变频调速应用技术教案

变频调速应用技术教案（共9篇）

1.变频调速应用技术教案 篇一

变频器常见故障处理和维修方法经典教案

本文主要介绍了变频器的一些常见故障处理和维修方法，并简述了其故障产生的原因及防治对策。

1、引言

随着科学技术水平的不断提高，新型大功率电力电子元器件的诞生，集成电路和微机技术的应用，交流变频调速技术已日趋完善和成熟。交流变频调速系统以调速范围宽、动态响应快、调速精度高、保护功能完善和操作简单等优点，已在冶金、石化、电力、机械、民用电器等行业得到广泛应用。变频器在正常使用6-10年后，就进入故障的高发期，经常会出现元器件烧坏、失效、保护功能频繁动作等故障现象，严重影响其正常运行。在长期从事设备维修工作中，本人遇到过许多不同的变频器故障，在对其处理过程中，发现其故障类别有一定的共性和规律。在实际维修中，只要抓住其特征，掌握故障处理的规律，就能做好变频器的维修工作，使变频器在实际中出现的各种故障得到及时处理和解决，并延长其使用寿命。首先，要根据变频器的使用技术规范要求，制定完善的日常维护措施和检修周期，使故障隐患在初期得到解决，尤其是在恶劣环境条件下使用的变频器，这项措施更为重要。其次，专业维修人员必须全面了解其原理、结构和控制方式等常识。此外，还要有丰富的实践维修经验和扎实的电气理论知识。

2、变频器应用现状

在实际设备维修中，遇到最多的是进口变频器。如富士、三星、ABB、AB、西门子等厂家。特别是在大、中型企业旧设备技术改造中，应用最为广泛。其原因是由于十多年前国内生产变频器的厂家很少，其产品功能简单、性能低、质量不高。而进口变频器机型多、技术成熟、功能齐全、性能优越、质量高、耐用的特点，并且适合不同设备拖动需求，故占据着国内变频器市场的主要部分。在多年的实际使用中，发现进口变频器也存在着一个很大的问题，就是国内多数代理商和经销商在推销进口变频器时，一般是以国外已开始淘汰的机型为主，由于这类产品的价格不高，国内企业普遍能够接受。另外，国企在设备技术改造中，因改造资金不足、对方案设计不重视、审批专业性不强等其它原因，会自然选择这种机型。故设备技术改造完成2-3年后，就出现变频器维修配件或整机购买不到现象。代理商以这种产品淘汰，又推销另外一种机型，结果出现了同一个设备改造项目，却采用多种机型控制的情况。如我厂炭素一、二期焙烧4台多功能天车变频器改造，分别采用AB公司AC800-01、AC800-02两种变频器（2台是2002年实施的改造；另2台是2003年完成的）。又如我厂炭素净化系统4台200kW的排烟机2001年选用ABB公司ASC600（250kW）机型实施变频器改造后，运行3年多，就有2台变频器因无备件停用（因这种机型淘汰，已不生产，无备件供应）。随着经济和技术的迅速发展和进步，近几年国内众多厂家在变频器研制和开发方面，已开始了大规模资金和人力的投入。目前国产变频器在控制技术和功能上，已取得了显著的进步和成就。但由于过去的遗留的旧观念和态度，人们在实际应用中，仍然对国产变频器的性能和质量有较深的怀疑和偏见，故目前制约着国产变频器推广和应用。但国产变频器以其低价格，维修方便、配件供应及时等优点，正在逐渐被国内企业技术人员认可和接纳。

3、变频器的常见故障及维修对策

目前，大多数国内企业中，由于维修人员素质、能力、实践经验及设备管理不到位等原因，在设备维修工作上，主要采取设备元部件整体更换的维修工作方式。对于设备中变频器维修，也普遍采取整机报废、更换（或更新）维修方式。故企业内废旧整机变频器数量很多，每年要花费大量资金购置新的变频器，以维持实际设备运行需要。另外，由于变频器在使用中故障频繁，从维修人员到管理层普遍认为只有进口机型，才有高质量、低故障的保障。对变频器使用环境、维护不重视，将各类异常故障归结于质量问题，故出现了设备完成变频器

技术改造的几年后，又提出了新的设备变频器技改项目（这种技改其实是变频器更新工作），使一台设备多次实施技改，浪费了大量资金，影响着企业生产成本降低和效益的提高。

3.1 变频器故障分类

根据变频器发生故障或损坏的特征，一般可分为两类； 一种是在运行中频繁出现的自动停机现象，并伴随着一定的故障显示代码，其处理措施可根据随机说明书上提供的指导方法，进行处理和解决。这类故障一般是由于变频器运行参数设定不合适，或外部工况、条件不满足变频器使用要求所产生的一种保护动作现象； 另一类是由于使用环境恶劣，高温、导电粉尘引起的短路、潮湿引起的绝缘降低或击穿等突发故障（严重时，会出现打火、爆炸等异常现象）。这类故障发生后，一般会使变频器无任何显示，其处理方法是先对变频器解体检查，重点查找损坏件，根据故障发生区，进行清理、测量、更换，然后全面测试，再恢复系统，空载试运行，观察触发回路输出侧的波形，当6组波形大小、相位差相等后，再加载运行，达到解决故障的目的。本文主要阐述第二类故障的分析和处理方法。广州科沃—工控维修的120

主电路故障

根据对变频器实际故障发生次数和停机时间统计，主电路的故障率占60%以上；运行参数设定不当，导致的故障占20%左右；控制电路板出现的故障占15%；操作失误和外部异常引起的故障占5%。从故障程度和处理困难性统计，此类故障发生必然造成元器件的损坏和报废。是变频器维修费用的主要消耗部分。

（1）整流块的损坏 变频器整流桥的损坏也是变频器的常见故障之一，早期生产的变频器整流块均以二极管整流为主，目前部分整流块采用晶闸管的整流方式（调压调频型变频器）。中、大功率普通变频器整流模块一般为三相全波整流，承担着变频器所有输出电能的整流，易过热，也易击穿，其损坏后一般会出现变频器不能送电、保险熔断等现象，三相输入或输出端呈低阻值（正常时其阻值达到兆欧以上）或短路。在更换整流块时，要求其在与散热片接触面上均匀地涂上一层传热性能良好的硅导热膏，再紧固螺丝。如果没有同型号整流块时，可用同容量的其它类型的整流块替代，其固定螺丝孔，必须重新钻孔、攻丝，再安装、接线。例如，一台80年代中期西门子生产的变频器（7.5kVA）整流模块（椭圆形）击穿后，因无同类整流块配件，采用三垦生产的同容量整流块（矩形）替代后，已运行多年，目前仍然能正常使用。

（2）充电电阻易损坏 导致变频器充电电阻损坏原因一般是：如主回路接触器吸合不好时，造成通流时间过长而烧坏；或充电电流太大而烧坏电阻；或由于重载启动时，主回路通电和RUN信号同时接通，使充电电阻既要通过充电电流，同时又要通过负载逆变电流，故易被烧坏。其损坏的特征，一般表现为烧毁、外壳变黑、炸裂等损坏痕迹。也可根据万用表测量其电阻（不同容量的机器，其阻值不同，可参考同一种机型的阻值大小确定）判断。

（3）逆变器模块烧坏

中、小型变频器一般用三组IGTR（大功率晶体管模块）；大容量的机种均采用多组IGTR并联，故测量检查时应分别逐一进行检测。IGTR的损坏也可引起变频器OC（+pA或+pd或+pn）保护功能动作。逆变器模块的损坏原因很多:如输出负载发生短路；负载过大，大电流持续运行；负载波动很大，导致浪涌电流过大；冷却风扇效果差；致使模块温度过高，导致模块烧坏、性能变差、参数变化等问题，引起逆变器输出异常。

如一台FRN22G11S-4CX变频器，输出电压三相差为106V，解体在线检查逆变模块（6MBP100RS-120）外观，没发现异常，测量6路驱动电路也没发现故障，将逆变模块拆下测量发现有一组模块不能正常导通，该模块参数变化很大（与其它两组比较），更换之后，通电运行正常。又如MF-30K-380变频器在启动时出现直流回路过压跳闸故障。这台变频器

并不是每次启动时，都会过压跳闸。检查时发现变频器在通电（控制面板上无通电显示信号）后，测得直流回路电压达到500V以上，由于该型变频器直流回路的正极串接1只SK-25接触器。在有合闸信号时经过预充电过程后吸合，故怀疑预充电回路性能不良，断开预充电回路，情况依旧。用电容表检查滤波电容发现已失效，更换电容后，变频器工作正常。

辅助控制电路故障

变频器驱动电路、保护信号检测及处理电路、脉冲发生及信号处理电路等控制电路称为辅助电路。辅助电路发生故障后，其故障原因较为复杂，除固化程序丢失或集成块损坏（这类故障处理方法一般只能采用控制板整块更换或集成块更换）外，其他故障较易判断和处理。（1）驱动电路故障

广州科沃—电梯维修的120

驱动电路用于驱动逆变器IGTR，也易发生故障。一般有明显的损坏痕迹，诸如器件（电容、电阻、三极管及印刷板等）爆裂、变色、断线等异常现象，但不会出现驱动电路全部损坏情况。处理方法一般是按照原理图，每组驱动电路逐级逆向检查、测量、替代、比较等方法；或与另一块正品（新的）驱动板对照检查、逐级寻找故障点。处理故障步骤：首先对整块电路板清灰除污。如发现印刷电路断线，则补线处理；查出损坏器件即更换；根据笔者实践经验分析，对怀疑的元器件，进行测量、对比、替代等方法判断，有的器件需要离线测定。驱动电路修复后，还要应用示波器观察各组驱动电路信号的输出波形，如果三相脉冲大小、相位不相等，则驱动电路仍然有异常处（更换的元器件参数不匹配，也会引起这类现象），应重复检查、处理。大功率晶体管工作的驱动电路的损坏也是导致过流保护功能动作的原因之一。驱动电路损坏表现出来最常见的现象是缺相，或三相输出电压不相等，三相电流不平衡等特征。

