变频调速技术在电机控制中的应用

新型节能变频调速器与高效电动机的应用技术特征

Time:2009-11-16 16:25:00 Author: Source:

鲁维德

当今电机及交流传动系统节能是目前中国节能市场上最具商业潜力的领域。根据国家发展规划要求，当前应推广变频调速节能技术，即风机、水泵、压缩机等通用机械系统采用变频调速节能措施，工业机械采用交流电动机变频调速技术。

工业节能有三方向，在电动机的消耗中，40％来自低压电机，50％来自高压电机，共有约2／3用于风机、泵类应用。尤是巨大的能源消耗会直接增加运行成本，因此，降低运行成本的关键是要进行生态型、经济型的生产。就工业节能而言，最主要的三个方向是：优化的生产工艺流程，采用高性价比的变速传动系统与使用高效电动机．为此本文将对变频调速器与高效电动机的节能等相关技术特征与装置及应用作分析说明．据此应先对变速传动的节能原理作说明。

1、变速传动的节能原理

风机、泵类及压缩机等在几乎各个行业中有着非常广泛的应用，如：煤炭行业中的通风风机等；电力行业中的一、二次风机，送引风机，污水处理泵等；水及污水处理行业中的水泵等；石油行业中的管道输送、泵站等；化工行业中的冷却风机、传输泵、压缩机等。

钢铁行业中的除尘风机

目前，绝大部分风机、泵类及压缩机等应用在控制方面采用阀门，挡板、旁路等定速控制(即电动机为定速运行)，见图1(a)所示的采用阀门控制的流量控制系统。

这是造成巨大能耗的主要原因。与定速控制相比，使用变频器的变速传动系统在节能方面有着显著的效果，是最佳的节能手段之一，见图1(b)所示的采用变速传动控制的流量控制系统。造成如图1(b)能耗差异主要源于泵在变速传动与定速传动时的不同工作状态，从风机、泵、压缩机等机械均具有的特性曲线可知，在使用定速传动时，其机械(风机。泵、压缩机)实际工作在一条特性曲线上，无论流量的大小，电机始终以恒速运行，其能耗始终保持较高状态。

而使用变速传动时，机械(风机、泵、压缩机)实际工作在多条特性曲线上，随着流量的大小的变化，电机的运行速度随之调整，其能耗也相应随之降低。

- 1 - 变频调速技术在矿山中的应用

一、概述

矿山按产品类型可分为煤矿、金属矿和非金属矿等;按采掘方式可分为露天开采和地下开采两大类。本文主要介绍变频调速器在金属矿山中的应用的现状和应用前景，对煤矿亦有参考价值，因为露天煤矿和露天金属矿开采方式和生产设备基本相同，地下矿山除需要考虑设备的防爆问题外，大部分生产设备也与金属矿大同小异。露天采矿和地下采矿所用的生产设备有很大不同。

露天矿山是以大型设备为主要特点，要求优良的电气传动系统，以保证这些大型设备的高效率运行。露天矿山的这些大型设备包括用于穿孔的牙轮钻机，用于装载矿、岩石的电铲(挖掘机)，用于运输矿、岩石的大型汽车等。它们都要求电气传动系统具有良好的调速性能，目前这些大型设备大多采用直流调速传动系统。

地下矿山生产较露天矿复杂。由于井下生产的空间窄小，使生产设备环境潮湿、阴暗，粉尘大、噪音大、振动大、并有塌方的危险，工作条件十分恶劣。因此，井下生产设备的体积受限，这些设备以小型化为主，体积小、重量轻，对电气传动的要求不高。但提升、排水、通风、压气等固定设 - 2 - 备是地下矿山的要害部门，也是耗电大户，因此，这些设备的安全运行和节能就显得至关重要。因此，在矿山应用变频调速技术对于提高矿山生产设备的效率，节约电能都是至关重要的。

本文主要介绍目前矿山应用变频器的状况，矿山设备对电气传动的特殊要求，以及如何正确地选用变频器等。

二、变频器在露天矿山设备中的应用

1、 电铲

电铲用于装载矿岩，其工作条件非常恶劣，特别是在爆破不好的情况下挖根底作业，经常出现过大的冲击载荷，甚至堵转。因此，电铲对电气传动系统就有较高的要求:要求电气传动系统的机械特性曲线的包络面积大，有足够的有用功率;要求有良好的调速性能，能四象限运行，能快速地进行加、减速和反转，动态响应速度快;要求系统制动性能好，并能回收能量;要求系统运行可靠，维修方便等。由于电铲对电气传动系统的这些特殊要求，所以，我国电铲目前应用的电气传动系统主要还是直流传动系统。

