停止與啟動。一般來講，通風機運行速度相對較低，使得通風機的實際工作強度大大降低，可有效延長通風機的實際使用年限，減少維護次數。此外，為確保電動機轉速的一致性，在正常運作條件下，確保兩臺電動機的運行頻率盡可能保持一致，防止形成一定的風阻而導致風扇運行受到影響。
3 結語
綜上所述，變頻控制技術具有安全、高效而便捷的優勢，其被廣泛的應用到各領域內。在煤礦開采過程中，會耗費大量能量，且電耗是很大的。但在能耗系統中，能源浪費問題還是相當突出的。將變頻控制技術應用到煤礦機電設備之中，占用空間小、方便拆卸、操作簡單、速度可調節等是其重要優勢，尤其是能達到一定的節能效果，能大大減少煤礦生產的能耗率。相信不久的將來，我國科學技術可以得到進一步地發展，可不斷深化與提升變頻控制技術，從而獲得機電設備應有的成效。
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變頻技術范文第4篇
(河北鋼鐵集團宣鋼公司焦化廠 075100)
摘要：本文以現代交流調速技術的應用領域及發展趨勢為背景，介紹中壓交-直-交電壓型H橋級聯變頻器的工作原理、控制方式和技術優缺點，并通過宣鋼焦化廠除塵電機變頻與液力耦合器不同調速方式下的對比分析，指出變頻調速在高壓大功率風機上使用的優越性能和良好的節能效果。
關鍵詞：交流調速 中壓H橋級聯變頻器 除塵風機 干法熄焦 節能
0前言
電力電子技術的發展產生了采用半導體開關器件的交流調速系統，隨著對大規模集成電路和計算機控制技術的研究，以及現代控制理論的應用，促進了各種類型的交流調速技術的飛速發展，如串聯調速系統、變頻調速系統、無換向器電動機調速系統及矢量控制調速和直接轉矩調速系統等。其中變頻器作為較為成熟的高科技調速產品，其性能穩定、操作調節方便、自動化程度高、節能效果明顯等優點，已普及國民經濟各部門的傳動領域，得到了廣泛的推廣應用。
1交流調速技術概況
1.1應用領域
1.1.1通用機械的節能調速
通用機械指風機、泵、壓縮機等，量大而廣，應用于各行各業。此類機械由交流電動機驅動，經調速改造，替代原有擋板及閥門調節，使其風量、流量可實現連續平滑和快速精確控制，優化了工藝控制過程，有助于提高產品的質量和產量。
1.1.2工藝調速
由于機械設備的工藝需要，要求驅動電動機必須調速運行的傳動系統，如金屬加工、造紙、提升等機械的傳動系統。 1.1.3牽引調速
各種電動機車及船舶等運輸機械的電驅動系統，要求在運行中及時調速，屬于工藝調速范疇，但有許多不同于一般機械的特殊要求，如供電電源、設備尺寸、散熱及防護要求等，正由于牽引機械對設備尺寸、防護嚴格要求及交流較直流調速的優勢，交流牽引調速取得更快發展。 1.1.4特殊調速
某些應用場合為滿足用戶對調速特殊要求的調速系統，如轉速6000r/min以上的高速系統，調速范圍1:50000至1:100000的極寬調速系統，只有采用特殊的永磁交流電動機才能實現。 1.2調速用電力電子裝置
交流調速用電力電子裝置有交流調壓裝置和變頻裝置兩大類?，F有交流調壓裝置僅晶閘管交流調壓器一種，變頻裝置有交-直-交間接變頻器和交-交直接變頻器兩種，其中交-直-交間接變頻器又分為電壓型和電流型型兩種，電壓型儲能元件為電容，在控制規律不變而負載變化時輸出電壓基本不變，電流型儲能元件為電感，在控制規律不變而負載變化時輸出電流基本不變。 1.3發展趨勢
1.3.1電力電子器件與材料的更新
在提高現有電力電子開關器件的同時，研發新型大容量電力電子器件，通過降低MOSFET通態電阻，提高電壓;研制集成電力電子模塊(簡稱IPEM)實現標準化、模塊化、高效率、低成本、低污染、可編程;采用新型半導體材料碳化硅(SiC)，其工作溫度可達600℃，PN結耐壓可達5000KV以上，導通電阻小，導熱性能好，漏電流特別小。 1.3.2控制策略和手段研究
在以矢量控制和直接轉矩控制技術為中心的控制理論不斷完善的研究中，開辟了自適應和滑膜變結構控制、模糊控制、神經網絡控制、無速度傳感器控制系統等。
