变频技术范文1
关键词：变频器；变频技术；煤矿皮带机；工作原理；效果
中图分类号：TD63+4.1文献标识码：B
作者简介：姜继寿（1970-），男，山西阳高人，毕业于太原理工大学电气工程及其自动化专业，工程师、从事煤矿机电技术与管理工作
皮带机是煤矿井下的主要煤炭运输设备，因此，皮带运输机的安全高效运行对于提高矿井生产效益具有十分重要的意义。但由于皮带具有一定的弹性，根据《煤矿安全规程》中的相关规定，皮带机应采取的启动方式为软启动方式。目前，很多煤矿仍采用液力耦合器来实现软启动，但由于其具有能耗高等不足，因而逐渐为变频技术所代替。
1某矿皮带机系统简介
某矿井下所使用的皮带机采用双机驱动方式，即采用两台电机拖动，电机功率均为1400kW，两台电机均安设在机头处。该矿皮带机此前采用液压耦合器进行驱动，皮带机运转期间多次出现皮带损坏问题，增加了检修工作量，用电成本较大。
2变频器工作原理
（1）变频器将交流电变换为直流电，最初的交流电是三相或单相的；（2）变频器将第一步变换的直流电再变换为交流电。此时的交流点是三相或单相的，但从交流电电压和频率角度讲，它不同于最初的交流电，表现在电机运行曲线上则为该曲线平行下移，这表明电机具有较大的启动转矩，即电机以较小的电流启动重载负荷。
3煤矿皮带机变频调速方案分析
3.1传统液耦的不足
（1）增加空载启动环节。若采用液压耦合器，则应首先进行空载启动，因为工频启动时存在较大电流，且一般会超过4倍的电机额定电流。电流产生的瞬时冲击则会使得电机中的机械应力等瞬间变大，进而造成电机内部机件的严重损坏问题。此外，这种启动方式还会对电网造成较为严重的影响，如电压下降问题，从而使得其他机电设备不能正常运转。因此，为避免上述不利情况出现，应在皮带机上安装软启动设备，常用的软启动设备为水电阻。
（2）水电阻液体温度过高会造成环境污染问题。若液压耦合器工作时间过长，液体温度则会不断升高，且达到一定温度值，就会造成合金塞的熔化问题，进而引发漏液问题，如此既污染了环境，还增加了维护工作量。
（3）皮带强度要求高。若采用液压耦合器，则皮带机在很短的时间内完成加载工作，这极易使得皮带承受更大的张力，因而必须增加皮带的强度，以避免皮带破坏。
（4）多电机驱动的功率不平衡问题得不到有效解决。煤矿井下所采用的皮带机一般长度较大，且承担运量大的运输工作，基于此种情况，皮带机往往采用的驱动方式为多电机驱动，而采用此种驱动方式则面临的一个问题就是必须解决多电机驱动的功率不平衡问题，而液压耦合器则无法有效解决这种不平衡问题。
3.2高压变频器的优势
（1）更好实现皮带机的软启动。皮带机的缓慢启动是以电机缓慢启动为基础的，且电机还能有效释放胶带内部贮存的能量，因而可大大降低输送机启动与停止时的冲击力，从而避免了胶带的损坏问题。
（2）较低胶带强度。由于变频器的启动时间可以在一小时内调整，而皮带机的启动时间可根据实际情况在3min内进行调整，因而启动时间得到延长，这样就不需要求皮带具有较高的强度，从而减少设备的成本。同时，由于启动冲击力小，设备内部损坏较小，皮带机各部件的寿命有效延长。
（3）解决了皮带机多电机驱动时的转矩平衡问题。采用变频驱动方式时，可通过一拖一控制，即采用主-从或其他控制方式，均能有效实现转矩平衡。
（4）验带功能。为更好地对皮带机进行检修工作，则应保证皮带机具有低速验带功能。而变频调速系统是通过无级调速的交流传动系统来实现变速的，因而，在空载条件下，可在额定带速内任意调整带速，便于检修。
（5）重载启动平稳。由于变频在低频运转条件下可输出超过2倍的额定力矩，因此可实现平稳的重载启动。
（6）自动调速。在煤流传感器的作用下，变频可结合负载的轻重情况对胶带速度进行自动调节，减少了胶带的磨损。
（7）节能。煤炭开采量的变化使得皮带机的运煤量也会发生变化，当负载较小甚至空载时，皮带机仍在高速运行，消耗大量的电能，但由于生产的需要，皮带机又不能停止。而变频器可控制皮带机的运行速度，可实现负载变化的变速，因而大大节约电能。
3.3煤矿皮带机变频调速方案确定
若皮带机采用多台电机拖动，则应注意电机之间的协调控制问题，因为各电机的输出是由皮带耦合实现的。由电机学原理知，若电机存在滑差，则变频器的输出频率会出现偏差，进而造成输出转矩不平衡问题，甚至出现故障。因此，需采取适当措施，以平衡各机出力。现场应用中，主要有以下三种驱动方案：
方案一：一拖多并联运行方案。这种方案的适用条件为电机（单机）功率小，电机数量少于3台，要求低成本。
方案二：主-从控制方案。这种方案的适用条件为要求各电机均衡出力，电机数量少于3台，各电机之间间距小，系统简单。
方案三：统一协调控制方案。这种方案的适用条件为电机数量超过3台，电机之间间距较大，系统复杂。结合该矿现场实际以及各方案适用条件，为更有效地控制负载平衡，确定该矿皮带机采用方案二即主-从控制方案作为高压变频调速系统。其中，一台变频器为主控，以确定输出转矩，另一台则由主控变频器控制，并与其同步运行。变频调速系统仅能够控制电机的转矩，而不能控制从控电机的转速。
1#电机的转速是由主控高压变频器控制的，且两台电机的输出转矩也是由主控高压变频器发出的，而2#电机的输出转矩是由从控高压变频调速系统控制的。为保证电机的转速精度，并将其控制在0.5%以内，变频器应采用无速度传感器矢量控制技术；若精度要求更高，如将其控制在0.1%以内，则应采用速度传感器。本主、从高压变频调速系统均有以下两种功能：
（1）外部信号连锁控制功能；（2）报警逻辑信号输出功能。主控高压变频调速系统即可接收来自本地或远程的指令，也可接收从控系统发送的指令，此外，从控系统也具有类似主控系统的接收指令程序。
4应用效果分析
现场应用结果表明，该矿皮带机采用主-从控制方案作为高压变频调速系统，可对现场工况进行有效调节，不仅改善了系统的自动化程度，而且减少了电能消耗，降低了生产成本。此外，使用该方案后，系统维护工作量减少，且带来了可观的经济效益，并未出现安全问题。
参考文献
［1］刘桂兰.中小型煤矿皮带机电控系统的改造［J］.重庆文理学院学报（自然科学版），2012，31（5）：67-69.
