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变频调速技术在石化厂的应用

时间：2023-01-13 08:02:29 其他范文收藏本文下载本文

变频调速技术在石化厂的应用（精选8篇）由网友“失重海洋”投稿提供，这次小编在这里给大家整理过的变频调速技术在石化厂的应用，供大家阅读参考。

变频调速技术在石化厂的应用

篇1：变频调速技术在石化厂的应用

变频调速技术在石化厂的应用

变频调速技术由于调节方便、节能效果显著,在石化厂应用越来越广泛,本文论述了流程离心泵调速的基本原理,近年来变频调速技术在石化厂的`应用,并对应用变频技术后产生的效益作了分析对比,同时根据实际情况提出了在变频器应用过程中应注意的一些问题.

作者：罗建军 LUO Jianjun 作者单位：新疆克拉玛依市金龙镇,834003 刊名：中国化工装备英文刊名：CHINA CHEMICAL INDUSTRY EQUIPMENT 年，卷(期)： 4(4) 分类号：F4 关键词：变频调速原理应用效果问题

篇2：变频调速技术在污水处理厂的应用

1、引言

我国作为一个能源短缺的国家，节能尤为重要，《中国节能技术大纲》提出水泵风机类应最大发挥其节能作用的要求，对污水处理厂来说，水泵风机类负载作为其主要的用电设备，节约能源、降低消耗尤为重要。在污水处理厂采用变频调速技术，既可实现无级调速，满足污水处理工艺过程中各项指标对电机速度控制的要求，保证工艺流程的相对稳定，又可实现节约能源、降低消耗，减少相关设备的开停次数，延长设备使用寿命，并可解决由于工程实际运行规模与设计规模不一致带来的运行过程的偏差，对协调各工艺流程间匹配关系，起到重要的调节作用，因此变频调速技术在污水处理厂的生产过程中得到越来越广泛的应用。

1.1风机、水泵等设备调速节能特点

污水处理厂内一般风机、水泵的流量有一定的变化范围，根据风机、水泵的扬程-流量特性曲线，按照工艺要求的流量，实现变速变流量控制，是很有效的节能方法。风机、水泵具有以下特点：

电机轴功率P和流量Q、扬程H之间的关系为：

P=K*H*Q/η

其中K为常数;

η为效率。

它们与转速N之间的关系为：

Q1/Q2=N1/N2

H1/H2=(N1/N2)2

P1/P2=(N1/N2)3

式中：Q1、Q2DD流量，m3/s;

N1、N2DD转速，r/min;

P1、P2DD功率，kW;

H1、H2DD扬程，m。

上图中曲线1为风机在恒速下压力,H和流量Q的特性曲线，曲线2是管网风阻特性(阀门开度为100%)。假设风机在设计时工作在A点的效率最高，输出风量Q1为100%，此时的轴功率P1=Q1×H1与面积AH10Q1成正比。根据工艺要求，当风量需从Q1减少到Q(例如70%)时，如采用调节阀门的方法相当于增加了管网阻力，使管网阻力特性变到为曲线3，系统由原来的工况A点变到新的工况B点运行，由图中可以看出，风压反而增加了，轴功率P2与面积BH20Q2成正比，减少不多。如果采用变频调速控制方式，将风机转速由N1降到N2，根据风机的比例定律，可以画出在转速N2下压力H和流量Q特性如曲线4所示，可见在满足同样风量Q2的情况下，风压H3将大幅度降低，功率P3(相等于面积CH30Q2)也随着显著减少，节省的功率△P=△HQ2与面积BH2H3C成正比，节能的效果是十分明显的。

即流量与转速成比例，而功率与流量的3次方成比例。由于风机、水泵一般用不调速的笼型电动机传动，当流量需要改变时，用改变风门或阀门的开度进行控制，效率很低。若采用转速控制，当流量减小时，所需功率近似按流量的3次方大幅度下降。例如风量下降到80%，转速也下降到80%时，则轴功率下降到额定功率的51%;如风量下降到50%，功率P可下降到额定功率的13%，当然由于实际工况的影响，节能的实际值不会有这么明显，即使这样，节能的效果也是十分明显的。

2、变频调速技术在污水处理厂不同工艺流程中的应用

城市污水处理工艺按流程和处理程序划分，可分为预处理工艺、一级处理工艺、二级处理工艺、深度处理工艺和污泥处理工艺，以及最终的污泥处置。下面就不同阶段工艺设备所选变频设备进行预处理工艺通常包括格栅处理、泵房抽升和沉砂处理。

格栅处理的目的是截留大块物质以保护后续水泵管线、设备的正常运行。一般均采用格栅除污机进行清污，尽管除污机可采用变频调速技术，实现除污速度的无极调节，但目前大部分污水处理厂均利用格栅前后的液位差值给出动作信号控制格栅除污机的动作，较少采用变频调速装置。

污水提升泵房的目的是提高水头，以保证污水可以靠重力流过后续建在地面上的各个处理构筑物。污水提升泵作为污水处理厂的重要耗能设备，节能非常重要。污水提升泵采用变频调速装置，可根据进水流量的大小，进行调节，避免水泵的频繁起停，延长水泵寿命。需要注意的是，一般情况下，应保持集水池的高水位运行，这样可降低泵的扬程，在保证提升水量的前提下降低能耗。

沉砂处理的目的是去除污水中裹携的砂、石与大块颗粒物，以减少它们在后续构筑物中的沉降，防止造成设施淤砂，影响功效，造成磨损堵塞，影响管线设备的正常运行。一般分为曝气沉砂池及旋流沉砂池。曝气沉砂池中设备一般为刮泥机及鼓风机，因刮泥机运行速度很慢，一般仅设双速电机运行;鼓风机为沉砂池曝气，使污水产生一定的旋流速度，以便于污水中的较大砂粒沉淀，根据工艺需要，可将沉砂池鼓风机设为变频调速，以调整曝气强度，可根据进入沉砂池的水量来调整转速。旋流沉砂池与曝气沉砂池道理一样，不是采用曝气方式产生旋流速度，而是直接采用搅拌器使水流产生旋转速度，一般可将搅拌器设为变频调速。

