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開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇變頻器原理，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
[關鍵詞]IGBT；變頻器；整流
中圖分類號：TN773 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）09-0294-01
1 整流電路
整流電路是變頻器中用來產生直流電的單元。當三相AC電源給由6個晶閘管組成的全波整流橋供電時，晶閘管的導通順序為VT1―VT6―VT2―VT4―VT3―VT5。輸入的三相交流電是正負交變的正旋波，經過整流電路后，其輸出波形變成了脈動波（直流），因為二極管具有正向導通，反向截至的特性，所以把輸入波形的負半周波形都整成了正半周波形，一般的三相變頻器的整流電路由三相全波整流橋組成。它的主要作用是對工頻的外部電源進行整流，并給逆變電路和控制電路提供所需要的直流電源。整流電路按其控制方式可以是直流電壓源也可以是直流電源。中間直流環節的作用是對整流電路的輸出進行平滑，以保證逆變電路和控制電源能夠得到質量較高的直流電源。
當整流電路是電壓源時中間直流環節的主要元器件是大容量的電解電容，電容的特性：電容兩端的電壓不能突變，因為電壓加在電容兩端后首先為電容充電，經過一段時間當充滿電后電容會放電，再經過一段時間電放凈后又繼續充電，所以，電容兩端的電壓是緩慢變化的，而不會突變。電容的輸入波形為脈動波，在wt=0～π時間段內，電壓從0開始上升到達波峰（給電容充電），然后從波峰又降為0（電容放電）。根據電容的特性，其輸出波形就類似于鋸齒波，產生鋸齒波的原因：電容充電時，電容兩端的電壓緩慢上升，但當輸入波形到達波峰時，電容還未被充滿電，輸入波形從波峰開始下降，電容還未被充滿電就要放電，所以輸出波形從波峰開始下降，當輸入波形從波峰降到0時，又開始上升（下一時刻），所以電容又從放電狀態轉變成充電狀態，那么輸出波形由剛才下降的趨勢再次上升。電容就這樣反復充放電狀態的轉變，輸出產生鋸齒波形。電容兩端電壓變化的快慢由電容的充放電時間決定，電容的充放電時間由電容的容量決定。電容的容量越大，其充放電時間越長，那么電容兩端的電壓變化越緩慢。如果當電容的容量足夠大時，充放電時間>>輸入波形的周期，那么輸出波形就會近似為一條直線，這就是我們需要的最穩定的直流波形
2 逆變電路
逆變電路是變頻器最主要的部分之一。它的主要作用是在控制電路的控制下，將整流電路整流輸出的直流電變換為電壓和頻率都任意可調的“交流”電。逆變電路的輸出即為變頻器的輸出，它被用來作為電機的供電電源，從而實現對異步電動機的調速控制。如圖1-1所示。圖中輸入波形為直流波形，經過6個IGBT（絕緣柵型晶體管）v1，v2，v3，v4，v5，v6的有序導通，產生了正負交變、脈寬不等的方波作為輸出波形為電機供電。A，B，C分別接在電動機U，V，W上。
圖1-1所示的輸出波形是三相中的A相的波形，其余兩相的波形與A相波形，這三者之間存在空間相位差120度，為了方便分析只分析A相輸出，其余兩相與A相同理，只不過時間與A相相差120度相位。0～t1時刻，我們看到電流方向是節點A 電機U端，設此方向為正方向。t1～t2時刻， 我們看到電流方向是節點A 電機U端。所以0～t2時刻，脈沖波形在x軸上方。t2～t3時刻，我們看到電流方向是電機U端節點A，與0～t2時刻的電流方向相反。t3～t4時刻，我們看到電流方向是電機U端節點A。所以t2～t4時刻，脈沖波形在x軸下方。綜上所述，我們從圖1-5所示的輸出波形中看到的是正負交變的脈沖波形。我們在本小節開始的敘述中提到過，6個IGBT v1，v2，v3，v4，v5，v6的有序導通，產生了正負交變、脈寬不等的方波作為輸出波形為電機供電。“正負交變 ”我們已經解釋完了，脈寬不等是怎樣產生的呢？ 以及6個IGBT如何按照順序依次導通。
3 控制電路
IGBT 是受門極觸發而導通的，即門極接收到脈沖信號后，IGBT 導通。那么門極信號就是由控制電路發出的 。發出的這些信號控制IGBT的通斷順序以及通斷時間，通斷時間決定了變頻器輸出脈沖的寬度 。
首先，控制電路中有兩種輸入信號，Ur（參考信號）和Uc （載波信號） 。控制電路讓U r與Uc進行比較 ，Ur是交流正旋波，Uc是三角波，如圖1-2 所示。Ur與Uc形成了一些交點，它們之間的交點以上代表UrUc的部分。我們還以逆變電路中的A相負載為例，A相負載是由V1和V4來控制，V1控制變頻器輸出波形的正半周，V4控制變頻器輸出波形的負半周。Ur和Uc在正半周時，當Ur>Uc， V1導通，V4截止，V1導通的時間如圖1-2中Uo的正半周，從圖中我們可以看出，只看正半周，脈沖寬度靠中間最寬，兩側最窄；Ur和Uc在負半周時，當Ur
總結：綜上所述，由于社會經濟的快速發展與科技水平的持續進步，變頻調速作為工業領域中對電動機的速度控制已是非常流行的一種技術，電動機的啟動以及運行都離不開變頻調速技術，該技術在電機啟動過程中可以大大的降低啟動電流，從而大大降低損耗功率，在電動機運行時也可按需以較低的損耗功率調節其轉速滿足不同的工況需求。
參考文獻
【關鍵詞】變頻器技術；節能原理；應用
變頻器技術的發展與應用徹底改變了傳統的直流調速、變極調速以及滑差調速等調速技術，它與可編程控制器以高效率、高功率因數、其優良的調速及起/停性能等優點被公認為這個時代最為恰當合適的調速控制裝置。
1.變頻器的基本構成
變頻器基本構成根據其工作方式可分為兩種，即：交―交、交―直―交。交―交變頻器是將工頻交流電轉化為頻率、電壓都能夠控制的交流電，所以，這種變頻器亦被稱為直接式變頻器；交―直―交變頻器是將工頻交流電通過整流器轉化為直流電，然后再把直流電轉化為頻率、電壓都能夠控制的交流電，所以，這種變頻器亦被稱為間接式變頻器。就目前來看，我國生產中普遍用的是間接式變頻器。
1.1整流器
我國整流器一般都采用二極管變流器，二極管變流器的主要作用是將工頻交流電轉化為直流電源，也可采用兩組晶體管變流器組建可逆變流器，由于其功率方向的可逆性，所以可再生運轉。
1.2濾波電路
經過整流器的處理，在直流電壓中會含有等于電源六倍頻率的脈動電壓，而且逆變器所生產出的電流也會造成直流電壓有所變動，所以，為有效對電壓波動加以控制，可使用電感及電容對所產生的脈動電壓進行吸收處理，如裝置的容量較小，主電路及電源的構成器件還有雨量，就能省去電感，直接使用濾波電路。
1.3逆變器
逆變器和整流器正好相反，逆變器是將整流器處理完成的直流電源轉化為頻率及電壓均滿足異步電動機運行要求的直流電。
1.4控制電路
控制電路用來為電動機主電路提供及時的信號回路，其包括有電流和電壓監測電路、轉速檢測電路、頻率和電壓運算電路、電動機與逆變器保護電路及運算電路信號放大驅動電路等。控制電路是根據線路的回饋信息從而對整理器以及逆變器的輸出進行控制，以使電壓及頻率都能夠滿足電動機的正常變頻運行。
2.水泵變頻器的節能原理
水泵屬于平方轉矩負載，根據其工作原理，我們可設其轉速為n，設流量為Q，其揚程設為H，泵的軸功率設為N，所以，其關系式可如下所示：
Q1=Q2（n1/n2），H1=H2（n1/n2）2，N1=N2（n1/n2）3
根據以上關系式可以看出，泵流量與轉速成正比，揚程與轉速平方成正比，軸功率與轉速立方成正比，而當電動機驅動水泵時，電動機軸功率P可按下面的公式表示：
P=ρQH/ηcηF×10-2
公式中：ρ表示礦井水的重度，η C 表示工況點時效率，η F表示傳動效率。
據下圖我們可以看出泵流量Q和揚程H的曲線關系圖，其中①曲線為泵在n1轉速下揚程--流量的特性曲線，⑤曲線為泵在n2轉速下揚程--流量的特性曲線；②曲線為泵在n1轉速下功率--流量的特性曲線；③、④曲線為管阻特性曲線。
泵的揚程--流量曲線
假設水泵在A點工作效率最高，水流輸出量Q達到100%，則該點的軸功率P1與A H1Q Q 1的面積成正比，根據生產工藝的要求，當輸出流量需要從Q1縮減到Q2時，若直接調節閥門，會使管阻從曲線③轉變到曲線④，整個系統都會由原先的最佳工作效率A轉變到新的最佳工作效率點B，水泵揚程隨之增加，軸功率P2與BH2QQ2成正比。如果使用變頻器進行控制，水泵轉速會從n1降到n2，在滿足同等流量Q2的前提下，水泵揚程H3大幅度降低，軸功率P3則與CH3OQ2的面積成正比。通過對比，我們可以看出，P3顯著減小，所節省的功率損耗與BH2H3C成正比，因此，節能效果非常顯著。
3.變頻器節能應用
目前，變頻器節能技術主要應用于我國泵類和風機等設備，較好的實現了生產中安全高效、節能降耗的目的，這種技術成為我國實現節能降耗的重點推廣技術，我國能源法中的第39條將其列為通用技術并進行推廣。通過實踐表明，變頻器技術應用于我國的泵類及風機設備中的驅動控制，能夠取得優秀明顯的節能效果，所以，變頻器技術是現代生產中經濟合理的一種調速控制技術。
隨著變頻器技術越來越成熟，該技術更靈活的在我國泵類、風機、空調器、數控機床以及傳送給料系統等領域得到運用，而且現在正在我國的煤礦采煤機和礦井提升機等設備中嘗試推廣應用。變頻器技術應用在我國煤礦行業，可起到節約企業電力能源，提升機械設備自動化程度的作用，進而為提高煤炭生產效率、提高煤炭產品質量提供了有力的技術保證。
4.結束語
變頻器技術應用于電機設備，可滿足電機運行中的軟啟軟停要求，從而使電機設備對配電網的沖擊度降低，并能有效降低電機啟動時線路損耗，從而降低機械的磨損以及設備的維護維修所產生的費用。變頻器技術的恰當運用，能夠直接為企業和社會帶來經濟效益。所以該領域的技術人員應該縝密分析，積極探索，使變頻器技術能夠更好的服務于我國的節能降耗事業。
【參考文獻】
[1]王文山.變頻器的節能原理及其應用[J].科技創新導報，2008（8）：113.