2中壓交-直-交電壓型H橋級聯變頻器
隨著交流調速技術的發展，作為大容量傳動的高壓變頻調速技術得到了廣泛的應用并取得了良好的效果，其中電壓型H橋級聯變頻器由于其電壓畸變率小、功率因數高、逆變模塊技術要求低、技術成熟、運行效果好等特點，得到了廣泛的應用。 2.1工作原理
電壓型H橋級聯變頻器中每一項都由多個H橋功率單元串聯而成，串聯數取決于變頻器輸出電壓等級，每個H橋由4個IGBT構成，并用獨立彼此隔離的整流電源供電。
圖一 H橋級聯變頻器和H級功率單元
2.2控制方式
H橋級聯變頻器的輸出電壓電平數多，通常采用三角載波比較法實現PWM(脈寬調制)，通過給定頻率的等腰三角載波與給定頻率的正弦調制波相比較，以二者交點確定功率單元中逆變器的開關時刻，使脈沖寬度按正弦規律變化，輸出頻率等于且幅值正比于指定調制電壓的基波成分。 2.3特點及問題
此類H橋級聯變頻器使用1200V或1700V低壓IGBT不需均壓措施，且輸出電壓電平數多，電壓畸變率小，電壓波形每次跳變幅值小，無需輸出濾波器，同時輸入整流橋數多，通過輸入變壓器二次繞組移相，進線交流電流諧波小，功率因數高。
但是由于H橋級聯數多，主電路復雜，儲能電解電容技術要求高，可靠性受一定影響;整流電源數多，電機制動再生能量吸收或回饋技術實現難度大、成本高。
3除塵高壓風機中的應用
除塵風機作為焦化行業環保除塵環節中重要設備，其運行狀態將直接影響煙塵回收處理效果?，F以河北鋼鐵集團宣鋼公司焦化廠1#、2#干熄焦地面除塵風機調速方式為例，對比分析變頻和液力耦合調速方式下的風機運行技術特點。 3.1工藝概況
干法熄焦過程中會產生大量焦灰塵和有害物，這些有害物不僅對現場操作人員造成危害，而且將對環境造成嚴重污染，為消除生產過程中產生的粉塵，由除塵風機負壓收集各收塵點含塵氣體經管道送至脈沖布袋除塵站，凈化后排放至大氣。根據宣鋼焦化廠干熄焦除塵工藝所需除塵風量，綜合考慮系統漏風等因素，選用10KV 800KW單吸入離心式除塵風機。
其中1#干熄焦2010年投產，設計初期，由于考慮高壓變頻器投資高、技術不夠成熟、市場應用不普及等多方面因素，該項目除塵風機設計為液力耦合調速方式;隨著電力電子技術的高速發展，高壓變頻基本成熟，其性能穩定、控制操作方便，節能明顯等優點得到普遍認可，2#干熄焦除塵風機2014年設計采用高壓變頻調速方式，裝焦時高速運行，非裝焦時低速運行。 3.2二者調速性能比較 3.2.1調速效率
液力耦合器是裝于電動機軸和負載軸之間的機械無極調速裝置，利用油和兩個互不接觸的金屬葉輪的摩擦力傳導轉矩，帶動負載轉動，可通過調節油壓改變輸出轉矩，實現調速。當忽略軸承、鼓風損失和工作液體容積損失及摩擦力矩損失等，其調速效率近似為：??nT=i;式中i為液力耦合器轉速比，因此轉速比nB減小調速效率降低，同時作為一種低效調速方法，其轉差能量轉換為油的熱能兒消耗掉，當小于0.4時工作油升溫加快，給設備運行帶來不穩定狀況。
而變頻調速通過電力電子整流和脈寬調制逆變技術改變電動機電樞的電壓和頻率，僅控制電路本身需消耗很少一部分能量，因此可在全轉速范圍內保持較高的效率運行。 3.2.2啟動性能
液力耦合器不能直接改善啟動性能，啟動電流仍達到電機額定電流的5至7倍，而變頻啟動可實現軟啟動，啟動電流小，且啟動全過程可控，啟動點和爬坡時間可設置，可避免啟動電流對電網和電動機的沖擊。 3.2.3運行維護
結合焦化廠1#干熄焦除塵風機調速設備運行情況來看，液力耦合器機械結構和管路系統復雜，日常維護工作量大，且在故障下無法定速運行，必須停機檢修;而2#干熄焦除塵風機H橋級聯變頻調速裝置雖電子線路復雜，但技術成熟，尤其是單元自動切換和冗余運行特性，可在單元故障下實現不停機連續運行，運行可靠性較高，且其檢修維護只需定期更換進風濾網。 3.2.4調節控制特性