(1)一级处理工艺主要是初次沉淀池，目的是将污水中悬浮物尽可能的沉降去除。该部分设备主要是刮泥机，刮泥机基本是连续或间断匀速运行，一般不设变频装置。

(2)二级处理工艺主要是由曝气池和二沉池组成，目的是通过微生物的新陈代谢将污水中的大部分污染物变成CO2和H2O。该部分作为污水处理厂的主要处理工段，组成较复杂，根据不同的工艺，设备选择也不尽相同。以下就一般的活性污泥工艺中的一些设备及控制做一下简单描述。

曝气池是由微生物组成的活性污泥与污水中的有机污染物质充分混和接触，并进而将其吸收并分解的场所，它是活性污泥工艺的核心。曝气系统分为故风曝气及机械曝气两大类。

曝气设备主要有鼓风机及表曝机等，鼓风机及表曝机作为污水处理厂的主要设备，它们的运行工况不仅关系到污水处理效果的好坏，而且和整个污水处理厂的运行成本有极大的关系。

曝气鼓风机一般采用离心式鼓风机，又分为单级高速离心风机及多级低速离心风机，对于单级高速离心风机，由于风机本身的特性要求，国内大部分污水厂均采用自动调节进口导叶片来达到节能效果，实际运行效果也不错;对于多级低速离心风机，常采用变频调速装置控制，已达到节能效果。

对于表曝机设备，均采用变频调速装置来控制曝气量，达到节能目的。

无论是鼓风机还是表曝机，一般均采用曝气池污泥混和液的溶解氧DO值作为控制参数对变频调速装置进行调节，从而调节曝气池的曝气量。

有些曝气池因为工艺方式的不同，设有曝气池混和液回流泵，该泵可采用变频调速装置控制来调节混和液回流量。混和液的回流量采用内回流比控制(可根据曝气池污泥浓度控制内回流比)，因为该参数与污水性质、温度情况、进水水量及运行效果等多种因素有关，该参数需要在运行过程中逐渐摸索调整(一般人工调整)，因此该泵一般采用人工调整，

因为混和液回流量的不确定性及连续性，采用变频调速装置控制比较容易实现。

为防止污泥沉淀，曝气池内还安装有水下推进器，该设备定速运行，不需要调速。

二沉池的作用是使活性污泥与处理完的污水分离，并使污泥得到一定程度的浓缩。该部分设备主要是吸泥机，基本是连续或间断匀速运行，一般不设变频装置。

回流污泥系统主要是把二沉池中沉淀下来的绝大部分活性污泥再回流到曝气池，以保证曝气池有足够的微生物浓度。主要设备为回流污泥泵，应采用变频调速装置控制，回流污泥量主要靠回流比来调节，调节回流比的参数较多，可以根据二沉池泥位、沉降比、回流污泥及混和液的浓度等参数综合进行调节。

剩余污泥系统主要是把曝气池中每天净增的一部分活性污泥排放，主要设备有剩余污泥泵，因为剩余污泥量的原因，剩余污泥泵电机功率一般不大，设变频调速装置一方面节能，另一方面也是工艺处理过程的需要，变频剩余污泥泵的控制可由生物池的混和液污泥浓度决定，现在越来越多的污水厂在浓缩脱水前不设贮泥池，因此采用变频调速来调节剩余污泥量就显得更加重要。

污水处理厂还有一种常见的工艺为氧化沟工艺，氧化沟工艺的主要设备为转碟或转刷曝气机，也有安装表曝机的，表曝机的运行控制方式基本上采用变频调速装置控制，转碟或转刷曝气机因为在氧化沟中安装台数较多，一般为了调节多采用双速电机，很少采用变频调速装置控制。

(3)深度处理工艺主要是为污水回用于工业等特殊用途而进行的进一步处理工艺。通常的处理工艺有混凝沉淀、过滤、加药加氯等，并设有出水泵站。深度处理和一般的净水厂工艺有相似之处，变频装置一般用在混凝沉淀池的刮泥机、滤站的反冲洗水泵及鼓风机、加氯加药间的加药泵、出水泵站的出水泵等，有关该部分的控制可参照有关净水厂工艺控制资料，本文不再描述。

(4)污泥处理工艺及污泥处置主要包括污水厂污泥部分的浓缩、消化、脱水、堆肥或制肥、农用填埋等。污泥消化及污泥制肥在多数污水厂较少采用，不在多述，仅就污泥浓缩及脱水工艺介绍一下变频调速装置的应用。

污泥浓缩就是将含水率很高的污泥进行浓缩，以方便污泥的后续处理或处置，污水厂一般常用的有重力浓缩及离心浓缩。

重力浓缩主要靠浓缩池进行浓缩，主要设备有污泥浓缩机，一般浓缩机为连续工作，不采用变频调速装置。

由于离心浓缩具有浓缩速度快、臭味小等特点，现在被越来越多的污水厂采用，主要设备有污泥浓缩机，加药泵、进泥泵等。一般污泥浓缩机及加药泵均采用变频调速装置控制，一般在设有贮泥池时设进泥泵，因此进泥泵进泥量一定，一般不加调速装置。控制污泥浓缩设备的主要参数为进泥量及污泥的性质、温度等因素，速度调节比较复杂，需在运行中根据实际情况给出模型进行控制。

污泥脱水就是将浓缩后的污泥中的含水量进一步减少，使污泥体积缩小，便于外运及堆放。一般采用机械脱水。主要设备为污泥脱水机、加药泵、进泥泵、冲洗泵等。

脱水机常用的有带式压滤脱水机及离心脱水机两种，带式脱水机带速及滤布的调节主要靠减速机械及其它机械装置来完成，一般不用变频调速装置;离心脱水机一般均采用变频调速装置控制，脱水机的控制参数需根据进泥泥质的变化进行调节。

其它如加药泵也需要随时进行调节，一般也采用变频调速装置控制，离心脱水机的进泥泵也常采用变频调速控制。

为带式脱水机冲洗滤布用的冲洗泵因为压力流量的恒定，不采用调速控制。

污泥处理厂新工艺比较多，随新工艺及新设备的投入，控制精确度、运行经济等多方面的要求，需要变频调速装置控制的设备越来越多，这就要求设计人员需根据工艺过程的特点，认真选择，既要做到运行安全、经济、节能，又要考虑投资的经济合理。

