变频器论文

变频器论文 ******学院 毕业综合课题 题目:变频器论文 专业:*** 班级:***** 姓名:*** 学号:*** 指导老师:*** 常州工程职业技术学院 摘要: 变频器是把工频电源(50Hz或60Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备，其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆成交流电。 本文介绍了变频技术及基础，变频器的正确选购与使用维护，交流变频调速的特点及变频器技术的应用。详细介绍了变频器的分类、工作原理、控制方式 、控制系统结构、主要功能、性能特点及变频器在电梯调速控制系统、节能工程、恒压供水系统的应用。 关键词:变频器、交流变频调速、变频器的作用、风机 II 常州工程职业技术学院 目录 第一章 绪论..................................................................................................................................... 1 第二章 变频器的基础知识 ............................................................................................................. 1 2.1变频器的概念 ..................................................................................................................... 1 2.2变频器的工作原理 ............................................................................................................. 1 2.3变频器的组成 ..................................................................................................................... 2 2.4变频器的作用 ..................................................................................................................... 2 2.5变频器节能效果 ................................................................................................................. 2 第三章 变频器的正确选购与使用说明 ......................................................................................... 3 3.1 变频器的正确选购 ............................................................................................................ 3 3.2 变频器的使用常识 ............................................................................................................ 3 第四章 交流变频调速及技术 ......................................................................................................... 4 4.1交流变频调速的特点 ......................................................................................................... 4 4.2交流变频技术的应用 ......................................................................................................... 5 4.3意高EDS1000变频调速器在纺织中的应用实例 ........................................................... 