[2]張令東.變頻器節能技術及應用展望[J].電力科技，2012（6）：120.
1、高壓變頻器工作原理：高壓變頻器是一種串聯疊加性高壓變頻器，即采用多臺單相三電平逆變器串聯連接，輸出可變頻變壓的高壓交流電。按照電機學的基本原理，電機的轉速滿足如下的關系式：n=（1一s）60f/p=n。×（1一s）（P：電機極對數；f：電機運行頻率;s:滑差）從式中看出，電機的同步轉速n。
2、正比于電機的運行頻率（n。=60fp），由于滑差s一般情況下比較小（0-0．05），電機的實際轉速n約等于電機的同步轉速n。所以調節了電機的供電頻率f，就能改變電機的實際轉速。電機的滑差s和負載有關，負載越大則滑差增加，所以電機的實際轉速還會隨負載的增加而略有下降。
（來源：文章屋網 ）
[關鍵詞]變頻器 控制方式 工作原理
中圖分類號： TN773 文獻標識碼： A 文章
0前言
近年來，隨著電力電子技術、微電子技術及大規模集成電路的發展，生產工藝的改進及功率半導體器件價格的降低，變頻調速越來越被工業上所采用。如何選擇性能好的變頻其應用到工業控制中，是我們專業技術人員共同追求的目標。下面結合作者的實際經驗談談變頻器的工作原理和控制方式。
1 變頻器的工作原理
交流電動機的同步轉速表達式：
n=60f（1-s）/p （1）
式中：n――異步電動機的轉速；
f――異步電動機的頻率；
s――電動機轉差率；
p――電動機極對數。
由式（1）可知，轉速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動機的轉速，當頻率f在0～50Hz 的范圍內變化時，電動機轉速調節范圍非常寬。變頻器就是通過改變電動機電源頻率實現速度調節的，是一種理想的高效率、高性能的調速手段。
2 變頻器控制方式
低壓通用變頻輸出電壓為380～650V，輸出功率為0.75～400kW，工作頻率為0～400Hz，它的主電路都采用交―直―交電路。其控制方式經歷了以下四代。
2.1 U/f=C 的正弦脈寬調制（SPWM）控制方式
這種方式的特點是控制電路結構簡單、成本較低，機械特性硬度也較好，能夠滿足一般傳動的平滑調速要求，已在產業的各個領域得到廣泛應用。但是，這種控制方式在低頻時，由于輸出電壓較低，轉矩受定子電阻壓降的影響比較顯著，使輸出最大轉矩減小。另外，其機械特性終究沒有直流電動機硬，動態轉矩能力和靜態調速性能都還不盡如人意，且系統性能不高、控制曲線會隨負載的變化而變化，轉矩響應慢、電機轉矩利用率不高，低速時因定子電阻和逆變器死區效應的存在而性能下降，穩定性變差等。
2.2 電壓空間矢量（SVPWM）控制方式
這種控制方式是以三相波形整體生成效果為前提，以逼近電機氣隙的理想圓形旋轉磁場軌跡為目的，一次生成三相調制波形，以內切多邊形逼近圓的方式進行控制的。經實踐使用后又有所改進，即引入頻率補償，能消除速度控制的誤差；通過反饋估算磁鏈幅值，消除低速時定子電阻的影響；將輸出電壓、電流閉環，以提高動態的精度和穩定度。但控制電路環節較多，且沒有引入轉矩的調節，所以系統性能沒有得到根本改善。
2.3 矢量控制（VC）方式
矢量控制變頻調速的做法是將異步電動機在三相坐標系下的定子電流Ia、Ib、Ic ，通過三相-二相變換，等效成兩相靜止坐標系下的交流電流Ia11b1再通過按轉子磁場定向旋轉變換，等效成同步旋轉坐標系下的直流電流Im1 ，It1（Im1相當于直流電動機的勵磁電流；It1相當于與轉矩成正比的電樞電流），然后模仿直流電動機的控制方法，求得直流電動機的控制量，經過相應的坐標反變換，實現對異步電動機的控制。其實質是將交流電動機等效為直流電動機，分別對速度，磁場兩個分量進行獨立控制。通過控制轉子磁鏈，然后分解定子電流而獲得轉矩和磁場兩個分量，經坐標變換，實現正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有劃時代的意義。然而在實際應用中，由于轉子磁鏈難以準確觀測，系統特性受電動機參數的影響較大，且在等效直流電動機控制過程中所用矢量旋轉變換較復雜，使得實際的控制效果難以達到理想分析的結果。
2.4 直接轉矩控制（DTC）方式
1985年，德國魯爾大學的DePenbrock教授首次提出了直接轉矩控制變頻技術。該技術在很大程度上解決了上述矢量控制的不足，并以新穎的控制思想、簡潔明了的系統結構、優良的動靜態性能得到了迅速發展。目前，該技術已成功地應用在電力機車牽引的大功率交流傳動上。
直接轉矩控制直接在定子坐標系下分析交流電動機的數學模型，控制電動機的磁鏈和轉矩。它不需要將交流電動機等效為直流電動機，因而省去了矢量旋轉變換中的許多復雜計算；它不需要模仿直流電動機的控制，也不需要為解耦而簡化交流電動機的數學模型。
2.5 矩陣式交―交控制方式
VVVF 變頻、矢量控制變頻、直接轉矩控制變頻都是交―直―交變頻中的一種。其共同缺點是輸入功率因數低，諧波電流大，直流電路需要大的儲能電容，再生能量又不能反饋回電網，即不能進行四象限運行。為此，矩陣式交―交變頻應運而生。由于矩陣式交―交變頻省去了中間直流環節，從而省去了體積大、價格貴的電解電容。 它能實現功率因數為l，輸入電流為正弦且能四象限運行，系統的功率密度大。該技術目前雖尚未成熟，但仍吸引著眾多的學者深入研究。其實質不是間接的控制電流、磁鏈等量，而是把轉矩直接作為被控制量來實現的。具體方法是：
（1）控制定子磁鏈引入定子磁鏈觀測器，實現無速度傳感器方式；
（2）自動識別（ID）依靠精確的電機數學模型， 對電機參數自動識別；
（3）算出實際值對應定子阻抗、互感、磁飽和因素、慣量等算出實際的轉矩、定子磁鏈、轉子速度進行實時控制；
（4）實現Band ―Band 控制按磁鏈和轉矩的Band ―Band 控制產生PWM 信號，對逆變器
開關狀態進行控制。
矩陣式交―交變頻具有快速的轉矩響應（
1原理簡介
1.1主備用變頻器切換接線原理主備用變頻器間的切換主要是利用繼電器間的切換來實現電源和控制線路的切換。通過制作一塊電源切換板來控制KM1A、KM2A、KM1B、KM2B、KM3等交流接觸器之間的切換，來時實現380VAC電源通過主備變頻器到合成器風機的切換。通過制作一塊控制線路切換板來實現從CCU接口板J11來的控制信號到主備變頻器的切換。
1.2主備用變頻器電源切換原理圖1為主備用變頻器電源切換繼電器板的控制線路圖，220VAC作為交流接觸器的線包電壓，通過控制交流接觸器的常閉、常開接點的吸合來控制380VAC風機電源到主備用變頻器倒換。
1.3主備用變頻器控制線路的切換原理主備用變頻器控制線路的切換是通過控制線路切換板來實現的，他也是用到了繼電器的吸合原理來實現的。a.當變頻器切換開關S1在主用位置時,使控制線路切換板的K10、K20、K30、K40的線包不得電，控制信號就從就從J11通過這四個繼電器到J11A然后送到主用的變頻器。b.當變頻器切換開關S1在備用位置時，+24VDC就從主備用變頻器電源切換板的TB1（見圖1）送到J2-3使控制線路切換板K10、K20、K40的線包得電動作，這樣這三個線包就倒到備用的一路，控制信號就從J11通過K10、K20、K30、K40到J11B然后送到備用的變頻器。c.當變頻器切換開關S2在旁路位置時，+24VDC就從主備用變頻器電源切換板的TB1（見圖1）送到J2-3使控制線路切換板的K30線包得電動作，模擬出變頻器正常的狀態信號送回J11。這樣當變頻器故障的時候發射機就認為變頻器正常而繼續工作。
2主要元器件選擇
2.1電源切換板的交流接觸器采用施耐德公司的型號為LC1D18M7C的交流繼電器，其功耗小、壽命長、安全可靠。
2.2控制線路切換板的繼電器為歐姆龍公司24VDC的微型繼電器，其特點是抗電磁干擾性能強，可實現高密度安裝。
3線路連接和安裝
3.1主備用變頻器電源切換板的線路連接和安裝由于哈里斯在整機設計上比較緊湊，在現有的合成器柜上無法安裝體積較大的主備用變頻器電源切換板和備用變頻器。所以只能利用低壓配電柜上面的空間，把電源切換板和備用變頻器安裝在低壓配電柜的上面。把切換開關安裝在低壓配電柜的外側面板上。