［2］冯中志.艾默生中压变频器在皮带机上的应用［J］.自动化与仪器仪表，2013，（4）：145-146.
［3］张可程，郭福伟，刘涛.变频调速在煤矿运输系统中的应用［J］.电机与控制应用，2008，35（12）：36-38.
［4］刘延军，王新全，卢传智，等.变频控制技术在井下皮带运输机上的研究与应用［J］.山东煤炭科技，2005（1）.
［5］吴建堂，黄进.IGBT直接高压变频器在煤矿主井皮带机中的成功应用［J］.变频器世界，2007（3）：75-76.
［6］吴建堂，黄进.高压变频器在多电机驱动大皮带机中的应用［J］.电气工程应用，2007（4）：18-20.
［7］史晓冬.皮带机电控系统实施变频技术改造的研究与应用［J］.内蒙古煤炭经济，2012（12）：86-88.
［8］程宝平.UP10变频器在煤矿皮带输送机上的应用［J］.电气技术，2012（5）：71-73.
变频技术范文2
关键词：变频节能技术；煤矿；机电设备；探讨
伴随经济的不断进步，煤矿行业也在飞速发展，变频节能技术在煤矿机电设备中的应用越来越广泛。在某种程度上可有效降低电量消耗并实现节能减排的目的[1]。本文主要对变频节能技术在煤矿机电设备应用进行了深入探讨，为更好地促进煤矿行业的发展打下基础。
1变频节能技术简介
变频节能技术指的是通过半导体元件通断的作用改变电源电流的工作频率，进而达到降低能量消耗的目的。在变频节能技术中，变频器是其核心设备，主要组成部分有电源板、键盘、控制的面板及电极电容等。在电动机上安装变频器，在满足了输出的要求后，有效降低了能源消耗，实现了节能减排的目的。当电动机上没有安装变频器时，其电流频率没有办法改变，任意工作状态下，都会以额定电压开展工作，这样就很难满足不同工作状态下的能量要求，同时也造成了能量极大的浪费。
2煤矿机电设备应用过程中存在的问题
a)在很多煤矿企业中，煤矿机电设备在选型方面普遍存在大马拉着小车的情况，存在很严重的电能浪费，普遍没有很高的运行效率。煤矿企业的电耗非常大，压气、通风、排水及提升等设备耗电量大约占总体能耗的1/3，约占煤矿用电量的30%。若选用阀门或挡风板，在调节过程中电能浪费很大，若选用变频技术进行调节，可节省20%～50%，其经济效益显而易见。开元矿业公司在没有应用变频节能技术之前，1个月的用电能总量达到了35714.6kW•h，实际用电量26027.5kW•h，有效用电效率仅72.8%，电能很大一部分没有得到有效利用[2]；b)煤矿机电设备的电机负荷普遍比较大，启动起来电流很大、时间也很长，这严重影响了设备绝缘强度，很容易将大功率电动机烧毁，电网的可靠运行受到威胁。矿井机电设备在冷启动时相对较困难，很容易产生机械方面的损伤，这不但使设备维修成本增加，还极大地冲击了电网安全。另外控制的工艺比较单一，自动化程度偏低且实时性也很差；c)故障方面的问题。制约煤矿机电设备功能发挥非常关键的因素就是故障方面的问题。现在社会发展迅速，对煤炭需求很高，所以一般煤矿机电设备全天24h都在工作，这种情况下，机电设备如果不能合理维护，很容易出现故障问题，造成设备损坏。现场采煤设备主要是采煤机和掘进机等设备，这种高强度作业比普通作业更容易出现设备故障，故障一旦出现，不但采煤功能降低，消耗的电量也急剧增加，增加2倍～3倍的电量很正常[2]。
3变频技术在煤矿机电设备中的具体应用
a)变频技术在水泵方面的具体应用。对煤矿生产起到非常重要控制作用的条件之一是水，所以对水泵流量进行调节非常关键。以往在对水的流量进行调节时，采用的就是对阀门开度进行调节，采用这个方法时，电机将一直控制在恒速状态，所消耗电量非常大，也花费了大量钱财。若选用变频技术对水泵进行调节，可将水泵调速性能大大提升，节能效果也得到很大的改善，工艺及流程也更加安全可靠[3]；b)在供风系统方面的具体应用。在煤矿井下进行作业时，对空气进行压缩时需用到空气压缩机，压缩机连续不断运转的情况下将消耗大量电能。通过应用变频技术可有效地将电能的消耗予以降低。当在对变频器进行使用时，形成了调解的回路，可有效地对恒压进行控制，使气压保持在一个不变的数值上，极大地改变了电源质量。压缩机经过变频技术的改造，极大地节省电能的损耗，假若使用半年以上，将能省出来一个变频器的成本；c)在运输系统方面的具体应用。在矿井的提升机上应用变频器可将电阻取消，提升机调速运行时可节约不少电阻热损耗。在很短的时间里，发动机在进行发电时，变频调控可把电能能耗的情况给电网及时反馈过去，运作的人员可很快地将运行的实际情况掌握住。同时，将变频器放在设备内部后，可将设备维修工作大大减少，维修费用也相应减少，会有很明显的节能减排效果。此外，变频技术还可有效地对皮带输送机进行控制，将空载或轻载所造成电能的浪费有效避免。变频器在安装后，可有效地对皮带输送机所产生的热量损耗进行控制，将电气系统冲击的问题有效解决[3]。
4变频技术在煤矿机电设备应用中节能探讨