3、污水处理厂变频器选择及使用中应注意的一些问题

(1)变频器选择中，应按电动机的额定功率及额定电流、额定电压综合考虑，合理选择变频器的参数，与用电设备配套。污水厂中有些机械配套的电动机属于大电流、低转速电机，在选择变频器时在按额定功率选择变频器时，必须校核变频器的额定电流要与设备配套。

(2)污水厂除了水泵、风机等设备外，还有一些如转碟、表曝机等需要较大起动力矩的重载起动设备，有些生产厂的变频器分水泵风机类负载及恒转矩类负载两种，选择变频器时需特别注意,对于恒转矩类负载或有较高静态转速精度要求的机械采用具有转矩控制功能的高功能型变频器则是比较理想的。

(3)现在大部分生产厂商的变频器均采用电压源型，功率因数较高，可保证在0.95以上，在实际应用中应结合功率因数补偿协同考虑,可不需额外增加补偿装置。集中补偿的电容也可适当降低补偿容量。但也有些生产厂变频器为电流源型，变频设备随电机转速的变化，功率因素变化幅度较大，需要考虑补偿电容。

(4)大型电动机变频装置，特别是高压变频装置向电网注入谐波分量应按国家《电能质量公用电网谐波》管理标准GB/T14549-93严格执行，特殊情况还需另行提出要求。在选用时应选择相关附件，并对生产厂提出具体要求。

(5)变频器选择时还要考虑变频器电缆的传输距离，大部分变频器传输距离都不超过200M,如果需要再长的话，需要增加出线电抗器、出线滤波器等其它一些附件来完成，在设计时就需要充分考虑。

(6)由于变频器产生的高次谐波的影响，对补偿电容的影响较大，在选择电容器时需选择带电抗器的电容器，最好选择带消谐装置的电容器组。

(7)污水厂控制的参数较多，需综合各种信息综合确定控制模型，变频装置应充分考虑与其它控制系统数据和信息通讯地能力，以便更好监测变频器的各种工况及更合理的控制，充分发挥各种装置在同一系统中综合应用的潜力，达到动态、互补、经济运行的目的。

(8)变频器安装及接线中，应严格按照产品安装使用手册进行，各种辅助措施，如装置环境条件的保证，接地安全措施均应预留到位，否则会直接影响变频器的使用寿命和效率，还会造成对其它系统干扰现象。尤其环境温度的要求，尤其重要，变频器发热量较大，安装在柜内时要考虑散热的要求，必要时需增设通风设备，对大功率变频器尤为重要。

4、结束语

实践证明采用变频调速技术，不仅节约能源，而且对于提高整个系统的自动化水平，减轻工人的劳动强度，降低维修费用，延长设备使用寿命和检修周期，减轻电动机频繁起动对电网的冲击等各个方面，都有显著的效果。在污水处理厂应大力推广应用。

篇3：变频调速技术在起重机调速系统中的应用

交流变频调速技术在工业企业的广泛应用，为交流异步电动机驱动的起重机大范围、高质量调速提供了全新方案，它具有和直流调速系统相媲美的高性能调速指标，可采用结构简单、工作可靠、维护方便的鼠笼异步电动机进行调速，并且变频调速系统的效率高于传统的交流调速，其外围控制线路简单，维护工作量小，保护监测功能完善，运行可靠性较传统交流调速系统有较大的提高。

一、变频调速系统主要特点

1. 明显改善结构受力状态。由于变频器具有软启动、软停止的功能，所以起重机启动、制动相对平稳，对起重机的传动机构、钢结构的冲击明显减小。经检测证实，变频调速控制系统的应用可大大改善起重机结构的受力状态。

2.调速范围宽，性能好。起重机专用的变频器一般具有很强的环境适应性，由于变频器内部进行了模块化设计，集成度高，可靠性强。系统实现闭环控制，具有很强的限速、防失速和力矩控制能力，并具有优良的伺服响应特性，对急速的负载波动有很强的适应性。操作者可根据作业要求，随时修改各挡速度值，也可选择操作电位器实现无级调速。

3.结构简单、可靠性高、易维护。变频调速控制系统采用独立的控制柜，系统设计合理，外观结构简单，检修方便。尤其是起升系统用一套装置即可实现原两套起升控制装置的功能，既减轻了小车的自重，改善了钢结构的受力状况，又增加了小车的维修空间，便于日常保养和维护。系统还具有过流保护、过压保护、欠压保护、短路保护、接地保护等功能，确保了控制、保护动作的准确性和可靠性。变频调速控制系统还具有自诊断功能，通过同PLC的通信来实现故障实时显示及处理对策，便于查找故障和维修。

4.提高工作效率和减小机械磨损。起重机起升系统可根据负荷大小自动切换实现空钩、副钩、主钩等多挡不同的工作速度，减少了速度切换交替的辅助时间，降低了司机劳动强度，可大大提高起重机的作业效率。同时由于变频器采用软启动和软制动，不仅减小了对钢结构的冲击，还减轻了制动轮与刹车片间的磨损。

5.提高了安全性。起升机构实现了闭环矢量控制，具备了零速转矩的功能，即在起升机构制动器出现机械故障而失灵的情况下，变频器可自动输出足够大的转矩(大于150%) 不使负载下滑，从而提高系统的安全性。

6. 超载报警。(1)90%额定载重量时，发出断续的报警声，显示重物质量值但正常工作。(2)105%额定载重量时，发出连续的报警声，2s后自动切断变频器输出，显示重物质量值并停止工作。(3)120%额定载重量时，发出连续的报警声，立即自动切断变频器输出，显示重物质量值同时停止工作。

7. 节能效果显著。一般变频器具有自动节能操作模式，同时能较大地提高系统功率因数和工作效率，因此节电率可达20%左右。

二、控制方式及起升电机的选取

1. 起升系统采用矢量控制，一台变频器控制一台起升变频电机，其速度的自动切换由变频专用质量测控仪和可编程控制器来完成，大、小车系统控制采用V/F控制，各由一台变频器控制多台电机。所有限位保护触点均作为PLC的输入点，经程序处理再进行保护，