（2）开关电源损坏 开关电源损坏的一个比较明显的特征就是变频器通电后无显示。如：富士G5S变频器采用了两级开关电源，其原理是主直流回路的直流电压由500V以上降为300V左右，然后再经过一级开关降压，电源输出5V，24V等多路电源。开关电源的损坏常见的有开关管击穿，脉冲变压器烧坏，以及次级输出整流二极管损坏，滤波电容使用时间过长，导致电容特性变化（容量降低或漏电电流较大），稳压能力下降，也容易引起开关电源的损坏。富士G9S则使用了一片开关电源专用的波形发生芯片，由于受到主回路高电压的窜入，经常会导致此芯片的损坏，由于此芯片市场很少能买到，引起的损坏较难修复。另外，变频器通电后无显示，也是较常见的故障现象之一，引起这类故障原因，多数也是由于开关电源的损坏所致。如MF系列变频器的开关电源采用的是较常见的反激式开关电源控制方式，开关电源的输出级电路发生短路也会引起开关电源损坏，从而导致变频器无显示。

（3）反馈、检测电路故障 在使用变频器过程中，经常会碰到变频器无输出现象。驱动电路损坏、逆变模块损坏都有可能引起变频器无输出，此外输出反馈电路出现故障也能引起此类故障现象。有时在实际中遇到变频器有输出频率，没有输出电压（实际输出电压非常小，可认为无输出），这时则应考虑一下是否是反馈电路出现了故障所致。在反馈电路中用于降压的反馈电阻是较容易出现故障的元件之一；检测电路的损坏也是导致变频器显示OC（+pA或+pd或+pn）保护功能动作的原因，检测电流的霍尔传感器由于受温度，湿度等环境因素的影响，工作点容易发生飘移，导致OC报警。

总之，变频器常见故障有过流、过压、欠压以及过热保护，并有相应的故障代码，不同的机型有不同的代码，其代码含义可查阅随机使用说明书，参考处理措施进行解决。过流经常是由于GTR（或IGBT）功率模块的损坏而导致的，在更换功率模块的同时，应先检查驱动电路的工作状态，以免由于驱动电路的损坏，导致GTR（或IGBT）功率模块的重复损坏；欠压故障发生的主要原因是快速熔断器或整流模块的损坏，以及电压检测电路的损坏，电压检测采样信号是从主直流回路直接取样，经高阻值电阻降压，并通过光耦隔离后送到CPU

处理，由高低电平判断是欠压还是过压；过热停机，多数原因是由冷却风扇散热不足引起的。如我厂铝电解车间环境恶劣，高粉尘、高温（夏季厂房上部气温高达56℃）、高氧化铝粉尘、氟化氢腐蚀气体使多功能天车上变频器内电路板易积尘、风扇粘死、电子器件老化迅速、GTR(或IGBT模块过热烧坏，故经常出现过热保护，特别是在夏季，这种现象更加频繁，而且模块烧坏率很高，即使进口机型（如Siemens、senken、fuji等）情况也是如此。为解决这个问题，我们通过加大天车上使用变频器容量，才初步降低了变频器的故障率和报废率，但效果并不理想。

4、降低变频器故障和延长使用寿命的措施 根据实验证明，变频器的使用环境温度每升高10℃，则其使用寿命减少一半。为此在日常使用中，应根据变频器的实际使用环境状况和负载特点，制定出合理的检修周期和制度，在每个使用周期后，将变频器整体解体、检查、测量等全面维护一次，使故障隐患在初期被发现和处理。

4.1 作好检修工作

（1）定期（根据实际环境确定其周期间隔长短）对变频器进行全面检查维护，必要时可将整流模块、逆变模块和控制柜内的线路板进行解体、检查、测量、除尘和紧固。由于变频器下进风口、上出风口常会因积尘或因积尘过多而堵塞，其本身散热量高，要求通风量大，故运行一定时间后，其电路板上（因静电作用）有积尘，须清洁和检查。

（2）对线路板、母排等维修后，要进行必要的防腐处理，涂刷绝缘漆，对已出现局部放电、拉弧的母排须取除其毛刺，并进行绝缘处理。对已绝缘击穿的绝缘柱，须清除炭化或更换。

（3）对所有接线端检查、紧固，防止松动引起严重发热现象的发生。

（4）对输入（包括输出）端、整流模块、逆变模块、直流电容和快熔等器件进行全面检查、参数测定，发现烧毁或参数变化大的器件应及时更换。

（5）对变频器内风扇转动状况、要经常仔细检查，断电后，用手转动风叶，观察轴承有无卡死或转动不灵活现象，必要时更换处理。

（6）仔细检查控制电路板上电子元器件，检查和处理脱焊、变色、鼓肚、开裂、断线（印刷板线路）等异常现象，必要时对外表异常的元器件，可从电路板上脱焊测量检查或更换。

（7）由于变频器在设计时其电子元器件考虑了使用老化引起的容量降低问题，故在维修中，不必对容量降低小的电容立即更换。在实际中，电容容量降低高低与变频器使用环境、负载大小、工作制等状况有直接的关系，恶劣环境、负载越大、停启频繁等运行状况，会加速直流主电容老化。另外，定期维护时，要详细检查主直流回路电容器有无漏液、外壳有无膨胀、鼓泡或变形，安全阀是否冲开，并对电容容量、漏电流（漏电流大，会使电容器过热，引起安全阀冲开，甚至电容爆炸）、耐压等进行测试，对容量降低30%以上、漏电流超过70mA、耐压低于650V的电容应及时更换。对新电容或长期闲置未使用的电容，应进行性能测试，满足使用要求后才可替换使用。

（8）对整流块、逆变GTR（或IGBT）等大载流量的器件要用万用表、电桥等仪器、工具进行检测和耐压实验，测定其正向、反向电阻值，并做表格记录，对参数相差较大的模块要更换。

（9）对主接触器及其它辅助继电器进行检查，仔细观察各接触器动静触头有无拉弧、毛刺或表面氧化、凹凸不平，发现此类问题应对其相应的动静触头进行更换，确保其接触安全可靠。

（10）经常检查电源电压波动程度。改善变频器使用环境和负载波动大的现象，避免大电流对变频器冲击的影响。

5、结束语

在变频器的应用中，只有满足其设计工作要求和正常使用的各项条件，才能使其长期、安全、稳定的运行。如果是在恶劣的工作环境下使用，就要加倍重视变频器的日常维护和检修工作，改善变频器使用环境和负载波动大的现象。才能保证变频器可靠、平稳、安全地发挥其各项性能，达到调速运行、节约电能和降低维修费用的目的。

2.变频调速应用技术教案 篇二

1 龙门刨床简介

1.1 龙门刨床主要结构

龙门刨床结构如图1所示。

1.2 龙门刨床主要运动形式

1.2.1 主运动:

加工过程中工作台连续的往复运动。每一个工作循环包含工作行程和返回行程, 前进时为工作行程, 此时带动工作台的电机有负载, 对工件进行切削;后退时为返回行程, 电机为空载。

1.2.2 进给运动:

对应工作台的每一个循环, 刀架的垂直或水平方向的进给移动。进给运动是发生在工作台由后退行程变为前进行程之初, 并要求在前进切削前结束。

1.2.3 辅助运动:

包括工作台的步进和步退;刀架的快速移动和抬刀;横梁的夹紧、放松和升降等。辅助运动用于检修或调整机床及工件与刀具的相对位置。

2 变频调速原理

变频调速原理:三相异步电动机转子转速为:

式中n为电动机转速;n0为电动机定子旋转磁场转速;s为转差率 (转子转速落后旋转磁场转速的比率) ;f为定子电源频率;p为定子磁极对数。由公式 (1) 可知:三相异步电动机转子转速由定子电源频率、磁极对数及转差率决定。要想改变电动机的转速只要改变定子电源频率、磁极对数及转差率即可达到调速的目的。

3 刨台变频调速系统控制电路设计

刨台变频调速系统控制电路如图2所示。

对刨台变频调速系统的控制电路的说明如下:

3.1 变频器的通电:

当空气断路器合闸后, 由按钮SB1和SB2控制接触器KM1, 进而控制变频器的通电与断电, 并由指示灯HLM进行指示。

3.2 速度调节:

a.刨台得刨削速度和返回速度分别通过电位器RP1和RP2来调节。b.刨台步进和步退的转速由变频器预置的点动频率决定。

3.3 往复运动的启动:

通过按钮QX和HX来控制, 具体按哪个按钮, 根据刨台的初始位置来决定。

3.4 故障处理:

一旦变频器发生故障, 触点KF闭合, 一方面切断变频器的电源, 同时, 指示灯HLT亮, 进行报警。

3.5 油泵故障处理:

一旦油泵发生故障, 继电器SB8闭合, PLC将使刨台在往复周期结束之后, 停止刨台的继续运行。同时, 指示灯HLP亮, 进行报警。

3.6 停机处理:

正常情况下, 按ST2, 则刨台应在一个往复周期结束之后才切断变频器电源。如遇紧急情况, 则按SB6, 使整台刨床停止运动。

结束语

从电气传动的观点看:调速可分为交流调速和直流调速两大类。直流调速与交流调速比较:直流电动机有机械换向器, 除励磁外, 全部输入功率从换向器流入电枢, 电动机效率低, 转子散热条件差, 冷却费用高, 而且其向高电压、高转速、大容量发展困难。交流电动机则具有容量大, 速度高, 惯性小, 维修方便, 可在恶劣环境中运行等优点。交流调速比直流调速成本要低得多, 调速性能也好得多。该拖动系统采用变频调速方式, 不仅可以获得很好的调速性能, 还能简化系统结构及控制电路。

参考文献

[1]张晓娟.工厂电气控制设备[M].北京:电子工业出版社, 2007.

