时间：2023-05-30 09:03:47
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇变频器原理，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
[关键词]IGBT；变频器；整流
中图分类号：TN773 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）09-0294-01
1 整流电路
整流电路是变频器中用来产生直流电的单元。当三相AC电源给由6个晶闸管组成的全波整流桥供电时，晶闸管的导通顺序为VT1―VT6―VT2―VT4―VT3―VT5。输入的三相交流电是正负交变的正旋波，经过整流电路后，其输出波形变成了脉动波（直流），因为二极管具有正向导通，反向截至的特性，所以把输入波形的负半周波形都整成了正半周波形，一般的三相变频器的整流电路由三相全波整流桥组成。它的主要作用是对工频的外部电源进行整流，并给逆变电路和控制电路提供所需要的直流电源。整流电路按其控制方式可以是直流电压源也可以是直流电源。中间直流环节的作用是对整流电路的输出进行平滑，以保证逆变电路和控制电源能够得到质量较高的直流电源。
当整流电路是电压源时中间直流环节的主要元器件是大容量的电解电容，电容的特性：电容两端的电压不能突变，因为电压加在电容两端后首先为电容充电，经过一段时间当充满电后电容会放电，再经过一段时间电放净后又继续充电，所以，电容两端的电压是缓慢变化的，而不会突变。电容的输入波形为脉动波，在wt=0～π时间段内，电压从0开始上升到达波峰（给电容充电），然后从波峰又降为0（电容放电）。根据电容的特性，其输出波形就类似于锯齿波，产生锯齿波的原因：电容充电时，电容两端的电压缓慢上升，但当输入波形到达波峰时，电容还未被充满电，输入波形从波峰开始下降，电容还未被充满电就要放电，所以输出波形从波峰开始下降，当输入波形从波峰降到0时，又开始上升（下一时刻），所以电容又从放电状态转变成充电状态，那么输出波形由刚才下降的趋势再次上升。电容就这样反复充放电状态的转变，输出产生锯齿波形。电容两端电压变化的快慢由电容的充放电时间决定，电容的充放电时间由电容的容量决定。电容的容量越大，其充放电时间越长，那么电容两端的电压变化越缓慢。如果当电容的容量足够大时，充放电时间>>输入波形的周期，那么输出波形就会近似为一条直线，这就是我们需要的最稳定的直流波形
2 逆变电路
逆变电路是变频器最主要的部分之一。它的主要作用是在控制电路的控制下，将整流电路整流输出的直流电变换为电压和频率都任意可调的“交流”电。逆变电路的输出即为变频器的输出，它被用来作为电机的供电电源，从而实现对异步电动机的调速控制。如图1-1所示。图中输入波形为直流波形，经过6个IGBT（绝缘栅型晶体管）v1，v2，v3，v4，v5，v6的有序导通，产生了正负交变、脉宽不等的方波作为输出波形为电机供电。A，B，C分别接在电动机U，V，W上。
图1-1所示的输出波形是三相中的A相的波形，其余两相的波形与A相波形，这三者之间存在空间相位差120度，为了方便分析只分析A相输出，其余两相与A相同理，只不过时间与A相相差120度相位。0～t1时刻，我们看到电流方向是节点A 电机U端，设此方向为正方向。t1～t2时刻， 我们看到电流方向是节点A 电机U端。所以0～t2时刻，脉冲波形在x轴上方。t2～t3时刻，我们看到电流方向是电机U端节点A，与0～t2时刻的电流方向相反。t3～t4时刻，我们看到电流方向是电机U端节点A。所以t2～t4时刻，脉冲波形在x轴下方。综上所述，我们从图1-5所示的输出波形中看到的是正负交变的脉冲波形。我们在本小节开始的叙述中提到过，6个IGBT v1，v2，v3，v4，v5，v6的有序导通，产生了正负交变、脉宽不等的方波作为输出波形为电机供电。“正负交变 ”我们已经解释完了，脉宽不等是怎样产生的呢？ 以及6个IGBT如何按照顺序依次导通。
3 控制电路
IGBT 是受门极触发而导通的，即门极接收到脉冲信号后，IGBT 导通。那么门极信号就是由控制电路发出的 。发出的这些信号控制IGBT的通断顺序以及通断时间，通断时间决定了变频器输出脉冲的宽度 。
首先，控制电路中有两种输入信号，Ur（参考信号）和Uc （载波信号） 。控制电路让U r与Uc进行比较 ，Ur是交流正旋波，Uc是三角波，如图1-2 所示。Ur与Uc形成了一些交点，它们之间的交点以上代表UrUc的部分。我们还以逆变电路中的A相负载为例，A相负载是由V1和V4来控制，V1控制变频器输出波形的正半周，V4控制变频器输出波形的负半周。Ur和Uc在正半周时，当Ur>Uc， V1导通，V4截止，V1导通的时间如图1-2中Uo的正半周，从图中我们可以看出，只看正半周，脉冲宽度靠中间最宽，两侧最窄；Ur和Uc在负半周时，当Ur
总结：综上所述，由于社会经济的快速发展与科技水平的持续进步，变频调速作为工业领域中对电动机的速度控制已是非常流行的一种技术，电动机的启动以及运行都离不开变频调速技术，该技术在电机启动过程中可以大大的降低启动电流，从而大大降低损耗功率，在电动机运行时也可按需以较低的损耗功率调节其转速满足不同的工况需求。
参考文献
【关键词】变频器技术；节能原理；应用
变频器技术的发展与应用彻底改变了传统的直流调速、变极调速以及滑差调速等调速技术，它与可编程控制器以高效率、高功率因数、其优良的调速及起/停性能等优点被公认为这个时代最为恰当合适的调速控制装置。
1.变频器的基本构成
变频器基本构成根据其工作方式可分为两种，即：交―交、交―直―交。交―交变频器是将工频交流电转化为频率、电压都能够控制的交流电，所以，这种变频器亦被称为直接式变频器；交―直―交变频器是将工频交流电通过整流器转化为直流电，然后再把直流电转化为频率、电压都能够控制的交流电，所以，这种变频器亦被称为间接式变频器。就目前来看，我国生产中普遍用的是间接式变频器。
1.1整流器
我国整流器一般都采用二极管变流器，二极管变流器的主要作用是将工频交流电转化为直流电源，也可采用两组晶体管变流器组建可逆变流器，由于其功率方向的可逆性，所以可再生运转。
1.2滤波电路
经过整流器的处理，在直流电压中会含有等于电源六倍频率的脉动电压，而且逆变器所生产出的电流也会造成直流电压有所变动，所以，为有效对电压波动加以控制，可使用电感及电容对所产生的脉动电压进行吸收处理，如装置的容量较小，主电路及电源的构成器件还有雨量，就能省去电感，直接使用滤波电路。
1.3逆变器
逆变器和整流器正好相反，逆变器是将整流器处理完成的直流电源转化为频率及电压均满足异步电动机运行要求的直流电。
1.4控制电路
控制电路用来为电动机主电路提供及时的信号回路，其包括有电流和电压监测电路、转速检测电路、频率和电压运算电路、电动机与逆变器保护电路及运算电路信号放大驱动电路等。控制电路是根据线路的回馈信息从而对整理器以及逆变器的输出进行控制，以使电压及频率都能够满足电动机的正常变频运行。
2.水泵变频器的节能原理
水泵属于平方转矩负载，根据其工作原理，我们可设其转速为n，设流量为Q，其扬程设为H，泵的轴功率设为N，所以，其关系式可如下所示：
Q1=Q2（n1/n2），H1=H2（n1/n2）2，N1=N2（n1/n2）3
根据以上关系式可以看出，泵流量与转速成正比，扬程与转速平方成正比，轴功率与转速立方成正比，而当电动机驱动水泵时，电动机轴功率P可按下面的公式表示：
P=ρQH/ηcηF×10-2
公式中：ρ表示矿井水的重度，η C 表示工况点时效率，η F表示传动效率。
据下图我们可以看出泵流量Q和扬程H的曲线关系图，其中①曲线为泵在n1转速下扬程--流量的特性曲线，⑤曲线为泵在n2转速下扬程--流量的特性曲线；②曲线为泵在n1转速下功率--流量的特性曲线；③、④曲线为管阻特性曲线。
泵的扬程--流量曲线
假设水泵在A点工作效率最高，水流输出量Q达到100%，则该点的轴功率P1与A H1Q Q 1的面积成正比，根据生产工艺的要求，当输出流量需要从Q1缩减到Q2时，若直接调节阀门，会使管阻从曲线③转变到曲线④，整个系统都会由原先的最佳工作效率A转变到新的最佳工作效率点B，水泵扬程随之增加，轴功率P2与BH2QQ2成正比。如果使用变频器进行控制，水泵转速会从n1降到n2，在满足同等流量Q2的前提下，水泵扬程H3大幅度降低，轴功率P3则与CH3OQ2的面积成正比。通过对比，我们可以看出，P3显著减小，所节省的功率损耗与BH2H3C成正比，因此，节能效果非常显著。
3.变频器节能应用
目前，变频器节能技术主要应用于我国泵类和风机等设备，较好的实现了生产中安全高效、节能降耗的目的，这种技术成为我国实现节能降耗的重点推广技术，我国能源法中的第39条将其列为通用技术并进行推广。通过实践表明，变频器技术应用于我国的泵类及风机设备中的驱动控制，能够取得优秀明显的节能效果，所以，变频器技术是现代生产中经济合理的一种调速控制技术。
随着变频器技术越来越成熟，该技术更灵活的在我国泵类、风机、空调器、数控机床以及传送给料系统等领域得到运用，而且现在正在我国的煤矿采煤机和矿井提升机等设备中尝试推广应用。变频器技术应用在我国煤矿行业，可起到节约企业电力能源，提升机械设备自动化程度的作用，进而为提高煤炭生产效率、提高煤炭产品质量提供了有力的技术保证。
4.结束语
变频器技术应用于电机设备，可满足电机运行中的软启软停要求，从而使电机设备对配电网的冲击度降低，并能有效降低电机启动时线路损耗，从而降低机械的磨损以及设备的维护维修所产生的费用。变频器技术的恰当运用，能够直接为企业和社会带来经济效益。所以该领域的技术人员应该缜密分析，积极探索，使变频器技术能够更好的服务于我国的节能降耗事业。
【参考文献】
[1]王文山.变频器的节能原理及其应用[J].科技创新导报，2008（8）：113.