电气控制系统非常核心的支撑就是变频技术，为了达到节约能源、降低损耗的目的，就需对电动机的运转速率进行调节。由于煤矿机电设备在运转时，需借助电动机进行运作，所以最大耗电部分就是电动机。变频技术通过对煤矿机电设备的电气部分进行节能控制，使电能损耗量降低，可将电能资源进行最优配置。变频技术在煤矿机电设备应用中节能技术主要表现在以下几个方面：a)在启动方面的节能。电机不正常（非额定转速）启动会严重冲击采煤区电网，需有很高的电网容量，在启动过程中会产生大的震动和很大的电流，这些都会很大程度上毁坏阀门及挡板，致使管路及设备使用寿命大幅度降低。若使用了变频的节能装置，变频软启动功能可将电流从零开始启动，最大也不会超过额定电流，这样就可有效减轻电网冲击力，同时也可将供电方面的容量要求予以减轻。变频节能装置有效地将阀门及设备使用的寿命延长，将设备维护的费用降低[2]；b)功率方面的节能。无功功率一方面使设备发热及线损增加，另一方面降低的功率因数将造成电网的有功功率降低，在线路中消耗了大量无功电能，致使煤矿机电设备使用效率变得低下，在现场的实际操作过程中，浪费了很多电能。当选用了变频装置后，其内部滤波电容发挥了巨大作用，使无功损耗大大减少，如图1所示，使采煤区配电工作有功功率增加，煤矿机电设备电能的消耗在均衡状态中维持，使节能降耗得以实现[4]；图1采煤机的变频控制c)在变频方面的节能。在满负荷状态下，电机不能运行时，动力的驱动要求达到后，多余力矩使消耗的有功功率增加，致使电能极大地浪费。传统的像泵类和风机这种类型的设备是通过对出口或入口的阀门或挡板开度进行调节来对给水量及给风量进行调节，这样输入的功率是很大的。当变频技术使用时，若要求将流量减少，可将风机或泵的转速降低以达到要求，这就在局部上减少了电能损耗，也达到了整套设备节能降耗的目的。
5结语
现代社会突飞猛进的发展势头为变频技术的应用打下了基础，主要对变频技术的具体应用及节能控制方面的应用进行了深入探讨，因其具有诸多控制能耗的优势受到了广泛推广及应用。变频技术的引进，极大地促进了煤炭企业的发展，节能控制的应用不但降低了电耗还促进了经济效益的提升。煤炭企业应不断地对机电设备进行更新，最大化促进企业快速向前发展。
作者:武鹏飞 单位:阳煤集团寿阳开元矿业有限责任公司
参考文献：
［1］刘学辉.变频技术在煤矿的应用及节能效果研究［J］.无线互联科技，2014(5)：194.
［2］赵旭.变频调节技术在煤矿机械节能改造中的应用［J］.山东煤炭科技，2013(1)：248-249.
变频技术范文3
一台施耐德变频器，频率只能上到20Hz，检查了各项参数，发现最高的频率上限均为50Hz，由此排除了参数的问题。再检查是不是给定方式不对，改成面板给定频率，变频器最高可运行到50Hz，因此，判断是模拟量输出电路出现了问题，检查后，发现一贴片电容损坏，更换后，变频器频率调节恢复正常。
2变频器过热
这几台使用不到一年的变频器，复位开车后还是可以正常的运行，只不过几个小时候又发生同样的故障，检查电动机没有发现问题，但注意到变频器的通风口风量很小，于是把变频器拆开检查，发现这几台变频器有的因为散热风扇烧坏，有的因为风扇保险烧坏，更换风机后，此类情况就没有在出现。4）过压和欠压。一台施耐德的变频器出现过压，总是在停机时跳“OU”，这个时候我们可以重点检查制动回路，测量放电电阻没有问题，测量制动管被击穿，把制动管换掉之后，便没有出现这个问题。出现欠压情况的DANFOSS变频器，在加负载后出现“DCLINKUNDERVOLT”，经过仔细检查问题不是特别的复杂，应该重点检查整流桥，经过检查整流桥发现有一路桥壁开路，更换后问题解决。
3故障出现的原因和应对方法
3.1不能调高频率的变频器
分析原因后得出结论，是因为电动机安装在外面，现场对于电动机保护不当，下雨时不能对电动机及时防雨，造成了电动机受潮，雨后也未能对电动机烘干，造成了电动机内部局部发生短路现象。这样的情况比较容易解决，只要做好对电动机的保护工作，增加电动机防雨系统，及时检查电动机，如有受潮的情况及时烘干。
3.2变频器频率上不去
变频器调频，发现频率调不上去时，首先看各项参数是否正常，如果参数问题排除，可以检查给定方式，如果都排除了，那么就知道是模拟量输出电路出现了问题，仔细检查模拟量输出电路，找出问题所在，排除问题。
3.3变频器过热
这个问题最终很显然是因为变频器的通风排热系统出现问题，散热风扇的质量过于粗制劣造，造成不必要的麻烦。应该选用正规厂家合格的有质量保证的变频器，及时的跟变频器厂家沟通散热排风扇的质量问题。
3.4过压和欠压
变频器过压和欠压是两个不同的故障，所以有不同的原因和应对方法。变频器过压报警，主要原因是因为减速的时间太短，或者制动单元出现了问题。变频器在减速的时候，电动机转子绕组切割旋转磁场的速度加快，转子的电流增大，电机从而处于发电的状态。这个时候，我们就要认真检查制动回路，发现问题，然后换掉出现问题的部分。欠压报警主要原因在于整流桥某一个部位的损坏，刚才也已经举了一个例子，是整流桥有一路桥臂开路。出现变频器欠压的问题，就要仔细检查整流桥，查看问题的部位并撤换掉。
3.5变频器的运行环境
在一些工厂内，空气中的粉尘和蒸汽含量很高，所以变频器一半在现场的控制柜中保护，为了更好的散热，就在控制柜上安装了冷却风扇[3]。变频器的各个部分的电缆都从控制柜的底部连接变频器，导致控制柜封闭不严，粉尘和蒸汽可以通过控制柜的底部进去到控制柜影响变频器。
4针对变频器出现故障的原因提出对策和建议