3.变频调速技术在工业中的应用 篇三

【关键词】变频器；控制技术；应用

电力电子技术诞生至今已近50年，他对人类的文明起了巨大的作用.近10年来，随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，电气传动技术面临着一场历史革命，即交流调速取代直流调速和计算机数字控制技术取代模拟控制技术已成为发展趋势。交流电机变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。变频调速以其有益的调速和起制动性能、高效率、高功率因数的节电效果、适用范围广等优点，而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。

1.变频调速技术的现状

电气传动控制系统通常由电动机、控制装置和信息装置三部分组成。电气传动可分为调速和不调速两大类，调速又分为交流调速和直流调速两种方式。不调速电动机直接由电网供电。但是，随着电力电子技术的发展，原本不调速的机械越来越多地改用调速传动以节约电能，改善产品质量，提高产量。以我国为例，60%的发电量是通过电动机消耗的。因此，调速传动有着巨大的节能潜力，变频调速是交流调速的基础和主干内容，变频调速技术的出现使频率变为可以充分利用的资源。近年来。变频调速技术已成为交流调速中最活跃、发展最快的技术。

1.1国外现状

采用变频的方法，实现对电机转速的控制，大约已有40年的历史，但变频调速技术的高速发展， 则是近十年的事情，主要是由下面几个因素决定：

1.1.1市场有大量需求

随着工业自动化程度的不断提高和能源全球性短缺，变频器越来越广泛地应用在冶金、机械、石油、化工、纺织、造纸、食品等各个行业以及风机、水泵等节能场合，并取得了显著的经济效益。

1.1.2功率器件发展迅速

变频调速技术是建立在电力电子技术基础之上的。近年来高电压、大电流的SCR，GTO，IGBT，IG-GT以及智能模块IPM（Intelligent Power Module）等器件的生产以及并联、串联技术的发展应用，使高电压、大功率变频器产品的生产及应用成为现实。在大功率交—交变频（循环交流器）调速技术方面，法国阿尔斯通已能提供单机容量达30000kW的电器传动设备用于船舶推进系统。在大功率无换向器电机变频调速技术方面，意大利ABB公司提供了单机容量为60000kW的设备用于抽水蓄能电站；在中功率变频调速技术方面，德国西门子公司Simovert A电流型晶闸管变频调速设备单机容量为10-2600kVA和Simovert PGTOPWM变频调速设备单机容量为100-900kVA，其控制系统已实现全数字化，用于电机风车，风机，水泵传动；在小功率变频调速技术方面，日本富士BJT变频器最大单机容量可达700kVA，IGBT变频器已形成系列产品，其控制系统也已实现全数字化。

1.2国内现状

从整体上看我国电气传动系统制造技术水平较国际先进水平差距10-15年。在大功率交-交，无换向器电动机等变频技术方面，国内只有少数科研单位有能力制造，但在数字化及系统可靠性方面与国外还有相当差距。而这方面产品在诸如抽水蓄能电站机组启动及运行、大容量风机、压缩机和轧机传动、矿井卷扬机方面有很大需求。在中小频率技术方面，国内学者做了大量变频理论的基础研究。早在80年代，已成功引入矢量控制的理论，针对交流电机具有多变量、强耦合、非线性的特点，采用了线性解耦和非线性解耦的方法，探讨交流电机变频调速的控制策略。进入90年代，随着高性能单片机和数字信号处理的使用，国内学者紧跟国外最新控制策略，针对交流电机感应特点，采用高次谐波注入SPWM和空间磁通矢量PWM等方法，控制算法采用模糊控制，神经网络理论对感应电机转子电阻、磁链和转矩进行在线观测，在实现无速度传感器交流变频调速系统的研究上作了有益的基础研究。在新型电力电子器件应用方面，由于GTR，GTO，IGBT，IPM等全控制器件的使用，使得中小功率的变流主电路大大简化，大功率SCR，GTO，IG-BT，IGCT等器件的并联、串联技术应用，使高电压、大电流变频器产品的生产及应用成为现实。在控制器件方面，实现了从16位单片机到32位DSP的应用。国内学者一直致力于变频调速新型控制策略的研究，但由于半導体功率器件和DSP等器件依赖进口，使得变频器的制造成本较高，无法形成产业化，与国外的知名品牌相抗衡。国内几乎所有的产品都是普通的V/f控制，仅有少量的样机采用矢量控制，品种与质量还不能满足市场需要，每年需大量进口高性能的变频器。

因此，国内交流变频调速技术产业状况表现如下：

（1）变频器控制策略的基础研究与国外差距不大。（2）变频器的整机技术落后，国内虽有很多单位投入了一定的人力、物力，但由于力量分散，并没形成一定的技术和生产规模。（3）变频器产品所用半导体功率器件的制造业几乎是空白。（4）相关配套产业及行业落后。（5）产销量少，可靠性及工艺水平不高。

2.变频调速技术未来发展的方向

变频调速技术主要向着两个方向发展：一是实现高功率因数、高效率、无谐波干扰，研制具有良好电磁兼容性能的“绿色电器”；二是向变频器应用的深度和广度发展。随着变流器应用领域深度和广度的不断开拓，变频调速技术将越来越清楚地展示它在一个国家国民经济中的重要性。可以预料，现代控制理论和人工智能技术在变频调速技术的应用和推广，将赋予它更强的生命力和更高的技术含量。 [科]

【参考文献】

[1]刘美俊.变频器应用与维修问答[M].电子工业出版社，2009.

4.变频调速应用技术教案 篇四

变频调速技术在WK35电铲上的应用

通过对变频调速技术发展和原理说明,着重阐述变频调速控制技术在WK35电铲中的应用,并就现在国内电铲功率部分的改进和发展方向作简要的阐述.

作 者：于德君 作者单位：神华准格尔能源有限公司设备维修中心,内蒙古,鄂尔多斯,010300刊 名：中国科技博览英文刊名：ZHONGGUO BAOZHUANG KEJI BOLAN年，卷(期)：“”(1)分类号：U264.91+3.4关键词：变频调速 控制理论 应用系统

5.水泵变频调速应用的注意事项 篇五

1 变频调速与水泵节能

水泵节能离不开工况点的合理调节。其调节方式不外乎以下两种：管路特性曲线的调节，如关阀调节;水泵特性曲线的调节，如水泵调速、叶轮切削等。在节能效果方面，改变水泵性能曲线的方法，比改变管路特性曲线要显著得多[1]。因此，改变水泵性能曲线成为水泵节能的主要方式。而变频调速在改变水泵性能曲线和自动控制方面优势明显，因而应用广泛。但同时应该引起注意的是，影响变频调速节能效果的因素很多，如果盲目选用，很可能事与愿违。

2 影响变频调速范围的因素

水泵调速一般是减速问题。当采用变频调速时，原来按工频状态设计的泵与电机的运行参数均发生了较大的变化，另外如管路特性曲线、与调速泵并列运行的定速泵等因素，都会对调速的范围产生一定影响。超范围调速则难以实现节能的目的。因此，变频调速不可能无限制调速。一般认为，变频调速不宜低于额定转速50%，最好处于75%～100%，并应结合实际经计算确定。

2.1 水泵工艺特点对调速范围的影响

理论上，水泵调速高效区为通过工频高效区左右端点的两条相似工况抛物线的中间区域OA1A2。实际上，当水泵转速过小时，泵的效率将急剧下降，受此影响，水泵调速高效区萎缩为PA1A2[2](显然，若运行工况点已超出该区域，则不宜采用调速来节能了。)图中H0B为管路特性曲线，则CB段成为调速运行的高效区间。为简化计算，认为C点位于曲线OA1上，因此，C点和A1点的效率在理论上是相等的。C点就成为最小转速时水泵性能曲线高效区的左端点。

此，最小转速可这样求得：

由于C点和A1点工况相似，根据比例律有：

(QC/Q1)2=HC/H1

C点在曲线H=H0 S・Q2上有：

HC=H0 S・QC2

其中，HC、QC为未知数，解方程得：

HC=H1×H0/(H1-S・Q12)

QC=Q1×[H0/(H1-S・Q12)]1/2

根据比例律有：

nmin=n0×[H0/(H1-S・Q12)]1/2

2.2 定速泵对调速范围的影响

实践中，供水系统往往是多台水泵并联供水。由于投资昂贵，不可能将所有水泵全部调速，所以一般采用调速泵、定速泵混合供水。在这样的系统中，应注意确保调速泵与定速泵都能在高效段运行，并实现系统最优。此时，定速泵就对与之并列运行的调速泵的调速范围产生了较大的影响[2]。主要分以下两种情况：

2.2.1 同型号水泵一调一定并列运行时，虽然调度灵活，但由于无法兼顾调速泵与定速泵的高效工作段，因此，此种情况下调速运行的范围是很小的。

2.2.2 不同型号水泵一调一定并列运行时，若能达到调速泵在额定转速时高效段右端点扬程与定速泵高效段左端点扬程相等。则可实现最大范围的调速运行。但此时调速泵与定速泵绝对不允许互换后并列运行。

2.3 电机效率对调速范围的影响

在工况相似的情况下，一般有N∝n3，因此随着转速的下降，轴功率会急剧下降，但若电机输出功率过度偏移额定功率或者工作频率过度偏移工频，都会使电机效率下降过快，最终都影响到整个水泵机组的效率。而且自冷电机连续低速运转时，也会因风量不足影响散热，威胁电机安全运行。

3 管路特性曲线对调速节能效果的影响

虽然改变水泵性能曲线是水泵节能的主要方式，但是在不同的管路特性曲线中，调速节能效果的差别却是十分明显的。为了直观起见，这里采用图2说明。在设计工况相同的3个供水系统里(即最大设计工况点均为A点，均需把流量调为QB)，水泵型号相同，但管路特性曲线却不相同，分别为：

①H=H1 S1・Q2(H0=H1)

②H=H2 S2・Q2(H0=H2，H1>H2)

③H=S3・Q2(H0=H3=0)

很显然，若采用关阀调节，则3个系统满足流量QB的工况点均为B点，对应的轴功率为NB;若采用调速运行，则3个系统满足流量QB的工况点分别为 C，D，E点，其对应的运行转速分别为n1，n2，n3，相应的轴功率分别为NC，ND，NE，