3.2主備用變頻器控制線路的切換板的線路連接和安裝控制線路切換板是根據原理圖制作的15cm×11cm的PCB板。考慮到平時維護和檢修的需要將控制線路的切換板安裝在合成器A1柜的側面板上。變頻器控制信號線從合成器CCU接口板的J11接出至切換板的J11，從切換板的J11A和J11B接出分別到主用和備用的變頻器。繼電器的24VDC線包電壓從電源切換板TB1引出至控制線路切換板J1和J2兩個端子。從這兩塊切換板和備用變頻器的安裝位置來看對合成器機柜內的整體布局沒有影響，周圍由足夠的空間，安裝、拆卸與檢修都十分方便。
4結束語
關鍵字：變頻器；矢量控制；應用
0 引言
隨著電力電子技術、功率半導體器件及變頻控制理論的快速發展，作為智能控制電源的變頻器已被廣泛應用于各行業。變頻器主要根據電動機的特性對供電電壓、頻率進行適當控制，主要控制方式有V/F控制、矢量控制、直接轉矩控制等，不同的控制方式所得到的調速性能、特性以及用途各不相同。其中，矢量控制技術以其新穎的控制思想，優良的動靜態性能受到了普遍的關注并得到迅速的發展。但矢量技術在國外應用較為成熟，國內還處于初級階段。本文將根據矢量控制變頻器的特性對其進行較全面的介紹。
1 矢量控制的基本思想
由電機學可知，任何電動機產生電磁轉矩的原理，在本質上都是電機內部兩個磁場相互作用的結果，因此各種電動機的電磁轉矩具有統一的表達式[1]，即
■ （1-1）
式中， np ： 電機的極對數；FT 、FT ：定、轉子磁勢矢量的模值； Φm ：氣隙主磁通矢量的模值；
r 、 r :定子磁勢空間矢量FT 、轉子磁勢空間矢量分別與氣隙合成勢空間矢量 FT 之間的夾角
圖1 直流電機（二極）磁勢、磁通空間矢量圖
由圖1可以看出，主極磁通和電樞電流方向（指該電流產生的磁勢方向）總是互相垂直的，二者各自獨立，互不影響。此外，對于他勵直流電機而言，勵磁和電樞是兩個獨立的回路，可以對電樞電流和勵磁電流進行單獨控制和調節，達到控制轉矩的目的，實現轉速調節。可見，直流電機的電磁轉矩具有控制容易而又靈活的特點。
圖2 異步電動機的磁勢、磁通空間矢量圖
由式（1-1）及圖2所示的異步電動機磁勢、磁通空間矢量圖可以看出，通過控制定子磁勢 Fs的模值、或控制轉子磁勢的Fr的模值及它們在空間的位置，就能達到控制電機轉矩的目的。控制Fs模值的大小、或Fr模值的大小，可以通過控制各相電流的幅值大小來實現，而在空間上的位置角θs、θr，可以通過控制各相電流的瞬時相位來實現。因此，只要能實現對異步電動機定子各相電流（iA、iB、iC）的瞬時控制，就能實現對異步電動機轉矩的有效控制。
2 工作原理及控制種類
2.1 工作原理
矢量控制理論是上世紀70年代西門子工程師F.Blaschke首先提出來解決交流電機轉矩控制問題。其基本原理是通過測量和控制異步電動機定子電流矢量，根據磁場定向原理分別對異步電動機的勵磁電流和轉矩電流進行控制，從而達到控制異步電動機轉矩的目的。具體是將異步電動機的定子電流矢量分解為產生磁場的電流分量 (勵磁電流) 和產生轉矩的電流分量 (轉矩電流) 分別加以控制，并同時控制兩分量間的幅值和相位，即控制定子電流矢量，所以稱這種控制方式稱為矢量控制方式。矢量控制算法已被廣泛地應用在siemens，AB，GE，Fuji等國際化大公司變頻器上【2】。
2.2 矢量控制方式
(1)基于轉差頻率控制的矢量控制方式
它的控制思想是在進行U / f =恒定控制的基礎上,通過檢測異步電動機的實際速度n,并得到對應的控制頻率f,然后根據希望得到的轉矩,分別控制定子電流矢量及兩個分量間的相位,對通用變頻器的輸出頻率f進行控制。
圖4 基于轉差頻率的異步電動機矢量控制結構原理圖
由圖4可見，轉差頻率間接矢量控制的磁鏈定向由磁鏈和轉矩給定信號確定，靠矢量控制方程保證，并沒有用磁鏈模型實際計算轉子磁鏈及相位，所以屬于間接的磁場定向，但由于矢量控制方程中包含電動機轉子參數，定向精度仍受參數變化的影響。但總的來說，轉差頻率間接矢量由于具有動態性能好，調速范圍寬的優點，在實際生產中受到很大歡迎，應用極為廣泛。
(2)無速度傳感器的矢量控制方式
它的基本控制思想是根據輸入的電動機的銘牌參數,按照轉矩計算公式分別對作為基本控制量的勵磁電流(或者磁通)和轉矩電流進行檢測,并通過控制電動機定子繞組上的電壓的頻率使勵磁電流(或者磁通)和轉矩電流的指令值和檢測值達到一致,并輸出轉矩,從而實現矢量控制。
圖5 無速度傳感器矢量控制系統方框圖
如圖5，該系統具有較高的穩態轉速精度、轉速跟隨性能和負載抗擾性能，具有較大的
實用價值。無速度傳感器矢量控制通用變頻器已成為新一代高性能通用變頻器的發展方向。
(3)有速度傳感器的矢量控制方式
它主要用于高精度的速度控制、轉矩控制、簡單伺服控制等對控制性能要求嚴格的使用場合。在該方式下采用的速度傳感器一般是旋轉編碼器，并安裝在被控電動機的軸端，而不是象閉環v/f控制安裝編碼器或接近開關那樣隨意。
有速度傳感器矢量控制方式的變頻調速是一種理想的控制方式，它具有可以從零轉速起進行速度控制，即使低速亦能運行，因此調速范圍很寬廣，可達1000:1；可以對轉矩實行精確控制；系統的動態響應速度快；電動機的加速度特性很好等優點。
3 矢量控制的優缺點及選型
3.1 矢量控制的優缺點
矢量控制可以使變頻器根據頻率和負載情況實時的改變輸出頻率和電壓，因此其動態性能相對完善。具有可以對轉矩進行精確控制、系統響應快、調速范圍廣、加減速性能好等特點。在對轉矩控制要求高的場合，以其優越的控制性能受到用戶的贊賞。
然而在實際應用中，由于轉子磁鏈難以準確觀測，系統特性受電動機參數的影響較大，且在等效直流電動機控制過程中所用矢量旋轉變換較復雜，使得實際的控制效果難以達到理想分析的結果。
3.2 矢量控制變頻器選型時要確定以下幾點[3]：
（1）采用變頻的目的：恒壓控制或恒流控制等。
（2）變頻器的負載類型：如葉片泵或容積泵等，特別注意負載的性能曲線，性能曲線決定了應用時的方式方法。
（3）在使用變頻器驅動高速電機時，由于高速電機的電抗小，高次諧波增加導致輸出電流值增大。因此用于高速電機的變頻器的選型，其容量要稍大于普通電機的選型。
（4）變頻器如果需要長電纜運行時，此時要采取措施抑制長電纜對地耦合電容的影響，避免變頻器出力不足，所以在這樣情況下，變頻器容量要放大一檔或者在變頻器的輸出端安裝輸出電抗器。
（5）對于一些特殊的應用場合，如高溫、高海拔，會引起變頻器的降容，變頻器容量要放大一擋。
（6）變頻器輸出頻率不同型號有不同的數值，根據變頻調速系統生產工藝的要求，選擇能滿足條件的變頻器和采用相應的控制方式。
4 常見故障及對策
變頻器本身具有相當豐富的異常故障顯示和保護功能。若保護功能動作時，變頻器立即跳閘，LED顯示故障代碼，或者將故障信息存儲在程序的某個參數內，使電動機處于自由運轉狀態到停止[4]。一般來說，變頻器常見的故障有以下幾個方面:
4.1 過流故障。它可分為加速、減速、恒速過電流。其可能是由于變頻器的加減速時間太短、負載發生突變、負荷分配不均，輸出短路等原因引起的。一般可通過延長加減速時間、減少負荷的突變、外加能耗制動元件、進行負荷分配設計、對線路進行檢查。如果斷開負載變頻器還是過流故障，說明變頻器逆變電路已環，需要更換變頻器[5]。
4.2 過載故障。包括變頻過載和電機過載。其可能是加速時間太短，電網電壓太低、負載過重等原因引起的。一般可通過延長加速時間、延長制動時間、檢查電網電壓等。負載過重，所選的電機和變頻器不能拖動該負載，也可能是由于機械不好引起。如前者則必須更換大功率的電機和變頻器；如后者則要對生產機械進行檢修[5]。
4.3欠壓。常見原因為三相輸入電壓偏低、缺相或整流器缺相，電壓變換器功能異常造成，屬于變頻器電源輸入部分有問題，需檢查后才可運行。
4.4 過壓。一般是指直流過電壓，可能的原因有：三相交流輸入電壓異常，電壓變換器異常，加減速時間設定不正確等。前二者可用萬用表測量進行簡單判斷，而加減速時間設定不正常比較難以判斷，有可能因為負載變化后造成轉動慣量增大，減速時間參數沒有改變，造成減速時回饋能量來不及反饋回電網，導致變頻器直流電壓升高。可根據情況適當增大變頻器減速時間即可。
4.5 接地。故障原因比較少，使用萬用表或搖表根據變頻器說明書合理選擇測試點，即可判斷故障點。