液力耦合器依靠調節工作腔油量大小改變輸出轉速，因此響應慢(需30秒左右)，速度調節精度較低，在干熄焦裝焦過程期間灰塵負壓回收能力不能及時跟上，影響煙塵回收效果;而變頻調速屬于數字式控制，頻率改變速度快，穩頻精度高，可實現精準控制，提高了裝焦過程期間煙塵回收率。 3.3節能經濟效益分析
由于液力耦合器液力效率、轉差消耗及變頻器自身能量消耗的存在，其二者均存在額外的功率損耗，但變頻調速運行效率隨輸出轉速降低變化不大，而液力耦合器效率基本呈正比降低，且綜合軸功率隨轉速呈三次方比例下降，節能和運行效率均不及變頻調速。
下面在忽略液力耦合器輔機(冷油器、油泵等)所消耗功率和設備自身消耗等的理想狀態下，對比1#、2#干熄焦除塵風機調速耗能情況：
1#干熄焦除塵風機為24小時工作，電機輸入電流平均約為50A，年運行時間為300天，其全年用電量為：
F1?3UIcos??H?D?1.732?10?50?24?300=6235200kWh
2#干熄焦除塵風機為24小時工作，高速運行時，電機輸入電流平均約為50A，低速運行時，電機輸入電流平均約為30A，按每15min裝焦一次，裝焦時間5min，即每天高速運行時間為8小時，低速運行運行時間為16小時，年運行時間為300天，其全年用電量為：
F21?3UIcos??H?D?1.732?10?50?8?300=2078400kWh F22?3UIcos??H?D?1.732?10?30?16?300=2494080kWh F2?F21?F22?4572480kWh 綜上可得：
全年節電量為F?F1-F2?6235200-4572480=1662720kWh 節電率為?=F1662720??27% F162352004結束語
通過中壓交-直-交電壓型H橋級聯變頻器與液力耦合器運行節能效果的對比分析，不難發現其在運行效率、啟動性能、運行維護等方面有著突出的優勢，且隨著電力電子技術和控制理論的不斷進步，會有更高性能的設備應用到國民經濟的電氣傳動領域。
參考文獻：
變頻技術范文第5篇
摘要:介紹了電力電子器件和變頻技術的發展過程，以及變頻技術在家用電器的應用,分析了變頻技術的應用也帶來了諧波、電磁干擾和電源系統功率因數下降等問題。提出了相關的諧波抑制方法及提高電源系統功率因數的措施。
關鍵詞:電力電子器件；變頻技術；諧波；功率因數
引言
隨著電力電子、計算機技術的迅速發展，交流調速取代直流調速已成為發展趨勢。變頻調速以其優異的調速和啟、制動性能被國內外公認為是最有發展前途的調速方式。變頻技術是交流調速的核心技術，電力電子和計算機技術又是變頻技術的核心，而電力電子器件是電力電子技術的基礎。電力電子技術是近幾年迅速發展的一種高新技術，廣泛應用于機電一體化、電機傳動、航空航天等領域，現已成為各國競相發展的一種高新技術。專家預言，在21世紀高度發展的自動控制領域內，計算機技術與電力電子技術是兩項最重要的技術。
一、電力電子器件的發展過程
上世紀50年代末晶閘管在美國問世，標志著電力電子技術就此誕生。第一代電力電子器件主要是可控硅整流器(SCR)，我國70年代將其列為節能技術在全國推廣。然而，SCR畢竟是一種只能控制其導通而不能控制關斷的半控型開關器件，在交流傳動和變頻電源的應用中受到限制。70年代以后陸續發明的功率晶體管(GTR)、門極可關斷晶閘管(GTO)、功率MOS場效應管(Power MOSFET)、絕緣柵晶體管(IGBT)、靜電感應晶體管(SIT)和靜電感應晶閘管(SITH)等，它們的共同特點是既控制其導通，又能控制其關斷，是全控型開關器件，由于不需要換流電路，故體積、重量較之SCR有大幅度下降。當前，IGBT以其優異的特性已成為主流器件，容量大的GTO也有一定地位[1][2][3]。