由于N∝Q・H，所以各点轴功率满足 NB>NC>ND>NE。

可见，在管路特性曲线为H=H0+S・Q2的系统中采用调速节能时，H0越小，节能效果越好。反之，当H0大到一定程度时，受电机效率下降和调速系统本身效率的影响，采用变频调速可能不节能甚至反而增加能源浪费。

4 两种调速供水方式节能效果比较

在供水系统中，变频调速一般采用以下2种供水方式：变频恒压变流量供水和变频变压变流量供水。其中，前者应用得更广泛，而后者技术上更为合理，虽然实施难度更大，但代表着水泵变频调速节能技术的发展方向。

4.1 变频恒压(变流量)供水

所谓恒压供水方式，就是针对离心泵“流量大时扬程低，流量小时扬程高”的特性，通过自控变频系统，无论流量如何变化，都使水泵运行扬程保持不变，即等于设计扬程。若采用关阀调节，当流量由Q2→Q1时，则工况点由A1变为A2，浪费扬程△H=H1- H3=△H1+△H2。若采用变频恒压供水，则自动将转速调至n1，工况点处于B1点(参见图3)。由于变频调速是无级变速，可以实现流量的连续调节，所以，恒压供水工况点始终处于直线H=H2上，在控制方式上，只需在水泵出口设定一个压力控制值，比较简单易行。显然，恒压供水节约了△H1，而没有考虑 △H2。因此，它不是最经济的供水调节方式，尤其在管路阻力大，管路特性曲线陡曲的情况下，△H2所占的比重更大，其局限性就显而易见。

4.2 变频变压(交流量)供水

变压供水方式控制原理和恒压供水相同，只是压力设置不同。它使水泵扬程不确定，而是沿管路特性曲线移动(参见图3)。当流量由Q2→Q1时，自动将转速调至n2，工况点处于B2点。此时水泵轴功率n2小于恒压供水水泵轴功率N1。变压供水理论上避免了流量减少时扬程的浪费，显然优于恒压供水。

但变压供水本质上也是一种恒压，不过将水泵出口压力恒定变成了控制点压力恒定，它一般有2种形式：

4.2.1 由流量Q确定水泵扬程

流量计将测得的水泵流量Q反馈给控制器，控制器根据H=H0+S・Q2确定水泵扬程H，通过调速使H沿设计管路特性曲线移动。

但在生产实践中情况比较复杂。对于单条管路输水系统，是可以得到与之对应的一条管路特性曲线的。而在市政供水管网中，则很难得到一条确定的管路特性曲线。在实践中，只能根据管网实际运行情况，通过尽时能接近实际的假设，计算出近似的管路特性曲线。

4.2.2 由最不利点压力Hm确定水泵扬程

即需在管网最不利点设置压力远传设备，并向控制室传回信号，控制器据此使水泵按满足最不利点压力所需要的扬程运行、由于管网最不利点往往距离泵站较远，远传信号显得不太方便，而且，在市政供水系统中，由于管网的调整，用水状况的变化等随机因素的影响，都会使实际最不利点和设计最不利点发生一些偏差，给变压供水的实施带来困难。

5 结论

①变频调速是一种应用广泛的水泵节能技术，但却具有较为严格的适用条件，不可能简单地应用于任何供水系统，具体采取何种节能措施，应结合实际情况区别对待

②变频调速适用于流量不稳定，变化频繁且幅度较大，经常流量明显偏小以及管路损失占总扬程比例较大的供水系统。

③变频调速个适用于流量较稳定，工况点单一以及静扬程占总扬程比例较大的供水系统。

④变频变压供水优于变频恒压供水。

参考文献：

[1]王锡仲，蒋志坚，高景峰.变频优化调压节能供水装置的研制[J].给水排水，，24(10)：64～67.

6.变频调速应用技术教案 篇六

阅览次数：881 来源：《控制与传动》 作者：杨文喜 秦强林 陈卫东

概述：

文章根据昆钢集团二炼钢厂为了提高系统自动化程度、改善工艺条件从而在转炉吹氧风机的设计上采用了东方凯奇公司高压大功率变频器替代传统的液力耦合器进行调速的情况，结合东方凯奇公司高压大功率变频器在现场的使用情况、以及与液力耦合器进行对比后的情况总结了采用变频器后的优点、对提高工艺水平的好处以及良好的节能效果。

从使用的情况看，高压大功率变频器完全可以适应这种场合的应用，它的优异性能将会为用户带来极大的方便和产生良好的经济效益。

关键词：高压变频器，液力耦合器，除尘风机，调速节能

1.工程概述

昆钢二炼钢厂现有原设计公称容量15吨氧气顶吹转炉三座，2000年对转炉进行了扩容和氧枪改造。2001年二炼钢厂全年共产钢90.6万吨，转炉平均出钢量为22吨/炉，装入量为24吨。2002年二炼钢全年共产钢104.5万吨。

随着国民经济的高速发展，需要在现有设备条件下尽力挖掘设备潜力，提高钢铁产量。根据我们调查和分析，限制二炼钢厂综合产钢能力提高的主要因素是转炉系统产钢能力不足。

转炉产钢能力主要受出钢量，转炉作业率和缩短冶炼周期等因素制约。为实现150万吨综合产钢能力，除了对转炉扩容外，还必须提高转炉作业率和缩短冶炼周期。通过理顺物流，可减少转炉等待时间2.5分钟；提高铁水质量，增加供氧强度，缩短供氧时间2.5分钟；稳定原料成分，减少波动，可提高转炉一次倒炉出钢率，缩短终点倒炉取样及测温时间1.5分钟。冶炼周期可从现在的29.47分的基础上缩短至23.5分钟以内，使二炼钢厂的综合产钢能力达到150万吨。

在市场竞争日益激烈的前提下，昆钢集团有限公司二炼钢厂积极采取措施在增加产量的同时降低消耗，使企业在市场竞争中增加竞争力。

2.调速方案的选择

昆钢二炼钢厂在2003年6月扩建炼钢厂设计综合产钢能力为150万吨，其三座转炉分别配置三套除尘系统，该系统一方面将燃烧不完全的煤气回收，另一方面通过除尘风机排除剩余烟气，为满足钢厂节能及环保的要求，除尘风机根据炼钢工艺在吹氧及炼钢时高速运行，其余时间为低速运行。

为了满足生产工艺，使系统的运行符合工况，肯定需要系统有良好的调速性能。传统的解决办法是采用液力耦合器调速技术方案、直流调速技术方案以及其它方式的调速方案。一般采用液力耦合器进行风机调速的居多，由于液力耦合器本身的技术缺陷，在该系统中已难以较好地满足生产工艺要求，这些缺陷有：

a．采用液力耦合器时，在低速向高速运行过程中，延迟性较明显，不能快速相应，同时这时候的电流较大，如整定不好会引起跳闸，影响系统稳定性。

b．液力耦合器本身控制精度差，调速范围窄，通常在40％～90％之间； c．电机启动时，冲击电流较大，影响电网的稳定性。

d．在高速运行时，液力耦合器有丢转现象，严重时会影响工作的正常进行。e．液力耦合在调速运行时产生机械损耗和转差损耗，效率较低，造成电能浪费。f．液力耦合器工作时是通过一导管调整工作腔的充液量，从而改变传递扭矩和输出转速来满足工况要求；因此，对工作腔及供油系统需经常维护及检修。液力耦合器经过一段时间使用，其维护费用较高，g．液力耦合器故障时，无法再用其它方式使其拖动的风机运行，必须停机检修。h．耦合器运行时间稍长，会漏油严重，对环境污染大，地面被油污蚀严重。i．风机和电机的运行噪音大，达到90dB左右，严重影响操作人员的身体健康。从以上情况来看，如果使用液力耦合器，会制约昆钢二炼钢厂节能降耗，降低生产成本，提高生产效率，增加企业竞争力的目的。

由于使用液力耦合器有这些固有的缺陷，现在有很多企业已经采用新型的高压大功率变频调速装置拖动风机，取得了良好的应用效果。

2003年6月，昆钢集团二炼钢厂和成都东方凯奇公司经过技术磋商，决定在1号转炉的除尘风机上进行变频改造，以满足风机调速的要求，改善工艺状况。3.变频改造方案实施

除尘风机是除尘净化系统的动力中枢，一旦除尘风机不能正常运行，不但影响生产，造成巨大的经济损失，还有可能危胁到现场生产人员的人身安全；另外，调速系统工作的环境比较恶劣；同时转炉又周期性间断吹氧；所以，和除尘风机配套的高压调速系统，要求具有极高的可靠性。基于以上工作特点，对变频调速系统的主要要求如下： a.要求变频器具有高可靠性，长期运行无故障。

b.要求变频器有完美的旁路功能，一旦出现故障，可以先切换到单元旁路下运行，同时也可以使电机切换到工频运行。

c.调速范围要大，效率要高。

d.具有逻辑控制能力，可以自动按照吹氧周期升降速。

e.有共振点跳转设置，能使电机避开共振点运行，让风机不喘振。系统原理图如下：

其中K1、K2、K3为变频器的旁通柜，K1、K2与K3互锁，从系统的原理图中可看出，进行变频改造对原系统改动较小，可在较短时间内完成改造方案，K3的加入可使变频在有故障的情况下工频旁通。该变频器的参数如下： 型 号：DFCVERT-MV-1000/6B 输入参数：

额定电压：三相交流6.3kV±10％ 频 率：50Hz 输入侧电流畸变率：＜4%（30%负载以上）输入侧功率因数：＞0.96（20%负载以上）输出侧电流畸变率：＜3% 效 率： 96％ 输出参数：

容 量：1000kVA（适配电机功率800—850kW）额定输出电压：6kV 额定输出频率：50Hz 输出频率范围：0.1—50Hz 频率分辨率：0.01Hz 升降速时间：1—3000秒可调 电流波形：完全正弦 其它：