1）变频器的控制柜。建议把变频器的控制柜移到室内，把变频器的防护等级提高到IP54，防止粉尘和蒸汽进入到变频器内。2）变频器的选择。根据不同的负载选择恰当的变频器，保证变频器的正常运行。3）变频器电源柜的改变。可以把供电给变频器的电源柜改为馈电柜，从而可以避免操作人员对变频器进行多次强制复位，保护变频器不受人为破坏。4）关于长期不用的变频器和变频器电容器。长期用不到的变频器，要定期进行带电运行，这样可以对变频器内件进行充电式的保护。如果有时间和条件，对使用多年的变频器的电容器进行测试。
5结语
变频技术范文4
1原文转述
在《SPWM变频调速应用技术》中第226页中7.1.2关于恒压供水主方案的讨论一节中原文摘录如下：
7．1．2关于恒压供水主体方案的讨论
通常，在同一路供水系统中，设置两台常用泵，供水量大时开2台，供水量少时开1台。在采用变频调速进行恒压供水时，存在着一个用1台变频器还是2台变频器的问题，讨论如下：
1．1台泵的变频调速方案这也是应用得较为普遍的方案。其控制过程是：用水少时，由变频器控制1号泵，进行恒压供水控制。当用水量逐渐增加，1号泵的工作频率达到50Hz时，将其电动机切换成由工频电源供电。同时，将变频器切换到2号泵上，由2号泵进行补充供水。反之，当用水量逐渐减少，即使2号泵的工作频率已降到0Hz，而供水压力仍偏大时，则关掉1号泵，同时迅速升高2号泵的工作频率，并进行恒压控制。
此方案的主要特点是：
（1）只用1台变频器，故设备投资少。
（2）如果用水量恰巧在1台泵全速供水量的上下变动时，将会出现供水系统来回切换的状态。为了避免这种现象的发生，可设置压力控制的“切换死区”。举例说明如下：
设所需供水压力为200Pa，则可设定切换死区范围为200Pa～250Pa，控制的方式是，当1号泵的工作频率上升至50Hz时，如压力低于200Pa，则进行切换，使1号泵全速运行，2号泵进行补充。当用水量减少，2号泵已完全停止，但压力仍超过200Pa时，先暂不切换，直至压力超过250Pa时，再行切换。
（3）本方案取用电功率的计算举例如下：
设每台泵的拖动电动机容量为PMN=100KW，全速时的供水流量为QN。泵的空载损耗为P0=0.1×100KW=10KW，且设在调速过程中，P0≈Const，则全速时实际用于泵水的功率为Pp=(100-110)KW=90KW。
又设每天的平均总供水流量为140%QN，则1号泵为全速，其平均取用功率为
PM1=PMN=100KW
2号泵的平均转速为额定转速的40%，其平均取用功率为
PM2=(10+0.43×90)KW=15.8KW
两台泵取用的总平均功率P∑为
P∑=(100+15.8)KW=115.8KW
2．2台泵的变频调速方案2台水泵的电动机都由变频器控制，或用2台变频器分别控制2台电动机，或用1台容量较大的变频器同时控制2台电动机。后者控制较为简单，但前者的机动性较强，即使一台变频器出了故障，另一台仍可使用，转为1台泵的变频调速方案。
采用2台泵的变频调速方案的设备费用较高，但运行时的节能效果却要好得多。仍以上面的例子为例，计算如下。
采用2台泵的变频调速方案时，供水流量可由2台水泵平均分担，则每台的平均供水流量为70%QN，每台电动机的取用电功率为
PM1=(10+0.73×90)KW=40.9KW
2台水泵共用功率为
P∑=40.9×2KW=81.8KW
2商榷分析
2．1基本相似关系
当一台泵抽同一种液体仅转速不同时，可得出所谓“比例律”公式，即
Q1／Q2=n1／n2---------------------------------------------1
H1／H2=(n1／n2)2----------------------------------------2
N1／N2=(n1／n2)3----------------------------------------3
式中N1、N2指水泵轴功率，此功率已包含了水泵的容积损失功率、机械效率损失功率、水力损失功率等。
当水泵的转速改变后，水泵的其它工作参数也随着改变，一般来讲，水泵不允许在额定转速的基础上作升速运行，但降速运行是可以的，但也不应在临界转速之下长期运行。一般来讲降速范围在（60%--100%）额定转速范围内运行是安全稳定的，“比例律”也是准确的。
已知转速为n的某泵Q—H性能曲线，如果把水泵的转速降至n1时,按比例律公式1与2可绘出Q1—H1曲线，但在运用比例律公式时应注意，它们仅适用于同一条相似工况抛物线上的不同点。所以，当已知A1点(Q1H1)及n时，首先要求出通过A1点(Q1H1)工况的相似抛物线，此抛物线也通过转速为n1的A2点(Q2H2)，按比例律公式进行计算求相似工况点的方法如下：
根据比例律公式可得出
H1／Q12＝H／Q2＝K
H＝KQ2
若已知A1点(Q1H1)，则可求出K值，在Q--H曲线图上假定几个流量，就可作出H＝KQ2的相似工况抛物线，此曲线不但通过A1点(Q1H1)，而且与水泵转速为n1的性能曲线相交于A2点(Q2H2)。但管道特性曲线与相似工况抛物线不是一回事，两者重合的可能性很小，故在实际应用时一定要注意概念的区分，以免发生错误。