4.6 特殊情況下的故障處理。如果出現變頻器能運行，但是電流顯示不正常，波動大，甚至過電流等特殊故障時，可采用將變頻器控制方式改為V/F控制方式運行，并檢查變頻器的器件如測速機、編碼器、輸出電纜或電機的工作情況去排除故障。
當然由于各廠家所生產的變頻器由于結構不同，采用的控制方式不同，出現的故障可能會表現為各種不同的現象。因此，排故時要根據變頻器的結構和控制原理采取相應的措施。
5 市場分析及預測
變頻器憑借其在速度和節能方面的優勢，廣泛應用在電力、紡織化纖、建材、石油、化工、冶金等行業。目前，國內變頻器市場中的廠商主要有國外跨國集團廠商、中外合作生產企業、國內生產企業。生產基地集中在長三角和珠三角。國外的品牌主要是德國西門子、瑞士ABB、富士等電氣巨頭，國內企業主要分布在北京、廣州、浙江、上海、四川、山東等地。國內企業的硬件設計水平與國外品牌相比差距不大，但在軟件方面差距明顯，國內變頻器企業以V/F產品為主，對于性能優越、技術含量高的矢量控制變頻器還較少。
據機電產品市場雜志社調查報告的數字分析，我國變頻器的市場潛力為1200億~1800億元。2008年我國中低壓變頻器市場總量約112.1億元。預計到2012年國內中低壓變頻器市場容量將超過190億元，高壓變頻器市場規模將達到148億元。特別是變頻器大容量化和小型化、專用化、軟件化、網絡化、綠色環保化且不可替代的發展趨勢，說明矢量控制變頻器的市場前景較為廣闊。
6 結語
矢量控制成功地解決了交流電動機定子電流轉矩分量和勵磁分量的耦合問題，實現了交流電動機電磁轉矩的實時控制，提高了交流電動機變壓變頻調速系統的動態性能，具有明顯的優越性。但在實際應用中,矢量控制存在有轉子磁鏈難以準確觀測,系統特性受電動機參數的影響較大,矢量旋轉變換較復雜等缺點,使得實際的控制效果和理想分析的結果有一定差距。因此，控制技術的研究和改進是一個不斷探索的過程。
參考文獻：
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[5] 鄒涌泉;;變頻器工作原理以及應用中的注意問題;自動化與儀器儀表;2011年01期
作者簡介：
關鍵詞：交流主軸電機；變頻器；控制；原理
在對機床進行改造與維修時，需要利用數控系統，而交流主軸電機是數控系統的重要組成，采用變頻器對交流主軸電機進行控制，可以降低改造的成本，變頻器具有調速的功能，將其其取代了交流主軸驅動后，可以提高改造與維修的效率。變頻器在電機調速系統中應用比較多，為了提高其控制能力，需要結合機床主軸的性能選擇適合的控制方法，這樣才能提高變頻交流主軸電機的性能。交流主軸電機與通用感應電機相比，更加適合應用變頻控制器，下面筆者對交流主軸電機的變頻器控制進行簡單介紹。
1 變頻器控制交流主軸電機的原理
交流主軸驅動是交流主軸電機中常用的調速方式，其與變頻器都屬于感應電機變頻方式，交流主軸驅動在專用電機調速裝置中應用比較多，而變頻器是普通電機中常見了調速裝置。在很多工業單位中，采用的變頻器越來越先進，而且采用的是矢量控制的方式，這種方式一般需要在變頻器中建立電機數學模型，這樣才能發揮出矢量控制的效果。一般電機參數設置越準確，調速功能則越強。當前市場中通用的變頻器由于無法預知生產所需的參數，所以，無法保證電機控制的精確性，另外，電機的生產廠家以及型號不同，其性能以及控制的精確性也有著較大差異。
為了提高變頻器的調速性能，必須建立精確的模型，在眾多的變頻器產品中，有一種專門應用在感應電機中的變頻器有著良好的性能，其價格比較低，但是控制精確性高，設計人員一定參考這類變頻器的參數設置，這種性能較強的變頻器在數控機床主軸系統中有著良好的應用，可以起到調速的作用。交流主軸驅動器與變頻器在感應電機中都起著控制速度的作用，其中驅動器在應用時，需要生產廠家對其設計以及制造進行統一審查，還要對其控制功能進行測試，這樣可以保證數字模型精確性，可以提高驅動器的調速性能。在優化變頻器時，需要借鑒這一經驗，提高變頻器的控制功能以及各項性能。變頻器采用矢量控制的方式，可以提高交流主軸電機的性能，而且可以充分的發揮出調速功能。
2 變頻器參數調整與設定
矢量控制變頻器在交流主軸電機的機床改造中有著良好的應用，在對機床進行改造與維修時，需要考慮機床主軸箱設計，還要做好電機安裝尺寸的優化工作，在改造的過程中，如果發現普通感應電機無法代替原主軸電機進行工作，則需要充分發揮變頻器控制作用。交流主軸電機與普通感應電機相比，在參數設置上有著較大的差異，由于通用變頻器無法對交流主軸電機進行直接控制，所以，需要對變頻器參數進行重新設定，只有將變頻器參數調整到生產要求范圍內，才能保證變頻器精確控制交流主軸電機。首先，工作人員需要將主軸電機與主軸進行分離；其次，還要在變頻器中根據頻率，對信號的強度以及范圍進行了控制；再次，要將變頻器輸出線路與電樞輸出線進行連接；最后，工作人員需要在變頻器配套單元中選擇快速調試這一模式，在該操作單位中對變頻器的參數進行調整，在調整與設定變頻器參數時，可以根據快速調試與高級調試中提供的說明書進行操作。
電機基本參數設定完成后，必須通過變頻器的"自動調整（自學習）"功能，完成矢量控制所需要的全部電機參數的測試。自動調整可以通過變頻器所配套的操作單元完成，在自動調整過程中，電機將不斷在不同轉速下旋轉，直到全部參數的自動檢測、設定完成。變頻器就完成了矢量控制參數的自動測試與設定，接下來便可以按照變頻器規定的控制要求，連接相關控制線，對交流主軸電機實施正常的控制。
3 變頻器控制交流主軸電機的要點
利用通用變頻器來控制交流主軸電機是一種特殊的控制方式，在設計與調試時需要注意如下重要問題：
3.1 變頻器的容量選擇必須以滿足電機的額定電流要求為準則，因為同功率的交流主軸電機的額定電流要大于普通感應電機。例如，本機床如果按照功率進行選擇7.5kW的CIMR-G7A27P5變頻器，其額定輸出電流只有34A，不能滿流主軸電機的額定轉矩輸出要求。同樣，400V輸入的7.5kW～15kW安川變頻器CIMR-G7A47P5/4011/4015，其額定輸出電流分別為21A、27A、34A，同樣不能達到原主軸電機的額定轉矩輸出要求，為此當變頻器為400V（380V）輸入時，需要選擇CIMR-G7A4018（18.5kW）變頻器，才能進行控制。
對于本機床主軸，可以使用的安川變頻器型號為：CIMR-G7A2011（AC200V輸入）、CIMR-G7A4018（AC400V輸入），或是安川早期的CIMR-G5A2011、CIMR-G5A4018變頻器（采用不同變頻器時的快速調試與自動調整參數設定值不需要作任何改變）。
3.2 安川變頻器的旋轉型自動調整只能在空載（電機與負載分離）時進行，在帶負載時使用旋轉型自動調整不但不能得到正確的電機參數，而且還可能造成變頻器與電機的損壞，在使用時必須特別注意。如果實際設備中負載與電機分離較困難，則只能選擇變頻器的停止型自動調整功能。
3.3 機床主軸對高速（額定轉速的90%以上）運行時的速度與轉矩控制精度有一定的要求，因此，在進行自動調整時應選擇并設定變頻器的輸入電壓為電機額定電壓的110%，即：本機床應設定變頻器的輸入電壓（參數E01-01）為220V；而變頻器的最大輸出電壓（參數E1-05）與電機額定電壓（參數T1-03）為200V，且必須保證變頻器可以輸出的額定輸出電流（49A）大于電機額定電流（37A）值，否則將無法保證系統高速運行時的速度與轉矩控制精度。
結束語
本文對變頻器控制交流主軸電機系統的原理以及參數調整過程進行了介紹，在調速的過程中，要結合主軸的轉速，確定調速的范圍。變頻器采用的矢量控制的方式，為了提高控制的精確性，必須結合交流主軸驅動器的優化步驟，還要以提高交流主軸系統的整體性能為原則。交流主軸電機是機床改造與維修中常用的裝置設備，采用變頻器對電機速度進行控制，可以降低改造的成本，還可以保證系統的穩定穩定。在實踐的過程中發現，采用變頻器可以在不對機床主軸箱進行改動的前提下，提高機床改造與維修的質量以及效率，值得大力推廣。
參考文獻
[1]劉東波，陳玉娟，黃道.矢量控制型變頻器綜合應用技術研究[J].電氣應用，2006（12）.