防护等级

IP31 环境温度

0-40℃ 环境湿度

90%,无凝结 海拔高度

1860米

高低速逻辑控制功能（加减速时间均可按照工艺要求设定）具有标准PID控制功能

具备故障查询功能，与上位机联机后可以打印故障 支持DCS、ProfiBus网络化运行 支持远端操作显示

输入输出保护：输入缺相、欠压、过压、过流；输出过流、缺相、不平衡等 内部保护：过载、过热、通讯故障、单元自动旁路故障单元等;电机参数如下：

电机型号：Y B630S1-1 额定功率： 800kW 额定电压： 6kV 额定电流： 90.6A

额定转速： 2950r/min 功率因数： 0.89 风机参数如下： 风机型号：D1100 额定流量：66000m3/ h 全 压：24658 Pa.g 效 率：95.5%

2003年8月底变频器发往现场，9月中旬变频器完成了现场的安装调试工作并正式投入生产运行。

变频器从制造到正式投入使用，所用的生产、安装、调试周期都很短，总共仅有3个多月的时间，保证了1号转炉的技术改造的周期和正常的生产。

同传统的液力耦合器比较，东方凯奇电气有限责任公司生产的高压变频器有以下优点：

（1）运行稳定，安全可靠。原来使用液力耦合器大概40天左右就必须更换轴承，每次需停炉半天左右，带来的巨大的经济损失。DFCVERT-MV型变频器具有免维护的特点，只需定期更换柜门上的通风滤网，不用停机，保证了生产的连续性。（2）节能效果较为显著，大大降低了吨钢电耗。

（3）电动机实现了真正的软启动、软停运，变频器提供给电机的无谐波干扰的正弦波电流，降低了电机的故障次数。同时，变频器设置共振点跳转频率，避免了风机会处于共振点运行的可能性，使风机工作平稳，风机轴承磨损减少，延长了电机和风机的使用寿命和维修周期，提高了设备的使用寿命。

（4）变频器自身保护功能完善，同原来继电保护比较，保护功能更多，更灵敏，大大加强了对电机的保护。

（5）变频器同现场信号采用可靠的连接方式，控制方便，性能可靠，满足炼钢生产的需要。变频器内置有PLC，现场信号接入灵活。在控制逻辑上，由现场（转炉）为变频器提供一对高速、低速节点，变频器按照节点的状态自动高速、低速往复运行；由变频器自身的频率输出进行转速测定，可以取消原来同电机相连的测速器，由变频器为现场直接提供电机转速指示。

（6）设备适应电网电压波动能力强，有时电网电压高达6.9kV，或者电压低至5.5kV变频器仍能正常运行。

（7）同液力耦合器比较，在加速期间大大减小了噪声，削弱了噪声污染。由于不用定期拆换轴承或者对液力耦合器进行维修，避免了机油对环境的污染，使风机房的现场环境有了极大改善。

（8）由于电机降低速度运行以及工作在高效率区，因此电机和轴承的温升都明显低于采用液力耦合器的系统，这样可以延长风机系统的使用寿命。

从现场投运来看，该变频器通常运行在高速和低速两种状态，当转炉在吹氧和炼钢时，变频器由低速转入高速状态，上升时间要求在1分钟之内完成，否则在吹氧和炼钢时要产生大量的烟气，若不能及时排出烟气，将会影响到生产甚至现场工作人员的人身安全。经过现场多次运行，DFCVERT-MV-1000/6B变频器完全能够满足这项技术要求。其次，从高速到低速也完全满足工艺的要求。

4.经济分析

根据扩建后炼钢工艺要求，炼一炉钢为23分钟。由风机中控室根据下氧枪信号给变频器一高速信号使变频器运行在高速状态，时间为8～12分钟，根据转炉出钢信号使变频器运行在低速状态，时间为11～15分钟，其中，高速状态为43HZ（2500转/分钟）；低速状态为18HZ（1000转/分钟）。现场实测到当变频器运行在高速状态时，变频器的输入电流为40.2A；当变频器运行在低速状态时，变频器的输入电流为18A；炼一炉钢变频器运行在高速状态平均所需时间为10分钟，低速状态平均所需时间13分钟；若按年工作日8000小时计算，那么，变频器在一年里高速状态的时间约3480小时，低速状态约4520小时；（1）采用变频器拖动风机时 高速状态：

P1 =√3 UIcosф= 1.732×6.3×40.2×0.96＝419.00544kW 低速状态：

P2 =√3 UIcosф= 1.732×6.3×18×0.95＝186.58836kW平均功率 P=P1×0.8+P2×0.2=372.52kW(高速状态约80％，低速状态为20％)（2）采用液力耦合器时

高速状态：

P1’ =√3 UIcosф= 1.732×6.3×52×0.93＝527.68kW 低速状态：

P2’ =√3 UIcosф= 1.732×6.3×44×0.9＝432.1kW平均功率 P’=P1’×0.8+P2’ ×0.2=508.564W(高速状态约80％，低速状态为20％)（3）采用变频调速和采用液力耦合器调速与采用变频器调速装置运行的节能率对比： F=(P’-P)/P=(508.564-375.52)/508.564=26.17% 从计算结果知道，采用变频器技术改造后，不仅具有良好的节能效果，而且操作方便，特别适合于钢铁厂进行风机的技术改造。

5．工艺特性的改进

采用变频调速后，整个炼钢风机的工艺特性得到很大的改进，主要反映如下：（1）电机的温升和轴承温升下降明显 电机温升在采用液力耦合器时的59℃下降至44℃，电机的前后轴承的温度都有响应的下降；

（2）电机的振动明显降低 电机的振动由采用液力耦合器的2.2mm下降到0.2mm，改善的效果非常明显。

（3）整机的运行噪音改善明显 采用液力耦合器时，无论低速高速，由于电机均处于工频运行，整机的噪音明显，达到90dB左右，但是进行变频改造后，整机的运行频率下降至40Hz左右，电机的运行噪音明显下降，低于80dB,在低速运行时基本上听不到噪音，达到65dB以下，大大改善了现场的噪音污染。

（4）日常维护包养工作量和费用下降 采用液力耦合器估计每年的维护费用在5万元左右，采用变频器后，这项费用下降为数千元左右。

（5）调速范围 采用液力耦合器调速范围具有相当大的限制，采用变频器后，变频范围可以任意设定，大大地增强了工艺调节能力。6.结束语

经过近半年的运行，证明DFCVERT-MV-1000/6B高压大功率变频器性能好，可靠性高，节能效果明显，满足连续生产对调速系统的要求，同时可以大大改善工艺条件，提高生产效率，具有很好的推广价值。

7.变频调速技术在地下矿山中的应用 篇七

矿山按产品类型可分为煤矿、金属矿和非金属矿山等。地下矿山的生产较露天矿山复杂。井下生产空间窄小, 生产设备的环境潮湿、阴暗, 粉尘大、噪音大、振动大, 并存在有塌方的危险, 工作条件十分恶劣。井下生产设备的体积受限, 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、压风等固定设备是地下矿山的重要部分, 因此, 这些设备的安全运行和节能至关重要。

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。

1 变频调速技术在矿井提升机中的应用

矿井提升是地下矿山生产的咽喉, 无论哪种提升机, 对电气传动的要求都很高, 电气传动系统性能的优劣, 可靠性的高低, 都直接关系到矿山生产的效率和矿山生产的正常进行。对矿井提升机电气传动系统的要求:有良好的调速性能, 调速精度高, 四象限运行, 能快速进行正、反转运行, 动态响应速度快, 有准确的制动和定位功能, 可靠性要求高等。

目前, 我国地下矿山矿井提升机的电气传动系统主要有:对于大型矿井提升机, 主要采用直流传动系统, 可分为直流电动机-直流发电机系统和晶闸管变流器-直流电动机系统, 这2种系统都存在着直流电动机固有的缺点, 如效率不高、维修工作量较大等;对于中、小型提升机, 则多采用交流电气传动系统, 如采用交流绕线式电动机, 使用电机转子切换电阻调速, 这种电气传动系统虽然设备简单, 但它是有级调速, 调速性能差、效率低, 大量的电能消耗在电动机转子电阻上, 而且可靠性也差。

将变频调速技术应用于矿井提升机是矿井提升机电气传动系统的发展方向。我国已有几台大型矿井提升机采用交-交变频调速系统, 取得了很好的效果, 但其缺点是功率因数不高、谐波大, 需加谐波和功率因数补偿装置。随着变频调速技术的发展, 交-直-交电压型变频调速技术已开始在矿井提升机中应用。采用这种变频调速的交流提升机可以克服直流调速系统和交-交变频调速系统的缺点, 是提升机电气传动的发展方向。对于小型交流提升机已有成功应用变频器的实例, 如以西门子S7-200为主要芯片的变频器, 成功地应用于山东金岭铁矿侯庄矿付井提升机上, 安全、节能效果明显, 年度节约电费几十万元。

2 变频调速技术在空压机中的应用

空气压缩机是地下矿山生产的重要设备之一, 其耗电量在矿山总耗电量中占有相当大的比重。深入分析空气压缩机的电能消耗情况, 找出节能潜力, 实现空气压缩机的节能运行, 将会降低矿山生产成本, 提高其经济效益。

侯庄矿压风机房共有8台空气压缩机, 其中5台为40m3空气压缩机, 3台为20m3空气压缩机。其中40m3空气压缩机采用三相同步电动机控制, 20m3空气压缩机用来调节风压的大小, 采用并联运行方式。一般情况下40m3空气压缩机运行1~2台, 20m3空气压缩机运行1~2台, 其余的作为备用。空气压缩机站的容量是按最大排气量并考虑备用来确定的, 然而在实际的使用过程中, 用气设备的耗气量是经常变化的, 当耗气量小于压缩空气站的排气量时, 便需对空气压缩机进行控制, 以减少排气量使之适应耗气量的变化, 否则空气压缩机排气系统的压力会升至不允许的数值, 使空气压缩机和用气设备的零部件负载过大, 并有发生爆炸的危险。活塞式空气压缩机的起、停有着严格而复杂的规程, 不允许频繁起停。为了满足井下用气量的变化, 一般由调度人员根据井下用气量的时间变化特点, 把一天分为几个时段, 每一个时段需要开的空压机台数由该时段内最大用气量决定。在该时段内, 空压机不允许增开或停开 (特殊情况除外) 。地下矿金属矿山的空压机站多采用这种方式, 但这种控制方式很显然存在一些比较大的缺点:

(1) 据统计, 压缩机组75%负荷运行率为41%, 50%负荷运行率为14%。无论空气压缩机是处于75%、50%还是空载运转状态, 管网压力较正常供气压力要高, 井下用气量很显然要小于供气量, 而这时各台空气压缩机仍然全速生产压缩空气, 造成不必要的电能浪费。

(2) 调节精度低。在某一进风量工作状态下, 压力波动大, 特别在生产用风量变化频繁时期 (用风量大且变化频繁) , 风压不能稳定。

(3) 阀门动作值在一次整定后经常会变, 有时会使整个压风系统工作压力偏高, 增大了单位压风量的功耗。

(4) 当空压机运行在7 5%、5 0%进气量的工作状态下, 进气流速增大, 造成进气过程压风量的损失, 降低了压风机的效率。

因此有必要对现有的调节方式进行改进, 以节约电能, 提高空压机的运行效率。空压机恒压自动控制变频调速系统结构如图1所示.

