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电气自动化控制中变频调速技术研究目录1. 内容简述 (3)1.1 研究背景 (3)1.2 研究意义 (4)1.3 国内外研究现状 (5)1.4 本文研究内容与结构 (6)2. 变频调速技术基础 (7)2.1 变频器的基本原理 (8)2.2 变频器的分类与技术特点 (9)2.3 变频调速系统的组成 (10)2.4 变频调速技术的发展趋势 (12)3. 电气自动化控制系统的需求分析 (13)3.1 控制系统的作用与要求 (14)3.2 不同行业对变频调速的需求 (15)3.3 控制系统设计原则 (16)4. 变频调速技术在电气自动化控制中的应用 (17)4.1 变频调速在电动机控制中的应用 (18)4.2 变频调速在泵和风机系统中的应用 (19)4.3 变频调速在列车控制中的应用 (20)4.4 变频调速在其他电气自动化领域的应用 (22)5. 变频调速技术的研究进展 (23)5.1 变频器控制算法的研究 (24)5.2 变频器动态性能分析 (26)5.3 变频器的可靠性与故障诊断 (27)5.4 节能技术在变频调速中的应用 (29)6. 变频调速技术的仿真与实验 (30)6.1 仿真模型的建立与验证 (32)6.2 实验平台的建设与调试 (33)6.3 仿真结果分析 (35)6.4 实验结果讨论 (36)7. 变频调速技术在电气自动化控制中的挑战与对策 (37)7.1 设计难点与挑战 (38)7.2 提高控制精度的对策 (39)7.3 实现高效稳定的对策 (40)7.4 解决方案与策略 (41)8. 结论与展望 (43)8.1 研究总结 (44)8.2 未来研究方向 (45)8.3 实际应用前景 (46)1. 内容简述随着电力系统的不断发展，电气自动化控制技术在工业生产中的应用越来越广泛。
变频调速技术作为电气自动化控制领域的重要组成部分，具有高效、节能、可靠等优点，已经成为现代工业生产的关键技术之一。
艾默生变频器在冶金行业应用广泛鞍山新和电气有限公司技术部王俊芳摘要：本文解析艾默生变频器在冶金行业的应用。
根据不同的工艺要求采用不同的控制方式来满足现场需求，体现艾默生变频器有着广泛的应用领域广，和较强的适用性。
关键词：EV2000、TD3000、EV3000、EV3500变频器，转鼓装置、运输钢水罐车、滚道、球团、氧枪高压供水泵、开/收卷机鞍山钢铁集团有限公司篇变频器在鞍钢炼铁高炉上的应用1.引言鞍钢是国有特大型钢铁企业，经历了不断的技术改造和技术创新，至2002年起对其下属的炼铁总厂进行全面改造，分别建设新1＃、新2＃、新3＃高炉。
同时对7＃高炉进行技术改造。
在这四座高炉的水冲渣、高炉运焦、矿焦槽、鱼雷罐运输钢水及倒钢水等系统中，主体设备采用艾默生TD2000、EV2000、TD3000、TD3500等系列变频器。
使艾默生变频器成为鞍钢炼铁总厂应用的主体品牌。
2.水渣处理系统概述鞍钢炼铁总厂新1#高炉是炼铁总厂改造工程中新建的第一座高炉，高炉设计有效容积3200立方米，日产生铁7500吨，是目前鞍钢乃至全国容积最大的、工艺最先进的大型高炉之一。
新1#高炉的水渣处理系统是引进卢森堡的“茵巴”水渣处理工艺。
运用网络化控制。
3.变频器应用艾默生变频器应用于改造系统中的转鼓装置、粒化回水泵及渣浆泵电机的驱动。
整个水渣处理系统的电气控制是采用DCS控制方式实现的。
TD3000变频器以其自身转矩响应速度快、控制精准，过载能力强、宽范围的调速运行。
被用在水渣处理系统中转鼓装置的主驱动。
转鼓装置采用30KW变频电机，配置TD3000-4T0450G高性能矢量型变频器。
系统控制方式，见（图一）图一4.工序及设备介绍－自动转鼓装置转鼓装置有一组转鼓驱动和转鼓支架，转鼓支架能够通过翻转驱动在翻转支架上作翻转转动，转鼓的支点和转鼓支架的支点相差90°，转鼓支架和翻转支架互不干扰，并能够实现自动装、卸物料。