許多國家都在努力開發大容量器件，國外已生產6000V的IGBT。IEGT(injection enhanced gate thyristor)是一種將IGBT和GTO的優點結合起來的新型器件，已有1000A/4500V的樣品問世。IGCT(integrated gate eommutated thyristor)在GTO基礎上采用緩沖層和透明發射極，它開通時相當于晶閘管，關斷時相當于晶體管，從而有效地協調了通態電壓和阻斷電壓的矛盾，工作頻率可達幾千赫茲[2][3]。瑞士ABB公司已經推出的IGCT可達4500一 6000V，3000一 3500A。MCT因進展不大而引退而IGCT的發展使其在電力電子器件的新格局中占有重要的地位。與發達國家相比，我國在器件制造方面比在應用方面有更大的差距。高功率溝柵結構IGBT模塊、IEGT、MOS門控晶閘管、高壓砷化稼高頻整流二極管、碳化硅(SIC)等新型功率器件在國外有了最新發展?？梢韵嘈?，采用GaAs、SiC等新型半導體材料制成功率器件，實現人們對“理想器件”的追求，將是21世紀電力電子器件發展的主要趨勢。
高可靠性的電力電子積木(PEBB)和集成電力電子模塊(IPEM)是近期美國電力電子技術發展新熱點。GTO和IGCT，IGCT和高壓IGBT等電力電子新器件之間的激烈競爭，必將為21世紀世界電力電子新技術和變頻技術的發展帶來更多的機遇和挑戰。
二、變頻技術的發展過程
變頻技術是應交流電機無級調速的需要而誕生的。電力電子器件的更新促使電力變換
技術的不斷發展。起初,變頻技術只局限于變頻不能變壓。20世紀70年代開始,脈寬調制變壓變頻(PWM-VVVF)調速研究引起了人們的高度重視。20世紀80年代,作為變頻技術核心的PWM模式優化問題吸引著人們的濃厚興趣,并得出諸多優化模式,如:調制波縱向分割法、同相位載波PWM技術、移相載波PWM技術、載波調制波同時移相PWM技術等。
VVVF變頻器的控制相對簡單,機械特性硬度也較好,能夠滿足一般傳動的平滑調速要求,已在產業的各個領域得到廣泛應用。但是,這種控制方式在低頻時,由于輸出電壓較小,受定子電阻壓降的影響比較顯著,故造成輸出最大轉矩減小。
矢量控制變頻調速的做法是:將異步電動機在三相坐標系下的定子交流電流Ia、Ib、Ic通過三相——二相變換,等效成同步旋轉坐標系下的直流電流Iml、Itl,然后模仿直流電動機的控制方法,求得直流電動機的控制量,經過相應的坐標反變換,實現對異步電動機的控制。
直接轉矩控制直接在定子坐標系下分析交流電動機的數學模型,控制電動機的磁鏈和轉矩。它不需要將交流電動機化成等效直流電動機,因而省去了矢量旋轉變換中的許多復雜計算;它不需要模仿直流電動機的控制,也不需要為解耦而簡化交流電動機的數學模型。
VVVF變頻、矢量控制變頻、直接轉矩控制變頻都是交—直—交變頻中的一種。其共同缺點是輸入功率因數低,諧波電流大,直流回路需要大的儲能電容,再生能量又不能反饋回電網,即不能進行四象限運行。為此,矩陣式交—交變頻應運而生。
三、變頻技術與家用電器
20世紀70年代,家用電器開始逐步變頻化,出現了電磁烹任器、變頻照明器具、變頻空調、變頻微波爐、變頻電冰箱、IH(感應加熱)飯堡、變頻洗衣機等[4]。
20世紀末期期,家用電器則依托變頻技術,主要瞄準高功能和省電。
首先是電冰箱,由于它處于全天工作,采用變頻制冷后,壓縮機始終處在低速運行狀態,可以徹底消除因壓縮機起動引的噪聲,節能效果更加明顯。其次,空調器使用變頻后,擴大了壓縮機的工作范圍,不需要壓縮機在斷續狀態下運行就可實現冷、暖控制,達到降低電力消耗,消除由于溫度變動而引起的不適感。近年來,新式的變頻冷藏庫不但耗電量減少、實現靜音化,而且利用高速運行能實現快速冷凍。
在洗衣機方面,過去使用變頻實現可變速控制,提高洗凈性能,新流行的洗衣機除了節能和靜音化外,還在確保衣物柔和洗滌等方面推出新的控制內容;電磁烹任器利用高頻感應加熱使鍋子直接發熱,沒有燃氣和電加熱的熾熱部分,因此不但安全,還大幅度提高加熱效率,其工作頻率高于聽覺之上,從而消除了飯鍋振動引起的噪聲。
四、電力電子裝置帶來的危害及對策
電力電子裝置中的相控整流和不可控二極管整流使輸入電流波形發生嚴重畸變,不但大大降低了系統的功率因數,還引起了嚴重的諧波污染。