[2]张令东.变频器节能技术及应用展望[J].电力科技，2012（6）：120.
1、高压变频器工作原理：高压变频器是一种串联叠加性高压变频器，即采用多台单相三电平逆变器串联连接，输出可变频变压的高压交流电。按照电机学的基本原理，电机的转速满足如下的关系式：n=（1一s）60f/p=n。×（1一s）（P：电机极对数；f：电机运行频率;s:滑差）从式中看出，电机的同步转速n。
2、正比于电机的运行频率（n。=60fp），由于滑差s一般情况下比较小（0-0．05），电机的实际转速n约等于电机的同步转速n。所以调节了电机的供电频率f，就能改变电机的实际转速。电机的滑差s和负载有关，负载越大则滑差增加，所以电机的实际转速还会随负载的增加而略有下降。
（来源：文章屋网 ）
[关键词]变频器 控制方式 工作原理
中图分类号： TN773 文献标识码： A 文章
0前言
近年来，随着电力电子技术、微电子技术及大规模集成电路的发展，生产工艺的改进及功率半导体器件价格的降低，变频调速越来越被工业上所采用。如何选择性能好的变频其应用到工业控制中，是我们专业技术人员共同追求的目标。下面结合作者的实际经验谈谈变频器的工作原理和控制方式。
1 变频器的工作原理
交流电动机的同步转速表达式：
n=60f（1-s）/p （1）
式中：n――异步电动机的转速；
f――异步电动机的频率；
s――电动机转差率；
p――电动机极对数。
由式（1）可知，转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速，当频率f在0～50Hz 的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。
2 变频器控制方式
低压通用变频输出电压为380～650V，输出功率为0.75～400kW，工作频率为0～400Hz，它的主电路都采用交―直―交电路。其控制方式经历了以下四代。
2.1 U/f=C 的正弦脉宽调制（SPWM）控制方式
这种方式的特点是控制电路结构简单、成本较低，机械特性硬度也较好，能够满足一般传动的平滑调速要求，已在产业的各个领域得到广泛应用。但是，这种控制方式在低频时，由于输出电压较低，转矩受定子电阻压降的影响比较显著，使输出最大转矩减小。另外，其机械特性终究没有直流电动机硬，动态转矩能力和静态调速性能都还不尽如人意，且系统性能不高、控制曲线会随负载的变化而变化，转矩响应慢、电机转矩利用率不高，低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而性能下降，稳定性变差等。
2.2 电压空间矢量（SVPWM）控制方式
这种控制方式是以三相波形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，一次生成三相调制波形，以内切多边形逼近圆的方式进行控制的。经实践使用后又有所改进，即引入频率补偿，能消除速度控制的误差；通过反馈估算磁链幅值，消除低速时定子电阻的影响；将输出电压、电流闭环，以提高动态的精度和稳定度。但控制电路环节较多，且没有引入转矩的调节，所以系统性能没有得到根本改善。
2.3 矢量控制（VC）方式
矢量控制变频调速的做法是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流Ia、Ib、Ic ，通过三相-二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia11b1再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1 ，It1（Im1相当于直流电动机的励磁电流；It1相当于与转矩成正比的电枢电流），然后模仿直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变换，实现对异步电动机的控制。其实质是将交流电动机等效为直流电动机，分别对速度，磁场两个分量进行独立控制。通过控制转子磁链，然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量，经坐标变换，实现正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有划时代的意义。然而在实际应用中，由于转子磁链难以准确观测，系统特性受电动机参数的影响较大，且在等效直流电动机控制过程中所用矢量旋转变换较复杂，使得实际的控制效果难以达到理想分析的结果。
2.4 直接转矩控制（DTC）方式
1985年，德国鲁尔大学的DePenbrock教授首次提出了直接转矩控制变频技术。该技术在很大程度上解决了上述矢量控制的不足，并以新颖的控制思想、简洁明了的系统结构、优良的动静态性能得到了迅速发展。目前，该技术已成功地应用在电力机车牵引的大功率交流传动上。
直接转矩控制直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩。它不需要将交流电动机等效为直流电动机，因而省去了矢量旋转变换中的许多复杂计算；它不需要模仿直流电动机的控制，也不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型。
2.5 矩阵式交―交控制方式
VVVF 变频、矢量控制变频、直接转矩控制变频都是交―直―交变频中的一种。其共同缺点是输入功率因数低，谐波电流大，直流电路需要大的储能电容，再生能量又不能反馈回电网，即不能进行四象限运行。为此，矩阵式交―交变频应运而生。由于矩阵式交―交变频省去了中间直流环节，从而省去了体积大、价格贵的电解电容。 它能实现功率因数为l，输入电流为正弦且能四象限运行，系统的功率密度大。该技术目前虽尚未成熟，但仍吸引着众多的学者深入研究。其实质不是间接的控制电流、磁链等量，而是把转矩直接作为被控制量来实现的。具体方法是：
（1）控制定子磁链引入定子磁链观测器，实现无速度传感器方式；
（2）自动识别（ID）依靠精确的电机数学模型， 对电机参数自动识别；
（3）算出实际值对应定子阻抗、互感、磁饱和因素、惯量等算出实际的转矩、定子磁链、转子速度进行实时控制；
（4）实现Band ―Band 控制按磁链和转矩的Band ―Band 控制产生PWM 信号，对逆变器
开关状态进行控制。
矩阵式交―交变频具有快速的转矩响应（
1原理简介
1.1主备用变频器切换接线原理主备用变频器间的切换主要是利用继电器间的切换来实现电源和控制线路的切换。通过制作一块电源切换板来控制KM1A、KM2A、KM1B、KM2B、KM3等交流接触器之间的切换，来时实现380VAC电源通过主备变频器到合成器风机的切换。通过制作一块控制线路切换板来实现从CCU接口板J11来的控制信号到主备变频器的切换。
1.2主备用变频器电源切换原理图1为主备用变频器电源切换继电器板的控制线路图，220VAC作为交流接触器的线包电压，通过控制交流接触器的常闭、常开接点的吸合来控制380VAC风机电源到主备用变频器倒换。
1.3主备用变频器控制线路的切换原理主备用变频器控制线路的切换是通过控制线路切换板来实现的，他也是用到了继电器的吸合原理来实现的。a.当变频器切换开关S1在主用位置时,使控制线路切换板的K10、K20、K30、K40的线包不得电，控制信号就从就从J11通过这四个继电器到J11A然后送到主用的变频器。b.当变频器切换开关S1在备用位置时，+24VDC就从主备用变频器电源切换板的TB1（见图1）送到J2-3使控制线路切换板K10、K20、K40的线包得电动作，这样这三个线包就倒到备用的一路，控制信号就从J11通过K10、K20、K30、K40到J11B然后送到备用的变频器。c.当变频器切换开关S2在旁路位置时，+24VDC就从主备用变频器电源切换板的TB1（见图1）送到J2-3使控制线路切换板的K30线包得电动作，模拟出变频器正常的状态信号送回J11。这样当变频器故障的时候发射机就认为变频器正常而继续工作。
2主要元器件选择
2.1电源切换板的交流接触器采用施耐德公司的型号为LC1D18M7C的交流继电器，其功耗小、寿命长、安全可靠。
2.2控制线路切换板的继电器为欧姆龙公司24VDC的微型继电器，其特点是抗电磁干扰性能强，可实现高密度安装。
3线路连接和安装