本书由科创力源技术部编写整理，企划部编辑，以供变频器用户及代理商销售工程师作为技术参考之用。
深圳市科创力源电子有限公司是一家民营高科技企业，成立于2004年。
专业从事高、中、低压变频器及节能控制系统的研发、生产、销售及为用户提供系统集成解决方案。
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科创力源：拥有完全自主知识产权的高科技公司拥有中国最富有经验的变频器研发及销售管理团队拥有与国际品牌同步的电压矢量控制技术和无速度传感器矢量控制技术，可以设计出高使用价值最并不断超越的变频器能快速有效响应中高端客户化设计需求，提升客户系统性能和产品价值，降低客户系统成本技术上不断提升及超越，与国际领先技术缩短距离且同步超越建立技术、市场和用户优势互补联盟3--5年后，进入国产品牌市场排名前5位，中国变频器市场前6-8位竞争目标是国外品牌和国产品牌的中高端，为客户提供最佳性能/价格比的产品由于经验有限，编写时间仓促，难免会出现纰漏不足之处，望广大读者不吝笔墨，提出您的宝贵意见。
深圳市科创力源电子有限公司技术部第一章变频器应用入门简要 (1)一．概念 (1)二．常见问答 (1)第二章应用分类及选型 (5)一．变频器的应用目的及用途 (5)二．变频调速应用 (6)三．使用变频器的优点及相应注意项 (7)四．科创力源变频器性能特征 (9)五．常见机械负载及其负载特性 (10)六．变频器应用行业概述 (11)七．选择周围相关设备的注意事项 (12)第三章安装调试 (15)附录：科创力源变频器标准接线图与安装尺寸 (22)第四章科创力源变频器具体应用案例 (28)P5变频器在水泵恒压供水上的应用 (29)P5变频器在加热网疏水泵上的应用 (31)P5变频器在中央空调上节能应用 (33)P5变频器在风压控制上的应用 (36)G5变频器在传送带上的应用 (37)G5变频器在搅拌机上的应用 (38)G5变频器在油田磕头机上的应用 (40)G7变频器在挤出机上的应用 (44)第五章变频器的常见使用问题与对策 (46)第一章变频器应用入门简要一．概念变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，它集成了高压大功率晶体管技术和电子控制技术，得到广泛应用。
2010PRodUcTion草、泵送和挤压；稻草对设备磨损大，需考虑设备材质硬度等。
8 结论以稻草为原料采用湿法备料、连续蒸煮、封闭筛选及C EPH多段漂白工艺生产优质漂白稻草浆，实践证明技术可行、经济效益良好。
8 . 1湿法备料及连续蒸煮系统相对间歇蒸煮而言(间歇蒸煮主要指用蒸球或蒸锅蒸煮)具有下列突出的优点(1）生产连续化，单位容积的生产能力是间歇蒸煮的5倍以上；(2）电力及蒸汽的消耗等均衡稳定，无高峰负荷； (3）耗汽量和耗药量可明显降低，可减少污染和废液回收费用；(4）浆料得率高，质量稳定、均匀，便于生产高档纸；(5）自动化程度较高，工人劳动强度低。
8.2 连洗、连漂系统相对于间歇洗选漂系统优点明显(1）生产连续化，效率高，工作环境好；(2）节水、节电、节汽，生产成本低；(3）纸浆得率高，质量稳定；(4）自动化程度较高，工人劳动强度低。
总之，我国木材资源匮乏，在相当长的时间里，我国造纸业还将以非木材原料为主。
除了利用麦草、芦苇、竹子等非木材原料以外，对稻草的利用也应受到重视。
本项目成功的以稻草为原料，采用湿法备料及连续蒸煮、C EPH多段漂白的先进技术生产高档文化用纸，值得借鉴、推广。