空压机恒压自动控制变频调速系统可实现对1#空压机和2#空压机的轮换控制。1#空压机和2#空压机均可由新老2套系统拖动, 这样做的目的:1#空压机出现故障需要检修时, 新系统可迅速切换到2#机, 以提高恒压控制变频调速系统的利用率;当新系统出现故障需要停车检修时, 老系统能够很快地投入运行, 不致于影响正常生产;当管网压力超出恒压调节范围时, 系统增开或者减开一台空压机。

3 变频调速技术在矿井通风机中的应用

矿井通风机一般采用异步电机或同步电机拖动, 恒速运转, 容量大, 电机供电电压高 (6kV或10kV) 。

矿山建设的特点是:巷道逐年加深, 产量逐年增加, 所需的通风量逐年上升。矿井通风机在设计选型时, 往往是按最大开采量所需的风量为依据的, 一般都留有余量, 因此矿井在投产后几年甚至十几年内, 矿井通风机都是处在低负载下运行。此外, 通常矿山井下作业不均衡, 一般夜班工作人员少, 所需风量也小, 在节假日时, 可能只有泵房等固定的井下场所的值班人员工作。尽管井下人员少, 但也得照常向井下送风, 矿井通风机一般不调节风量, 若要调节风量时, 传统的方法是调节档板。这种办法虽然简单, 但从节能的观点看, 是很不经济的。因此, 利用变频调速技术对通风机进行改造是很有必要的。

4 选择变频器应注意的事项

变频器 (特别是价格昂贵的高压变频器) 如选择不当, 达不到节电和提高生产效率的目的, 就会造成浪费和不必要的麻烦和损失。

(1) 电机调速虽是风机、水泵节能的有效途径, 但并非凡是风机、水泵都能采用调速节电。对于工艺参数基本稳定, 不需要调速的风机、水泵可以采用高效节能电机和高效节能风机, 以提高系统效率。对于已建成而配置不合理的风机可以通过采用更换电机、调节叶片角度等方法达到节电的目的。选择调速节能时应注意:风机、水泵的转速变化范围不宜太大, 通常最低转速不少于额定转速的5 0%, 因为当转速低于额定转速的40%~50%时, 风机、水泵本身的效率明显下降, 是不经济的;调速范围确定时, 应注意避开机组的机械临界共振转速, 否则调速至该谐振频率时, 将可能损坏机组。

(2) 进行可行性分析。在选择要进行变频调速的设备对象以后, 应从提高效率或提高产品质量的需要情况, 从节约电能的情况进行分析、计算, 并与变频器的投资进行比较, 计算出变频器的投资回收期。一般来说, 如能从节约的电费或从提高产品质量、提高效率等方面所得的收益中, 在2年内回收变频器的投资, 都应认为是可行的。同时还应分析外部条件是否满足变频器的使用要求。

(3) 变频器的可靠性如何, 直接决定了变频器能否成功地应用于生产, 这是选择哪种变频器的首要条件。

(4) 对产品样本的阅读和了解是比较各厂家变频器性能的重要依据。

(5) 主要应考虑的技术规格和参数包括型号、效率、功率因数、谐波、输出容量和额定输出电流、频率范围、电源容量和允许电压变化范围、保护功能、价格等。

5 结语

在矿山应用变频器和其它工业部门有相同之处, 也有不同之处, 如电铲、牙轮钻机、矿井提升机等设备应用变频器有一些特殊要求, 所用的变频器还有一些技术开发工作要做。

参考文献

[1]张永惠.高压变频器的选择[J].变频器世界, 1999, (6)

8.变频调速应用技术教案 篇八

【关键词】变频调速技术应用 课程改革 教学实践

【中图分类号】G 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2016）11C-0086-02

目前，工矿企业的三相异步电动机基本采用变频调速控制，它可以在不改变设备的情况下，灵活调整电动机的转速，以适应企业生产工艺流程变化，起到节能降耗作用，能够使设备高效运行。这是一种新颖的控制技术，开创了一个全新的智能电机时代，变频控制技术改变了异步电动机陈旧的控制运行模式。基于此原因，在制造类专业，如机电一体化技术、电气自动化技术等，变频调速技术应用成为不可或缺的一门重要课程，承担着职业技能培养、向社会和企业输送合格人才的重任。

一、课程教学现状分析

（一）课程定位

根据专家调研和企业用工调查，课程相关的就业岗位有：操作监控员、维修电工、销售工程师、工程技术员，其中普遍初次就业岗位是操作监控员。无论何种岗位，都具有共性，即应具备安装、调试、设计、维护、设备相关资料收集整理等方面的能力。从此出发，围绕职业能力培养，通过课程的学习，应能够让学生了解熟悉变频调速技术的专业知识，掌握变频器调速技术的基本原理及其应用，重点掌握目前一种流行的变频器的硬件电路接线、相关参数的设置、交流电机的运行与控制，并养成认真的工作作风和严谨的工作态度，树立岗位责任意识，养成科学的思维方法和综合的职业能力，以适应就业岗位的需要。

（二）教学中存在的问题

变频调速技术应用是一门理论实践结合紧密的课程，实践是课程最佳的教学方法，也是学生能够掌握技能的唯一途径。现实中，教师普遍感觉课程的实践能力培养离初衷尚有一定的距离，归结起来有如下几方面原因。

1.学生兴趣不高，向学精神不足。当前高职学生来源广泛，有高考生、单招生和对口生，文理兼收，层次不一，理科基础参差不齐；以柳州铁道职业技术学院为例，由于铁路专业是特色专业，就业良好，大部分人入学目的是冲铁路专业而来，抱有转专业的想法，因而对非铁路专业课程学习热情不高，课堂上学生提得最多的问题是考试怎么考？容易过关吗？做完了，还要干什么？而不是思考这门课对自身有什么用、怎样才能学好。缺乏往深度、广度方向拓展的想法。因此，从入学开始，应该加强对学生的思想教育，使其端正态度，多作专业引导和宣传，促使学生了解专业内容与学习方向，形成专业规划，认识到行行有出息，做到学一行爱一行，最终激发兴趣，产生动力。

2.教师教学方法单一。现代教育理念中的师生关系，强调的是学生的中心地位，教师起指挥、引导、协调的作用，但是学生往往主动性不足，缺乏参与性，普遍存在懒于动手的现象，因此制约了教师教学设计的运用，然后落入传统的“传递─接受”教学模式，致使课堂效果低效或无果。教师要针对学生的不同特点和心理素质展开教学活动，要充分了解学生，设计教学时要针对不同的层次做好分层教学的多手准备，要有足够的耐心；教师自身要强化学习，要有宽泛的知识面，感染学生，要努力激发学生的兴趣，从而提高学生学习的主动性。

3.实训设备不能适应实训开展。接线和参数设置是课程学习重点，通常有关的实训设备是一个孤立的变频器器件，在接线与参数设置上需要耗费很多时间，极为不便。学生刚开始接触使用，较难理解各参数的意义和设置值，对各相互交织的关系更是无法掌握，老师面对众多的学生往往顾此失彼。为此我们利用组态技术开发了“变频器实训系统”这一装置，申请且获得了国家专利。该装置能够读写变频器的全部参数值，教师能够做到对每台变频器的参数设置情况一目了然，同时附带有实例帮助，指导学生练习或自学，能够实现教与学的直观性、方便性，降低了学习难度，曾应用于多个班级的教学实践，取得了良好效果，起到了保障教学质量的重要作用。

4.教材方面的因素。相当多的高职教材是职业学院教师根据自身的经历和本校实训实验设备编写成的，由于各学校情况不同，如果照章编制教学计划，则一些内容无法开展实践活动。所以，教师在制定教学计划时应以教材为蓝本，针对本校设备和学生情况灵活取舍。

5.课程之间衔接不良。变频调速系统可以由单一的变频器构成，但更多是与PLC组合在一起，通常本课程安排在PLC课程之后，相隔时间较长。高职学生自学能力普遍不足，对知识的记忆力差，在本课程需要运用PLC知识时，学生普遍反映忘了。所以最好两门课程同时进行，既可了解PLC的实际应用，也可避免知识脱节。

二、课程教学改革对策

（一）按照学习进阶，重新规划实践内容

变频控制貌似复杂，实质上就是要电动机按需要转起来、快慢可控，故问题的本质就是向变频器输入控制电动机启停、换向的命令信号，及改变电动机快慢的频率信号。

我们选择西门子变频器作为教学载体。西门子M系列变频器参数虽然很多，起关键决定作用的参数是P0700（命令信号）和P1000（频率信号）。所以以命令信号为主线，以频率信号为辅线，将实践内容分基本内容、进阶内容、综合能力训练三部分，基本内容表1所示，以单一的命令信号结合不同的频率信号构成，着重于理解。