2. 起升电机的选取应考虑具备较宽的调速范围，采用变频电机代替普通的线绕式电机。变频电机在闭环控制条件下，50Hz以下为恒转矩调速，50～100Hz为恒功率调速，其绝缘结构具有对于变频器输出高载波频率电压的适应能力，能够承受200%额定转矩的过载，满足125%额定起重量的静载试验。

3. 选用可靠性高、编程简单、使用方便、功能完善的 PLC代替原继电器、接触器控制方式，与变频器相结合，实现“机电一体化”。由于变频器的干扰因素较多，对PLC的参数采集要考虑干扰，因此在配线和接线等操作时要注意抗干扰的措施，输出线要采用钢管作屏蔽处理，所有的控制线都采用屏蔽线，而且要注意接地问题。同时在编制程序时，要采取软件抗干扰措施。

三、变频调速对起重机整体的影响

1. 变频调速对起重机特性的影响。起重机实际载荷具有多变性，不仅在不同的循环中可能有不同的载荷，即使吊同样的物件载荷也是随机变化的。载荷的变化与离地时的情况、加减速度、制动时间、风阻力等因素有关。(1)变频调速改变了载荷的离地速度，做到零速起升，降低起升机构的动应力系数;加减速为无级调速;增添电制动形式，降低机械制动冲击力;降低制动器制动力矩及起重机自重。(2)变频器的应用可节省控制柜空间，发挥PLC总

线控制或遥控器操作的优势，同时一套变频器可供不同时工作的多机使用，可节省大量输电线及一次性投资。(3)高功率因数，低启动电流。变频调速在满载运行时电机具有高达0.9以上的功率因数、下降过程不从电网提取能量或向电网反馈能量的特点，降低了对前级变压器的配置要求，节约能源及一次性投资。(4) 变频调速的应用优化了起重机的工作性能提高了起重机整机寿命和机构的定位精度，改善了劳动强度及人机关系。

2.变频调速对结构件的影响。变频调速降低了载荷离地时的速度及载荷离地瞬间产生的附加加速度;减少了载荷离地瞬间对起重机的动态冲击值及附加加速度引起的附加动应力载荷。变频调速能降低起升动载荷系数值，从而可降低起重机动载载荷及起重机的自重。

3.降低电机启动力矩。欧洲机械搬运协会标准(FEM)对不同类型电机的启动转矩M有相应的规定：直接启动的鼠笼电机Mmin/M Nmax≥1.6(Mmin为电机最小启动转矩，MNmax为电机最大额定启动转矩);滑环电机Mmin/MNmax≥1.9;调压和变频类电机 Mmin/M Nmax≥1.4。变频调速对启动转矩的降低，可进一步降低动载荷对机械结构及传动部件的强度要求。

4.回转和行走机构。变频调速的S特性可消除速度切换过程中的力矩冲击，力矩可变及电制动特性的应用，可消除反向切换过程中的齿间间隙造成的冲击力矩，降低机械制动时的运行速度，从而降低对制动力矩的要求，减少制动冲击，提高运行或回转机构部件的使用寿命。变频起重机行走机构的减速器、传动轴等传动部件的力矩选择可按传统机构的1/1.5选用。

四结论

变频调速有很好的运行特性，调速范围宽，精度高，能实现稳定的低速运行。启动、制动过程平稳，定位准确，且在负载波动较大时，速度无明显变化。尤其是基于PLC的变频调速系统极大地提高了起重机的功能、安全性和使用寿命，它将朝着智能化、高可靠性的方向发展。

篇4：变频调速技术在WK35电铲上的应用

变频调速技术在WK35电铲上的应用

通过对变频调速技术发展和原理说明,着重阐述变频调速控制技术在WK35电铲中的应用,并就现在国内电铲功率部分的改进和发展方向作简要的阐述.

作者：于德君作者单位：神华准格尔能源有限公司设备维修中心,内蒙古,鄂尔多斯,010300 刊名：中国科技博览英文刊名：ZHONGGUO BAOZHUANG KEJI BOLAN 年，卷(期)： “”(1) 分类号：U264.91+3.4 关键词：变频调速控制理论应用系统

篇5：变频调速技术在发电厂给水泵上的应用

鞍钢发电厂北区是鞍钢北部区域供汽、供热、供水单位，作为发电厂的关键设备,三台给水泵采取两工一备运行方式,为两台220t/h锅炉供水。给水泵电动机单机容量2300kW,额定电压6kV,额定电流260A。原三台给水泵电动机恒速运行,利用出口阀门开度大小来控制水流量和管网压力。这种节流运行方式使得部分能量用来克服“阀阻”,这样电动机从电网中摄取的电能有相当一部分浪费在节流阀上。造成了电动机的运行效率低,电能浪费大的现象。由电厂统计资料表明,给水泵耗电量占发电总量的2.5%,占生产厂用电率的30%,如此大的耗电量,直接影响了发电成本。为降低企业生产成本,降低耗电量,经过调研比较、反复论证后,决定对三台给水泵进行变频调速节能改造。随着电气传动领域中的变频调速技术的成熟,工艺参数的调节可以通过给水泵的调速运行来获得,从而节约了电能。我厂在以原有断路器、电动机为依托的情况下,选用了西门子的SIMOVERT -MV空气冷却中压变频器调速系统。

一、变频调速节能分析

变频调速装置具有高效、精确地调节交流电动机转速的功能,还可使流量、压力、等工艺参数的控制由低效的阀门节流控制跃变为高效的转速控制。

给水泵采用调速节能的理论根据是基于流量、压力、转速、转矩、功率之间的关系。

Q∝n;p∝T∝n2 ;P∝Tn∝n3

式中:Q——流量;p——压力;n——转速;T——转矩;P——轴功率。

图1为用不同的调节方式时,电动机的功率P与流量Q之间的关系曲线。

改造前,给水泵采用的是控制阀门开度的方法来改变流量等参数,也就是用人为增减阻力的方法来实现调节。根据生产状况对负荷进行调整时,流量通过阀门开度的控制与负荷的变化相适应。而电机的输出功率基本没有改变,系统从电网所耗能量也没有减少。尽管阀门调整达到了工况要求,也只是能量的有效应用比例减少了,而能量却大量的损失在阀门档板的阻力上。改造后,使用变频调速装置就可完全避免以上问题。