参考文献[1]程绪旋,王庆华.麦草湿法备料连续蒸煮工艺剖析[J].中华纸业,1997,18(2):44-46.[2]于宏.湿法备料系统的设备选型[J].中华纸业,2006,27(9):51-55.[3]范学斌,王金聚.麦草清洁备料系统的工艺设计[J].中华纸业,2000,21(2):44-44.[4]王庆华,程绪旋.横管双喷放连续蒸煮制麦草浆[J].中华纸业,1998,19(5):42-44.[5]马援朝.不同制浆原料在横管式连蒸设备中的输送[J].中华纸业,2009,30(23):85-86.[收稿日期:2010-05-28]摘要：西门子工程型变频器的设计是为适应不同的工业设备应用范围，其参数组合特点是选择具多样化、灵活性高、构成多种型式的应用功能。
变频器在工业领域的应用案例随着科技的不断发展，变频器作为一种新兴的电力调速设备，已经被广泛应用于工业领域，取代了传统的机械调速方式。
下面将介绍变频器在工业领域的几个应用案例。
1. 港口起重机港口起重机作为港口的重要设备之一，起着极为重要的作用。
通过应用变频器，可以实现对起重机的精细调控，提高其吊运效率，降低其能耗，节约成本。
目前，变频调速的港口起重机已经成为行业的主流趋势。
例如，广州港拥有的超大型集装箱起重机，就采用了ABB公司生产的变频调速技术，仅用2-3度电即可将20英尺集装箱吊运到39米高空。
2. 矿山输送机矿山输送机作为矿山生产中必不可少的设备之一，承担着矿石或其他物料从采矿现场运输到生产车间的任务。
随着矿山生产的规模不断扩大，传统的机械式传动方式逐渐被淘汰，取而代之的是变频调速技术。
应用变频器可以实现对输送机的精准调控，避免因物料输送速度过快或过慢而导致的不必要的损失，提高生产效率。
例如，山西太钢集团矿山公司应用变频调速技术的输送机，可以节省每年3000万度电。
3. 污水泵站污水泵站是城市污水处理的重要环节。
传统的污水泵站采用的是机械式调速，由于污水量的不同导致泵的出水量不可避免地产生浪费或者不足。
应用变频器可以根据污水量进行精确调控，不仅可以有效避免功率浪费，还可以延长泵的使用寿命。
例如，南京市浦口污水处理厂应用Yaskawa公司的变频器后，节能效果显著，年节省电费约60万元。
4. 空调系统随着人们生活水平的提高，空调系统的应用越来越广泛。
在空调系统中，变频器的应用不仅可以降低空调的噪声、延长空调寿命，还可以大幅节约电费。
例如，近年来广泛应用的变频空调，可以实现节约30%-50%的用电量。
总的来说，变频器作为一种新型的电力调速设备，其应用已经被广泛推广，成为工业领域提升效率、降低成本的重要手段。
相信在不久的将来，随着技术的不断革新，变频器在工业领域的应用领域还将不断扩大和提高。
单梁起重机变频改造方案变频改造是将传统的起重机电机变为可调速电机，通过改变电机的运行频率，实现对起重机的调速，并进一步提高起重机的性能。
具体的变频改造方案如下：1.选择变频器：选择适合的变频器是变频改造的关键。
要考虑起重机的工作环境、工作特点和负载情况，选择频率变化范围大、响应速度快的变频器。
2.安装变频器：将选定的变频器安装在起重机的电控箱中。
根据变频器的安装说明书，正确接线，确保安装牢固可靠。
3.调试参数：根据起重机的负载情况和工作要求，在变频器上设置合适的参数。
主要包括电机额定功率、额定转速、启动方式、保护参数等。
4.试运行和调试：在完成参数设置后，进行试运行和调试，检查起重机的正常运行和变频效果。
需要注意的是，起重机在变频运行时，应保持平稳、缓慢的启动和停止，避免对电机和负载产生冲击。
5.监测和维护：在变频改造完成后，需要定期检查和监测起重机的运行情况。
利用变频器的监测功能，可以实时监测电机的工作状态，及时发现问题并采取措施。
通过变频改造1.节能减排：变频器可以根据实际负载情况自动调节电机运行频率，避免了传统起重机在负载较轻时能耗高的问题，实现节能减排的效果。
2.调速精准：传统的单梁起重机通常只有一个或几个固定的运行速度，无法满足不同场合的需求。