3.1主备用变频器电源切换板的线路连接和安装由于哈里斯在整机设计上比较紧凑，在现有的合成器柜上无法安装体积较大的主备用变频器电源切换板和备用变频器。所以只能利用低压配电柜上面的空间，把电源切换板和备用变频器安装在低压配电柜的上面。把切换开关安装在低压配电柜的外侧面板上。
3.2主备用变频器控制线路的切换板的线路连接和安装控制线路切换板是根据原理图制作的15cm×11cm的PCB板。考虑到平时维护和检修的需要将控制线路的切换板安装在合成器A1柜的侧面板上。变频器控制信号线从合成器CCU接口板的J11接出至切换板的J11，从切换板的J11A和J11B接出分别到主用和备用的变频器。继电器的24VDC线包电压从电源切换板TB1引出至控制线路切换板J1和J2两个端子。从这两块切换板和备用变频器的安装位置来看对合成器机柜内的整体布局没有影响，周围由足够的空间，安装、拆卸与检修都十分方便。
4结束语
关键字：变频器；矢量控制；应用
0 引言
随着电力电子技术、功率半导体器件及变频控制理论的快速发展，作为智能控制电源的变频器已被广泛应用于各行业。变频器主要根据电动机的特性对供电电压、频率进行适当控制，主要控制方式有V/F控制、矢量控制、直接转矩控制等，不同的控制方式所得到的调速性能、特性以及用途各不相同。其中，矢量控制技术以其新颖的控制思想，优良的动静态性能受到了普遍的关注并得到迅速的发展。但矢量技术在国外应用较为成熟，国内还处于初级阶段。本文将根据矢量控制变频器的特性对其进行较全面的介绍。
1 矢量控制的基本思想
由电机学可知，任何电动机产生电磁转矩的原理，在本质上都是电机内部两个磁场相互作用的结果，因此各种电动机的电磁转矩具有统一的表达式[1]，即
■ （1-1）
式中， np ： 电机的极对数；FT 、FT ：定、转子磁势矢量的模值； Φm ：气隙主磁通矢量的模值；
r 、 r :定子磁势空间矢量FT 、转子磁势空间矢量分别与气隙合成势空间矢量 FT 之间的夹角
图1 直流电机（二极）磁势、磁通空间矢量图
由图1可以看出，主极磁通和电枢电流方向（指该电流产生的磁势方向）总是互相垂直的，二者各自独立，互不影响。此外，对于他励直流电机而言，励磁和电枢是两个独立的回路，可以对电枢电流和励磁电流进行单独控制和调节，达到控制转矩的目的，实现转速调节。可见，直流电机的电磁转矩具有控制容易而又灵活的特点。
图2 异步电动机的磁势、磁通空间矢量图
由式（1-1）及图2所示的异步电动机磁势、磁通空间矢量图可以看出，通过控制定子磁势 Fs的模值、或控制转子磁势的Fr的模值及它们在空间的位置，就能达到控制电机转矩的目的。控制Fs模值的大小、或Fr模值的大小，可以通过控制各相电流的幅值大小来实现，而在空间上的位置角θs、θr，可以通过控制各相电流的瞬时相位来实现。因此，只要能实现对异步电动机定子各相电流（iA、iB、iC）的瞬时控制，就能实现对异步电动机转矩的有效控制。
2 工作原理及控制种类
2.1 工作原理
矢量控制理论是上世纪70年代西门子工程师F.Blaschke首先提出来解决交流电机转矩控制问题。其基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的。具体是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量 (励磁电流) 和产生转矩的电流分量 (转矩电流) 分别加以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢量，所以称这种控制方式称为矢量控制方式。矢量控制算法已被广泛地应用在siemens，AB，GE，Fuji等国际化大公司变频器上【2】。
2.2 矢量控制方式
(1)基于转差频率控制的矢量控制方式
它的控制思想是在进行U / f =恒定控制的基础上,通过检测异步电动机的实际速度n,并得到对应的控制频率f,然后根据希望得到的转矩,分别控制定子电流矢量及两个分量间的相位,对通用变频器的输出频率f进行控制。
图4 基于转差频率的异步电动机矢量控制结构原理图
由图4可见，转差频率间接矢量控制的磁链定向由磁链和转矩给定信号确定，靠矢量控制方程保证，并没有用磁链模型实际计算转子磁链及相位，所以属于间接的磁场定向，但由于矢量控制方程中包含电动机转子参数，定向精度仍受参数变化的影响。但总的来说，转差频率间接矢量由于具有动态性能好，调速范围宽的优点，在实际生产中受到很大欢迎，应用极为广泛。
(2)无速度传感器的矢量控制方式
它的基本控制思想是根据输入的电动机的铭牌参数,按照转矩计算公式分别对作为基本控制量的励磁电流(或者磁通)和转矩电流进行检测,并通过控制电动机定子绕组上的电压的频率使励磁电流(或者磁通)和转矩电流的指令值和检测值达到一致,并输出转矩,从而实现矢量控制。
图5 无速度传感器矢量控制系统方框图
如图5，该系统具有较高的稳态转速精度、转速跟随性能和负载抗扰性能，具有较大的
实用价值。无速度传感器矢量控制通用变频器已成为新一代高性能通用变频器的发展方向。
(3)有速度传感器的矢量控制方式
它主要用于高精度的速度控制、转矩控制、简单伺服控制等对控制性能要求严格的使用场合。在该方式下采用的速度传感器一般是旋转编码器，并安装在被控电动机的轴端，而不是象闭环v/f控制安装编码器或接近开关那样随意。
有速度传感器矢量控制方式的变频调速是一种理想的控制方式，它具有可以从零转速起进行速度控制，即使低速亦能运行，因此调速范围很宽广，可达1000:1；可以对转矩实行精确控制；系统的动态响应速度快；电动机的加速度特性很好等优点。
3 矢量控制的优缺点及选型
3.1 矢量控制的优缺点
矢量控制可以使变频器根据频率和负载情况实时的改变输出频率和电压，因此其动态性能相对完善。具有可以对转矩进行精确控制、系统响应快、调速范围广、加减速性能好等特点。在对转矩控制要求高的场合，以其优越的控制性能受到用户的赞赏。
然而在实际应用中，由于转子磁链难以准确观测，系统特性受电动机参数的影响较大，且在等效直流电动机控制过程中所用矢量旋转变换较复杂，使得实际的控制效果难以达到理想分析的结果。
3.2 矢量控制变频器选型时要确定以下几点[3]：
（1）采用变频的目的：恒压控制或恒流控制等。
（2）变频器的负载类型：如叶片泵或容积泵等，特别注意负载的性能曲线，性能曲线决定了应用时的方式方法。
（3）在使用变频器驱动高速电机时，由于高速电机的电抗小，高次谐波增加导致输出电流值增大。因此用于高速电机的变频器的选型，其容量要稍大于普通电机的选型。
（4）变频器如果需要长电缆运行时，此时要采取措施抑制长电缆对地耦合电容的影响，避免变频器出力不足，所以在这样情况下，变频器容量要放大一档或者在变频器的输出端安装输出电抗器。
（5）对于一些特殊的应用场合，如高温、高海拔，会引起变频器的降容，变频器容量要放大一挡。
（6）变频器输出频率不同型号有不同的数值，根据变频调速系统生产工艺的要求，选择能满足条件的变频器和采用相应的控制方式。
4 常见故障及对策
变频器本身具有相当丰富的异常故障显示和保护功能。若保护功能动作时，变频器立即跳闸，LED显示故障代码，或者将故障信息存储在程序的某个参数内，使电动机处于自由运转状态到停止[4]。一般来说，变频器常见的故障有以下几个方面:
4.1 过流故障。它可分为加速、减速、恒速过电流。其可能是由于变频器的加减速时间太短、负载发生突变、负荷分配不均，输出短路等原因引起的。一般可通过延长加减速时间、减少负荷的突变、外加能耗制动元件、进行负荷分配设计、对线路进行检查。如果断开负载变频器还是过流故障，说明变频器逆变电路已环，需要更换变频器[5]。
4.2 过载故障。包括变频过载和电机过载。其可能是加速时间太短，电网电压太低、负载过重等原因引起的。一般可通过延长加速时间、延长制动时间、检查电网电压等。负载过重，所选的电机和变频器不能拖动该负载，也可能是由于机械不好引起。如前者则必须更换大功率的电机和变频器；如后者则要对生产机械进行检修[5]。
4.3欠压。常见原因为三相输入电压偏低、缺相或整流器缺相，电压变换器功能异常造成，属于变频器电源输入部分有问题，需检查后才可运行。
4.4 过压。一般是指直流过电压，可能的原因有：三相交流输入电压异常，电压变换器异常，加减速时间设定不正确等。前二者可用万用表测量进行简单判断，而加减速时间设定不正常比较难以判断，有可能因为负载变化后造成转动惯量增大，减速时间参数没有改变，造成减速时回馈能量来不及反馈回电网，导致变频器直流电压升高。可根据情况适当增大变频器减速时间即可。