本文主要針對當前供水系統中存在的自動化程度不高、能耗嚴重、可靠性低的缺點加以研究，開發出一種新型的并在這三個方面都有所提高的PLC控制的恒壓供水系統。
全文共分為五章。第一章闡明了恒壓供水系統的應用背景、選題意義及主要研究內容。第二章對本系統的總體方案進行了介紹，其中包括系統的工藝要求，系統的組成和基本工作原理以及主要元器件的選型。第三章著重寫控制系統的硬件部分的基本原理。第四章介紹了系統的軟件開發工作，對PLC程序做了詳細描述并介紹了過程控制中占據重要地位的PID調節原理及參數設置依據，方法。第五章是項目調試和小結部分，給出了調試結果。
本論文綜合運用了可編程控制器（PLC）、變頻器、PID調節儀、傳感器等現代工業控制常用的控制部件及其相關程序設計方法。所做的研究對同類系統的研究和開發具有一定的參考價值。
關鍵詞：可編程序控制器 變頻器 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 錄
摘 要 - 4 -
Abstract - 5 -
第一章 緒論 - 6 -
1.1 課題的意義及應用背景 - 6 -
1.2 本文研究的內容 - 8 -
第二章 恒壓供水原理及系統的技術指標 - 9 -
2.1 任務 - 9 -
2.2 系統技術指標 - 9 -
2.3 系統的組成和基本工作原理 - 9 -
2.4 主要元器件選型 - 10 -
第三章 硬件的基本原理及其應用 - 11 -
3.1 PLC可編程控制器(FXOS—20MR) - 11 -
3.1.1 可編程控制器的特點 - 11 -
3.1.2 可編程控制器的工作原理與應用 - 12 -
3.2 變頻器的原理與特性(CIMRG7) - 17 -
3.2.1變頻器簡介 - 17 -
3.2.2變頻與變壓(VVVF)原理 - 18 -
3.2.3變頻調速的基本原理 - 18 -
3.2.4變頻調速的升速和啟動 - 19 -
3.2.5變頻調速的降速和制動 - 20 -
3.2.6變頻后的電動機的機械特性: - 20 -
3.2.7水泵類平方律負載的機械特性 - 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的特性及其應用 - 23 -
3.3 壓力傳感器介紹及應用 - 33 -
3.4 PID調節儀 - 34 -
3.4.1 PID調節原理 - 34 -
3.4.2 PID參數設置 - 36 -
3.4.3 PID設定值的調整 - 37 -
第四章 軟件設計 - 38 -
4.1 PLC應用的開發步驟 - 39 -
4.2 PLC程序 - 40 -
4.2.1基本步驟 - 40 -
4.2.2 程序中使用的繼電器 - 40 -
4.2.3程序流程 - 43 -
4.3 PLC程序的運行和模擬調試 - 48 -
第五章．現場調試和小結 - 48 -
5.1 硬件功能性調試以及注意事項 - 48 -
5.2 系統總體調試 - 49 -
5.3 小結 - 50 -
致 謝 - 51 -
參考文獻 - 52 -
第一章 緒論
1.1 課題的意義及應用背景
在我國，節電節水的潛力非常大。據有關國際組織發表的資料顯示:中國的單位國民經濟總產值所消耗的電是美國、德國等的4倍左右，消耗的水是他們的2倍左右。我國的大量用電設備中，風機和泵類電機的耗電量占全國發電量的50%左右，若推廣新型電機調速技術，可節電40%左右，即可以節約全國發電量的1/5.由于我國人均占有水、電資源相對于別國又少很多，因此，在我國一方面水電供應緊張，而另一方面，水電的浪費又十分驚人.節電節水，不僅潛力巨大，而且意義深遠
近十年來，變頻技術的應用在我國有很大的發展，并取得了良好的效果。可以說，變頻技術已為大多數用戶所接受。但是，不能不指出，我國在變頻技術的應用方面，與發達國家的水平尚有很大差距。目前，我國在用的交流電動機使用變頻調速運行的僅6%左右，而工業發達國家已達60% ~ 70%；日本在風機、水泵上變頻調速的采用率已達10%，而我國還不足0.01%；在日本，空調器的70%采用了變頻調速，而我國才剛剛起步。從這個現實出發，變頻技術尚有很大的發展空間，我們應該鍥而不舍地做好推廣應用工作。
變頻控制技術的進步不僅僅是異步電動機結構簡單、堅固、易于維護等優點，更主要的是采用變頻調速技術的異步電動機的機械特性達到了直流電動機調壓調速的特性。由于計算機技術的介入，使得變頻器具有豐富的功能和方便好用的特點，因此人們才有可能按照實際要求，自行構成一個適用和可靠的調速系統。
變頻調速恒壓供水設備以其節能、安全、高品質的供水質量等優點，使我國供水行業的技術裝備水平從90年代初開始經歷了一次飛躍。恒壓供水調速系統實現水泵電機無級調速，依據用水量的變化自動調節系統的運行參數，在用水量發生變化時保持水壓恒定以滿足用水要求，是當今最先進、合理的節能型供水系統。在實際應用中得到了很大的發展。隨著電力電子技術的飛速發展，變頻器的功能也越來越強。充分利用變頻器內置的各種功能，對合理設計變頻調速恒壓供水設備，降低成本，保證產品質量等方面有著非常重要的意義。
變頻恒壓供水控制系統主要有：
(1)帶PID回路調節器和/或可編程序控制器(PLC)的控制系統
在該系統中，變頻器的作用是為電動機提供可變頻率的電源，實現電動機的無級調速，從而使管網水壓可控。傳感器的任務是檢測管網水壓；壓力設定單元為系統提供滿足用戶需要的水壓期望值；壓力設定信號和壓力反饋信號輸入可編程控制器后，經可編程控制器內部PID控制程序的計算，輸給變頻器一個轉速控制信號。還有一種辦法是將壓力設定信號和壓力反饋信號送入PID回路調節器，由后者進行運算后，輸給變頻器一個轉速控制信號。
由于變頻器的轉速控制信號是由可編程控制器或PID回路調節器給出的，所以對可編程控制器來講，既要有模擬量輸入接口，又要有模擬量輸出接口。由于帶模擬量輸入/輸出接口的可編程控制器價格很高，這無形中就增加了供水設備的成本。若采用帶有模擬量輸入/數字量輸出的可編程控制器，則要在可編程控制器的數字量輸出口端另接一塊PWM調制板，將可編程控制器輸出的數字量信號轉變為模擬量。這樣，可編程控制器的成本沒有降低，還增加了連線和附加設備，降低了整套設備的可靠性。如果采用一個開關量輸入/輸出的可編程控制器和一個PID回路調節器，其成本也和帶模擬量輸入/輸出的可編程控制器差不多。所以，在變頻調速恒壓給水控制設備中，PID控制信號的產生和輸出就成為降低給水設備成本的一個關鍵環節。
(2)新型變頻調速供水設備