通过变频改造，可以实现起重机的调速功能，使其适应不同负载和工作环境的需求。
3.运行平稳：传统起重机在启动和停止时容易产生冲击和震动，对负载和设备有一定的影响。
而变频改造后的起重机启动平稳，运行更加稳定，对负载和设备的影响较小。
4.噪音减少：传统起重机在启动和停止时会产生较大的噪音，对工作环境和操作人员的健康有一定的影响。
变频改造后的起重机启动和运行过程更加平稳，噪音减少。
综上所述，变频改造是提高单梁起重机性能的有效手段。
通过变频改造，不仅可以提高起重机的工作效率和稳定性，还可以降低能源消耗和噪音污染，符合工业节能和环保的要求。
第5章变频器在各类负载中的应用5．1带式输煤机的变频调速5．1．1负载的特点图5－1带式输煤机――――――――――――――――――――――――――――――――――拖动系统：变频拖动系统。
负载：带式输煤机。
图5－2 恒转矩负载及其特性a）带式输煤机b）机械特性c）负荷工况――――――――――――――――――――――――――――――机械特性：T L＝F·r＝C→恒转矩负载。
工况：连续变动负载。
5．1．2变频器选型1．变频器型号负载要求硬机械特性，但对动态响应无要求。
可选富士G11系列变频器。
2．变频器容量∵电动机可能短时间过载运行。
∴变频器容量加大一挡，选22kV A（配15kW电动机），30A。
图5－3变频器容量的选择a）拖动系统b）电流曲线――――――――――――――――――――――――――――――――――――∵电动机是允许短时间过载的，而变频器不行。
∴变频器容量须加大一挡。
5．1．3变频器的功能预置1．基本功能图5－4基本功能的预置a）基本频率b）最高频率与上、下限频率――――――――――――――――――――――――――――――――――――起动频率：为克服静磨擦力而设置。
起动频率保持时间：在此时间内，使皮带从松弛状态逐渐绷紧。
下限频率：为试车频率，实际最低运行频率为35Hz。
2．频率给定的相关功能1．转矩提升图5－5频率调节电路――――――――――――――――――――――――――――――――――――第一步：先画出控制电路。
第二步：决定各可编程控制端子的功能。
3．转矩提升功能4．加、减速时间图5－6富士变频器的转矩提升功能a）二次方律特性b）一次方律特性c）恒转矩特性――――――――――――――――――――――――――――――――――――第一步：测定在低频运行时的最大负荷率ξ＝80%。
（低频运行仅用于调试）第二步：决定转矩提升量：U C%＝0.1ξ＝8%（＃16.0）。
图5－7加、减速时间的预置a）加速时间b）主电路接线c）减速时间―――――――――――――――――――――――――――――――――――∵带式输煤机并不经常起动和停机，加、减速时间不影响生产率。
∴加、减速时间的预置以变频器不跳闸为原则。
5．保护功能图5－8富士变频器的过载保护a）动作电流与输出频率的关系b）反时限曲线――――――――――――――――――――――――――――――――――――∵是通用电动机，∴F10＝1。
∵电动机容量较小，∴F12＝3。
表中I F ＝N MN I I ＝306.22＝0.755．2提升机的变频调速5．2．1重力负载及其特点1．重力负载的四象限运行（1）重物上升（2）空钩（包括轻载）下降图5－10 重物上升时的工作点a）重载上升b）工作点―――――――――――――――――――――――――――――――――――稳态上升运行：工作点在第Ⅰ象限。
频率减小的过渡过程：工作点跳转到第Ⅱ象限，又转移到第Ⅰ象限。
图5－11 空钩下降时的工作点a）空钩下降b）工作点―――――――――――――――――――――――――――――――――轻载稳态下降运行：工作点在第Ⅲ象限。
频率减小的过渡过程：工作点跳转到第Ⅳ象限，又转移到第Ⅲ象限。