当Q—H需不变时，即某工程系统净扬程为H净，管道已确定时，见图一所示，其在不同转速下的运行工况点应为点A3(对应转速为n1)、点A1(对应转速为n)，但点A1与A3由于工况不相似，故不能用相似律公式计算。点A3(对应转速为n1)与点A4(对应转速为n)才是相似的工况点，如果水泵在转速为n1下运行时，A3点是否在稳定运行区，要看对应的相似点A4是否在稳定运行区，如果A4点是水泵的稳定运行区，则A3点就是稳定运行区，否则就不是，在工程中选择设备时一定要注意运行工况范围，所选水泵的工况范围区间应包含A1和A4点，这样系统运行是稳定的、安全的和可靠的。不然就会使工程不能充分发挥效益，甚至造成不必要的浪费。
图一水泵及管道性能曲线
2.2边界条件分析
在《SPWM变频调速应用技术》中的恒压供水主方案的讨论，对设置一台变频器与二台变频器系统所需的轴功率计算，忽略了边界条件，其边界条件是管道特性与工况相似抛物线完全重合的特殊情况，且系统不是恒压供水系统，应是图二所示的水平供水系统，当管道末端所需流量小时系统压力也小，管道末端所需流量大时系统压力也大的输水系统，且系统的净水位差为零，即管道特性曲线必须经过零流量点。在这样的前提下，书中的计算结果才是正确的，但书中的结论还不确切。
2.3书中计算误区
书中例子假如每天平均总供水流量为140%QN，则1号泵为全速，其平均取用功率为PM1=PMN=100KW，此刻的100KW为拖动电动机的容量，而不是水泵运行所消耗的轴功率，不能以此进行相似律的计算。参见图一，2号泵的平均转速为额定转速的40%，其所需功率不是15.8KW，因为消耗15.8KW功率所对应的工况点为水泵全速运行的工况点A1(Q1H1)的相似抛物线上对应的40%运行工况点A2(Q2H2)，而对应40%额定流量下恒压运行的工况点应该是工况点A5(Q2H1)，此点消耗的功率要比15.8KW大。恒压运行各转速下的工况点是压力为某一给定的数值，即水泵运行的点为一平行于Q轴的过A1(Q1H1)线上的点，而不能用管道特性曲线上的点或相似抛物线上的点来对应关系。
同样采用2台变频调速的方案，则平均每台供水流量为70%Qr，则每台水泵所需功率
图二输水系统示意图
不是40.9KW，2台水泵共用功率也不是81.8KW了。
2.4列例说明
我们讨论问题的前提是恒压供水系统，在此前提下必须是恒压控制，那么在这种条件下选择一台变频还是两台变频，其节能效果确如书上所计算的那样吗？其经济技术的合理性到底怎样呢？同样我们以例子进行计算分析。系统各流量下水泵所需轴功率进行了计算，见表一。
Q总（m3/s）
1.1Qr
1.2Qr
1.3Qr
1.4Qr
1.5Qr
1.6Qr
1.7Qr
1.8Qr
1.9Qr
一一
台台
变工
频频
变
频
泵
Q
0.023
0.046
0.069
0.092
0.115
0.138
0.161
0.184
0.207
H
45
45
45
45
45
45
45
45
45
η
20%
42%
58%
71%
76%
81%
83%
83%
82%
P
50.8
48.3
52.5
57.7
66.8
75.2
85.6
97.9
111.4
二台泵P轴(KW)
176.2
173.7
177.9
182.6
192.2
200.6
211
223.3
236.8
二
台
变
频
Q
0.1265
0.138
0.1495
0.161
0.1725
0.184
0.1955
0.207
0.2185
H
45
45
45
45
45
45
45
45
45
η
79%
81%
82%
83%
83%
83%
82%
82%
82%
P
55.8
75.2
80.5
85.6
91.7
97.9
105.2
111.4
117.6
二台泵P轴(KW)
111.6
150.4
161
171.2
183.4
195.8
210.4
222.8
235.2
二台变频较一台变频对比节能（KW）
64.6
23.3
11.9
11.4
8.8
4.8
0.6
0.5
1.6
经
济
比
较
每天运行10小时计消耗电能（KWh）
646
233
119
114
88
48
6
5
16
每度电按0.8元计每年耗电费（万元）
18.86
6.8
3.47
3.33
2.57
1.4
0.18
0.15
0.47
一台变频控制装置设备价格（万元）
20
20
20
20
20
20
20
20
20
预计收回成本年限
1
3
6
6
8
14
111
133
43
表一设置一台和二台变频器的技术经济比较表
假设系统设二台12sh-9A泵，以此为例对恒压供水主体方案进行计算分析讨论，以更为直观地使大家判断出选择几台变频控制设备更为合理。设每台水泵在额定工况下Hr=45m
Qr=0.23m3/sη水=81%P轴=125.4KW配套电动机P电动机=160KWn=1470r/min恒压变频控制压力整定为H=45m，分别对系统所需流量为1.1Qr、1.2Qr、1.3Qr、1.4Qr、1.5Qr、1.6Qr、1.7Qr、1.8Qr、1.9Qr进行计算水泵所需轴功率。
当系统所需流量为1.1Qr即0.253m3/s时，分别对设置一台变频器、二台变频器方案进行计算。