进阶内容在基本内容基础上将命令信号分别改为端子排输入和 PLC的USS 输入，频率信号依照表1重复进行。综合能力着重于实际问题解决，只给出项目要求，然后由小组依照工程分析、决策、实施、检查评价、总结几个步骤完成，本阶段让学生自由发挥，不限制思路，能够检验技能的掌握程度。

（二）更新教学方法，强化师生互动

高职学生的另一特点是喜动厌静，为了讲授理论而作冗长的分析、说理不但不能引起学生的兴趣，反而导致学生昏昏欲睡。怎样让学生抬起头、放下手机，专注于学习，是教师面临的现实问题。实践中，我们采用“先做后学，边做边学”的教学方法，教师亲自动手，做出示范实例，给学生参观，要求学生依样画葫芦般模仿，目的是使其建立感性认识，然后引导他们思考：为什么会这样？接着讲明原因，师生交替互动，配合完成教学内容。

（三）借助辅助手段，扩充教学资源

由于学生人数众多，个人接受能力有不同，性格有差异，可能一时未能理解透彻，因此引入微课教学，供学生在课内外反复观看。在微课的设计上，主要以知识点为单元，突出电气规范性、内容完整性、步骤清晰性，数量充足、时间避免冗长。通过微课视频，可训练和培养学生自主学习的能力，锻炼学生分析问题和解决问题的能力，提高他们的动手能力。使得教师从重复的讲解中解放出来，将更多精力投入课堂组织、答疑解惑以及安全管理方面。

（四）以人为本的教学保障

加强对学生的思想教育，改变想法，为未来打基础，去企业参观，建立感性认识；引领学生，关心关爱学生，做到主动关心某些内向学生。特别是把到企业参观作为教学内容之一，不仅能使学生了解本专业领域目前的生产、设备、技术、工艺的现状和发展趋势；同时也能熟悉职业岗位的特点、职业工作的过程和内容、管理模式。

教师要加强自身能力建设，主动下企业熟悉工作情境、工作任务和工作流程，能熟知本课程内容在企业中的实际应用；能够分析学生特点和心理，根据学习规律建设课题库，设计教学内容与方式，能够针对不同的工作类型特点，变换教学方式。教师应该树立终身学习，努力提高理论水平和技能水平的思想，绝对不能满足于完成教学时数的念头，尤其是青年教师。职业技能比赛是很好的锻炼，例如全国职业院校“自动线安装与调试”技能大赛、“电气控制系统安装与调试”技能大赛中均设置了参赛指导教师竞赛环节，竞赛内容包括针对竞赛考核装置设备的专业课程的整体教学设计，还需要对某一次课或者某一个工作站的现场课程教学讲解，检验参赛指导教师综合运用教学载体进行专业教学的课程设计和实施能力。

教学效果的取得依赖于教师和学生双方良好的互动，任何一方的缺失都不可能达成目标，教师应了解学生、关心学生、服务学生。只有这样，才能为社会、企业培养出高素质的劳动者和技能型人才，同时收获个人的职业成就感。

【参考文献】

[1]陈凤光.以市场为导向的高职“双师型”师资队伍建设研究[J].广西教育，2015（4）

【基金项目】广西高校科研立项项目研究成果（KY2015YB475）

【作者简介】黄戈里（1964— ），男，广西南宁人，柳州铁道职业技术学院副教授，研究方向：电气自动化技术，职业教育。

9.变频调速应用技术教案 篇九

摘 要:通用变频器能量回馈PWM控制系统是一种采用有源逆变方式把电动机减速制动时产生的再生能量回馈电网的装置。它可以克服通用变频器传统制动电阻方式低效、难以满足快速制动和频繁正反转的不足，使通用变频器可在四象限运行。本文首先回顾了变频调速能量回馈控制技术的发展历史及现状。设计了一种基于智能功率模块IPM的新型控制系统，并详细介绍了主电路、控制电路、驱动和保护电路的设计思路。最后指出了能量回馈技术的发展趋势。关键词:变频调速技术 能量回馈 再生制动 PWM控制 智能功率模块 检测技术 1 引言 变频调速技术涉及电子、电工、信息与控制等多个学科领域。采用变频调速技术是节能降耗、改善控制性能、提高产品产量和质量的重要途径，已在应用中取得了良好的应用效果和显著的经济效益[1]。但是，在对调速节能的一片赞誉中，人们往往忽视了进一步挖掘变频调速系统节能潜力和提高效率的问题。事实上，从变频器内部研究和设计的方面看，应用或寻求哪一种控制策略可以使变频驱动电机的损耗最小而效率最高？怎样才能使生产机械储存的能量及时高效地回馈到电网？这正是提高效率的两个重要途径。第一个环节是通过变频调速技术及其优化控制技术实现“按需供能”，即在满足生产机械速度、转矩和动态响应要求的前提下，尽量减少变频装置的输入能量;第二个环节是将由生产机械中储存的动能或势能转换而来的电能及时地、高效地“回收”到电网，即通过有源逆变装置将再生能量回馈到交流电网，一方面是节能降耗，另一方面是实现电动机的精密制动，提高电动机的动态性能。本文讨论的就是变频调速系统节能控制的第二个环节－变频调速能量回馈控制技术。在能源资源日趋紧张的今天，这项研究无疑具有十分重要的现实意义。2 通用变频器在应用中存在的问题 通用变频器大都为电压型交-直-交变频器，基本结构如图1所示。三相交流电首先通过二极管可控整流桥得到脉动直流电，再经电解电容滤波稳压，最后经无源逆变输出电压、频率可调的交流电给电动机供电。这类变频器功率因数高、效率高、精度高、调速范围宽，所以在工业中获得广泛应用。但是通用变频器不能直接用于需要快速起、制动和频繁正、反转的调速系统，如高速电梯、矿用提升机、轧钢机、大型龙门刨床、卷绕机构张力系统及机床主轴驱动系统等。因为这种系统要求电机四象限运行，当电机减速、制动或者带位能性负载重物下放时，电机处于再生发电状态。由于二极管可控整流器能量传输不可逆，产生的再生电能传输到直流侧滤波电容上，产生泵升电压。而以GTR、IGBT为代表的全控型器件耐压较低，过高的泵升电压有可能损坏开关器件、电解电容，甚至会破坏电机的绝缘，从而威胁系统安全工作，这就限制了通用变频器的应用范围[2]。3 国内外能量回馈技术研究现状 为了解决电动机处于再生发电状态产生的再生能量，德国西门子公司已经推出了电机四象限运行的电压型交-直-交变频器，日本富士公司也成功研制了电源再生装置，如RHR系列、FRENIC系列电源再生单元，它把有源逆变单元从变频器中分离出来，直接作为变频器的一个外围装置，可并联到变频器的直流侧，将再生能量回馈到电网中[3]。同时，已见到国外有四象限电压型交－直－交变频器及电网侧脉冲整流器等的研制报道[4-9]。普遍存在的问题是这些装置价格昂贵，再加上一些产品对电网的要求很高，不适合我国的国情。国内在中小容量系统中大都采用能耗制动方式[10-13]，即通过内置或外加制动电阻的方法将电能消耗在大功率电阻器中，实现电机的四象限运行，该方法虽然简单，但有如下严重缺点[14-18]: [!--empirenews.page--](1)浪费能量，降低了系统的效率。(2)电阻发热严重，影响系统的其他部分正常工作。(3)简单的能耗制动有时不能及时抑制快速制动产生的泵升电压，限制了制动性能的提高(制动力矩大，调速范围宽，动态性能好)。上述缺点决定了能耗制动方式只能用于几十kW以下的中小容量系统。国内关于能量回馈控制的研究正在进行，但基本上都处于实验阶段，目前已经见到有关的文献报道[14-18]，但尚未见这方面产品的报道。4 能量回馈系统的拓扑结构 按照所选用的功率开关器件的不同，能量回馈系统的拓扑结构可分为半控器件型结构和全控器件型结构两大类。4.1 半控器件型(晶闸管型)结构 由于晶闸管的耐压、耐流、耐浪涌冲击能力是全控型功率器件所无法比拟的，加之驱动、保护电路简单，价格低廉等原因，采用晶闸管构成有源逆变电路在七、八十年代获得人们普遍的研究，即使在现阶段也仍有一定的实际意义。下面将要介绍几种基于晶闸管的有源逆变电路的结构、基本原理以及优、缺点的对比。(1)可控整流-可控有源逆变型 该方式是人们早期研究的一种方案。基本思路是在可控整流桥的基础上再反并联一套有源逆变装置，当电动机处于电动状态时，整流桥T’1~T’6工作;而当电动机处于发电状态时，随着直流回路电压的升高，三相可控整流器被封锁，三相可控有源逆变器T1~T6工作，将能量回馈到电网中，同时该方式有效的阻断了环流的发生。其主回路结构如图2所示。众所周知，在晶闸管逆变电路中，为保证逆变器换流的可靠性，对逆变角β有一定的限制，即βmin=300，同时为满足有源逆变的条件，避免直流环流，还应使变频器的最高直流侧电压Udmax小于逆变电压Uβmin，即:(1)式中:E为电源相电压有效值，△Um为允许的最高泵升电压。由(1)式可知，αmin应大于βmin。于是带来了两个问题: 1)较大的αmin将引起波形畸变干扰电网，并降低了电网的功率因数。2)直流回路电压降低将使常规380V交流电机得不到充分利用。为此人们又提出了一种可行的解决办法，就是将有源逆变器通过升压变压器与电网相连，整流电路改为不可控。显然，波形和功率因数都可得到改善，升压变压器可以切断上下桥臂产生的直流环流，同时为了限制交流环流以及满足有源逆变条件在电路中设置了电抗器，但它又有如下缺点: 1)增加的变压器和环流电抗器使装置的成本提高、体积增大。2)因只要Uα虽然可以采用电压、电流滞环控制方法来克服这一缺陷，但所有的控制均基于对逆变角β的控制，这就大大增加了β角的控制难度。特别是在发生误触发时，没有有效的方法防止有源逆变器颠覆而产生的短路电流。(2)可控整流/有源逆变复用型 Keiju.Matsui 等人提出了以下几种拓扑结构[18-19]，其基本思路是利用一套可控整流桥既完成整流，又实现有源逆变，这样就可以减小装置的体积，降低成本。[!--empirenews.page--]1)多脉宽调制(MPWM)方式 主电路结构如图3所示。采用一个电抗器和一个大功率晶体管作为能量暂存环节。α900(β这种方案的优点是巧妙地利用一个整流桥同时实现整流和有源逆变两种功能，结构简单，体积较小。缺点是它的输出波形包含大量的低次奇次谐波，噪声大，同时能量回馈过程间断进行，回馈效率低，能量损耗较大，功率因数低。为减少MPWM输出波形包含的低次奇次谐波，进一步改善电路的结构，Keiju.Matsui等人提出了SPWM方式[20,21]。2)正弦波脉宽调制(SPWM)方式 该方式控制电路仅采用一只晶体管来实现能量的回馈控制，使电路的结构更加简单，且有效的抑制了低次谐波，但它需要晶闸管S1~S6的协调配合，同时该方案的开关损耗较大，能量回馈过程是间断进行的。为了获得连续的电流波形，Keiju.Matsui等人又提出了一种新的方案，即MCC方式。3)可调的库克(MCC)方式 该方案是在MPWM方式的基础上增加一只大型电容器，通过控制电容器的充放电来保证能量回馈过程的连续，工作原理同MPWM一样，先将再生能量储存在电感中，待条件满足后再将能量回馈到电网中。该方案的优点是可以连续的回馈再生能量，保证了电流的连续性，从而使回馈的功率较高，开关损耗较小，但由于引人了大型电容器，使装置体积增大，成本提高，同时该电路输出电流波形包含较大的低次奇次谐波成分，易造成负载转矩脉动、噪声较大。(3)滞环控制斩波-逆变回馈方式 上述几种方案虽然都能实现能量回馈控制，但其缺点是显而易见的，同时由于晶闸管存在强迫换流关断的问题，导致对直流侧电压有限制，若直流侧电压过高，则有可能由于晶闸管换流关断失败而导致逆变颠覆，这就限制了它们的应用。因此Dennis等人提出了一种基于晶闸管的新型回馈装置[22]。其主电路结构如图4所示。主回路主要包括三部分:同步整流器SR、母线换相器BC、电流调节器CR。其基本思想是当直流母线电压达到一定值时启动该装置，通过控制回馈电流的大小，将再生能量有效的回馈到电网中。为了避免整流与有源逆变在一点来回切换，回馈电流采用滞环控制方式。该电路的工作原理如下:当直流母线电压达到一定值(如740V)时开通Q1，将能量回馈到电网，同步整流器SR以a=1800的固定相位角工作。随着回馈电流的增加，当电流传感器检测到电流超过设定值时关断Q1，此时回馈电流开始下降，当电流降到下限设定值时再开通Q1，如此循环往复。母线换相器BC的作用有二:一是为晶闸管的换相提供零电压钳位，以保证它们可靠地关断;二是在紧急状态时为能耗制动提供回路。其中大功率晶体管Q2在每次晶闸管换相时都触发导通一次，即每600相位角导通一次，为晶闸管提供零电压钳位，这样就可以确保晶闸管可靠地换相，并可以省去强迫换流电路[22]。[!--empirenews.page--]该方案采用电流滞环控制回馈电流，为一大类负载提供了一种切实可行的拓扑方案，具有一定的通用性。其特点如下: 1)可广泛应用于PWM交流传动的能量回馈制动场合，克服了晶闸管强迫换相对直流侧电压限制的缺点。