另外,硬件電路中電壓和電流的急劇變化,使得電力電子器件承受很大的電應力,并給周圍的電氣設備及電波造成嚴重的電磁干擾(EM1),而且情況日趨嚴重。許多國家都已制定了限制諧波的國家標準,國際電氣電子工程師協會(IEEE)、國際電工委員會(IEC)和國際大電網會議(CIGRE)紛紛推出了自己的諧波標準。我國政府也制定了限制諧波的有關規定[5]。
（一）諧波與電磁干擾的對策
1、諧波抑制
為了抑制電力電子裝置產生的諧波,一種方法是進行諧波補償,即設置諧波補償裝置,使輸入電流成為正弦波[3]。
傳統的諧波補償裝置是采用IC調諧濾波器,它既可補償諧波,又可補償無功功率。其缺點是,補償特性受電網阻抗和運行狀態影響,易和系統發生并聯諧振,導致諧波放大,使LC濾波器過載甚至燒毀。此外,它只能補償固定頻率的諧波,效果也不夠理想。
電力電子器件普及應用之后,運用有源電力濾波器進行諧波補償成為重要方向。其原理是,從補償對象中檢測出諧波電流,然后產生一個與該諧波電流大小相等極性相反的補償電流,從而使電網電流只含有基波分量。這種濾波器能對頻率和幅值都變化的諧波進行跟蹤補償,且補償特性不受電網阻抗的影響。
大容量變流器減少諧波的主要方法是采用多重化技術:將多個方波疊加以消除次數較低的諧波,從而得到接近正弦的階梯波。重數越多,波形越接近正弦,但電路結構越復雜。小容量變流器為了實現低諧波和高功率因數,一般采用二極管整流加PWM斬波,常稱之為功率因數校正(PEC)。典型的電路有升壓型、降壓型、升降壓型等。
2、電磁干擾抑制
解決EMI的措施是克服開關器件導通和關斷時出現過大的電流上升率di/dt和電壓上升率du/dt,目前比較引入注目的是零電流開關(ZCS)和零電壓開關(ZVS)電路。方法是:
(1)開關器件上串聯電感,這樣可抑制開關器件導通時的di/dt,使器件上不存在電壓、電流重疊區,減少了正關損耗;
(2)開關器件上并聯電容,當器件關斷后抑制du/dt上升,器件上不存在電壓、電流重疊區,減少了開關損耗;
(3)器件上反并聯二極管,在二極管導通期間,開關器件呈零電壓、零電流狀態,此時驅動器件導通或關斷能實現ZVS、ZCS動作。
目前較常用的軟件開關技術有部分諧振PWM和無損耗緩沖電路。
（二）功率因數補償
早期的方法是采用同步調相機,它是專門用來產生無功功率的同步電機,利用過勵磁和欠勵磁分別發出不同大小的容性或感性無功功率。然而,由于它是旋轉電機,噪聲和損耗都較大,運行維護也復雜,響應速度慢。因此,在很多情況下已無法適應快速無功功率補償的要求。
另一種方法是采用飽和電抗器的靜止無功補償裝置。它具有靜止型和響應速度快的優點,但由于其鐵心需磁化到飽和狀態,損耗和噪聲都很大,而且存在非線性電路的一些特殊問題,又不能分相調節以補償負載的不平衡,所以未能占據靜止無功補償裝置的主流。
隨著電力電子技術的不斷發展,使用SCR、GTO和IGBT等的靜止無功補償裝置得到了長足發展,其中以靜止無功發生器最為優越。它具有調節速度快、運行范圍寬的優點,而且在采取多重化、多電平或PWM技術等措施后,可大大減少補償電流中諧波含量。更重要的是,靜止無功發生器使用的抗器和電容元件小,大大縮小裝置的體積和成本。靜止無功發生器代表著動態無功補償裝置的發展方向。
五、結束語
我們相信，電力電子技術將成為21世紀重要的支柱技術之一，變頻技術在電力電子技術領域中占有重要的地位，近年來在中壓變頻調速和電力牽引領域中的發展引人注目。隨著全球經濟一體化及我國加人世界貿易組織，我國電力電子技術及變頻技術產業將出現前所未有的發展機遇。
參考文獻:
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[2]陳堅.電力電子學－電力電子變換和控制技術.北京：高等教育出版社,2002.
[3]王兆安 黃俊.電力電子技術[M].北京:機械工業出版社,2003.
[4]陳國呈,周勤利.變頻技術研究[J].上海大學自動化學院學報,1995(6):23-26.
[5]王正元.面向新世紀的電力電子技術電源技術應用，2001