i）当设置一台变频器时，即一台工频运行，一台变频运行。变频运行的泵的流量为0.023m3/s，此时水泵扬程为Hr=45mη水=20%P轴=50.8KW，二台泵的轴功率为176.2KW。
ii）当设置二台变频器时，则二台泵同时进行变频运行。每台变频运行的泵的流量为0.1265m3/s，此时水泵扬程为Hr=45mη水=73%P轴=76.5KW，二台泵的轴功率为153KW。其节能23.2KW。
综合看二台变频装置确实节能，但节能效果不是象书中所述的那样，从表一可以看到，当系统所需的流量在额定流量85%范围内运行，那么选择一台变频装置为经济合理；若系统运行流量变化很大，但在小流量下运行时间很短，那么也没有必要为此设置二台变频装置；若系统所需流量在额定流量的55%以下长期运行，那么应考虑增加机组台数与增加变频装置数量的综合经济比较后确定更为合理的方案。
变频技术范文5
关键词 变频压缩机 变频调速系统 技术现状
1 引言
由于传统的制冷系统采用定速压缩机，因此人们对制冷系统及压缩机的研究重点一直是在名义工况和额定转速下稳态工作时的效率和其它工作特性上。传统的制冷系统采用定转速压缩机，实行开关控制，利用压缩机上附带的鼠笼式电动机驱动压缩机，从而调节蒸发温度。这种控制方式使蒸发温度波动较大，容易影响被冷却环境的温度。压缩机电机在工作过程中要不断克服转子从静止到额定转速变化过程中所产生的巨大转动惯量，尤其是带着负荷启动时，启动力矩要高出运行力矩许多倍，其结果不仅要额外耗费电能，而且会加剧压缩机运动部件的磨损。另外这种运行方式在启动过程中还会产生较大的振动、噪声以及冲击电流，引起电源电压的波动，因此应采用变频压缩机替代定转速压缩机，从而避免这种频繁的起停过程。
而变频调速技术主要由以下4个方面的关键技术组成：逆变器，微控制器，PWM波的生成以及变频压缩机的电机选择。
2 三种变频压缩机的研究状况
针对变频压缩机的研究，是从往复活塞机开始的，但由于其往复运动的特点，影响到变频特性的发挥；从而转到滚动转子式压缩机、涡旋压缩机等回转式压缩机上来，大大提高了压缩机的性能。总体说来，实验研究居多，而理论分析较少。
2.1 往复式活塞压缩机
日本东芝公司在1980年开发了往复式变频压缩机，又在1981年开发了转子式变频压缩机，文献[1]给出这两种机器的制冷量和总效率随频率变化的实验数据，从中可以看出往复式在频率为25~75Hz时，效率高；而转子式在30~90Hz时，效率高。并且两种机型均存在效率最高频率。在大于此频率时效率缓慢降低，小于此频率时，效率则下降很快。另外，Scalabrin测量一台可变速的开启式往复压缩机在不同转速下的制冷量和输入功率，他指出这台压缩机的容积效率在转速为1000rpm时最高，而等熵效率和制冷系数随转速的降低而增高[2]。Krueger讨论了BPM电机及变频器的设计，对转速在2000~5000rpm的冰箱和往复式压缩机进行了实验研究，得到压缩机的转速为3000~5000rpm时制冷系数最高；而文献[3]则给出了其对冰箱用往复式压缩机的性能试验和模拟计算结果，在其研究的转速范围内2000~4000rpm，制冷系数随转速的增加而降低。还有学者对往复式变频压缩机的热力性能进行了仿真研究，计算了压缩机内各部位的换热量和压力损失。
2.2 滚动转子式压缩机
在1984年，日本东芝公司的Sakurai和美国普渡大学的Hamilton建立了简单的滚动转子式压缩机的摩擦损失模型[4]，并选取不同的边界摩擦系数和制冷剂在油中的溶解度计算了不同的转速下的摩擦功耗。其结果与实验值相比较，偏差较大。文献[5]叙述了日立公司1983年批量生产的变频转子压缩机在结构和材料上的改进。文献[6]研究了单缸和双缸转子压缩机的转速波动，讨论了电流频率减小时，压缩机性能降低的原因。文献[7]采用低密度和铝合金制作的滑片和转子以降低高转速时滑睡瑟转子间的接触力和转子轴承承载。文献[8]简单分析了适当降低滑片的质量和厚度可以提高变频转子压缩机的效率，并给出了气缸、转子和滑处的温度及应力分布的有限元分析结果。Liu和Soedel分析了变频转子压缩机的吸气和排气气流脉动[9，10]和吸气管气缸间的传热及压缩机的温度分布[11]，讨论了影响变频转子压缩机容积效率和气缸压缩过程效率的因素，给出了他们用计算机模拟计算出的在不同转速下的容积效率和压缩过程效率，从实验数据和文献[1]的实验可以看出，其计算的容积效率随转速的增大而很快的增大。
2.3 涡旋式压缩机
涡旋式压缩机的原理早在1886年意大利的专利文献[12]论及到了，1905年法国工程师Creux正式提出涡旋式压缩机原理及结构，并申请美国专利[13]。涡旋式压缩机是一种新型的容积式压缩机，具有结构紧凑、效率高、可靠性强、噪声低等特点，尤其是用于变频控制运行。但由于没有数控加工技术和缺乏对轴向力平衡问题的妥善解决方法，因而长期未能完成其实用化。进入70年代，美国A.D.L公司完成富有成效的研究，首先解决了涡旋盘端部磨损补偿的密封技术。并在此基础上与瑞士合作开发了多种工质的涡旋式压缩机样机。涡旋式压缩机的真正规模生产始于日本。1981年日本三电（SANDEN）公司开始生产用于汽车空调的涡旋式压缩机，1983年日立公司开始生产2~5Hp用于房间空调的涡旋式压缩机。此外，在美国，自Copeland公司1987年建立涡旋式压缩机生产线推出其产品后，Carrier、Trane、Tecumseh等公司也分别设厂生产高质量的涡旋式压缩机。而变频涡旋压缩机已应用于柜式空调器上，节能效果明显，制冷系数提高20%左右，成为目前涡旋压缩机的一个研究热点。