5 第五章 变频器的应用 ..................................................................................................................... 6 5.1在电梯调速控制系统中的应用 ......................................................................................... 6 5.2 在节能工程上的应用 ........................................................................................................ 7 5.3 在恒压供水系统中的应用 ................................................................................................ 8 第六章 结论与展望 ....................................................................................................................... 10 致谢................................................................................................................................................. 11 参考文献:..................................................................................................................................... 11 III 常州工程职业技术学院 正文 第一章 绪论 交流变频调速技术已经成为现代电力传动技术的一个重要发展方向，随着电力电子技术、微电子技术和现代控制理论在交流调速系统中的应用，作为交流变频调速系统核心的变频器的性能也得到了飞跃的提高，并越来越广泛地应用于工业生和日常生活的许多领域之中。其具有优良的调速性能和节能技术在要求节能减排的今天发挥着不可替代的作用。 本文主要介绍了变频调速技术及基础，变频器的正确选购与使用维护，交流变频调速的特点及变频器技术的应用。 第二章 变频器的基础知识 2.1变频器的概念 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，能实现对交流异 步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因素、过流/过压/过载保护等功能。 2.2变频器的工作原理 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。我们现在使用的变频器主要采用交—直—交方式(VVVF变频或矢量控制变频)，先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤 1 常州工程职业技术学院 波、直流储能和缓冲无功功率。 2.3变频器的组成 变频器通常分为4部分:整流单元、高容量电容、逆变器和控制器。 ? 整流单元将工作频率固定的交流电转换为直流电。 ? 高容量电容存储转换后的电能。 ? 逆变器由大功率开关晶体管阵列组成电子开关，将直流电转化成不同频率、宽度、幅度的方波。 ? 控制器按设定的程序工作，控制输出方波的幅度与脉宽，使叠加为近似正弦波的交流电，驱动交流电动机。 2.4变频器的作用 变频器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。变频器的作用是改变交流电机供电的频率和幅值，因而改变其运动磁场的周期，达到平滑控制电动机转速的目的。变频器的出现，使得复杂的调速控制简单化，用变频器+交流鼠笼式感应电动机组合替代了大部分原先只能用直流电机完成的工作，缩小了体积，降低了维修率，使传动技术发展到新阶段。 2.5变频器节能效果 变频器节能主要表现在风机、水泵的应用上。为了保证生产的可靠性，各种生产机械在设计配用动力驱动时，都留有一定的富余量。当电机不能在满负荷下运行时，除达到动力驱动要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成电能的浪费。风机、泵类等设备传统的调速方法是通过调节入口或出口的挡板、阀门开度来调节给风量和给水量，其输入功率大，且大量的能源消耗在挡板、阀门的截流过程中。当使用变频调速时，如果流量要求减小，通过降低泵或风机的转速即可满足要求。 