浅谈变频器技术在工业节能领域的应用

２ＯｌＯ　ＮＯ．１７　霰　＿ｌｏｇｉｅｓ　ａｎｄ　Ｐｒｏｄｕｃｔｓ　工业技术　浅谈变频器技术在工业节能领域的应用　宁志刚　Ｊ　ｎ　ｒ＇　ｆ海马（郑州）汽车有限公司，河南郑州４５００１６）　摘　要：国内已经有较多的变频器生产厂，但大部分的产品都是Ｖ／Ｆ控制和电压空间矢量控制变频器，使用在调速精度和动态性能　要求不高的负载上应该没有问题。工业应用中绝大部分都是这种负载，变频器在这种场合应用最重要的要求是可靠性，国产变频器　占国内市场份额不高的主要原因是产品品质不过硬。Ｖ／Ｆ控制和电压空间矢量控制变频器比矢量控制变频器从技术上来看要简单　得多，由于国内厂家大部分都是手工作坊式的生产，Ｘ－艺欠佳，检测手段有限，品质的一致性和稳定性难以保证。同样是Ｖ，Ｆ控制的　变频器，国外的产品比国内的产品品质要好，这可能是生产工艺方面的差距。　关键词：变频器；节能；工艺控制；侈能指标　前言　变频器主要用于交流电动机（异步电机或　同步电机）转速的调节，是公认的交流电动机最　理想、最有前途的调速方案，除了具有卓越的调　速性能之外，变频器还有显著的节能作用，是企　业技术改造和产品更新换代的理想调速装置。　自上世纪８０年代被引进中国以来，变频器作为　节能应用与速度工艺控制中越来越重要的自动　化设备，得到了快速发展和广泛的应用。　１变频器的应用现状　１．１变频器与节能　作为节能目的，变频器广泛应用于各行业。　以电力行业为例，由于中国大面积缺电，电力投　内资品牌互斗俱伤）虽然个别表现突出的内资　成都希望森兰等，已有同类　资将持续增长，同时，国家电改方案对电厂的成　品牌如深圳英威腾、品种和规格往往反应了一个企业所具有的　技术实力的高低。纵观目前市场中的主流变频，　欧美品牌通过模块化设计，可以做到很宽的功　率段。而我国变频器配套产业的实力相对较弱，　国产品牌无论在技术、加工制造、工业设计等方　面还是在资金实力方面，都与国外品牌存在一　定差距。目前，外资品牌在国内变频器市场的占　有率约为８０％。本土变频器企业主要生产Ｖ　控制产品。对于性能优越、技术含量高的矢量变　频器等产品，国内绝大多数企业还没有开发出　成熟的产品。（这个是最大的问题，没有真正的　高端产品，就只有在低端拼价格，最终的结果是　需要，由于这一技术方面明显的分界线，使得业　内人士通常把中低压变频器归为一个大类，和　高压变频器分开。　２．２变频器的现状　２．２．１可调的转矩极限　通过变频调速后，能够设置相应的转矩极　限来保护机械不致损坏，从而保证工艺过程的　连续性和产品的可靠性。目前的变频技术使得　不仅转矩极限可调，甚至转矩的控制精度都能　达到３％－５％￣。０在工频状态下，电机只能通过　检测电流值或热保护来进行控制，’而无法像在　变频控制一样设置精确的转矩值来动作。　２．２２受控的停止方式　如同可控的加速—样，在变频调速中，停止　本控制提出了要求，降低内部电耗成为电厂关　档次较高的变频器产品问世，但与国际巨头相　方式可以受控，并且有不同的停止方式可以选　注焦点，因此变频器在电力行业有着巨大的发　比，其产品的种类、规格还有待进一步充实和丰　择喊速停车、自由停车、减速停车＋直流制动），　富。　同样它能减少对机械部件和电机的冲击，从而　展潜力，尤其是高压变频器和大功率变频器。　ｌ２变频器与工艺控制（速度控制）　２．１．２高可靠性（稳定性）　使整个系统更由１１可靠，寿命也会相应增加。　目前，中国的设备控制水平与发达国家相　变频器是利用电力半导体器件的通断作用　２．２３可逆运行控制　将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。　在变频器控制中，要实现可逆运行控制无　通常情况下采用变频器运转，随着电机的加速　须额夕Ｉ－的可逆控制装置，只需要改变输出电压　相应提高频率和电压，起动电流被限制在１５Ｗ／ｏ　的相序即可，这样就能降低维护成本和节省安　额定电流以下（根据机种不同，为１２５％－２００％）。　装空间。　用工频电源直接起动时，起动电流为６　倍，因　２．２．４减少机械传动部件　此，将产生机械电气上的冲击。