4.5 接地。故障原因比较少，使用万用表或摇表根据变频器说明书合理选择测试点，即可判断故障点。
4.6 特殊情况下的故障处理。如果出现变频器能运行，但是电流显示不正常，波动大，甚至过电流等特殊故障时，可采用将变频器控制方式改为V/F控制方式运行，并检查变频器的器件如测速机、编码器、输出电缆或电机的工作情况去排除故障。
当然由于各厂家所生产的变频器由于结构不同，采用的控制方式不同，出现的故障可能会表现为各种不同的现象。因此，排故时要根据变频器的结构和控制原理采取相应的措施。
5 市场分析及预测
变频器凭借其在速度和节能方面的优势，广泛应用在电力、纺织化纤、建材、石油、化工、冶金等行业。目前，国内变频器市场中的厂商主要有国外跨国集团厂商、中外合作生产企业、国内生产企业。生产基地集中在长三角和珠三角。国外的品牌主要是德国西门子、瑞士ABB、富士等电气巨头，国内企业主要分布在北京、广州、浙江、上海、四川、山东等地。国内企业的硬件设计水平与国外品牌相比差距不大，但在软件方面差距明显，国内变频器企业以V/F产品为主，对于性能优越、技术含量高的矢量控制变频器还较少。
据机电产品市场杂志社调查报告的数字分析，我国变频器的市场潜力为1200亿~1800亿元。2008年我国中低压变频器市场总量约112.1亿元。预计到2012年国内中低压变频器市场容量将超过190亿元，高压变频器市场规模将达到148亿元。特别是变频器大容量化和小型化、专用化、软件化、网络化、绿色环保化且不可替代的发展趋势，说明矢量控制变频器的市场前景较为广阔。
6 结语
矢量控制成功地解决了交流电动机定子电流转矩分量和励磁分量的耦合问题，实现了交流电动机电磁转矩的实时控制，提高了交流电动机变压变频调速系统的动态性能，具有明显的优越性。但在实际应用中,矢量控制存在有转子磁链难以准确观测,系统特性受电动机参数的影响较大,矢量旋转变换较复杂等缺点,使得实际的控制效果和理想分析的结果有一定差距。因此，控制技术的研究和改进是一个不断探索的过程。
参考文献：
[1] 机电之家
[2] 矢量控制理论介绍;变频器世界;2006年第05期
[3] 唐桂波;;变频器原理及其使用中的问题分析[J];冶金设备;2009年S1期
[4] 省略/
[5] 邹涌泉;;变频器工作原理以及应用中的注意问题;自动化与仪器仪表;2011年01期
作者简介：
关键词：交流主轴电机；变频器；控制；原理
在对机床进行改造与维修时，需要利用数控系统，而交流主轴电机是数控系统的重要组成，采用变频器对交流主轴电机进行控制，可以降低改造的成本，变频器具有调速的功能，将其其取代了交流主轴驱动后，可以提高改造与维修的效率。变频器在电机调速系统中应用比较多，为了提高其控制能力，需要结合机床主轴的性能选择适合的控制方法，这样才能提高变频交流主轴电机的性能。交流主轴电机与通用感应电机相比，更加适合应用变频控制器，下面笔者对交流主轴电机的变频器控制进行简单介绍。
1 变频器控制交流主轴电机的原理
交流主轴驱动是交流主轴电机中常用的调速方式，其与变频器都属于感应电机变频方式，交流主轴驱动在专用电机调速装置中应用比较多，而变频器是普通电机中常见了调速装置。在很多工业单位中，采用的变频器越来越先进，而且采用的是矢量控制的方式，这种方式一般需要在变频器中建立电机数学模型，这样才能发挥出矢量控制的效果。一般电机参数设置越准确，调速功能则越强。当前市场中通用的变频器由于无法预知生产所需的参数，所以，无法保证电机控制的精确性，另外，电机的生产厂家以及型号不同，其性能以及控制的精确性也有着较大差异。
为了提高变频器的调速性能，必须建立精确的模型，在众多的变频器产品中，有一种专门应用在感应电机中的变频器有着良好的性能，其价格比较低，但是控制精确性高，设计人员一定参考这类变频器的参数设置，这种性能较强的变频器在数控机床主轴系统中有着良好的应用，可以起到调速的作用。交流主轴驱动器与变频器在感应电机中都起着控制速度的作用，其中驱动器在应用时，需要生产厂家对其设计以及制造进行统一审查，还要对其控制功能进行测试，这样可以保证数字模型精确性，可以提高驱动器的调速性能。在优化变频器时，需要借鉴这一经验，提高变频器的控制功能以及各项性能。变频器采用矢量控制的方式，可以提高交流主轴电机的性能，而且可以充分的发挥出调速功能。
2 变频器参数调整与设定
矢量控制变频器在交流主轴电机的机床改造中有着良好的应用，在对机床进行改造与维修时，需要考虑机床主轴箱设计，还要做好电机安装尺寸的优化工作，在改造的过程中，如果发现普通感应电机无法代替原主轴电机进行工作，则需要充分发挥变频器控制作用。交流主轴电机与普通感应电机相比，在参数设置上有着较大的差异，由于通用变频器无法对交流主轴电机进行直接控制，所以，需要对变频器参数进行重新设定，只有将变频器参数调整到生产要求范围内，才能保证变频器精确控制交流主轴电机。首先，工作人员需要将主轴电机与主轴进行分离；其次，还要在变频器中根据频率，对信号的强度以及范围进行了控制；再次，要将变频器输出线路与电枢输出线进行连接；最后，工作人员需要在变频器配套单元中选择快速调试这一模式，在该操作单位中对变频器的参数进行调整，在调整与设定变频器参数时，可以根据快速调试与高级调试中提供的说明书进行操作。
电机基本参数设定完成后，必须通过变频器的"自动调整（自学习）"功能，完成矢量控制所需要的全部电机参数的测试。自动调整可以通过变频器所配套的操作单元完成，在自动调整过程中，电机将不断在不同转速下旋转，直到全部参数的自动检测、设定完成。变频器就完成了矢量控制参数的自动测试与设定，接下来便可以按照变频器规定的控制要求，连接相关控制线，对交流主轴电机实施正常的控制。
3 变频器控制交流主轴电机的要点
利用通用变频器来控制交流主轴电机是一种特殊的控制方式，在设计与调试时需要注意如下重要问题：
3.1 变频器的容量选择必须以满足电机的额定电流要求为准则，因为同功率的交流主轴电机的额定电流要大于普通感应电机。例如，本机床如果按照功率进行选择7.5kW的CIMR-G7A27P5变频器，其额定输出电流只有34A，不能满流主轴电机的额定转矩输出要求。同样，400V输入的7.5kW～15kW安川变频器CIMR-G7A47P5/4011/4015，其额定输出电流分别为21A、27A、34A，同样不能达到原主轴电机的额定转矩输出要求，为此当变频器为400V（380V）输入时，需要选择CIMR-G7A4018（18.5kW）变频器，才能进行控制。
对于本机床主轴，可以使用的安川变频器型号为：CIMR-G7A2011（AC200V输入）、CIMR-G7A4018（AC400V输入），或是安川早期的CIMR-G5A2011、CIMR-G5A4018变频器（采用不同变频器时的快速调试与自动调整参数设定值不需要作任何改变）。
3.2 安川变频器的旋转型自动调整只能在空载（电机与负载分离）时进行，在带负载时使用旋转型自动调整不但不能得到正确的电机参数，而且还可能造成变频器与电机的损坏，在使用时必须特别注意。如果实际设备中负载与电机分离较困难，则只能选择变频器的停止型自动调整功能。
3.3 机床主轴对高速（额定转速的90%以上）运行时的速度与转矩控制精度有一定的要求，因此，在进行自动调整时应选择并设定变频器的输入电压为电机额定电压的110%，即：本机床应设定变频器的输入电压（参数E01-01）为220V；而变频器的最大输出电压（参数E1-05）与电机额定电压（参数T1-03）为200V，且必须保证变频器可以输出的额定输出电流（49A）大于电机额定电流（37A）值，否则将无法保证系统高速运行时的速度与转矩控制精度。
结束语
本文对变频器控制交流主轴电机系统的原理以及参数调整过程进行了介绍，在调速的过程中，要结合主轴的转速，确定调速的范围。变频器采用的矢量控制的方式，为了提高控制的精确性，必须结合交流主轴驱动器的优化步骤，还要以提高交流主轴系统的整体性能为原则。交流主轴电机是机床改造与维修中常用的装置设备，采用变频器对电机速度进行控制，可以降低改造的成本，还可以保证系统的稳定稳定。在实践的过程中发现，采用变频器可以在不对机床主轴箱进行改动的前提下，提高机床改造与维修的质量以及效率，值得大力推广。
参考文献
[1]刘东波，陈玉娟，黄道.矢量控制型变频器综合应用技术研究[J].电气应用，2006（12）.