根据生产负荷的变化来调整(降低或提高)电机的转速,流量就不再用阀门来控制,阀门始终处于全开状态,避免了由于关小阀门引起的压力,也避免了总效率的下降,从而节省大量的能源。

二、变频调速系统及特点

(一)中压变频调速系统介绍

中压变频调速系统的主体结构“一”字布置。每台由开关柜2面、整流柜1面、功率逆变柜2面、滤波器柜1面和控制柜1面、变压器柜2面等组成。开关柜: 根据运行方式需要选用开关位置。变压器柜:输入变压器柜装有三绕组变压器,为各个功率单元提供交流输入电压;升压变压器柜装有两绕组变压器,将功率单元输出的交流电压提升到电机所需的电压等级。功率柜:装有模块化设计的多个功率单元联成的逆变主回路,向电机提供输出电压,功率单元使用光纤来接受和传递信息。控制柜:可以实现变频器的紧急停车,具有运行、停止、故障、等待指示;OP7面板用于变频器的本地操作,它具有操作控制和监控功能,电机电流、电机转速显示以及故障时变频器的故障代码显示及存储功能;主控部件SIMADYN-D全数字化闭环控制系统的ITSP信号处理器模块,控制逆变器和监控直流母线电压、输出电流、和输出电压并处理通过采集获得的数据。

给水系统要求系统具有较高的运行可靠性,为了充分保证系统的可靠性,考虑到变频调速系统退出运行后不影响生产,确保给水系统正常运行,结合实际运行状况,为变频器加装了工频旁路装置,当变频器发生故障时,变频器退出运行,可将电机直接手动切换到电源工频情况下运行,恢复到原有系统运行方式。

安装接线见图2:改造后给水泵运行方式仍采用两工一备运行方式。

由图2可见:6kV电压经高压断路器送至输入变压器,根据电网对谐波的要求,采用12脉波整流,经直流母线送至逆变器变频、变压。为了获得更接近于正弦波的输出电压,系统增加了正弦波滤波器,经滤波器输出的接近于正弦波的电压,由双绕组的升压变压器升压,供电给高压异步电动机。

变频器输入电源电压是2×3-ph.1.7kV交流电压;输出电压是3-ph.3.3kV交流电压;变频器效率是96.5%;变频器功率因数是0.96;控制方式采用的是矢量控制。

(二)变频调速系统的特点

1.采用12脉波整流变压器,以减少谐波对电网的污染，

整流变压器二次绕组分别采用星形和三角形联结,构成相位差30°、大小相等的两组电压,加到两组高压二极管整流桥上。12脉波整流变压器作为输入变压器,采用三绕组是为了满足12脉波整流的要求,采用分裂式结构形式,变压器一次绕组和两组二次绕组的匝数比为1:1:,其联结方式为Dy11d0,这种结构可有效地消除了对电网污染最严重、危害最大的5次、7次谐波。此外由于采用高压二极管整流,其导通波形畸变率较低,二极管的换相是在对应线电压最小时才发生,所以di/dt非常小,使得高次谐波分量也减少了。二极管整流的电压源型变频器在采用12脉波结构后,谐波标准满足国际IEEE-519对应的5%的谐波电流失真的要求,其输入功率因数较高,因此不必采用功率因数补偿装置。

2.变频器采用三电平设计技术方案。变频器输出与二电平变频器相比较,由于输出电压的电平数增加,输出波形有很大改善,谐波失真在2%以下,并且每一个开关器件只承受直流母线电压的1/2电压,逆变器的输出电压的跳变小,即du/dt小,减少了对电动机绝缘的损害。

3.逆变器采用脉冲宽调制技术。依照电机所需转速提供频率控制.采用最新开关器件IGBT,可以提高PWM调制频率,输出波形更接近正弦波,大大地减轻对电动机的影响。

4.系统采用的是德国西门子公司的SIMOVERT–MV6SE8031-1BA柜装变频器。逆变器主要由IGBT逆变桥、触发单元、控制单元组成,直流滤波后送入逆变器,根据所输入的控制参数,由控制单元、触发单元等控制逆变器输出。

中压变频装置本身具有功能完善的各项保护,电源断路器控制回路引入中压变频装置的保护连锁,在变频装置不具备运行条件时电源断路器不能合闸,同时在中压变频装置故障跳闸后联跳电源断路器。

三、改造后的运行效果

节能运行后给水泵电机电流由原来的220～230A左右降至160～170A左右,产生25%左右的节电率。以为例:

(一)节能效果

改造前单台月耗电量约为1399178kWh,改造后单台月耗电量约为1081183kWh(月运行时间均为720小时),每月可节约电量317995kWh。

(二)经济效益

按电价0.4元/kWh计算,按全年电动机运行5个月计算。当年节省电费为:5×317995×0.4=63.56万元。

(三)其它效益分析

首先,电源侧功率因数提高。原电机直接由工频驱动时,功率因数为0.8～0.86。采用中压变频调速系统后,电源侧的功率因数可提高到0.96以上, 可减少大量无功,进一步节约了上游设备的运行费用。其次,给水泵采用变频调速后,使得电机、水泵的转速降低,管网的压力降低;辅助设备如轴承、阀门等磨损大大减轻;另外,采用中压变频调速后,电机实现了软启动,启动电流不超过电机额定电流的1.2倍,避免了全压启动对电网和电动机的冲击,从而减轻对供电系统的影响,降低了电动机和高压开关的故障率,延长了电动机和高压开关的使用寿命,因此也降低了设备运行与维护的费用。

四、结语

设备改造于11月完成,变频器一次试车成功,运行正常,保证了锅炉的正常供水。通过此次改造,改变了给水泵高电耗的节流运行方式,取得了明显的节能效果,并获得很好的经济效益,为节能改造积累了丰富的经验。中压变频调速系统的使用大大降低了用电率,为电力企业节能降耗做出了贡献。随着我国工业的快速发展,变频器的使用越来越广泛,这也为将来在节能改造中推广变频调速技术总结了经验。

参考文献

[1]韩安荣.通用变频器及其应用[M].北京:机械工业出版社,.

[2]曾允许.变频调速技术基础教程[M].北京:机械工业出版社,.

[3]SIMOVERT.MV空气冷却中压变频器安装使用说明.