采用变频器传动　由于目前矢量控制变频器加上同步电机就　２．１变频器的发展历程　可以平滑地起动（起动时间变长）。起动电流为　能实现高效的转矩输出，从而节省齿轮箱等机　变频技术是应交流电机无级调速的需要而　额定电流的１２～１－５倍，起动转矩为７０％一１２０％　械传动部件，最终构成直接变频传动系统。从　诞生的。２Ｏ世纪５０年代末，美国通用电气公司　额定转矩；对于带有转矩自动增强功能的变频　而就能降低成本和空间，提高稳定性。　推出了电力半导体组件晶闸管（可控硅ＳＣＲ），　器，起动转矩为１００％以上，可以带全负载起动。　当然，使用变频器进行工艺控制，其优点还　给变频技术提供了划时代意义的基础硬件。进　２．１．３智能化与网络化　有很多，根据不同的工艺控制选择不同的变频　入７Ｏ年代，由于直流电机的调速局限性，交流　在网络化１３益普及的今天，与普通的点对　器运行方式，所产生的效果也不—样。　电机越来越受到人们的青睐。随着市场需求的　点硬线连接方式而言，通过高速通讯网络连接　３结语　增长，技术也日益发展和完善。１９７１年，美国、德　的变频器系统可以最大程度上降低系统维护时　采用变频调速技术是工业企业中节能降　国提出了矢量控制技术，使得变频器的交流调　间、提高生产效率、减少运行成本。另外，通过现　耗、保证工艺的重要途径，在实际应用中取得的　速性能可以和直流调速相媲美。１９７３年，美国提　场总线模块，不同型号的变频器以同一种编程　效果和效益有目共睹，以上试图从市场的角度　出了电力电子技术这一新的技术学科，其最大　语言和通讯协议来与不同功率段、不同型号的　剖析变频器的容量、占有率和主要的应用领域，　应用领域就是调速传动。１９７９年，１３本采用矢量　变频器进行组态，如功率、速度、转矩、电流、设　与广大读者一同探讨变频器的发展。　控制的变频调速系统开始实用化，技术又上了　定值等。　参考文献　个新台阶。到了２０世纪８Ｏ年代，由于电力半　随着国内对大规模变频装置的需求上升，　【１】刘晓玲，李建壮，万国平．基于ＰＬＣ技术的铣　导体开关器件和微电子技术的进步，变频器性　高档变频产品的开发成功，变频器智能化的开　床电气控制系统改造　黄河水利职业技术学院　能及可靠性提高，生产成本下降，其应用开始普　发已经成为当务之急。我们的变频基本性能还　学报，２０１０，（０２）：４６－４８，５１．　及。　没有达到相应的水准，市场还没有发育到这个　【２］杨维剑，王梅英．变频器在机油泵测试系统中　几十年间，电力电子器件也从最初的ＳＣＲ　程度。可喜的是，我们已经看到国内一些变频企　的应用叨．河北软件职业技术学院学报，２０１０，　（晶闸管）、ＧＴＯ（门极可关断晶闸管），经过ＢＪＴ　业进行了有益的研发实践，一方面消化国外的　（０１）：５９－－６１．　（双极型功率晶体管）、ＭＯＳＦＥＴ（金属氧化物场　先进技术，一方面尝试推出自己的变频标准。　【３］刘洋，屈虹，汪祥兵．“可编程控制器”讲练一体　效应管）、ＳＩＴ（静电感应晶体管）、ＳＩＴＨ（静电感　２．１４性能指标　课程教学改革与实践叨．武ｉｘ．，ｇ力职业技术学院　应晶闸管）、ＭＧＴ（Ｍ０ｓ控制晶体管）、ＭＣＴ（ＭＯＳ　变频器的性能指标可以从输出功率＼电压　学报，２００８，㈣：１３—１５．　控制晶闸管），发展到今天的ＩＧＢＴ（绝缘栅双极　等级等方面来衡量．变频器可以分为低压　型晶体管）、ＨＶＩＧＢＴ（耐高压绝缘栅双极堑晶闸　（１　１０Ｖ，２２０Ｖ，３８０Ｖ等）、中压（６６０Ｖ／６９０Ｖ，　管），器件的更新促使变频器的应用领域更为广　１　１４０Ｖ，２３００Ｖ）和高压（３ｋｖ，３．３ｋｖ，６ｋｖ，６，６ｋｖ，　泛，市场规模随之迅速扩大。　，　１０ｋｖ等）变频器，高压变频器通常采用ＩＧＢＴ多　２１．１品种和规格　级串联的技术，而中压变频器和低压变频器不　—比还比较低，制造工艺和效率都不高，因此提高　设备控制水平至关重要。由于变频调速具有调　速范围广、调速精度高、动态响应好等优点，在　许多需要精确速度控制的应用中，变频器正在　发挥着提升工艺质量和生产效率的显著作用。　２国内变频技术的现状和发展前景　一１４４一　中国新技术新产品