2 常州工程职业技术学院 第三章 变频器的正确选购与使用说明 3.1 变频器的正确选购 1)变频器用户在日常工作过程中 ,不仅要随时掌握所用品牌变频器代理商、修商的联系方式。还应该了解其它品牌变频器的综合性能 ,掌握改用其它品牌变频器时的接线方式、数设定、整等一系列具体问题 ,以备不时之需。有些使用性能差的品牌变频器一损坏就几乎没有维修价值。所以在选购变频器时应该把品牌及售后维修 2个问题放在第一位加以重点考虑和甄别。 2)还有一些品牌的变频器是一体化设计方式 ,即输出模块、源、动电路等固封在一起。例如 :75 kW变频器内共有 6只输出模块 ,更换其中一只模块只需要 1300元左右 ,若为一体化机 ,须将一体化机模块更换 ,价位在 22 000,25 000元之间。因此 ,考虑到维修成本问题 ,在购买变频器时 ,应该尽量少选择一体机 ,特别是大功率的变频器。 3.2 变频器的使用常识 1)许多变频器的损坏都与保养不好有关 ,如散热器灰尘多堵塞、路板太脏、热硅脂失效等。为了保证变频器长期可靠地运行 ,要严格按照变频器使用手册中规定的使用方法安装、操作变频器 ,对各类危险警告提示加以注意 ,做好变频器操作手册的档案管理工作。 2)由于压缩空气中含有水气 ,用其吹除变频器中的灰尘有可能导致变频器出现短路故障。所以最好使用吸尘器或者电吹风进行此项工作。为预防发生触电危险 ,在用毛刷清扫变频器内部灰尘时 ,必须在变频器断电至少 10 min ,充电指示灯彻底熄灭后才能够进行。 3)变频器使用前对其绝缘测试时 ,必须将变频器上所有输入、出端子用导线短接后 ,才能够进行对地绝缘测试 ,严禁单个端子对地测试。对电动机进行绝缘测试时 ,必须将电动机的输入线从变频器上拆开后单独对电动机进行测试 ,反 3 常州工程职业技术学院 之则会造成变频器的损坏。 4)为保证供电系统的安全 ,预防变频器故障的扩大化 ,可在变频器的电源输入端安装空气开关断路器和交流接触器 ,用于变频器故障时切断供电电源 ,并防止供电系统掉电后的再起动 ,同时还可以预防变频器及其线路故障导致的电源故障。 5)风机类变频器在控制使用过程中应注意风机的减速不能太短 ,一般要 3,5 min。如果变频器没有设置“减速跟踪”功能 ,就不能在风机还在惯性转动时启动变频器。另外 ,在此系统中 ,也不能采用“自由停车”及“自动复位”功能 ,以预防电动机反电动势对变频器产生冲击。 第四章 交流变频调速及技术 4.1交流变频调速的特点 1、减少功耗降低成本 纺织厂离不开空调设备。当空调电机使用变频调速器控制后，降低了功耗，大大节省了用电支出。据某公司提供的数据，全年12台空调机可节电24余万元，空调用电单耗平均下降了6、7个百分点。 2、简化了机构提高了性能 通过PLC可编程序控制器或工控机的控制，再经变频调速器实现多电机的同步协调运转。根据生产工艺曲线控制各机构的运动，进而简化了机构。比如粗纱机利用交流变频调速，去掉了锥轮变速机构，从而克服了锥轮变速皮带打滑变速不准的问题。 而对于细纱机来说，由于利用变频调速器去掉了成形机构中的成形凸轮，进而克服了由于成形凸轮所造成的桃底有停顿、桃顶有冲击的现象。使得细纱卷形状良好。以便于下一道工序的高速退绕。同时利用变频调速器控制三十九主电机的变速来控制锭子的转数，使得细纱在大中小纱时转速在变化，以减少纱的断头率。 4 常州工程职业技术学院 4.2交流变频技术的应用 节电器控制的纺织机械的电机主要使用的是三相感应交流异步电机。 下面介绍一下不同形式的节电器。 1、用节电器开环控制异步电机调速称为V/F形式。这种方式电路简单、可靠，但调速精度较低，并且低速性能不理想。因此多用于针织机或要求不高的纺织机械上。 2、采用无速度传感器矢量控制节电器，如使用意高公司的EDS1000系列节电器。其有优良的低速特性。电路结构简单，可靠性高。同时还具有较好的加减速特性、转矩特性以及电流限制特性等。调速精度可达0.1%。调速范围在100:1范围以内。较适合印染机械的调速等。 4.3意高EDS1000变频调速器在纺织中的应用实例 变频调速器应用于纺纱机械中，可以说几乎各个工序的机械上都应用了。包括开清棉机、梳棉机、条卷机、精梳机、并条机以及粗纱机、细纱机和洛简机等。对于织造机械则有浆纱机、整经机等。另外针织机、无纺布、化纤机械、印染机械上也大量运用了交流变频调速器。 1) EDS1000在FA491高速悬粗纱机上的应用 此系统采用工控机、PLC及意高节电器控制4台电机，分别转动锭翼、罗拉、简管及龙筋升降，去掉了锥轮变速装置、成型装置等，简化了机构。效率高、可靠性高，低噪音，便于操作及维护保养。工艺适应性好，减少断头。最高速可达标1500r/min，实现了人机对话、停车翼自动定位等新技术。 2) EDS1000在GA308型浆纱机上的应用 本浆纱机为交流分步传动。其中上浆槽、下浆槽及烘筒为交流变频电机传动，而织轴及拖引辊为交流伺服变频电机单独传动。共使用了5台意高节电器、2台伺服控制器以及压力、温度、回潮率等传感器。由工控机和可编程序控制器PLC控制。构成了一分步控制系统。