篇6：高压变频调速技术应用现状与发展趋势

1前言

通常，我们把用来驱动1kV以上交流电动机的中、大容量变频器称为高压变频器，按照国际惯例和我国国家标准，当供电电压大于或等于10kV时称高压，小于10kV时称中压。因此，相应额定电压1～10kV的变频器应分别称为中压变频器和高压变频器。但考虑到在这一电压范围内的变频器有着共同的特征，且我们习惯上也把额定电压为3kV或6kV的电动机称为“高压电机”，因此，为简化叙述起见，本文也称之为“高压变频器”。

截止底，我国发电装机总容量已突破5亿kW，为5.08亿kW。其中火电装机约占80%，为4亿kW左右。全国年发电量已突破2万亿kWh。而我国的能源利用率却平均比发达国家低20%左右!

全国电动机装机总容量已达4亿多kW，年耗电量达1亿kWh，占全国总用电量的60%，占工业用电量的80%;其中风机、水泵、压缩机的装机总容量已超过2亿kW，年耗电量达8000亿kWh，占全国总用电量的40%左右。70%以上的风机、水泵、压缩机应调速运行，而至今仅有约5%左右调速运行。

若按风机、水泵和压缩机总装机容量的50%进行调速节能改造，则可改造容量达1亿kW，其中40%为中高压电机，容量占60%。若按电机平均出力为 60%，年运行4000小时，平均节电率为20～30%(平均25%)计算，则年节电潜力为600亿kWh!整个电机系统的节电潜力约为1000亿 kWh，改造和更新预计需投入2000～3000亿元人民币。

根据国家节能计划，我国每年应节约和少用能源7000万吨标准煤，通过基本建设项目及技术改造措施，每年可形成约3000万吨标准煤的节能能力，而每形成一吨标准煤的节能能力需投资2000元(约为开发等量能源费用的三分之一)，则每年需节能投资600亿元，“十五”期间共需3000亿元人民币， “十一五”期间将更多。

由于我国经济的高速发展，发电装机仍以高速发展。但电力运行的一些主要指标和装备指标与发达国家相比仍有很大差距：我国火电机组的平均煤耗为 400g/kWh，比发达国家高出约70～100g/kWh;发达国家发电厂的厂用电率为3.7%～6%，而我国的厂用电率为4.7%～10.5%，加之线损，我国送到用户的电能要比发达国家多耗电9.5%，相当于22000MW装机容量，即22个百万大厂的年发电量。因此，我国的节能形势十分严峻!

2变频调速技术的发展历史及现状

变频调速技术涉及到电力、电子、电工、信息与控制等多个学科领域。随着电力电子技术、计算机技术和自动控制技术的发展，以变频调速为代表的近代交流调速技术有了飞速的发展。交流变频调速传动克服了直流电机的缺点，发挥了交流电机本身固有的优点(结构简单、坚固耐用、经济可靠、动态响应好等)，并且很好地解决了交流电机调速性能先天不足的问题。交流变频调速技术以其卓越的调速性能、显著的节电效果以及在国民经济各领域的广泛适用性，而被公认为是一种最有前途的交流调速方式，代表了电气传动发展的主流方向。变频调速技术为节能降耗、改善控制性能、提高产品的产量和质量提供了至关重要的手段。变频调速理论已形成较为完整的科学体系，成为一门相对独立的学科。

20世纪是电力电子变频技术由诞生到发展的一个全盛时代。最初的交流变频调速理论诞生于20世纪代，直到60年代，由于电力电子器件的发展，才促进了变频调速技术向实用方向发展。70年代席卷工业发达国家的石油危机，促使他们投入大量的人力、物力、财力去研究高效率的变频器，使变频调速技术有了很大发展并得到推广应用。80年代，变频调速已产品化，性能也不断提高，发挥了交流调速的优越性，广泛地应用于工业各部门，并且部分取代了直流调速，

进入90年代，由于新型电力电子器件如IGBT(绝缘栅双极型晶体管InsolatedGateBipolarTransistor)、IGCT(集成门极换流型晶闸管IntegratedGateCommutatedThyristor)等的发展及性能的提高、计算机技术的发展，如由16位机发展到32位机以及DSP(数字信号处理器Digital SignalProcessor)的诞生和发展(如磁场定向矢量控制、直接转矩控制)等原因，极大地提高了变频调速的技术性能，促进了变频调速技术的发展，使变频器在调速范围、驱动能力、调速精度、动态响应、输出性能、功率因数、运行效率及使用的方便性等方面大大超过了其它常规交流调速方式，其性能指标亦已超过了直流调速系统，达到取代直流调速系统的地步。目前，交流变频调速以其优异的性能而深受各行业的普遍欢迎，在电力、轧钢、造纸、化工、水泥、煤炭、纺织、铁路、食品、船舶、机床等传统工业的改造中和航天航空等高新技术的发展应用中无不看到变频调速技术的踪影，变频调速技术取得了显著的经济效益。

变频调速技术的现状具有以下特点

(1)在功率器件方面，近年来高电压、大电流的SCR、GTO、IGBT、IGCT等器件的生产以及并联、串联技术的应用，使高电压、大功率变频器产品的生产及应用成为现实。

(2)在微电子技术方面，16位、32位高速微处理器以及DSP和ASIC(专用集成电路ApplicationSpecificIC)技术的快速发展，为实现变频器高精度、多功能化提供了硬件手段。

(3)在控制理论方面，矢量控制、磁通控制、转矩控制、智能控制等新的控制理论为研制高性能变频器的发展提供了相关理论基础。

(4)在产品化生产方面，基础工业和各种制造业的高速发展，促进了变频器相关配套件的社会化、专业化生产。

3国内外高压变频器的分类、比较和应用情况

目前世界上的高压变频器不象低压变频器一样具有成熟的一致性的主电路拓扑结构，而是限于功率器件的电压耐量和高压使用条件的矛盾，国内外各变频器生产厂商，采用不同的功率器件和不同的主电路拓扑结构，以适应不同的电压等级和各种拖动设备的要求，因而在各项性能指标和适用范围上也各有差异。