变频调速技术在电机传动中的应用

【摘要】交流电动机变频调速是在现代微电子技术基础上发展起来的新技术，采用变频调速提高了生产机械的控制精度，生产效率和产品质量，有利于生产过程的自动化。我厂对工业过程自动控制中的电动机拖动系统进行了变频改造，使得交流拖动系统有了良好的控制性能，延长了机泵的使用寿命，降低了设备的维修费用。

【关键词】电动机拖动 变频调速 变频器 应用

为了满足生产装置化工工艺的控制要求，提高产品质量和生产效率，拖动系统的调速性具有重要意义。近几年，为满足工艺的控制要求，我厂对大容量的电动机拖动系统进行了变频改造。经过几年的运行观察，发现电动机和泵的使用寿命延长，设备维修费用下降。同时省去了调节阀，减少了控制环节，控制精度大大提高，其节电效果也非常显著。

1．变频调速的工作原理及结构

1.1拖动系统是有电动机、变速机构和泵组成，其调速是通过变速机构或改变电动机转速来实现的。变速机构只能实现定速或微调速，其控制范围小，精度差。因而，对电机进行调速控制成为首选。

根据异步电动机转速方程式 ：

n=60F/P*(1 - S) 式中： F 为电源频率

P 为磁极对数

S 为转差率

只要改变电动机的电源频率 F ，就可以改变电动机转速。变频器可以方便的通过对工艺控制过程中的压力、流量等信号进行比对，输出相应的频率，改变电机的运行转速从而实现工艺的过程自动控制。

1.2变频器的基本结构

常用的变压变频器的主电路图如图1所示，由三部分组成

图1

1.2.1整流电路

整流电路由VD1～VD6组成三相不可控整流桥，它们将电源的三相交流全波整流成直流。整流电路因变频器输出功率大小不同分为单相全波整流桥、三相桥式全波整流电路。

1.2.2直流电路

整流电路输出的整流电压是脉动的直流电压，须用电容Cn滤除整流后的电压纹波。对于变压变频调速系统来说，变频器的负载是异步电机，属感性负载，在中间直流环节与电机之间，除了有功功率的传送外，还存在无功功率的交换。无功能量靠直流环节中作为滤波器的储能元件电容Cn来缓冲，使它不致影响到交流电网。因而，中间直流电路电容器的电容量必须较大，起到储能作用。 1.2.3逆变电路

- 1 - 变频调速技术在矿山中的应用

一、概述

矿山按产品类型可分为煤矿、金属矿和非金属矿等;按采掘方式可分为露天开采和地下开采两大类。本文主要介绍变频调速器在金属矿山中的应用的现状和应用前景，对煤矿亦有参考价值，因为露天煤矿和露天金属矿开采方式和生产设备基本相同，地下矿山除需要考虑设备的防爆问题外，大部分生产设备也与金属矿大同小异。露天采矿和地下采矿所用的生产设备有很大不同。

露天矿山是以大型设备为主要特点，要求优良的电气传动系统，以保证这些大型设备的高效率运行。露天矿山的这些大型设备包括用于穿孔的牙轮钻机，用于装载矿、岩石的电铲(挖掘机)，用于运输矿、岩石的大型汽车等。它们都要求电气传动系统具有良好的调速性能，目前这些大型设备大多采用直流调速传动系统。

地下矿山生产较露天矿复杂。由于井下生产的空间窄小，使生产设备环境潮湿、阴暗，粉尘大、噪音大、振动大、并有塌方的危险，工作条件十分恶劣。因此，井下生产设备的体积受限，这些设备以小型化为主，体积小、重量轻，对电气传动的要求不高。但提升、排水、通风、压气等固定设 - 2 - 备是地下矿山的要害部门，也是耗电大户，因此，这些设备的安全运行和节能就显得至关重要。因此，在矿山应用变频调速技术对于提高矿山生产设备的效率，节约电能都是至关重要的。

本文主要介绍目前矿山应用变频器的状况，矿山设备对电气传动的特殊要求，以及如何正确地选用变频器等。

二、变频器在露天矿山设备中的应用

1、 电铲

电铲用于装载矿岩，其工作条件非常恶劣，特别是在爆破不好的情况下挖根底作业，经常出现过大的冲击载荷，甚至堵转。因此，电铲对电气传动系统就有较高的要求:要求电气传动系统的机械特性曲线的包络面积大，有足够的有用功率;要求有良好的调速性能，能四象限运行，能快速地进行加、减速和反转，动态响应速度快;要求系统制动性能好，并能回收能量;要求系统运行可靠，维修方便等。由于电铲对电气传动系统的这些特殊要求，所以，我国电铲目前应用的电气传动系统主要还是直流传动系统。