3 变频调速技术的发展及现状
变频调速技术适应于节能降耗和舒适性的要求，目前已应用于新一代的空调器上，在90年代初进入国内空调市场，其核心是：逆变器、微控制器、PWM波的生成和变频压缩机的电机。
3.1 逆变器
变频空调的核心部件是变频器，其主要电路采用交-直-交电压型方式。交-直过程一般采用单相二级管不可控直接整流，直-交过程一般采用6管三相逆变器，另有一个辅助电源，一个逆变器控制器和相应的驱动电路。
早期的变频器采用分立元件构成，整流器采用单相倍压整流电路，逆变器由6只分立的功率晶体管（GTR）构成。这种电路复杂，可靠性差。目前大部分厂家采用的逆变桥由6个绝缘栅极晶体管（IGBT）组成，其综合了MOSFET和GTR的优点，开关频率高、驱动功率小。随着智能功率模块（IPM）技术的发展应用，IPM正在逐步取代普通IGBT模块。由于IPM内部既有IGBT的棚极驱动和保护逻辑，又有过流、过（欠）压、短路和过热探测以及保护电路，提高了变频器的可靠性和可维护性。另外，IPM的体积与普通IGBT模块不相上下，价格也比较接近，因此目前应用较为广泛。比较成功的产品如：日本三菱电机公司所生产的PM20CSJ060型以及日本新电元公司生产的TM系列IPM模块等。
功率因素校正（PFC）环节和逆变桥集成是新一代的空调器逆变电源技术。PFC技术的应用不但可以极大改善电网的工作环境，减少输电线的损耗，而且在变频工作时可以减小输入端电感和输出端电容器，减小模块体积。因此PFC环节和IPM逆变桥集成一体化是家用空调器发展的必然。
3.2 微控制器
微电子技术的发展使变频调速的实现手段发生了根本的变化，从早期的模拟控制技术发展数字控制技术。目前国外一些跨国公司的微控制器产品占据着主要的市场，如：Motorola公司的MC68HC08MP16、Intel公司的80C196MC、三菱公司的M37705等。这些公司的产品性能价格比较高、功能强大，如带有A/D转换器、PWM波形发生器、LED/LCD驱动等，且一般都有OTP产品以及功耗低可长期稳定的工作。微控制器目前主要由单片机向DSP（信号处理器）过渡。以目前应用比较广泛的TI公司的TMS320C240为例，其具有：50Ns的指令周期，544字的RAM，16K的EEPROM，12个PWM通道，三个16位计数器，两个10位A/D转换，WATCHDOG，串行通讯口，串行接口等，采用DSP，可使控制电路简单，而且控制功能强大。
3.3 PWM波的生成
在家用空调器中，目前国内大部分厂家采用常规的SPWM方法，在国外，在部分厂家以采用磁通跟踪型SPWM生成方法，该方法以不同的开关模式在电机中产生的实际磁通去逼近定子磁链的给定轨迹—理想磁通圆，即用空间电压矢量的方法决定逆变器的开关状态，以形成PWM波形，该方法电压利用率高，低频谐波转矩小，频率变化范围宽、运行稳定，具有比较好的控制性能。近期出现的PAM控制（Pulse Amplitude Modulation）不采用载波频率进行整流，而直接改变电压，减少了整流所需的能耗，提高了变频器的工作效率，满足了节电和降低高次谐波的要求，使供暖能力得到提高。
3.4 变频压缩机的电机
变频压缩机电机主要分为交流异步电动机和直流无刷电动机两种。目前国内一些大的压缩机生产厂家如：万宝、松下、上海日立、东芝万家乐等已有能力生产变频压缩机（包括交流机和直流机），交流电动机成本低，制造工艺简单，但其节能效果较差。直流无刷电机拖动由无刷电机本身，转子位置传感器和电子换向开关组成。转子磁极为永磁体，电枢绕组采用自控式换流，定子旋转磁场与转子磁极同步旋转，通常采用按转子磁场定向的定子电流矢量变换控制，既有普通直流电机良好的调速性能和启动性能，又从根本上消除了换向火花、无线电干扰的弊端，具有寿命长、可靠性高和噪声低，控制方便等优点。以1998年三菱电机公司开发的适用于空调压缩机的节能高效直流无刷电机为例，其具有：转子上安装了8块V字型永久磁体。磁体为埋入式，转子不会在不锈钢外壳中因涡流因而产生损耗；采用了新的压缩机电机驱动方式，效率比普通的无刷电机高，但是这种压缩机电机的价格较高。
变频技术范文6
关键词煤矿机电设备；变频技术；节能
煤矿产业发展关乎国计民生，随着我国产业结构转型升级，国家对于节能减排投入大量的财力、物力、人力，人们对于生存环境的要求进一步严格，第二产业面临着重要的历史性转折，以煤矿为代表的相关产业逐渐向高效、低能、无污染方向发展。变频技术应运而生，人们对于变频技术的了解局限于小家电中，例如空调等，煤矿机电设备中变频技术的应用是煤矿产业走向可持续发展的关键。本文通过对变频技术的原理分析、投入到煤矿机电设备的必要性和重要性以及变频技术在煤矿机电设备意义。
1变频技术的应用原理