2)这种结构不产生任何异常的高次谐波电流成分，同时它控制方便，不需要辅助关断电路，是一种经济可行的方式。3)通过在回路中增加电阻R1和开关Q2，提供了能耗制动的可选方式，可以实现紧急制动。基于晶闸管的再生能量回馈系统的优点是:结构和控制简单，成本较低，耐压和耐浪涌电流的能力较强，在大容量的逆变装置中具有一定的优势。但是其缺点是显而易见的:它输入功率因数低;输入侧有高次谐波存在，谐波损耗大;需要复杂的辅助关断电路，从而使装置成本增加，体积增大，可靠性降低，动态响应慢。故一般用于较大容量和对系统动态性能和快速性要求不太高的场合。4.2 全控器件型结构 全控型器件如GTR、MOSFET、IGBT或IPM具有开关频率高、集成度高和动态响应快等优点。采用上述的全控型器件作为有源逆变的功率开关器件可以提高系统的效率，抑制谐波和机械噪声，这使得基于全控型器件的能量回馈控制系统已经成为研究的重点。目前国内外流行的控制方式仅对电流回路进行滞环控制[14-18]，虽然控制方式和控制电路比较简单，但系统的主要控制对象-回馈电流的控制精度难以保证，从而造成系统的动态性能和抗干扰性能较差，功能不够完善。作者设计了一种全新的控制方案[25-28]，该方案采用PWM控制方式有效地克服了传统控制方式的缺陷，提高了系统的控制精度和动态性能。如图5所示。回馈电流大小的控制是整个系统的核心环节。本系统创新之处是摈弃了传统的滞环控制方式，采用了PID技术和PWM控制技术，利用电压型PWM控制芯片SG3525A作为主控芯片进行闭环控制，综合了滞环控制方式和PWM控制方式的优点，克服了采用滞环控制时回馈电流波形差、其高频分量大、控制不精确的缺限，提高了系统的控制精度、动态性能和抗干扰性能。控制系统包括同步信号获取电路、电压检测与控制电路、电流检测与控制电路、以及故障检测、显示与保护电路。其中，同步信号电路是有源逆变的基础和关键，回馈电流的检测与控制则是系统的控制核心和难点。同步信号获取电路采用同步变压器降压全波整流法获取。实验表明，该方法线路简单，精度高，可以很好地满足控制系统的要求。电压检测和控制电路采用高速高线性度光电耦合器TLP559将直流母线电压线性地变为弱电压信号，该信号经变换后为回馈电流提供控制信号，以决定是否开启逆变装置进行能量回馈。电流检测及控制电路使回馈系统成为闭环控制系统。能量回馈过程中，首先要保证回馈电流的大小要满足回馈功率的要求。同时回馈电流的控制精度和纹波大小直接影响到系统的控制性能，因此对电流的实时检测与控制是一个非常关键的环节。本系统采用霍尔电流传感器对回馈电流进行检测，霍尔电流传感器的特点是体积小、响应速度快、准确度和线性度高，完全可以胜任电路的要求;采用PID调节器和SG3525A型PWM控制芯片进行脉宽调制，综合了滞环控制方式和PWM控制方式的优点，使系统能快速、准确地控制回馈能量。实验结果表明电流控制完全符合设计要求。[!--empirenews.page--]系统提供交/直流过压、欠压、过流、缺相、交直流快熔保护和IPM故障等齐全保护措施，以保证系统和电路的正常工作，减小故障情况下的损失。采用新型功率器件-智能功率模块IPM是本系统的又一特色。IPM内部集成了高速、低耗的IGBT芯片和优化的门极驱动及过流、短路、欠压和过热保护电路，它提高了系统的性能和可靠性，降低了系统成本，缩短了产品开发周期，是值得推广的产品开发途径。5 能量回馈技术的新发展--双PWM控制技术[23] 交-直-交电压型变频器的主电路输入侧一般是经三相不控桥式整流器向中间直流环节的滤波电容充电，然后通过PWM控制下的逆变器输入到交流电动机上。虽然这样的电路成本低、结构简单、可靠性高，但是由于采用三相桥式不控整流器使得功率因数低、网测谐波污染以及无法实现能量的再生利用等。消除对电网的谐波污染并提高功率因数，实现电机的四象限运行以构成变频技术不可回避的问题。为此，PWM整流技术的研究，新型单位功率因数变流器的开发，在国内外引起广泛的关注。传统的制动方法是在中间直流环节电容两端并联电阻消耗能量，这既浪费了能量，又不可靠，而且制动慢;或者设置一套三相有源逆变系统，但增加了变压器，加大了回馈装置的体积，增加了成本而且逆变电流波形畸变严重，电网污染重，功率因数低。而整流电路中采用自关断器件进行PWM控制，可是电网侧的输入电流接近正弦波并且功率因数达到1，可以彻底解决对电网的污染问题。由PWM整流器和PWM逆变器无需增加任何附加电路，就可实现系统的功率因数约等于1，消除网侧谐波污染，能量双向流动，方便电机四象限运行，同时对于各种调速场合，使电机很快达到速度要求，动态响应时间短。图3位变频器双PWM控制结构，其中ia*、ib*、ic*是与电网电压ea、eb、ec具有同频同相位的电流信号，经PWM电流控制器与实际电流ia、、ib、ic比较生成6路PWM开关信号控制整流器中开关元件导通和关断，是实际电流跟随ia*、ib*、ic*、网侧功率因数约等于1。双PWM控制技术的工作原理:①当电机处于拖动状态时，能量由交流电网经整流器中间滤波电容充电，逆变器在PWM控制下降能量传送到电机;②当电机处于减速运行状态时，由于负载惯性作用进入发电状态，其再生能量经逆变器中开关元件和续流二极管向中间滤波电容充电，使中间直流电压升高，此时整流器中开关元件在PWM控制下降能量馈如到交流电网，完成能量的双向流动。同时由于PWM整流器闭环控制作用，使电网电流与电压同频同相位，提高了系统的功率因数，消除了网侧谐波污染。双PWM控制技术打破了过去变频器的统一结构，采用PWM整流器和PWM逆变器提高了系统功率因数，并且实现了电机的四象限运行，这给变频器技术增添了新的生机，形成了高质量能量回馈技术的最新发展动态。