本文主要针对当前供水系统中存在的自动化程度不高、能耗严重、可靠性低的缺点加以研究，开发出一种新型的并在这三个方面都有所提高的PLC控制的恒压供水系统。
全文共分为五章。第一章阐明了恒压供水系统的应用背景、选题意义及主要研究内容。第二章对本系统的总体方案进行了介绍，其中包括系统的工艺要求，系统的组成和基本工作原理以及主要元器件的选型。第三章着重写控制系统的硬件部分的基本原理。第四章介绍了系统的软件开发工作，对PLC程序做了详细描述并介绍了过程控制中占据重要地位的PID调节原理及参数设置依据，方法。第五章是项目调试和小结部分，给出了调试结果。
本论文综合运用了可编程控制器（PLC）、变频器、PID调节仪、传感器等现代工业控制常用的控制部件及其相关程序设计方法。所做的研究对同类系统的研究和开发具有一定的参考价值。
关键词：可编程序控制器 变频器 PID
Abstract
In the thesis， the disadvantages and problems need to be resolved of current supporting water system are briefly analyzed， and a new system， which has great advance in automation， reliability and saving energy， is studied and described.
This thesis consists of five chapters．Chapter one clarifies the application background and significance of the supporting water system and main contents of research. Chapter two introduces the overall project of the new auto－control system， including craft demand， constitution， work principle and the selection of the main electrical devices．Chapter three emphasizes the principle of the software and hardware part in control system. Chapter four， we analyze the exploitation of control system， specifying on PLC programmer and introduces the principle， parameter installation of PID control. The last chapter is the conclusion of the whole research and presents some debug result.
The research collectively utilized some modern control devices， such as PLC， frequency conversion device， sensor， and their program control method， all of these are of some reference value to the study of relative control system.
[KEY WORDS]： PLC Frequency conversion PID
目 录
摘 要 - 4 -
Abstract - 5 -
第一章 绪论 - 6 -
1.1 课题的意义及应用背景 - 6 -
1.2 本文研究的内容 - 8 -
第二章 恒压供水原理及系统的技术指标 - 9 -
2.1 任务 - 9 -
2.2 系统技术指标 - 9 -
2.3 系统的组成和基本工作原理 - 9 -
2.4 主要元器件选型 - 10 -
第三章 硬件的基本原理及其应用 - 11 -
3.1 PLC可编程控制器(FXOS—20MR) - 11 -
3.1.1 可编程控制器的特点 - 11 -
3.1.2 可编程控制器的工作原理与应用 - 12 -
3.2 变频器的原理与特性(CIMRG7) - 17 -
3.2.1变频器简介 - 17 -
3.2.2变频与变压(VVVF)原理 - 18 -
3.2.3变频调速的基本原理 - 18 -
3.2.4变频调速的升速和启动 - 19 -
3.2.5变频调速的降速和制动 - 20 -
3.2.6变频后的电动机的机械特性: - 20 -
3.2.7水泵类平方律负载的机械特性 - 21 -
3.2.8 V/F控制的概念: - 21 -
3.2.9矢量控制的概述 - 22 -
3.2.10 CIMRG7的特性及其应用 - 23 -
3.3 压力传感器介绍及应用 - 33 -
3.4 PID调节仪 - 34 -
3.4.1 PID调节原理 - 34 -
3.4.2 PID参数设置 - 36 -
3.4.3 PID设定值的调整 - 37 -
第四章 软件设计 - 38 -
4.1 PLC应用的开发步骤 - 39 -
4.2 PLC程序 - 40 -
4.2.1基本步骤 - 40 -
4.2.2 程序中使用的继电器 - 40 -
4.2.3程序流程 - 43 -
4.3 PLC程序的运行和模拟调试 - 48 -
第五章．现场调试和小结 - 48 -
5.1 硬件功能性调试以及注意事项 - 48 -
5.2 系统总体调试 - 49 -
5.3 小结 - 50 -
致 谢 - 51 -
参考文献 - 52 -
第一章 绪论
1.1 课题的意义及应用背景
在我国，节电节水的潜力非常大。据有关国际组织发表的资料显示:中国的单位国民经济总产值所消耗的电是美国、德国等的4倍左右，消耗的水是他们的2倍左右。我国的大量用电设备中，风机和泵类电机的耗电量占全国发电量的50%左右，若推广新型电机调速技术，可节电40%左右，即可以节约全国发电量的1/5.由于我国人均占有水、电资源相对于别国又少很多，因此，在我国一方面水电供应紧张，而另一方面，水电的浪费又十分惊人.节电节水，不仅潜力巨大，而且意义深远
近十年来，变频技术的应用在我国有很大的发展，并取得了良好的效果。可以说，变频技术已为大多数用户所接受。但是，不能不指出，我国在变频技术的应用方面，与发达国家的水平尚有很大差距。目前，我国在用的交流电动机使用变频调速运行的仅6%左右，而工业发达国家已达60% ~ 70%；日本在风机、水泵上变频调速的采用率已达10%，而我国还不足0.01%；在日本，空调器的70%采用了变频调速，而我国才刚刚起步。从这个现实出发，变频技术尚有很大的发展空间，我们应该锲而不舍地做好推广应用工作。
变频控制技术的进步不仅仅是异步电动机结构简单、坚固、易于维护等优点，更主要的是采用变频调速技术的异步电动机的机械特性达到了直流电动机调压调速的特性。由于计算机技术的介入，使得变频器具有丰富的功能和方便好用的特点，因此人们才有可能按照实际要求，自行构成一个适用和可靠的调速系统。
变频调速恒压供水设备以其节能、安全、高品质的供水质量等优点，使我国供水行业的技术装备水平从90年代初开始经历了一次飞跃。恒压供水调速系统实现水泵电机无级调速，依据用水量的变化自动调节系统的运行参数，在用水量发生变化时保持水压恒定以满足用水要求，是当今最先进、合理的节能型供水系统。在实际应用中得到了很大的发展。随着电力电子技术的飞速发展，变频器的功能也越来越强。充分利用变频器内置的各种功能，对合理设计变频调速恒压供水设备，降低成本，保证产品质量等方面有着非常重要的意义。
变频恒压供水控制系统主要有：
(1)带PID回路调节器和/或可编程序控制器(PLC)的控制系统
在该系统中，变频器的作用是为电动机提供可变频率的电源，实现电动机的无级调速，从而使管网水压可控。传感器的任务是检测管网水压；压力设定单元为系统提供满足用户需要的水压期望值；压力设定信号和压力反馈信号输入可编程控制器后，经可编程控制器内部PID控制程序的计算，输给变频器一个转速控制信号。还有一种办法是将压力设定信号和压力反馈信号送入PID回路调节器，由后者进行运算后，输给变频器一个转速控制信号。