一般来讲，在高压供电而功率器件耐压能力有限的情况下，可采用将功率器件串联的方法来解决。但是功率器件在串联使用时，因为各器件的动态电阻和极间电容不同，而存在静态均压和动态均压问题。如果采用与器件并联R和Rc的均压措施，会使电路复杂，损耗增加;同时，器件的串联对驱动电路的要求也大大提高，要尽量做到串联器件同时导通和关断，否则由于各器件开断时间不一致，承受电压不均，会导致器件损坏甚至整个装置崩溃。

谐波问题是所有变频器的共同问题，尤其在高压大功率变频调速中更为突出。谐波会污染电网，殃及同一电网上的其它用电设备，甚至影响电力系统的正常运行;谐波也会干扰通讯和控制系统，严重时会使通讯中断、系统瘫痪;谐波电流还会使电动机损耗增加，因而发热增加，效率及功率因数下降，以至不得不“降额” 使用。

还有效率问题，变频调速装置的容量愈大，调速系统的效率问题也就愈加重要。采用不同的主电路拓扑结构，使用的功率器件的种类和数量的多少，以及变压器、滤波器等的使用，都会影响系统的效率。为了提高系统效率，必须设法尽量减少功率开关器件和变频调速装置的损耗。

可靠性和冗余设计问题：一般的高压大功率拖动系统都要求很高的系统可靠性，尤其是国民经济的重要部门如电力、能源、冶金、矿山和石化等行业，一旦设备出现故障，将会造成人民生命财产的巨大损失。因此高压变频装置设计中是否便于采用冗余设计及旁路控制功能也是至关重要的。

根据高压变频器有无直流环节，可以分为交—交变频器和交—直—交变频器;根据直流环节滤波元件的性质又可以分为电流源型变频器和电压源型变频器;电流源型变频器又可以分为负载换流式晶闸管变频器(LCI)和采用自关断器件(GTO、SGCT)的电流源型变频器;电压源型变频器则可以分为：a)功率器件串联二电平直接高压变频器，b)采用HV—IGBT、IGCT的多电平电压源变频器,c)采用LV—IGBT的单元串联多重化电压源变频器等。

篇7：变频调速技术在消防给水设备中的应用探讨

l传统水泵控制技术的弊端

在传统的水泵控制方式中，靠调节出口或人口闸阀方式来进行，人为增加管网阻力达到变化流量和压力的目的，因此，在控制过程中，流程阻力损失相应增加，而此时水泵的特性曲线不变，叶片转速不变，电机输入功率并无减少，而是白白地损失在调节过程中。经测算，当水泵的流量由100%降到50%时，若分

别采用调节出口和入口阀门的方式，则电机的输入功率分别为额定功率的84%和60%，而水泵的轴功率仅为12.5%，即损失功率分别为 71.5%和47.5%。这说明不采用先进的控制措施，即使水泵的设计效率为100%，其实际的运行效率可能只有百分之十几或更低。

传统的控制方式，造成水泵长期处于高速、满负荷状态下运行，因此维护工作量大，设备寿命低，并且运行现场噪声大，影响环境。

2变频调速技术的原理

变频调速技术(vaiahle vaiahle firequency technology)是一项综合现代电气技术和计算机控制的先进技术，广泛应用于水泵节能和恒压供水领域。

变频调速的基本原理是根据交流电动机工作原理中的转速关系，即均匀改变电动机定子绕组的电源频事，就可以平滑地改变电动机的同步转速。电动机转速变慢，轴功率就相应减少，电动机输入功率也随之减少。这就是水泵变频调速的节能作用。

众所周知，水泵消耗功率与转速的三次方成正比。即P=Kn3。其中P为水泵消耗功率;n为水泵运行时的转速;K为比例系数。变频调速和智能控制技术，可以使水泵运行的转速随流量的变化而变化，最终达到节能的目的。用阀门控制水泵流量时，部分有功功率被损耗浪费掉了，且随着阀门不断关小，这个损耗还要增加。如果采用降低电机转速的方式进行控制，就避免了消耗在阀门的有功功率。这样，在转运同样流量的情况下，仅需要输入较低的功率，获得节能效果。实践证明，使用变频设备可使水泵运行平均转速比工频转速降低20%，从而大大降低能耗。

3变频调速技术用于消防给水系统的控制方式

3.l继电接触器控制方式

这是最简单的一类控制方式。根据工艺或外界条件的变化，依靠传统的模拟电子技术，采用继电接触器来控制水泵电动机运转，达到调速目的。

3.2逻辑电子电路控制方式

这类控制电路往往采用一台泵固定于变频状态，其余泵均为工频状态的方式。控制方式较为先进，但难以实现水泵机组全部软启动、全流量变频调节。因此控制精度较低、水泵切换时水压波动大、调试较麻烦，且工频泵起动时有冲击、抗干扰能力较弱，但系统成本较低。系统工作原理为：当消防管网压力降至某一规定值(低限值)时，由压力传感器发出信号自动开启稳压泵对管网补水加压，当压力升至另一规定值(高限值)时自动停泵。根据需要系统可设置消防中心联动接口，当消防中心发出火警信号或按动消火栓按钮，电控柜自动开启消防主泵进行灭火。

3.3单片机电路控制方式

这类控制电路优于逻辑电子电路，但在不同管网、不同供水情况时调试较麻烦。因系统程序预先固化于芯片中，需要追加功能时，就要对电路进行修改，重新刷新设置程序，不灵活也不方便，控制电路的可靠性和抗干扰能力也不高。

图l所示为笔者参与研制的ZBW系列微机控制全自动恒压供水系统的电路控制原理图与系统图。系统通过高性能单片机控制变频调速器拖动多台水泵，逐台变频调速启动，实现全自动恒压供水。变频稳压泵由具有恒压供水控制功能的变频器控制运行。平时无火警时，由变频稳压泵向消防管网充水稳压，使系统随时能够满足消防给水要求。当管网充水稳压到设定恒压，稳压泵流量趋近于零并维持一段时间(时间通过程序可控制)后，变频稳压泵自动停泵，进入等待状态，由贮能罐维持稳压。当管网压力下降至某一设定的压力值时，变频稳压泵自动启动恢复恒压稳压。当系统接收到火灾信号后，由单片机控制主消防泵(可以根据需要为一台或数台)依次工频启动，以提供额定的消防流量和压力。在主消防泵已投入运行的情况下，如管网压力不足，由单片机控制备用消防泵自动投入，以满足消防用水流量要求。通过与消防控制中心联网，可按设计程序进行自动或手动巡检，从而实现消防联动控制功能。