变频技术是一种能够将电信号的频率按照具体电路要求进行变换的应用型技术，是一种频率变化，而非电能变化，具体类型包括整流技术（交—直变频技术）、斩波技术（直—直变频技术）、电子震荡，电力逆变（直—交变频技术）、移相技术（交—交变频技术）。随着变频技术日益往高度集成化、高频化、模块化发展，它的发展方向主要有3点：一是交流变频向直流变频转化；二是控制技术由脉宽调制向脉幅调制转化；三是功率器件向高集成智能功率模块转化。变频技术在煤矿机电设备的研究和应用越来越广泛和深入，它能够使煤矿设备运行状态更加平稳、速度控制更加自动化、设备工作效率更高、能源消耗更低。
2变频技术在煤矿机电设备应用意义
随着我国对能源的利用率以及节能减排提出了新的要求，煤矿产业结构、生产技术同步走向转型升级的道路，变频技术在煤矿机电设备中的应用前景广阔，该技术在安全生产、设备维护成本节约、设备间匹配融合、生产集约化专业化等多方面有着不可替代的重要作用。变频技术是应运而生的一项全新的实用型技术，在煤矿机电设备中的应用中，对提高煤矿资源的开采效率、促进机电设备的高效运行，确保生产环境安全等诸多方面都发挥着重要的作用。
3变频技术在煤矿机电设备中的主要应用方式
3.1变频技术在输送系统中的应用
在煤矿开采工程中，如何保证输送系统的正常、稳定、高效运行一直是个困扰我们的难题，传统的采用液力耦合器来实现皮带机的软启动，非常容易造成输送皮带的撕裂和结构磨损老化。变频技术在输送系统中的应用主要是为了降低输送系统电机启动时的电流频率大幅度波动，减少机电的机械冲击和设备发热的情况发生，同时，变频技术的应用可以有力地保证输送系统设备的稳定性，计算机技术与变频技术的完美结合能够实现自动化和智能化，煤矿输送系统相当于添加了“剂”和“计算机大脑”，进而最大程度上发挥皮带机的传送功能。
3.2变频技术在空压机中的应用
传统的煤矿机电设备中空压机的运行方式存在一定的问题，使用直接启动或者用转子串电阻起动的方式时，初始电流大，频率不稳定，波动幅度大，对电网和机械设备造成的冲击和损耗非常强烈，极大地缩短空压机机电设备的使用寿命。传统的压风系统采用的是开环控制的方式，频繁地起动设备和电动机，这种方式不能提供恒压供风，而且设备损耗也大幅度增强。变频技术在空压机的应用中，可以提供压力闭环控制及开环控制手动调节两种控制方式的选择，设备运转时，通过压力闭环控制系统，可以自主根据差值调节空压机转速，工作人员可以便利地在变频器控制柜上保持空压机的供风压力恒定为设定值。变频技术将对空压机的工作频率做出最为及时和准确的监控，当空压机的压力、温度等参数超过高限值或出现断水信号时，变频运行将自动地停止。在空压机设备中使用变频技术可以及时有效地掌握空压设备的具体运转状态，配以先机的预警装置，既可以实现远程控制，同时可以保证机械设备的稳定性、安全性。
3.3变频技术在水泵中的应用
开采煤矿时，水流量长期保持变工调节的运行状态，当水泵调节水流量时，传统的方式是通过阀门开度的机械调节来完成的，这样的方式会严重损害水泵电机设备的稳定性和持续性，进而降低它的使用寿命。应用变频技术后，在同一排水量的基础上，水泵机电设备的功率和电流会明显下降，变频技术可以自由地控制抽水泵的起停，根据实际需求掌控电机的加减速，减少了水泵空转的时长和大量起停导致能源消耗，水泵电机设备的损耗也能在很大程度上减少，同时还能降低设备的机械冲击，耐久度会明显提升，进而降低了水泵的维护、修复成本。
3.4变频技术在风机中的应用
矿井必须保证通风，这既关系到生产问题，还关系到矿工的安全问题，传统的矿井保证通风的手段是定期更换不同的通风机的方式，这种方式造成了极大的资源浪费，不符合成本节约、可持续发展的思路。在煤矿风机设备中应用变频技术，能够有效解决频繁更换通风机的难题，以变频技术为核心支撑的风机可以根据矿区实时环境、闭通程度自主调节风速和出风量，并且实现全局覆盖，节约了大量传统通风机长期额定转速运转消耗的能源和经济成本。
4结论
我国经济发展迅猛，经济建设和人们日常生活对于传统能源的需求和要求进一步加大。煤矿产业在新形势下要更好地迎合时展需要，变频技术能够更好地提高煤矿机电设备水平，能够在不断提升设备工作效率的基础上起到节能减排的效果。但是我国变频技术研究起步晚，重要领域的技术难题尚未攻破，因此我们需要通过不断的实践、专研以完善变频技术在煤矿机电设备中的应用术在我们的应用，真正实现煤矿生产安全化，效率最大化，能源资源消耗最低化和产出最优化。变频技术是对传统生产的一种突破，如何利用好变频技术的现实应用问题是我们在生产环节的一个重要思考内容。我相信，变频技术在煤矿机电设备中的应用将越来越广泛，逐渐实现效益化，煤矿产业也能迎来新的春天。
参考文献
[1]张继东.煤矿机电设备预防性检修的有效措施[J].内蒙古煤炭经济，2016（Z2）：102-103.
[2]李德胜.煤矿机电设备关键故障及维修策略[J].中国高新技术企业，2016（11）：147-148.
[3]宋洪庆.煤矿机电设备安全管理浅析[J].黑龙江科技信息，2016（8）：156-157.
[4]杨海鹏.浅谈煤矿机电设备的维护与维修[J].能源与节能，2015（2）：98-100.
[5]蔺子轩.煤矿机电设备检测及故障维修[J].中国新技术新产品，2015（11）：123-124.
[6]夏冬梅.浅谈煤矿机电设备技术故障及对策[J].机械管理开发，2015（3）：189-190.