由于变频器的转速控制信号是由可编程控制器或PID回路调节器给出的，所以对可编程控制器来讲，既要有模拟量输入接口，又要有模拟量输出接口。由于带模拟量输入/输出接口的可编程控制器价格很高，这无形中就增加了供水设备的成本。若采用带有模拟量输入/数字量输出的可编程控制器，则要在可编程控制器的数字量输出口端另接一块PWM调制板，将可编程控制器输出的数字量信号转变为模拟量。这样，可编程控制器的成本没有降低，还增加了连线和附加设备，降低了整套设备的可靠性。如果采用一个开关量输入/输出的可编程控制器和一个PID回路调节器，其成本也和带模拟量输入/输出的可编程控制器差不多。所以，在变频调速恒压给水控制设备中，PID控制信号的产生和输出就成为降低给水设备成本的一个关键环节。
(2)新型变频调速供水设备
针对传统的变频调供水设备的不足之处，国内外不少生产厂家近年来纷纷推出了一系列新产品，如华为的TD2100，施耐德公司的Altivar58泵切换卡，SANKEN的SAMCO-I系列，ABB公司的ACS600、ACS400系列，富士公司的G11S/P11S系列等。这些产品将PID调节器以及简易可编程控制器的功能都综合进变频器内，形成了带有各种应用宏的新型变频器。由于PID运算在变频器内部，这就省去了对可编程控制器存储容量的要求和对PID算法的编程，而且PID参数的在线调试非常容易，这不仅降低了生产成本，而且大大提高了生产效率。由于变频器内部自带的PID调节器采用了优化算法，所以使水压的调节十分平滑、稳定。同时，为了保证水压反馈信号值的准确、不失值，可对该信号设置滤波时间常数，同时还可对反馈信号进行换算，使系统的调试非常简单、方便。这类变频器的价格仅比通用变频器略高一点，但功能却强很多，所以采用带有内置PID功能的变频器生产出的恒压供水设备，降低了设备成本，提高了生产效率，节省了安装调试时间。在满足工艺要求的情况下应优先采用。
(3)供水专用变频器
供水专用变频器是将普通变频器和PLC控制器集成在一起，是集供水管控一体化的系统，内置供水专用PID调节器，只需加一只压力传感器，即可方便地组成供水闭环控制系统。传感器反馈的水压信号直接送入变频器自带的PID调节器输入口，而压力设定既可使用变频器的键盘设定，也可采用一只电位器以模拟量的形式送入。每日可设定多段压力运行，以适应供水压力的需要。也可设定指定日供水压力。面板可以直接显示压力反馈值(MPa)。
系统供水有两种基本运行方式：变频泵固定方式和变频泵循环方式。变频泵固定方式最多可以控制7台泵，可选择“先开先关”和“先开后关”(适用泵容量不同场合)两种水泵关闭顺序；变频泵循环方式最多可以控制4台泵，系统以“先开先关”的顺序关泵。
供水系统采用变频供水技术可改善供水水质，且自动化程度高，又是国家节能推广技术，但若选择使用不当，又会造成电能"浪费"，因此设计人员在方案确定之前应根据用水性质、用水特点、用水规模、设备投资等因素综合考虑，在保证可靠供水前提下，充分发挥变频调速的节能潜力
1.2 本文研究的内容
关键词：空-水冷却系统；烧结；高压；变频器
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.05.014
随着高压变频器技术的应用与推广，其优点也逐渐显现。现在日照钢铁烧结厂已有多处应用，2*360烧结机余热发电1#循环风机、2#循环风机、600平米烧结1-4#四台主抽风机、4台环冷机冷却风机均采用了高压变频器，但由于烧结厂的运行环境较差，加上变频器功率大、产生热量多，冷却方式不能满足使用条件，导致高压变频器故障频发。600平米环冷风机原来采用两台10P的空调进行降温，由于热量大，环境差，空调不堪重负，使变频器运行也得不到可靠保障，导致变频器两年内发生多起故障，而影响烧结系统正常生产；2*360烧结机余热发电1#循环风机、2#循环风机使用空-水冷却系统现已运行4年，设备运行稳定，平时只需进行简单的清灰，至今变频器未发生过一次故障。
1 高压变频器应用优点
（1）高压变频器使用的主要优点是省电、节能。高压电机在启动过程中电流是正常运行电流的4至10倍，电能损耗极大，使用变频器启动避免了大电流能耗；其次，烧结机生产时根据工艺的要求需不断调门以改变风量的大小，控制烟道负压，当风门开度较低时，电机一直运行在工频电压下，造成电能的浪费，导致提高了烧结矿成本。
（2）使用变频器启动，对电机和风机都起到很好的保护作用。电机启动时，启动电流大，约4～10倍额定电流，对电机绝缘造成损伤，对风机造成机械伤害，严重影响电机及风机寿命。而增加变频器后，可以实现平滑起动，不产生大的冲击力，从而延长设备使用寿命。
（3）在电机启动时，不会对电网造成冲击。使用变频器电机实现了软启动，电机电流缓慢升高，电网电压不会由于大电机的启动造成波动，保护了电网的平稳运行和供电质量。
（4）提高功率因数。电压源型变频器功率因数可达0.96，采用变频调速启动系统后，不需无功补偿装置就能满足电网要求，提高了电网功率因数。
（5）对高压电机的保护完善并提供故障自诊断功能。变频器对电机的保护比较完善可靠，发生接地故障、过负荷故障、短路故障、低电压故障等其它故障时均能得到可靠保护。
2 空-水冷却系统工作原理
（1）其主要工作原理是：利用高压电机上配置的空水冷却器类似的原理，巧妙地移植到高压变频器上。在变频器室墙上安装冷凝器（空-水换热装置），冷凝器内通过循环水给高压变频器产生的热空气进行冷却；冷水流入冷凝器，通过空冷器进行热交换后的热水流至冷却塔进行降温，然后再流入冷凝器形成水循环。高压变频器产生的热气，汇聚于变频器柜上方，通过内部装有风机的风道将热风引到空冷器进行冷却，冷却后的冷空气吹向高压变频器的进气口，完成变频器的内部风循环。保证循环水的冷水温度在低于33℃时，即可使高压变频器室内的环境温度保持在40℃以下。
（2）同时，由于变频器室完全封闭，室内环境与室外隔离，保持室内不进入灰尘，对变频器设备运行保持良好环境，卫生易打扫，设备故障率大大降低，设备维护量从而减小；变频器空气循环与冷却水循环两系统完全隔离，解除了漏水造成设备短路，放炮等风险，使用安全可靠性高。空-水冷却系统结构原理图如图1：
3 空-水冷却系统具有以下几个方面的特点
（1）三、空-水冷却系统结构简单、安装方便。可提前制作配套风道组件，集中制作，现场组装，在变频器柜上方将风道直接引至室外，结构紧凑，方便组装。（2）设备维护成本较低，一次性投资后，可免维护运行，与同等风量的空调相比，成本低至一半以下。（3）当循环水系统出现故障时，可采用通风降温，运行方式易切换，不影响设备运行。（4）初始投资较低，节约成本。冷却电耗指标远远低于空调冷却，避免了电能消耗。（5）延长了高压变频器的使用寿命。可靠的运行环境，低温、少尘对电气系统运行提供了可靠保障，大大的降低了变频器故障，节约了维修成本及人力成本。（6）空冷器设备本身故障率低、运行可靠；一旦冷却系统故障，可关通过阀门控制，将变频器产生的热风直接排到变频器室外，吸进冷空气实现开放式循环降温，从而大大提高了变频器安全和可靠性。
4 设备维护经验
使用空调降温的高压变频器室，空调负荷较大，维护量大，空调一旦出现故障，变频器室内温度升高，变频器电子元件运行变得不稳定，误报故障停机偶尔发生，2*360烧结机余热发电1#循环风机、2#循环风机使用空-水冷却系统，在最初改造后存在一些问题需大家注意，（1）循环用的冷却水温度要低，不然达不到预想的效果，本设备使用的是新水，在余热补水前先经过空-水冷却系统的冷凝器，此运行方式是前提有用新水的设备；否则对冷却塔的要求较高。（2）需定期清洗滤网，否则影响风量。（3）配电室要封堵严密，让设备运行在密闭的环境中，必要时安装双层门窗，对穿墙空洞用密封胶密封好，这样高压变频器两三个月清扫一次，几乎可以免维护运行。
5 结束语
综上所述，要在钢铁企业“寒冬”的严峻形势中取得竞争优势，实现在有限的经济效益中持续发展，必须不断的探索、改进设备，降低运行成本，高压变频器在初始投资是费用较高，但在长期受益上来讲是值得的；而空-水冷却系统作为辅助设备起到了关键作用，在冶金企业中的应用也越来越普遍。
参考文献：
[1]刘辛酉.烧结主抽风机变频改造技术应用[J].2012（04）.
