变频调速技术研究与应用概况

变频调速技术研究与应用概况摘要：变频调速技术在能源节约中发挥着重要作用，简单介绍变频器的发展和国内外研究状况，以及变频调速技术在实际应用中所采用方式。关键词：节能；电力电子；变频调速中图分类号：TP273.+5文献标识码：A文章编号：1671－7597（2011）0820033－010引言随着社会的发展，能源需求快速增长，如何有效地节能也成为了一个亟待解决的问题。变频调速技术除了可以改善生产工艺等优越性外，其最大的特点就是节能。近年来，随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，各种大功率半导体器件的相继出现，促使交流调速技术飞跃进步，变频调速已成为发展趋势。刘淑萍[1]讨论了变频调速的发展现状及电动机调速与节能的关系，通过对生产实践中大量使用说明变频调速具备高效节能及多方面优势。1变频器的原理与发展1.1变频器的原理变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系：n=60f（1-s）/p（式中n，f，s，p分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数）；通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。由电工原理可知电机的转速与电源频率成正比，通过变频器可任意改变电源输出频率从而任意调节电机转速，实现平滑的无级调速。1.2变频器的发展20世纪七十年代初由西德F.Blasschke等人首先提出矢量控制（或称磁场定向控制），以直流电动机和交流电动机比较的方法分析阐述了这一原理。20世纪八十年代初日本学者提出了基本磁通轨迹的电压空间矢量（或称磁通轨迹法）。该方法以三相波形的整体生成效果为前提，以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的，一次生成二相调制波形――电压空间矢量控制。1985年德国鲁尔大学Depenbrock教授首先提出直接转矩控制理论（DirectTorqueControl简称DTC）。与矢量控制不同，直接转矩控制不是通过控制电流、磁链等量来间接控制转矩，而是把转矩直接作为被控量来控制。变频调速技术在80年代初传入我国。我国较多的变频器生产厂大部分的产品都是V/F控制和电压空间矢量控制变频器，并给出了它们占国内市场份额不高的主要原因。2变频调速技术研究与应用现状2.1变频调速技术研究由于变频调速技术的诸多优点，促使人们对其进行更进一步研究。刘高君，符纯华于NI公司的图形化软件平台，利用其VISA通信模块开发了一套LG变频器监控系统，并详细描述了监控系统的硬件环境配置和软件程序设计。李运娥等人将变频器与PLC连接，使用计算机向PLC输入指令，在显示器上观察电动机与变频器的运行情况。采用变频技术与其他的软硬件结合可以突出变频调速的优势，增加人机交互、运行监控等其他的功能。变频器的控制方式的添加或改进会对变频调速效果产生很大影响，利用变频器并联控制方法，通过局部反馈，将变频器的并联控制解祸为变频止弦基准信号的同步控制及均流控制。JanBAUER，JiříLETTL讨论在供电电网的运作中应用变频器的两种类型的逆变器控制算法。茹心芹，焦道海所设计的基于矢量控制理论的全数字变频调速系统。张纯江，陈桂涛等人分析了逆变器输出电压的幅值和相位对并联系统输出功率的影响，提出一种互动跟踪式无主从并联控制方法。2.2变频调速技术应用虽然变频调速有不少优越性，但在应用过程中，除了单独使用变频调速技术实现节能，大部分都和其他的软硬件或控制方法联合使用。由于变频调速技术最大的一个特点就是节能，单独使用变频器对原有设备进行变频改造后，设备运行及其经济有明显改善，且这种方式在很多发电厂、空调和风机、水泵等机械类设备上的应用很成功。邵双全等人分析了着重分析了其节能特性及其在长期运行时具有非常明显的节能效果。桑宁等人通过应用变频调速技术对加热炉风机电气控制系统进行了改造。直接将变频调速应用在实际中节能上效果显著，但在自动化和智能化方面略显不足。而将变频调速技术与PLC、组态相结合则可达到事半功倍的效果，且这种方案在实际应用中已经成熟。这种方案在实际应用的成功案例非常多：运用PLC、组态软件与变频器实现连铸系统的控制；环冷小车系统的自动定位、智能故障判断及报警等；采用变频器与PLC实现加热炉引风机的自动控制；应用变频调速装置和PLC构成风压闭环控制系统，实现对煤气鼓风机风量的自动控制；采用了PLC、变频器以及组态软件构成的自来水厂供水自控系统等。赖春阳采用PLC及自带PID调节功能的变频器实现系统变频供水及联锁控制。吕艳将变频器、PLC构成的控制系统应用在中央空调的冷却水泵的节能改造中，使冷却水泵能随空调负荷的变化而自动变速运行。与单纯的利用变频器不同，采用与PLC、组态软件甲与变频器相结合方式除了节能效果显外，可以实现多种自动控制方式人机交互，提高智能水平。这种方式技术成熟，应用范围广，从而被大多数人采用。除了将变频器与PLC、组态相结合方使外，也可以通过改变或增加控制方法改善生产的自动化水平以及生产效率。工程人员常采用的技术方案有：基于变频技术和模糊控制技术的风机调速方案取代传控制方案；利用变频恒压供水原理及变频调速计算机控制系统的组成结构等等。在提钒炼钢二厂氧枪冷却供水系统中，刘艳清针对变频调速控制通过取消网络控制提高生产效率。这种方案的实用性非常高，在自来水厂、风机类机械等方面应用广泛。我们有理由相信随着各种控制方法的发展也必将为变频器的应用带来更大的革新。3总结变频调速技术已经成为电力电子发展的一个方向。通过对变频技术与各类软硬件特别是与PLC、组态以及控制方法结合产身的效果研究及应用，变频技术必将会随着其他软硬件和控制技术的发展带来更功能和更加广阔前景。参考文献：[1]刘淑萍，变频调速技术的发展和应用[J].煤矿现代化，2010（4）：110-111.[2]刘高君、符纯华，基于LabVIEW的LG变频器控制系统设计[J].矿上机械，2010，38（16）：56-58.[3]李运娥、申凌云、王彦华、郭晓岚，局域网内PLC控制变频器的应用[J].自动化应用，2010（10）：20-21.[4]JanBAUER，JiříLETTL.SolarPowerStationOutputInverterControlDesign.RADIOENGINEERING.2011.4，20（1）：258-262.[5]茹心芹、焦道海，无速度传感器矢量控制变频系统研究，2007全国电技术节能学术年会论文集，2007：216-220.[6]张纯江、陈桂涛、祖峰、邹伟扬，一种全数字化互动跟踪式单相逆变电源并联均流控制策略[J].中国电机工程学报，2006.5，26（10）：63-66.[7]邵双全、石文星、李先庭，变频空调器节能特性分析，热点关注之变频技术专栏，2005.10：19-23.[8]桑宁、李鹏翔、王新娣，加热炉风机电气控制系统改造[J].冶金动力，2010（4）：16-17.[9]文瑾瑜，三菱PLC及变频器在水厂的应用[J].微计算机信息，2003，19（12）：48-49.[10]赖春阳，锅炉变频供水自动控制系统的设计及应用[J].应用能源技术，2010（8）：21-22.[11]刘艳清，转炉氧枪冷却水系统变频调速控制的改进[J].山西建筑，2010.9，36（27）：181-182.作者简介：张利刚（1982-），男，汉族，河北邯郸人，燕山大学电气工程学院工程硕士研究生，中国二十二冶集团有限公司机电公司，工程师，从事电气仪表施工管理工作。