自来水管网压力一般是周期性变化的，其压力变化可以用时间t为变量的函数Pa)来表示。若用户需要水压为Pj，各个时间段需要补充的压力不同，其函数式为Py-P(t)o，也以时间t为变量的函数。

当P(I)Py时，系统不需补压，处于停泵状态。但当Pm很小时，为避免因负压引起管网破坏，此时也不能进行补压。当P(t)很大时，系统也因超高压停泵。根据如上原理要求，研发设计了本设备。在设备的能量调节仪上设置4个压力值，分别为Pm、Pn、Py、Px(数值可根据用户和管网情况设定)，

Pm 为超低压停泵压力点;Pn为有压启泵压力点;Py为用户所需要压力点;PI为超压停泵压力点。

设备处于运行状态时，能量调节仪自动监测自来水管网压力变化，并控制设备在不同的状态下运行。当自来水管网压力P(t)达到Pn时(P1点)，设备自动开机，水泵在变频状态下运行，压力被补充;随着管网压力的变化，当P(t)升至Py时(P2点)，设备自动停机，由管网直接向用户供水;当管网压力波峰过后，压力降至一时(P3点)，设备又自动开机补压;当管网压力继续向波谷下降至Pm时(P4点)，设备自动停机，以避免破坏管网和污染水质。

系统中，水泵起到对自来水补压的作用，以满足用户对供水压力的需求。贮能罐能接收并贮存自来水管网的能量，还能起到在启泵时减轻对管网影响的作用。压力传感器用于接收用户管网压力信息，控制水泵转速。能量调节仪接收自来水管网的压力信息，调节控制水泵充分利用管网能量，避免对管网的破坏和影响。控制柜用于接收压力传感器的信息并经处理后控制水泵的启动、停止和转速。其中，能量调节仪是设备的核心部件，它本身自带3个可随意设定的压力值，与自来水管网的压力值相交时便产生了4个压力点。能量调节仪将时刻监测管网的压力情况。每监测到一个压力点都做出相应的判断，并将判断结果传输给微机变频控制系统，达到自动补压的目的。设备的启动方式为软启动，对电网及管网的冲击很小。由于该设备不设储水池而是直接并联于管网进行补压，减少了污染。降低了能耗。

3.4带比供积分微分IPlDl控锚器和/或可缩程序逻辑(PLC)控制器的控制方式

该方式变频器的作用是为电机提供可变频率的电源，实现电机的无级调速，从而使输出水压连续变化。其中，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在输入可编程控制器后，经控制器内部PID控制程序的计算，输出给变频器一个转速控制信号，也可以将压力设定信号和压力反馈信号送人PID回路调节器，由PID回路调节器在调节器内部进行运算后，输入给变频器一个转速调节信号。在水泵控制系统中使用变频调速技术，调速器的控制可以自动，也可以手动。变频器的加速和减速可根据要求自动谓节，控制精度高。

3.5变频器内部集成控制方式

此种控制方式将PID、PLC的功能都以集成方式综合到变频器内，形成了面向控制和应用的新型变频器。由于PID运算预先固化在变频器内部，省去对PLC的设计和对PID的编程，而且PID参数的在线调试非常容易。内置PID调节器采用了优化算法，所以水压调节十分平滑、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。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，能够降低设备成本，并节省安装调试时间。

此外，针对传统的变频调速供水设备的不足之处，有些产品设计采用了变频调速和智能控制技术，因此多电平直接高压变频器、模糊控制器等器件得到了应甩。如利用多电平直接高压变频器，可以实现高质量的功率输入和输出、高功率因数和不间断运行。采用模糊控制器会最大限度地适应被控对象的复杂性，达到控制精度高、响应快、控制规律简单的目的。

变频调速技术用于消防给水系统可以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消防用水要求。与传统消防给水方式相比，不论是设备的投资、运行的经济性，还是系统的稳定性、可靠性、自动化程度等方面都具有无法比拟的优势，而且具有显著的节能效果。

变频调速技术用于水泵控制系统，具有调速性能好、节能效果显著、运行工艺安全可靠等优点。在大力提倡节约能源的今天，推广使用这种集现代先进电力电子技术和计算机技术于一体的高科技节能装置，对于提高劳动生产率、降低能耗具有重大的现实意义。可以说变频调速技术是一项利国利民、有广泛应用前景的高新技术。

4.变频调速技术应用于消防给水系统

(1)有消防信号外部输人接口。当有火警或火灾信号到来时，系统能自动切换到火灾状态;

(2)设计有系统自动巡检功能，定时巡检周期可根据需要设定;

(3)便于灵活配置常规泵、消防泵及其他功能泵，便于实现供水泵房全面自动化;

(4)工作泵与备用泵不固定，可自动定时轮换，有效地防止因为备用泵长期不用时发生的锈死现象;

(5)故障自动电话拨号功能。当供水系统或变频器发生故障时，通过内置串行通讯接口，与外接MODEM设备进行信号连接，自动启动预先设定的电话号码和信息，及时通知设备维护人员进行相应处理，可以方便地实现泵房无人值守运行;

(6)可以实现联网控制，便于实现楼宇自动化管理。

篇8：变频调速技术在减速顶在线检测车上的应用

变频调速技术在减速顶在线检测车上的应用

减速顶在线检测车通过检测车在编组场路线上走行,对在线应用的减速顶状态和相应的参数进行实时检测.具有一次检测数量大、效率高、适应性好、检测手段先进合理、检测方法科学的特点.针对变频调速技术在该项目上应用,介绍了通过SIEMENS MICROMASTER 430 变频器实现变频调速和传动控制的'原理、调试要点.

作者：纪紫剑杨海波张继生刘来喜 JI Zi-jian YANG Hai-bo ZHANG Ji-sheng LIU Lai-xi 作者单位：沈阳铁路局科学技术研究所,吉林,吉林市,132001 刊名：减速顶与调速技术英文刊名：RETARDERS & SPEED CONTROL TECHNOLOGY 年，卷(期)：2009 “”(3) 分类号：U284.63 关键词：变频调速减速顶检测车