[关键词]PLC控制 变频器 供水系统 特征 工作原理 设计应用 分析
中图分类号：TN773 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）21-0355-01
随着社会经济的发展以及人们生活水平的不断提升，使得实际生产与生活中的用水需求不断提升，传统供水方式难以满足现代经济形势下的供水需求，进行供水系统运行控制形式的改进完善是当前面临的重要问题。基于PLC以及变频器的恒压供水系统就是在这种环境条件下设计提出的。PLC以及变频器控制的变频恒压供水系统在实际供水运行中，主要是通过对于水泵电机的供电频率的改变，以实现对于水泵转速的调节，来保证供水系统中的实际供水压力和系统设定的供水压力之间的一致性，从而实现用水量变化下的供水量随之变化，以满足相应的供水需求。与传统的供水系统相比，PLC以及变频器控制的恒压供水系统在供水运行中，不仅能够有效的降低供水运行中的能源消耗以及资源浪费现象，同时能够对于供水系统的使用寿命进行保障，具有较为突出的节能优势与效果。
一、PLC以及变频器控制的恒压供水系统结构与原理分析
1、PLC以及变频器控制的恒压供水系统结构组成分析
根据PLC以及变频器控制在恒压供水系统中的实际设置与应用情况，该系统主要是由PLC以及变频器、压力变送器、控制接触器、水泵等结构设备组成，在进行供水控制运行过程中，系统电路的连接设置则是采用一拖多的线路连接形式进行设置实现的，这样在系统供水运行过程中，系统中设置的水泵机组既可以以工频控制形式进行运行控制，也可以通过变频形式实现控制运行，以对于各种状况下供水需求进行满足。如下图1所示，为PLC以及变频器控制的恒压供水系统的主要电路连接示意图。
此外，在PLC以及变频器控制的恒压供水系统中，进行压力传感器的设置，主要是为了对于供水管网中的水压进行检测，因此，多设置在供水系统泵站的出水口位置处，以对于供水系统用水量变化引起的水压变化进行检测，同时将检测获取的信号转换成为电信号传送到变频器结构装置中，与变频器设定值进行比较基础上进行数据信号的处理，并将处理的数据结果通过频率形式传递出去，以对于供水系统的供水运行进行控制，以满足相应的供水需求。
2、PLC以及变频器控制的恒压供水系统工作原理分析
根据上述变频恒压供水系统的结构组成情况，在系统供水运行中，主要通过压力传感器以及变频器对于系统运行数据信息进行收集、处理，以实现对于系统运行的控制调节。但是，在供水系统工作运行中，一旦系统中用水量出现增加，发展到系统水泵进行全速的运行也不能够对于管网运行压力的稳定性进行控制保障的情况下，这时就会由系统中的PLC结合变频器的频率上限信号，将结构部分对于系统的运行控制工作转换成变频工作运行状态下的水泵机组运行状态，以实现系统的工频运行，同时将系统中的备用水泵采用变频器进行启动并开始工作运行，以实现供水系统管网供水量的增加，以满足系统供水运行需求。
此外，在应用上述调节控制方式仍然不能够对于供水系统的供水需求进行满足的情况下，则可以通过将系统中处于变频工作状态的水泵转换成工频运行状态，然后将备用水泵直接以变频运行方式进行运行启动，以保证供水系统的管网运行压力稳定，并且在供水量减小的情况下，通过PLC控制将工频运行状态水泵进行关闭，实现供水量的减小，以满足系统运行需求。
二、基于PLC与变频器的恒压供水系统设计分析
1、PLC程序设计分析
通过参数设置将变频器的OL、FU端子功能分别设置为上限频率和下限频率，作为上限频率和下限频率到达信号的输出端子。在自动状态下系统启动时，首先KM0和KNI吸合1号水泵在变频器控制下起动，延时5s，PLC对变频器的输出频率进行检测。当检测到变频器下限频率信号则关闭1号水泵；反之当检测到变频器上限频率信号则PLC执行增泵动作，1号水泵改为工频运行并延时1s。此外，为了保护水泵及变频器，1号水泵的KMI与KM2之间的进行了电气互锁。当2号水泵投入变频运行后，延时5s， PLC继续对变频器输出频率进行检测.当检测到变频器下限频率信号，则关闭1号水泵，剩下2号水泵在变频状态下运行，如果PLC再次检测到变频器下限频率信号，则把2号水泵也关闭，反之当检测到变频器上限频率信号则PLC再执行增泵动作，来满足恒压供水目的。另外为了方便故障检查维修。在设计中增加了故障指示和故障报警输出，变频器本身具有短路保护、过载保护等功能，只需把变频器的故障输出点、接触器、热继电器等辅助触点接到PLC即可。PLC通过程序扫描这些输入点，如果发生故障则作出相应的动作。如检测到一台水泵出现过载情况，则切断该泵的接触器并投入备用泵，同时输出故障信号，以方便检查及时维修。
2、系统的运行调试分析
调试系统时，关键是对变频器参数的设置。由于系统的控制且标是将压力变送器采集到的实际压力与系统设置的压力进行比较，最终将实际压力稳定在设定压力值。这个目标可以通过调节变频器的PID参数实现。在实际调试时.如果水压在设定值上下有剧烈的抖动，则应该调节PID指令的微分参数，将值设定小一些，同时适当增加积分参数值。如果调整过于缓慢.水压的上下偏差很大，则系统比例常数太大，应适当减小直至参数能满足系统要求。
三、结束语
总之，基于PLC以及变频器的恒压供水系统在实际供水运行中，不仅具有较为的运行稳定性，并且能够根据供水量的变化，实现对于系统运行的调节，满足不同供水需求，进行基于PLC以及变频器的恒压供水系统设计分析，有利于促进PLC以及变频器控制技术在供水系统设计中的推广应用。
参考文献
[1] 孙东辉，王宏宇，赵秀芬.变频技术在中央空调冷却水压差控制中的应用[J].低压电器.2009（6）.
关键词 变频；油田；应用
中图分类号TE37 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）44-0100-02
目前，河南油田已经处于原油高含水开发后期，含水量已经达到90%以上，开采过程中使用大量抽液抽气、注水注气、油水输送等设备，用于动力的电能达到50%以上，应用变频调速技术实施节能的潜力非常大，变频技术在原油生产系统中的节能应用有非常广阔的发展前景。本文就变频调速器在油田部分单位的生产应用效果进行简要分析。
1 变频调速器的节能原理
变频调速器的节能原理如下：
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。通过改变电动机的工作频率，来控制电动机的转速，使转速在我们希望的使用范围内运行。
电机的转速n 与供电频率f 有以下关系：
n = 2× 60 f（1Cs）/q
其中，q为电机极数，s为转差率
可以看出，转速n 与频率f 成正比，如果不改变电动机的极数（设备投入生产后一般也不容易改变），只要改变频率 f 就可以改变电动机的转速，当频率 f 在0~50Hz 的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。所以变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。变频器的几种节能方式：
1）变频节能：为了保证生产的可靠性，各种生产设备在设计配用动力时，都留有一定的富余量。电动机不可能在满负荷下运行，除了满足动力要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成电能的浪费，在压力偏高或偏低时，根据实际情况实施闭环、开环调节，降低或提高电机的运行速度，使其在恒压的同时节约电能；
2）动态调整节能：迅速适应负载变动，供给最大效率电压。变频调速器在软件上设有 5 000次/s的测控输出功能，保持电机的输出始终在高效率状态下运行。对于经常发生负载变化的如过山车、抽油机、分压供水等方面很有意义；
3）变频自带软启动节能：在电机直接硬启动时，由于电机的启动力矩需要，要从电网吸收 7倍左右的电机额定电流，而大的启动电流即浪费电力，对电网的电压波动影响也大，也增加了线损和变损。采用软启动后，启动电流可以从0至电机额定电流 逐步上升，减少了启动电流对电网的冲击，节约了电费，也减少了启动惯性对设备的大惯量的转速冲击，延长了设备的使用寿命；
4）可以提高功率因数节能：电动机由定子绕组和转子绕组通过电磁作用而产生力矩。绕组由于其感抗作用。对区域电网而言，电机在运行时吸收大量的无功功率，造成功率因数低。采用变频节能调速器后，由于其性能已变为： AC-DC-AC，在整流滤波后，负载特性发生了变化。变频调速器对电网的阻抗特性呈阻性，功率因数升高，减少了无功损耗。