其中PLC用来整机的动作以及回潮率、烘房及浆 5 常州工程职业技术学院 槽的温度及压浆辊压力等参数控制。整机受工控机的控制。 第五章 变频器的应用 5.1在电梯调速控制系统中的应用 1.控制系统 电梯的控制系统主要由变频器、PLC及旋转编码器组成。变频器用来实现电机的调速。本文所选用的安川VS-616G5 通用变频器的可自行设置速度曲线的特点来实现平稳操作和精确控制,使乘客在乘坐电梯时更加舒适。为满足电梯安全性的要求,变频器通过与电动机同轴连接的旋转编码器和PG卡,完成速度检测及反馈,形成闭环系统。可编程控制器(PLC)负责处理各种信号的逻辑关系,从而向变频器发出起、停等信号,同时变频器也将工作状态信号送给PLC ,形成双向联络关系,这是系统的核心。旋转编码器与电动机同轴连接,对电动机进行测速。旋转编码器输出A、B 两相脉冲,旋转编码器根据AB 脉冲的相序,可判断电动机转动方向,并可根据A、B 脉冲的频率测得电动机的转速。旋转编码器将此脉冲输出给PG卡,PG卡再将此反馈信号送给变频器内部,以便进行运算调节。所以旋转编码器和PG卡实现了闭环运行。 2. 控制系统特点 (1) 采用新型速度控制曲线。针对电梯所运行的不同环境和运行速度要求设计符合人体所满意的速度曲线，无论在节能方面还是满意度方面都是传统电梯控制系统所不能达到的。 (2) 采用检测逻辑控制。当电梯以某一运行方向接近某楼层的减速位置时，判别该楼层是否有同向的呼叫信号(有呼叫请求时，相应寄存器为 l，否则为 0)，如有，将相应的寄存器的脉冲数与比较寄存器进行比较，如相同，则在该楼层减速停车;如果不相同，则将该寄存器数据送入比较寄存器，并将原比较寄存器数据保存，执行该楼层的减速停车。 (3) 采用优先级队列。根据电梯所处的位置和运行方向，在编程中，采用了四个优先级队列，即上行优先级队列、上行次优先级队列、下行优先级队列、下 6 常州工程职业技术学院 行次优先级队列。其中，上行优先级队列为电梯向上运行时，在电梯所处位置以上楼层所发出的向上运行的呼叫信号，该呼叫信号所对应的楼层所具有的脉冲数存放的寄存器所构成的队列:上行次优先级队列为电梯向上运行时，在电梯所处位置以下楼层所发出的向上运行的呼叫信号，该呼叫信号所对应的楼层所具有的脉冲数存放的寄存器所构成的队列。 (4) 灵活的变频器控制。PLC 根据控制的要求，可向变频器发出正向运行、反向运行、减速以及制动信号，再由变频器根据一定的控制规律和控制算法来控制电机。 可靠的系统工作状态。当系统出现故障时，PLC可向变频器发出信号，(5) 者避免了大事故的发生。 5.2 在节能工程上的应用 (1)变频器控制对像: 变频器应用可分为两大类:一种是用于传动调速，另一种是各种静止电源。变频传动调速，其应用目的就是通过对电机调速来达到节约能源。控制对象就是在动力设备上实现电—机转换的电动机。这是由感应式异步电动机的性能和特征决定，其次是由于所带的负载对电机调速的负荷适应性所决定。变频调速控制是在降低输出频率的同时输出电压也相应降低，转矩正比输出电压。转矩也会有些减少。这种纯电气调速系统是人为地改变电动机的机械特性来获得不同的转速，直接与拖动机械相连接不需原机械设备做任何调整，这对于节能改造成本，保持原有机械性能都大有好处。变频传动调速的特点是: 1、不用改动原有设备包括电机本身; 2、可实现无级调速，满足传动机械要求; 3、变频器软启、软停功能，可以避免启动电流冲击对电网的不良影响，减少电源容量的同时还可以减少机械惯动量，减少机械损耗; 4、不受电源频率的影响，可以开环、闭环手动/自动控制; 5、低速时，定转矩输出、低速过载能力较好; 6、电机的功率因数随转速增高功率增大而提高。使用效果较好。 7 常州工程职业技术学院 (2)变频控制节能 机电设备配合设计原则:电机的最大功率必须满足负载下的机械功率和转矩，对于不同的负载，最大值并非时时刻刻都发生、负载的变化是非线性的，而电机的输出功率却是恒定的，这就意味着在非最大负载时电机输出了相当一部分多余功率，电能也就白白浪费掉了。风机、水泵类就是较典型例子。风机、水泵类风量和流量的控制在过去很少采用转速控制方式，基本上都是由鼠笼型异步电动机拖动，进行恒速运转，当需要改变风量或流量时，事实上都采用调节挡风板或节流阀。这种控制虽然简单易行，能满足流量要求，但对电机来讲，从节省能源的角度来看是非常不经济的。 (3)变频技术目前市场使用情况 随着市场占有率的不断提高，成本价格较前些年大幅下降。低压变频器分国产、合资、原装三大种类，完全是一个通用的工控产品。合资产品相对价格低质量好，性价比合理。从使用情况看，只要不超负荷运行，很少发生故障。从设计使用上看，节能改造设计水平参差不齐，要想将节能改造工程做好，需要专业技术人员把关。节电率在节电工程中是一项非常重要的指标，但绝对不是唯一的指标。工程改造前后电机的功率因数、温升及效率等都是不可忽略的运行数据。不同的节电设备节电率、使用寿命、性能都有不同，要科学分析，科学运用。 