針對傳統的變頻調供水設備的不足之處，國內外不少生產廠家近年來紛紛推出了一系列新產品，如華為的TD2100，施耐德公司的Altivar58泵切換卡，SANKEN的SAMCO-I系列，ABB公司的ACS600、ACS400系列，富士公司的G11S/P11S系列等。這些產品將PID調節器以及簡易可編程控制器的功能都綜合進變頻器內，形成了帶有各種應用宏的新型變頻器。由于PID運算在變頻器內部，這就省去了對可編程控制器存儲容量的要求和對PID算法的編程，而且PID參數的在線調試非常容易，這不僅降低了生產成本，而且大大提高了生產效率。由于變頻器內部自帶的PID調節器采用了優化算法，所以使水壓的調節十分平滑、穩定。同時，為了保證水壓反饋信號值的準確、不失值，可對該信號設置濾波時間常數，同時還可對反饋信號進行換算，使系統的調試非常簡單、方便。這類變頻器的價格僅比通用變頻器略高一點，但功能卻強很多，所以采用帶有內置PID功能的變頻器生產出的恒壓供水設備，降低了設備成本，提高了生產效率，節省了安裝調試時間。在滿足工藝要求的情況下應優先采用。
(3)供水專用變頻器
供水專用變頻器是將普通變頻器和PLC控制器集成在一起，是集供水管控一體化的系統，內置供水專用PID調節器，只需加一只壓力傳感器，即可方便地組成供水閉環控制系統。傳感器反饋的水壓信號直接送入變頻器自帶的PID調節器輸入口，而壓力設定既可使用變頻器的鍵盤設定，也可采用一只電位器以模擬量的形式送入。每日可設定多段壓力運行，以適應供水壓力的需要。也可設定指定日供水壓力。面板可以直接顯示壓力反饋值(MPa)。
系統供水有兩種基本運行方式：變頻泵固定方式和變頻泵循環方式。變頻泵固定方式最多可以控制7臺泵，可選擇“先開先關”和“先開后關”(適用泵容量不同場合)兩種水泵關閉順序；變頻泵循環方式最多可以控制4臺泵，系統以“先開先關”的順序關泵。
供水系統采用變頻供水技術可改善供水水質，且自動化程度高，又是國家節能推廣技術，但若選擇使用不當，又會造成電能"浪費"，因此設計人員在方案確定之前應根據用水性質、用水特點、用水規模、設備投資等因素綜合考慮，在保證可靠供水前提下，充分發揮變頻調速的節能潛力
1.2 本文研究的內容
關鍵詞：空-水冷卻系統；燒結；高壓；變頻器
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.05.014
隨著高壓變頻器技術的應用與推廣，其優點也逐漸顯現。現在日照鋼鐵燒結廠已有多處應用，2*360燒結機余熱發電1#循環風機、2#循環風機、600平米燒結1-4#四臺主抽風機、4臺環冷機冷卻風機均采用了高壓變頻器，但由于燒結廠的運行環境較差，加上變頻器功率大、產生熱量多，冷卻方式不能滿足使用條件，導致高壓變頻器故障頻發。600平米環冷風機原來采用兩臺10P的空調進行降溫，由于熱量大，環境差，空調不堪重負，使變頻器運行也得不到可靠保障，導致變頻器兩年內發生多起故障，而影響燒結系統正常生產；2*360燒結機余熱發電1#循環風機、2#循環風機使用空-水冷卻系統現已運行4年，設備運行穩定，平時只需進行簡單的清灰，至今變頻器未發生過一次故障。
1 高壓變頻器應用優點
（1）高壓變頻器使用的主要優點是省電、節能。高壓電機在啟動過程中電流是正常運行電流的4至10倍，電能損耗極大，使用變頻器啟動避免了大電流能耗；其次，燒結機生產時根據工藝的要求需不斷調門以改變風量的大小，控制煙道負壓，當風門開度較低時，電機一直運行在工頻電壓下，造成電能的浪費，導致提高了燒結礦成本。
（2）使用變頻器啟動，對電機和風機都起到很好的保護作用。電機啟動時，啟動電流大，約4～10倍額定電流，對電機絕緣造成損傷，對風機造成機械傷害，嚴重影響電機及風機壽命。而增加變頻器后，可以實現平滑起動，不產生大的沖擊力，從而延長設備使用壽命。
（3）在電機啟動時，不會對電網造成沖擊。使用變頻器電機實現了軟啟動，電機電流緩慢升高，電網電壓不會由于大電機的啟動造成波動，保護了電網的平穩運行和供電質量。
（4）提高功率因數。電壓源型變頻器功率因數可達0.96，采用變頻調速啟動系統后，不需無功補償裝置就能滿足電網要求，提高了電網功率因數。
（5）對高壓電機的保護完善并提供故障自診斷功能。變頻器對電機的保護比較完善可靠，發生接地故障、過負荷故障、短路故障、低電壓故障等其它故障時均能得到可靠保護。
2 空-水冷卻系統工作原理
（1）其主要工作原理是：利用高壓電機上配置的空水冷卻器類似的原理，巧妙地移植到高壓變頻器上。在變頻器室墻上安裝冷凝器（空-水換熱裝置），冷凝器內通過循環水給高壓變頻器產生的熱空氣進行冷卻；冷水流入冷凝器，通過空冷器進行熱交換后的熱水流至冷卻塔進行降溫，然后再流入冷凝器形成水循環。高壓變頻器產生的熱氣，匯聚于變頻器柜上方，通過內部裝有風機的風道將熱風引到空冷器進行冷卻，冷卻后的冷空氣吹向高壓變頻器的進氣口，完成變頻器的內部風循環。保證循環水的冷水溫度在低于33℃時，即可使高壓變頻器室內的環境溫度保持在40℃以下。
（2）同時，由于變頻器室完全封閉，室內環境與室外隔離，保持室內不進入灰塵，對變頻器設備運行保持良好環境，衛生易打掃，設備故障率大大降低，設備維護量從而減小；變頻器空氣循環與冷卻水循環兩系統完全隔離，解除了漏水造成設備短路，放炮等風險，使用安全可靠性高。空-水冷卻系統結構原理圖如圖1：
3 空-水冷卻系統具有以下幾個方面的特點
（1）三、空-水冷卻系統結構簡單、安裝方便。可提前制作配套風道組件，集中制作，現場組裝，在變頻器柜上方將風道直接引至室外，結構緊湊，方便組裝。（2）設備維護成本較低，一次性投資后，可免維護運行，與同等風量的空調相比，成本低至一半以下。（3）當循環水系統出現故障時，可采用通風降溫，運行方式易切換，不影響設備運行。（4）初始投資較低，節約成本。冷卻電耗指標遠遠低于空調冷卻，避免了電能消耗。（5）延長了高壓變頻器的使用壽命。可靠的運行環境，低溫、少塵對電氣系統運行提供了可靠保障，大大的降低了變頻器故障，節約了維修成本及人力成本。（6）空冷器設備本身故障率低、運行可靠；一旦冷卻系統故障，可關通過閥門控制，將變頻器產生的熱風直接排到變頻器室外，吸進冷空氣實現開放式循環降溫，從而大大提高了變頻器安全和可靠性。
4 設備維護經驗
使用空調降溫的高壓變頻器室，空調負荷較大，維護量大，空調一旦出現故障，變頻器室內溫度升高，變頻器電子元件運行變得不穩定，誤報故障停機偶爾發生，2*360燒結機余熱發電1#循環風機、2#循環風機使用空-水冷卻系統，在最初改造后存在一些問題需大家注意，（1）循環用的冷卻水溫度要低，不然達不到預想的效果，本設備使用的是新水，在余熱補水前先經過空-水冷卻系統的冷凝器，此運行方式是前提有用新水的設備；否則對冷卻塔的要求較高。（2）需定期清洗濾網，否則影響風量。（3）配電室要封堵嚴密，讓設備運行在密閉的環境中，必要時安裝雙層門窗，對穿墻空洞用密封膠密封好，這樣高壓變頻器兩三個月清掃一次，幾乎可以免維護運行。
5 結束語
綜上所述，要在鋼鐵企業“寒冬”的嚴峻形勢中取得競爭優勢，實現在有限的經濟效益中持續發展，必須不斷的探索、改進設備，降低運行成本，高壓變頻器在初始投資是費用較高，但在長期受益上來講是值得的；而空-水冷卻系統作為輔助設備起到了關鍵作用，在冶金企業中的應用也越來越普遍。
參考文獻：
[1]劉辛酉.燒結主抽風機變頻改造技術應用[J].2012（04）.