2 变频调速器在河南油田机械采油、注水系统、输油系统中的使用情况
目前在河南油田的采油一厂、采油二厂等生产单位中的抽油机、输油泵、锅炉给水泵、注水泵、污水泵等的应用，其节能效果一般都能达到20%甚至更多。
变频器的应用虽然节能效果比较明显，但是随着通用变频器应用范围的扩大，暴露出来的问题也越来越多，主要有以下几方面：
1）谐波问题。变频器输出电压中含有除基波以外的其它谐波，较低次谐波通常对电动机负载影响较大，引起转矩脉动，而较高的谐波又使变频器输出电缆的漏电流增加，使电动机出力不足，另外谐波会对供电电源系统产生电力污染，会影响电网系统中其它设备的正常使用。因此变频器输出的高低次谐波都必须抑制；
2）变频器负载匹配问题。主要考虑电流、电压和转矩几个方面的匹配。电流匹配要求变频器的额定电流与电机的额定电流相符，对于特殊的负载则要参考电机性能参数，以最大电流确定变频器电流。电压匹配要求变频器的额定电压与负载的额定电压相符。转矩匹配主要针对生产机械的种类繁多，性能和工艺要求各异，其转矩特性也是复杂的，大体分为3种类型：恒转矩负载、风机泵类负载和恒功率负载。针对不同的负载类型，应选择不同类型的变频器；
3）发热问题。变频器的发热是由内部的损耗产生的。在变频器中各部分损耗中主要以主电路为主，约占98%，控制电路占2%。为了保证变频器正常可靠运行，必须对变频器进行散热，环境温度以控制在0℃~40℃为宜；
4）适用性问题。目前我油田采油二厂主要采用稠油热采技术，把蒸汽注入到一口或多口井中，将生产井的稠油采出，因为是蒸汽吞吐，周期开采，这样就造成开采负荷变化大，抽油机比较适合采用变频调节器进行节能控制。
3 应用变频技术的建议
变频调速器在河南油田中的应用主要集中在抽油机、输油泵、注水泵、污水泵等方面。在油田注水、油气集输、污水抽排、恒压供水等方面其应用技术已经比较成熟。但是变频调速器在“磕头机” 也就是游梁式抽油机和电潜泵控制中的应用还有待进一步发展和提高。
3.1 变频器选型
针对以上问题，应用过程中选用变频器首先要搞清电动机所带负载的性质。不同负载类型，选不同类型的变频器。并且两者功率要相互匹配。这样不仅可以节约投资，使投资回收期更短，而且有更好的节能效果。且良好的选型是保证变频器长周期安全运行的前提。
3.2 相适应的工作环境
变频器的安装环境对其使用寿命来说有着极大影响，变频器要有良好的运行工作环境，变频器对环境的要求主要是温度、粉尘和湿度，环境运行温度一般要求+5 ℃ ~ +40℃，就我油田情况而言建议工作环境最低不低于-10℃，最高不要超过 55℃。同时要有合适的防尘和防潮措施，以增加设备使用可靠性、延长变频器的寿命。
3.3 采用自动闭环调整
目前我油田应用的变频器有许多采用开环控制，人为地根据设备工作负荷调节工作频率，这样势必不能最大限度地发挥变频器的作用，影响变频器的节能效果。如果能够根据实际情况确定相对固定参数，实行闭环自动调整将是最理想的方式。
4 结论
总之，变频调速技术作为高新技术、基础技术和节能技术，其应用已渗透到油田行业的各个部门和单位。由于在输水泵、输油泵等改造方面，其应用技术已经很成熟，应用也十分普遍，如能不断总结提高、推广应用、扩大战果将对河南油田经济的发展起到了促进作用，为创造节约型社会立下汗马功劳。
参考文献
[1]吕汀，石红梅.变频技术原理与应用[M].机械工业出版社，2004.
关键词：变频器技术;工业节能领域;应用思路
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2015.21.006
虽然党和国家一直致力于工业的节能环保，但是从现实角度看工业能源的消耗依然很高、浪费依然很大、利用效率比起西方发达国家还是比较低的。因此要真正的推进节能环保，不仅仅要有节能环保的意识，更要有节能环保的思路，最主要的是有节能环保的先进技术作为支撑，而变频器技术适应了时展的要求，是工业节能环保最匹配的一门技术，因此在工业上能够持续的节能环保就要研究变频器技术、应用变频器技术，使变频器技术成为工业节能环保的真正依靠。
1 我国工业领域变频技术的现状及变频技术的原理
我国在促进国家工业化的道路上进行了60多年的实践，有成功的喜悦也有失败的教训，尤其是变频技术的发展工业领域带来了难得的机遇和前所未有的挑战。我国工业领域变频技术的整体现状是从20世纪80年代引进中国以后，变频技术就得到了长足的发展，应用在各行业中，应用的范围虽然比较广，应用的程度却不很高，因此和发达国家相比在设备控制水平、制造工艺、节能减排、应用效率上还有一定差距，但是我国的变频技术的发展潜力是巨大的，尤其是工业节能领域上。
综合应用变频技术与微电子技术控制交流电动机就是目前变频机技术应用的原理，变频器实际上改变了交流动机供电的频率和幅值，这也在一定程度上节约了能源，增强了利用效率，达到了用平滑控制电动机转速的目的。而且变频器技术关键是变频调速方法，只要方法得当就能保证工业能源的排量，就能实现节约能源的作用。
2 变频器技术在工业节能领域的应用思路
2.1 变频器技术的节能关键是在启动功能上
变频器技术从本质上看就是一种改善运行环境和节约能源的一种手段，启动功能因为包含了变频器技术的主要原理，因此显得格外重要，而且也受到了很多用户的欢迎。变频器的启动功能以前大多都是硬启动，但是这样的直接启动的电流比较高，实际上对整个电网系统的容量和输配电设施造成了严重的冲击，从某种程度上讲不利于整个系统的节能减排。软启动功能实际上最符合变频器技术的原理，也是最优的一种启动功能，有利于节能减排，因为软启动一切都是电流都是从零开始的，是按需逐步增加的，就算产生很大电流，它的最大值也不会超过额定电流的，因此可以进一步减轻对整个电网系统的冲击、也能最有效的符合供电容量的要求、在一定程度上延长了整个工业设备的使用寿命、促进了工业领域的节能减排，因此在工业节能领域的思路就是首先在启动功能上有所突破，要加强对启动功能的改造，实现变频器技术的软启动。
2.2 优化电机运行是变频器技术的前提和基础
优化电机运行时变频器技术的前提和基础，因为变频器技术的应用实际上在很大程度上得益于电机运行的优化。一些系统比如中央空调、风机等系统很多都是采用传统的供水方式，也就是水塔、气压罐、高位水箱等，但是这些虽然应用的范围比较广、应用的时间比较长，但是因为外界条件的影响经常出现各种各样的问题，比如由于受水箱高度和储水量因素的影响水压就会受到影响。而恒压才是保证和维护节能减排的条件，因此为了实现恒压，为了能有效的调节给水量就要从电机的优化方面入手，也就是通过对电机运行的优化设定各个系统泵站的出水压力。而且设定值一定要符合电机运行的实际，不能过小也不能过大，而且要随时和反馈的实际出水压力值进行比较，比较完毕后要对差值进行运算和处理，这样系统就会发出控制的指令，也就能真正控制水泵电动机的运台数和转速，这样就会达到压力恒定的目标，也就在一定程度上减少了节流损失的效能。而且由于是电机的自行运行也降低了人工的劳动强度，真正的提高了整个系统的效率，所以变频器的应用还是要从电机的运行方面入手，并且要把优化电机运行当成变频器技术的亮点去推广。
2.3 智能化和网络化是变频器技术的未来趋势和必然结果
现在的世界是一个网络极具发展的世界，可以说人类已经步入了互联网的时代。互联网时代的工业发展就要有新的思路和新的途径，智能化和网络化是当前工业发展的趋势，也是目前变频器技术最主要的一个特征。因此要提高生产的效率、减少运行的成本，实现工业的节能减排就要最大化的利用网络化和智能化，也就是通过现在的高速通讯网络连接变频器系统，从而实现在系统运行和系统维护的智能化。要通过对总线和分线进行模块化和智能化的管理，对不同型号不同功率段的变频器用网络的变成语言进行操作、进行合适的组态，这样就能更好的使变频器技术应用于工业领域。通过智能化和网络化的实现是变频器技术更能起到节约能源、保护环境的作用，但是在智能化和网络化的道路中我们还有很多问题需要面对和克服，因此要制定详细的计划和有效的策略使变频器技术在互联网时代中越走越顺、越走越快。
3 结束语
我国自从在采用变频器技术以后在工业领域上取得了长足的进步，但是变频器技术随着互联网时代的到来，又有了新的变化，因此我们要在启动功能上下足功夫、优化电机的运行、而且最要的是实现变频器技术的智能化和网络化，只有这样变频器技术才能真正实现节约能源、保护环境的作用。
参考文献：
[1]郑元波.浅析变频器的应用现状与前景展望[J].山东电大学报，2006（03）.