（3）重载下降图5－12 重载下降时的工作点a）重载下降b）工作点―――――――――――――――――――――――――――――――――重载下降稳态运行：工作点在第Ⅳ象限。
2．变频器选型（1）型号∵具有四象限运行特点。
∴采用无反馈矢量控制方式，选用三菱FR－540A系列变频器。
（2）容量∵P MN＝11 kW；I MN＝24.6A∴选S N＝23.6 kV A（15 kW）；I N＝31A5．2．2变频调速特点1．电动机和变频器接法图5－13电动机和变频器接法――――――――――――――――――――――――――――――――――绕线转子异步电动机：转子绕组短接，电刷举起或取消。
2．功能预置功能码功能名称数据码数据码含义Pr.3 基底频率50Hz 即基本频率Pr.4 高速频率设定50Hz 由RH端子控制Pr.5 中速频率设定30Hz 由RM端子控制Pr.6 低速频率设定10Hz 由RL端子控制Pr.7 加速时间5sPr.8 减速时间5sPr.19 基底频率电压380V3．电动机参数的自测定功能码功能名称数据码数据码含义Pr.80 电动机容量11kW 预置了这两个功能，就选择了矢量控制方式Pr.81 电动机的磁极数 6Pr.71 适用电动机 3 非三菱标准电动机Pr.9 电子过载保护28A 作用相当于电流取用比Pr.83 电动机额定电压380VPr.84 电动机额定频率50HzPr.95 自动调整设定/状态 1 电动机不旋转自动测量图5－14自动测量a）编程模式b）运行模式c）外接端子控制――――――――――――――――――――――――――――――――――――（1）变频器通电（2）变换模式：变频器从编程模式切换成运行模式。
（3）“起动”电动机：在运行状态下，维持约25s，至显示屏显示“3”或“103”时，自动测量结束。
5．2．3 起升装置的防溜钩1．电磁制动器的接法2．提升机变频控制电路图5－15 电磁制动器的接法 a ）工频运行时 b ）变频运行时―――――――――――――――――――――――――――――――――注意：KM2断开时，MB 仍有续流电流。
图5－16 提升机变频控制电路 a ）控制电路 b ）操作板―――――――――――――――――――――――――――――――――――RUN 端子：RUN “ON ”→X12“ON ”→Y11“ON ”→KMB 得电。
MRS 端子：SQ “ON ”→ X11“ON ”→Y7“ON ”→MRS “ON ”3．变频运行时防溜钩的方法图5－17变频器控制的防溜钩―――――――――――――――――――――――――――――――――运行：从起动频率上升到开启频率（f SD）。
同时，测量电动机运行电流→确认电流足够（t SC）时→电磁铁通电，制动器开始松开→延时“松开时间（t SD）”→频率上升至运行频率（f X）。
停止：频率下降到制动器断电频率（f BS）→电磁铁断电→频率下降到开启频率（f SD）→制动器开始抱紧→延时“抱紧时间（t BB）”→频率下降至0。
功能码功能名称数据码数据码含义Pr.60 程序制动模式8 程序制动模式有效，动器无动作完成信号Pr.13 启动频率 1 Hz 图中之f SPr.190 RUN端子功能20 电磁制动器通电指令Pr.278 制动开启频率 3 Hz 图中之f SDPr.279 制动开启电流110% 图中之I BS（110%电动机额定电流）Pr.280 开启电流检测时间0.3s 图中之t SC（发出制动器通电信号）Pr.281 制动器松开完成时间0.3s 图中之t SD（输出频率开始上升）Pr.282 制动操作频率 6 Hz 图中之f BS（电磁制动器断电）Pr.283 制动器抱紧完成时间0.3s 图中之t BB（输出频率下降至0 Hz）休息15分钟5．3卷绕机械的变频调速图5－19卷绕机械示意图――――――――――――――――――――――――――――――――――基本要求：张力不变，线速度恒定。