[關鍵詞]PLC控制 變頻器 供水系統 特征 工作原理 設計應用 分析
中圖分類號：TN773 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）21-0355-01
隨著社會經濟的發展以及人們生活水平的不斷提升，使得實際生產與生活中的用水需求不斷提升，傳統供水方式難以滿足現代經濟形勢下的供水需求，進行供水系統運行控制形式的改進完善是當前面臨的重要問題。基于PLC以及變頻器的恒壓供水系統就是在這種環境條件下設計提出的。PLC以及變頻器控制的變頻恒壓供水系統在實際供水運行中，主要是通過對于水泵電機的供電頻率的改變，以實現對于水泵轉速的調節，來保證供水系統中的實際供水壓力和系統設定的供水壓力之間的一致性，從而實現用水量變化下的供水量隨之變化，以滿足相應的供水需求。與傳統的供水系統相比，PLC以及變頻器控制的恒壓供水系統在供水運行中，不僅能夠有效的降低供水運行中的能源消耗以及資源浪費現象，同時能夠對于供水系統的使用壽命進行保障，具有較為突出的節能優勢與效果。
一、PLC以及變頻器控制的恒壓供水系統結構與原理分析
1、PLC以及變頻器控制的恒壓供水系統結構組成分析
根據PLC以及變頻器控制在恒壓供水系統中的實際設置與應用情況，該系統主要是由PLC以及變頻器、壓力變送器、控制接觸器、水泵等結構設備組成，在進行供水控制運行過程中，系統電路的連接設置則是采用一拖多的線路連接形式進行設置實現的，這樣在系統供水運行過程中，系統中設置的水泵機組既可以以工頻控制形式進行運行控制，也可以通過變頻形式實現控制運行，以對于各種狀況下供水需求進行滿足。如下圖1所示，為PLC以及變頻器控制的恒壓供水系統的主要電路連接示意圖。
此外，在PLC以及變頻器控制的恒壓供水系統中，進行壓力傳感器的設置，主要是為了對于供水管網中的水壓進行檢測，因此，多設置在供水系統泵站的出水口位置處，以對于供水系統用水量變化引起的水壓變化進行檢測，同時將檢測獲取的信號轉換成為電信號傳送到變頻器結構裝置中，與變頻器設定值進行比較基礎上進行數據信號的處理，并將處理的數據結果通過頻率形式傳遞出去，以對于供水系統的供水運行進行控制，以滿足相應的供水需求。
2、PLC以及變頻器控制的恒壓供水系統工作原理分析
根據上述變頻恒壓供水系統的結構組成情況，在系統供水運行中，主要通過壓力傳感器以及變頻器對于系統運行數據信息進行收集、處理，以實現對于系統運行的控制調節。但是，在供水系統工作運行中，一旦系統中用水量出現增加，發展到系統水泵進行全速的運行也不能夠對于管網運行壓力的穩定性進行控制保障的情況下，這時就會由系統中的PLC結合變頻器的頻率上限信號，將結構部分對于系統的運行控制工作轉換成變頻工作運行狀態下的水泵機組運行狀態，以實現系統的工頻運行，同時將系統中的備用水泵采用變頻器進行啟動并開始工作運行，以實現供水系統管網供水量的增加，以滿足系統供水運行需求。
此外，在應用上述調節控制方式仍然不能夠對于供水系統的供水需求進行滿足的情況下，則可以通過將系統中處于變頻工作狀態的水泵轉換成工頻運行狀態，然后將備用水泵直接以變頻運行方式進行運行啟動，以保證供水系統的管網運行壓力穩定，并且在供水量減小的情況下，通過PLC控制將工頻運行狀態水泵進行關閉，實現供水量的減小，以滿足系統運行需求。
二、基于PLC與變頻器的恒壓供水系統設計分析
1、PLC程序設計分析
通過參數設置將變頻器的OL、FU端子功能分別設置為上限頻率和下限頻率，作為上限頻率和下限頻率到達信號的輸出端子。在自動狀態下系統啟動時，首先KM0和KNI吸合1號水泵在變頻器控制下起動，延時5s，PLC對變頻器的輸出頻率進行檢測。當檢測到變頻器下限頻率信號則關閉1號水泵；反之當檢測到變頻器上限頻率信號則PLC執行增泵動作，1號水泵改為工頻運行并延時1s。此外，為了保護水泵及變頻器，1號水泵的KMI與KM2之間的進行了電氣互鎖。當2號水泵投入變頻運行后，延時5s， PLC繼續對變頻器輸出頻率進行檢測.當檢測到變頻器下限頻率信號，則關閉1號水泵，剩下2號水泵在變頻狀態下運行，如果PLC再次檢測到變頻器下限頻率信號，則把2號水泵也關閉，反之當檢測到變頻器上限頻率信號則PLC再執行增泵動作，來滿足恒壓供水目的。另外為了方便故障檢查維修。在設計中增加了故障指示和故障報警輸出，變頻器本身具有短路保護、過載保護等功能，只需把變頻器的故障輸出點、接觸器、熱繼電器等輔助觸點接到PLC即可。PLC通過程序掃描這些輸入點，如果發生故障則作出相應的動作。如檢測到一臺水泵出現過載情況，則切斷該泵的接觸器并投入備用泵，同時輸出故障信號，以方便檢查及時維修。
2、系統的運行調試分析
調試系統時，關鍵是對變頻器參數的設置。由于系統的控制且標是將壓力變送器采集到的實際壓力與系統設置的壓力進行比較，最終將實際壓力穩定在設定壓力值。這個目標可以通過調節變頻器的PID參數實現。在實際調試時.如果水壓在設定值上下有劇烈的抖動，則應該調節PID指令的微分參數，將值設定小一些，同時適當增加積分參數值。如果調整過于緩慢.水壓的上下偏差很大，則系統比例常數太大，應適當減小直至參數能滿足系統要求。
三、結束語
總之，基于PLC以及變頻器的恒壓供水系統在實際供水運行中，不僅具有較為的運行穩定性，并且能夠根據供水量的變化，實現對于系統運行的調節，滿足不同供水需求，進行基于PLC以及變頻器的恒壓供水系統設計分析，有利于促進PLC以及變頻器控制技術在供水系統設計中的推廣應用。
參考文獻
[1] 孫東輝，王宏宇，趙秀芬.變頻技術在中央空調冷卻水壓差控制中的應用[J].低壓電器.2009（6）.
關鍵詞 變頻；油田；應用
中圖分類號TE37 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2011）44-0100-02
目前，河南油田已經處于原油高含水開發后期，含水量已經達到90%以上，開采過程中使用大量抽液抽氣、注水注氣、油水輸送等設備，用于動力的電能達到50%以上，應用變頻調速技術實施節能的潛力非常大，變頻技術在原油生產系統中的節能應用有非常廣闊的發展前景。本文就變頻調速器在油田部分單位的生產應用效果進行簡要分析。
1 變頻調速器的節能原理
變頻調速器的節能原理如下：
變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。通過改變電動機的工作頻率，來控制電動機的轉速，使轉速在我們希望的使用范圍內運行。
電機的轉速n 與供電頻率f 有以下關系：
n = 2× 60 f（1Cs）/q
其中，q為電機極數，s為轉差率
可以看出，轉速n 與頻率f 成正比，如果不改變電動機的極數（設備投入生產后一般也不容易改變），只要改變頻率 f 就可以改變電動機的轉速，當頻率 f 在0~50Hz 的范圍內變化時，電動機轉速調節范圍非常寬。所以變頻器就是通過改變電動機電源頻率實現速度調節的，是一種理想的高效率、高性能的調速手段。變頻器的幾種節能方式：
1）變頻節能：為了保證生產的可靠性，各種生產設備在設計配用動力時，都留有一定的富余量。電動機不可能在滿負荷下運行，除了滿足動力要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成電能的浪費，在壓力偏高或偏低時，根據實際情況實施閉環、開環調節，降低或提高電機的運行速度，使其在恒壓的同時節約電能；
2）動態調整節能：迅速適應負載變動，供給最大效率電壓。變頻調速器在軟件上設有 5 000次/s的測控輸出功能，保持電機的輸出始終在高效率狀態下運行。對于經常發生負載變化的如過山車、抽油機、分壓供水等方面很有意義；
3）變頻自帶軟啟動節能：在電機直接硬啟動時，由于電機的啟動力矩需要，要從電網吸收 7倍左右的電機額定電流，而大的啟動電流即浪費電力，對電網的電壓波動影響也大，也增加了線損和變損。采用軟啟動后，啟動電流可以從0至電機額定電流 逐步上升，減少了啟動電流對電網的沖擊，節約了電費，也減少了啟動慣性對設備的大慣量的轉速沖擊，延長了設備的使用壽命；
4）可以提高功率因數節能：電動機由定子繞組和轉子繞組通過電磁作用而產生力矩。繞組由于其感抗作用。對區域電網而言，電機在運行時吸收大量的無功功率，造成功率因數低。采用變頻節能調速器后，由于其性能已變為： AC-DC-AC，在整流濾波后，負載特性發生了變化。變頻調速器對電網的阻抗特性呈阻性，功率因數升高，減少了無功損耗。