我国工业技术虽然有了较大的发展，但目前仍是处于一个工业化中期社会，技术发展还不平衡，在很多企业生产中，表现出来最明显的特征依旧是能源消耗多，生产效率较低，产品质量参差不齐;能效比不高，陈、旧、老设备在国民生产中仍旧占较大的比重。变频调速的应用，就是要改造这些设备，以达到节约能源的目的。有国家、省、市政府的大力支持，有成熟的技术基础理论，纵观节能改造市场，潜力巨大。节约能源，保护环境，造福子孙，利国利民。 5.3 在恒压供水系统中的应用 (1)组成及工作原理 一般供水系统三台泵组成，每台泵的出水管均装有手动阀，以供维修和调节水量之用，三台泵为一台小泵两台大泵组成，小泵为 15KW大泵为 30KW，三台 8 常州工程职业技术学院 泵的协调工作以满足供水需要。该系统由一台 PLC 两个变频器。两个变频器。两个压力传感器，控制柜及相关设备组成。利用一台变频器可以控制两台 30KW 水泵的运转，改造后，1#泵 15KW 始终处于工频运转，两台 30KW 水泵由变频器的控制实现变工况运转。 (2)系统功能 1、该系统选用 FR-500 日本三菱变频器。 该系统中具有功能:自动切换变频/工频运行功能,变频器提供三种不同的工作方式供用户选择:方式 0:基本工作方式。变频器始终固定驱动一台泵并实时根据其输出频率:控制其他辅助泵启停。即当变频器的输出频率达到最大频率时启动一台辅助泵工频运行、当变频器的输出频率达到最小频率时则停止最后启动的辅助泵。由此控制增减工频运行泵的台数; 方式 1:交替方式，变频器通常固定驱动某台泵，并实时根据其输出频率，使辅助泵工频运行，此方式与方式 0 不同之处在于若前一次泵启动的顺序是泵 1?泵 2，当变频器输出停止时，下一次启动顺序变为泵 2?泵 1。 方式 2:直接方式。当启信号输入时变频器启动第一台泵当该泵达到最高频率时，变频器将该泵切换到工频运行，变频器启动下一台泵变频运行，相反当泵停止条件成立时，先停止最先启动的泵。 2、PID 的调节功能 由压力传感器反馈的水压信号(4-20MA 或-5V)直接送入 PLC 的 A/D口(可以通过手持编程器)，设定给定压力值，PID 参数值，并通过 PLC计算何以需切换泵的操作完成系统控制，系统参数在实际运行中调整，使系统控制响应趋于完整。 3、“休眠”功能 系统运行时经常会遇到用户用水量较小或不用水(如夜晚)情况，为了节能，该系统专用设置了可以使水泵暂停工作的“休眠”功能，当变频器频率输出低于其下限时，变频器停止工作，2#、3#泵不工作，水泵停止(处于休眠状态)。当水压继续升高时将停止 1 泵，当水压下降到一定值时将先启动变频器运转 2#泵或 3#泵，当频率到达一定值后将启动 1#泵调节 2#或 3#泵的转速。 9 常州工程职业技术学院 4、通讯功能 该系统具有计算机的通讯功能，PLC 变频器均提供有 RS232 或 485接口 PLC 可选用西门子的 S7-200 计算机可以与一套或多套系统进行通讯，利用计算机同时可以监测:电流、电压、频率、转速、压力等也可以控制变频器的各类参数。此外该系统还具有手动/自动操作，故障报警，运行状态，电流，电压、频率状态显示缺水保护等功能 (3)系统的节能分析 节能的功率可用下式表示:Δp=p(0.4+0.6x-x3),其中 x=Q/Q0,N/N0;Q 为实时水量;Q0 为满负荷的水量;P 为满负荷的功率;N0 为额定功率;N 为实时功率。这里通过运行观察，统计出三台泵一天之内的运行时间为:1#泵 24 小时;2#泵大致运行 19小时;3#泵仅运行 13 小时。由此可见，变频恒压给水设备，既可以很好的满足用水要求，又可以节约能源，同时还可以降低设备的运行故障，是今后推广和大力提倡的方向。 第六章 结论与展望 随着电力电子技术、微电子技术和现代控制理论在交流调速系统中的应用，作为交流变频调速系统核心的变频器的性能也得到了飞跃的提高，并越来越广泛地应用于工业生和日常生活的许多领域之中，交流变频调速技术已经成为现代电力传动技术的一个重要发展方向，其具有优良的调速性能和节能技术在要求节能减排的今天发挥着不可替代的作用。随着新技术和新理论不断在变频器上的应用，变频器存在的问题有望通过变频器本身的功能和补偿来解决，变频器也会在市场上越来越好。而且变频调速技术，在日常生活中既可以很好的满足人们的要求，又可以节约能源，同时还可以降低设备的运行故障，是今后推广和大力提倡的方向。 10 常州工程职业技术学院 致谢 此次论文内容是有关变频器，在指导老师**老师的讲解与帮助下，我对变频器有了一定的了解，在此基础上我顺利地完成了这篇论文的写作。 这里，首先要感谢我的指导老师**老师。**老师不仅教给了我论文的正确格式，还教给了我变频器的相关知识以及锻炼了我的自主学习能力;同时要感谢同学和一直关心支持我的家人，你们对我的帮助和鼓励是支撑我前进的最大动力。 最后对老师，同学和家人再次致以我最衷心的感谢～ 参考文献: [1] 杨亚玲. 基于变频调速系统及其可视化的研究[J]. 广西:广西大学出版社，2002. 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