5．3．1卷绕机械的特点1．机械特性图5－20 恒功率负载及其特性a）卷径很小时b）卷径增大时c）卷径最大时―――――――――――――――――――――――――――――――――――――（1）F＝C，v＝C→P L＝F·v＝C，具有恒功率性质。
（2）T L＝F·r∝r n L＝v／2πr∝1／r，卷径越大，转矩越大，转速越慢。
5．3．2卷绕机械变频调速的要害1．主要矛盾2．解决方法图5－21额频以下带卷绕机――――――――――――――――――――――――――――――――――――T MN≥T Lmax n MN≥n Lmax►P MN0≥T Lmax·n Lmax／9550图5－22提高频率带卷绕机a）最高频率为100Hz b）最高频率为150Hz c）最高频率为180Hz ――――――――――――――――――――――――――――――――――――f max＝100Hz→P MN（1）≥P MN0／2；f max＝150Hz→P MN（2）≥P MN0／3；f max＝180Hz→P MN（3）≥P MN0／3.6。
5．3．3卷绕机械变频调速要点1．闭环控制（1）选型与控制电路选森兰SB70系列：6.4kV A，9.7A，配用4 kW电动机（2）基本功能预置图5－23卷绕的闭环控制――――――――――――――――――――――――――――――――――目标信号通道：AI1（跳线选择：电压信号）。
反馈信号通道：AI2（跳线选择：电流信号）。
紧急停机按钮：用于被卷物断裂或其他故障时。
图5－24森兰变频器基本功能a）电压与频率b）有效转矩线―――――――――――――――――――――――――――――――――――转矩提升量：∵起动时负载很轻∴转矩提升不宜过大。
转矩提升截止点：∵最大的负载转矩只发生在卷径最大时∴截止点可以尽量地接近实际运行的最低频率。
2．转矩控制选用安川CIMR－G7S系列变频器5．4车床的变频调速5．4．1车床的外形与特性1．主要特点图5－26车床的外形与特性a）车床外形b）车床的机械特性―――――――――――――――――――――――――――――――――低速段：为恒转矩特性。
高速段：受刀具强度和床身强度的限制，只能恒功率切削。
图5－25卷绕的转矩控制a）控制系统示意图b）转矩与转速――――――――――――――――――――――――――――――――――――转矩控制：给定信号控制的是电动机的电磁转矩，而不是转速。
转矩控制可以通过外接端子和转速控制切换。
自锁控制：∵只需正转，∴S5处不必接线，但须预置为“三线控制”。
2．实例某意大利产SAG 型精密车床，基本数据:如下：（1）主轴转速：75、120、200、300、500、800、1200、2000r/min ；（2）电动机额定数据：2.2kW ，5A ，1420 r/min 。
（3）车床的计算转速：n D ＝300 r/min即：n L ≤300 r/min 为恒转矩区；n L ≥500r/min 为恒功率区。
（4）各档转速下的负载转矩负载的实际功率按2kW 计算，则各档转速下的负载转矩如表所示。
n MN ＝MN MN n P 9550＝14202.29550⨯＝14.6N ·m 3．拖动系统的折算为了便于在电动机的有效转矩和负载的机械特性之间进行比较，把电动机轴上的转矩和转速都折算到负载轴上。
折算公式如下： （1）转速的折算[n M ’]＝λMn ＝n L （2）转矩的折算[T M ’]＝ T M ·λ5．4．2 两挡传动比方案1．低速挡的传动比∵ 50Hz （1420 r/min ）与300 r/min 对应 ∴ λL ≥300n nMN ＝3001420＝4.73取 λL ＝5恒转矩转速范围：n L ＝0～300 r/min ，对应f X ＝0～50Hz ；恒功率转速范围：n L ＝300～600 r/min ，对应f X ＝50～100Hz 。