2 變頻調速器在河南油田機械采油、注水系統、輸油系統中的使用情況
目前在河南油田的采油一廠、采油二廠等生產單位中的抽油機、輸油泵、鍋爐給水泵、注水泵、污水泵等的應用，其節能效果一般都能達到20%甚至更多。
變頻器的應用雖然節能效果比較明顯，但是隨著通用變頻器應用范圍的擴大，暴露出來的問題也越來越多，主要有以下幾方面：
1）諧波問題。變頻器輸出電壓中含有除基波以外的其它諧波，較低次諧波通常對電動機負載影響較大，引起轉矩脈動，而較高的諧波又使變頻器輸出電纜的漏電流增加，使電動機出力不足，另外諧波會對供電電源系統產生電力污染，會影響電網系統中其它設備的正常使用。因此變頻器輸出的高低次諧波都必須抑制；
2）變頻器負載匹配問題。主要考慮電流、電壓和轉矩幾個方面的匹配。電流匹配要求變頻器的額定電流與電機的額定電流相符，對于特殊的負載則要參考電機性能參數，以最大電流確定變頻器電流。電壓匹配要求變頻器的額定電壓與負載的額定電壓相符。轉矩匹配主要針對生產機械的種類繁多，性能和工藝要求各異，其轉矩特性也是復雜的，大體分為3種類型：恒轉矩負載、風機泵類負載和恒功率負載。針對不同的負載類型，應選擇不同類型的變頻器；
3）發熱問題。變頻器的發熱是由內部的損耗產生的。在變頻器中各部分損耗中主要以主電路為主，約占98%，控制電路占2%。為了保證變頻器正常可靠運行，必須對變頻器進行散熱，環境溫度以控制在0℃~40℃為宜；
4）適用性問題。目前我油田采油二廠主要采用稠油熱采技術，把蒸汽注入到一口或多口井中，將生產井的稠油采出，因為是蒸汽吞吐，周期開采，這樣就造成開采負荷變化大，抽油機比較適合采用變頻調節器進行節能控制。
3 應用變頻技術的建議
變頻調速器在河南油田中的應用主要集中在抽油機、輸油泵、注水泵、污水泵等方面。在油田注水、油氣集輸、污水抽排、恒壓供水等方面其應用技術已經比較成熟。但是變頻調速器在“磕頭機” 也就是游梁式抽油機和電潛泵控制中的應用還有待進一步發展和提高。
3.1 變頻器選型
針對以上問題，應用過程中選用變頻器首先要搞清電動機所帶負載的性質。不同負載類型，選不同類型的變頻器。并且兩者功率要相互匹配。這樣不僅可以節約投資，使投資回收期更短，而且有更好的節能效果。且良好的選型是保證變頻器長周期安全運行的前提。
3.2 相適應的工作環境
變頻器的安裝環境對其使用壽命來說有著極大影響，變頻器要有良好的運行工作環境，變頻器對環境的要求主要是溫度、粉塵和濕度，環境運行溫度一般要求+5 ℃ ~ +40℃，就我油田情況而言建議工作環境最低不低于-10℃，最高不要超過 55℃。同時要有合適的防塵和防潮措施，以增加設備使用可靠性、延長變頻器的壽命。
3.3 采用自動閉環調整
目前我油田應用的變頻器有許多采用開環控制，人為地根據設備工作負荷調節工作頻率，這樣勢必不能最大限度地發揮變頻器的作用，影響變頻器的節能效果。如果能夠根據實際情況確定相對固定參數，實行閉環自動調整將是最理想的方式。
4 結論
總之，變頻調速技術作為高新技術、基礎技術和節能技術，其應用已滲透到油田行業的各個部門和單位。由于在輸水泵、輸油泵等改造方面，其應用技術已經很成熟，應用也十分普遍，如能不斷總結提高、推廣應用、擴大戰果將對河南油田經濟的發展起到了促進作用，為創造節約型社會立下汗馬功勞。
參考文獻
[1]呂汀，石紅梅.變頻技術原理與應用[M].機械工業出版社，2004.
關鍵詞：變頻器技術;工業節能領域;應用思路
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2015.21.006
雖然黨和國家一直致力于工業的節能環保，但是從現實角度看工業能源的消耗依然很高、浪費依然很大、利用效率比起西方發達國家還是比較低的。因此要真正的推進節能環保，不僅僅要有節能環保的意識，更要有節能環保的思路，最主要的是有節能環保的先進技術作為支撐，而變頻器技術適應了時展的要求，是工業節能環保最匹配的一門技術，因此在工業上能夠持續的節能環保就要研究變頻器技術、應用變頻器技術，使變頻器技術成為工業節能環保的真正依靠。
1 我國工業領域變頻技術的現狀及變頻技術的原理
我國在促進國家工業化的道路上進行了60多年的實踐，有成功的喜悅也有失敗的教訓，尤其是變頻技術的發展工業領域帶來了難得的機遇和前所未有的挑戰。我國工業領域變頻技術的整體現狀是從20世紀80年代引進中國以后，變頻技術就得到了長足的發展，應用在各行業中，應用的范圍雖然比較廣，應用的程度卻不很高，因此和發達國家相比在設備控制水平、制造工藝、節能減排、應用效率上還有一定差距，但是我國的變頻技術的發展潛力是巨大的，尤其是工業節能領域上。
綜合應用變頻技術與微電子技術控制交流電動機就是目前變頻機技術應用的原理，變頻器實際上改變了交流動機供電的頻率和幅值，這也在一定程度上節約了能源，增強了利用效率，達到了用平滑控制電動機轉速的目的。而且變頻器技術關鍵是變頻調速方法，只要方法得當就能保證工業能源的排量，就能實現節約能源的作用。
2 變頻器技術在工業節能領域的應用思路
2.1 變頻器技術的節能關鍵是在啟動功能上
變頻器技術從本質上看就是一種改善運行環境和節約能源的一種手段，啟動功能因為包含了變頻器技術的主要原理，因此顯得格外重要，而且也受到了很多用戶的歡迎。變頻器的啟動功能以前大多都是硬啟動，但是這樣的直接啟動的電流比較高，實際上對整個電網系統的容量和輸配電設施造成了嚴重的沖擊，從某種程度上講不利于整個系統的節能減排。軟啟動功能實際上最符合變頻器技術的原理，也是最優的一種啟動功能，有利于節能減排，因為軟啟動一切都是電流都是從零開始的，是按需逐步增加的，就算產生很大電流，它的最大值也不會超過額定電流的，因此可以進一步減輕對整個電網系統的沖擊、也能最有效的符合供電容量的要求、在一定程度上延長了整個工業設備的使用壽命、促進了工業領域的節能減排，因此在工業節能領域的思路就是首先在啟動功能上有所突破，要加強對啟動功能的改造，實現變頻器技術的軟啟動。
2.2 優化電機運行是變頻器技術的前提和基礎
優化電機運行時變頻器技術的前提和基礎，因為變頻器技術的應用實際上在很大程度上得益于電機運行的優化。一些系統比如中央空調、風機等系統很多都是采用傳統的供水方式，也就是水塔、氣壓罐、高位水箱等，但是這些雖然應用的范圍比較廣、應用的時間比較長，但是因為外界條件的影響經常出現各種各樣的問題，比如由于受水箱高度和儲水量因素的影響水壓就會受到影響。而恒壓才是保證和維護節能減排的條件，因此為了實現恒壓，為了能有效的調節給水量就要從電機的優化方面入手，也就是通過對電機運行的優化設定各個系統泵站的出水壓力。而且設定值一定要符合電機運行的實際，不能過小也不能過大，而且要隨時和反饋的實際出水壓力值進行比較，比較完畢后要對差值進行運算和處理，這樣系統就會發出控制的指令，也就能真正控制水泵電動機的運臺數和轉速，這樣就會達到壓力恒定的目標，也就在一定程度上減少了節流損失的效能。而且由于是電機的自行運行也降低了人工的勞動強度，真正的提高了整個系統的效率，所以變頻器的應用還是要從電機的運行方面入手，并且要把優化電機運行當成變頻器技術的亮點去推廣。
2.3 智能化和網絡化是變頻器技術的未來趨勢和必然結果
現在的世界是一個網絡極具發展的世界，可以說人類已經步入了互聯網的時代。互聯網時代的工業發展就要有新的思路和新的途徑，智能化和網絡化是當前工業發展的趨勢，也是目前變頻器技術最主要的一個特征。因此要提高生產的效率、減少運行的成本，實現工業的節能減排就要最大化的利用網絡化和智能化，也就是通過現在的高速通訊網絡連接變頻器系統，從而實現在系統運行和系統維護的智能化。要通過對總線和分線進行模塊化和智能化的管理，對不同型號不同功率段的變頻器用網絡的變成語言進行操作、進行合適的組態，這樣就能更好的使變頻器技術應用于工業領域。通過智能化和網絡化的實現是變頻器技術更能起到節約能源、保護環境的作用，但是在智能化和網絡化的道路中我們還有很多問題需要面對和克服，因此要制定詳細的計劃和有效的策略使變頻器技術在互聯網時代中越走越順、越走越快。
3 結束語
我國自從在采用變頻器技術以后在工業領域上取得了長足的進步，但是變頻器技術隨著互聯網時代的到來，又有了新的變化，因此我們要在啟動功能上下足功夫、優化電機的運行、而且最要的是實現變頻器技術的智能化和網絡化，只有這樣變頻器技術才能真正實現節約能源、保護環境的作用。
參考文獻：
[1]鄭元波.淺析變頻器的應用現狀與前景展望[J].山東電大學報，2006（03）.
