變頻技術論文

　　變頻技術在節能降耗、提高自動化控制水平方面具有很好的應用前景。小編整理了，有興趣的親可以來閱讀一下!

　　篇一

　　電子變頻技術的研究

　　[摘要]電力電子器件和變頻技術的發展過程,以及變頻技術在家用電器的應用給變頻技術的應用也帶來諧波、電磁干擾和電源系統功率因數下降等問題,提出相關的諧波抑制方法及提高電源系統功率因數的措施。

　　[關鍵詞]變頻技術諧波功率因數

　　中圖分類號:TM4文獻標識碼:A文章編號:1671-7597***2009***1210025-01

　　隨著電力電子、計算機技術的迅速發展,交流調速取代直流調速已成為發展趨勢。變頻調速以其優異的調速和啟、制動效能被國內外公認為是最有發展前途的調速方式。變頻技術是交流調速的核心技術,電力電子和計算機技術又是變頻技術的核心,而電力電子器件是電力電子技術的基礎。電力電子技術是近幾年迅速發展的一種高新技術,廣泛應用於機電一體化、電機傳動、航空航天等領域,現已成為各國競相發展的一種高新技術。

　　一、變頻技術的發展過程

　　變頻技術是應交流電機無級調速的需要而誕生的。電力電子器件的更新促使電力變換技術的不斷髮展。起初,變頻技術只侷限於變頻不能變壓。20世紀70年代開始,脈寬調製變壓變頻***PWM-VVVF***調速研究引起了人們的高度重視。20世紀80年代,作為變頻技術核心的PWM模式優化問題吸引著人們的濃厚興趣,並得出諸多優化模式,如:調製波縱向分割法、同相位載波PWM技術、移相載波PWM技術、載波調製波同時移相PWM技術等。

　　VVVF變頻器的控制相對簡單,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,由於輸出電壓較小,受定子電阻壓降的影響比較顯著,故造成輸出最大轉矩減小。向量控制變頻調速的做法是:將非同步電動機在三相座標系下的定子交流電流Ia、Ib、Ic通過三相――二相變換,等效成同步旋轉座標系下的直流電流Iml、Itl,然後模仿直流電動機的控制方法,求得直流電動機的控制量,經過相應的座標反變換,實現對非同步電動機的控制。

　　直接轉矩控制直接在定子座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化成等效直流電動機,因而省去了向量旋轉變換中的許多複雜計算;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。VVVF變頻、向量控制變頻、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,直流回路需要大的儲能電容,再生能量又不能反饋回電網,即不能進行四象限執行。為此,矩陣式交交變頻應運而生。

　　二、變頻技術與家用電器

　　現代社會,家用電器開始逐步變頻化,出現了電磁烹任器、變頻照明器具、變頻空調、變頻微波爐、變頻電冰箱、IH***感應加熱***飯堡、變頻洗衣機等。家用電器則依託變頻技術,主要瞄準高功能和省電。

　　首先是電冰箱,由於它處於全天工作,採用變頻製冷後,壓縮機始終處在低速執行狀態,可以徹底消除因壓縮機起動引的噪聲,節能效果更加明顯。其次,空調器使用變頻後,擴大了壓縮機的工作範圍,不需要壓縮機在斷續狀態下執行就可實現冷、暖控制,達到降低電力消耗,消除由於溫度變動而引起的不適感。近年來,新式的變頻冷藏庫不但耗電量減少、實現靜音化,而且利用高速執行能實現快速冷凍。在洗衣機方面,過去使用變頻實現可變速控制,提高洗淨效能,新流行的洗衣機除了節能和靜音化外,還在確保衣物柔和洗滌等方面推出新的控制內容;電磁烹任器利用高頻感應加熱使鍋子直接發熱,沒有燃氣和電加熱的熾熱部分,因此不但安全,還大幅度提高加熱效率,其工作頻率高於聽覺之上,從而消除了飯鍋振動引起的噪聲。

　　三、電力電子裝置帶來的危害及對策

　　***一***諧波與電磁干擾的對策

　　1.諧波抑制。為了抑制電力電子裝置產生的諧波,一種方法是進行諧波補償,即設定諧波補償裝置,使輸入電流成為正弦波。傳統的諧波補償裝置是採用IC調諧濾波器,它既可補償諧波,又可補償無功功率。其缺點是,補償特性受電網阻抗和執行狀態影響,易和系統發生並聯諧振,導致諧波放大,使LC濾波器過載甚至燒燬。此外,它只能補償固定頻率的諧波,效果也不夠理想。電力電子器件普及應用之後,運用有源電力濾波器進行諧波補償成為重要方向。其原理是,從補償物件中檢測出諧波電流,然後產生一個與該諧波電流大小相等極性相反的補償電流,從而使電網電流只含有基波分量。這種濾波器能對頻率和幅值都變化的諧波進行跟蹤補償,且補償特性不受電網阻抗的影響。大容量變流器減少諧波的主要方法是採用多重化技術:將多個方波疊加以消除次數較低的諧波,從而得到接近正弦的階梯波。重數越多,波形越接近正弦,但電路結構越複雜。小容量變流器為了實現低諧波和高功率因數,一般採用二極體整流加PWM斬波,常稱之為功率因數校正***PEC***。典型的電路有升壓型、降壓型、升降壓型等。

　　2.電磁干擾抑制。解決EMI的措施是克服開關器件導通和關斷時出現過大的電流上升率di/dt和電壓上升率du/dt,目前比較引入注目的是零電流開關***ZCS***和零電壓開關***ZVS***電路。方法是:***1***開關器件上串聯電感,這樣可抑制開關器件導通時的di/dt,使器件上不存在電壓、電流重疊區,減少了正關損耗;***2***開關器件上並聯電容,當器件關斷後抑制du/dt上升,器件上不存在電壓、電流重疊區,減少了開關損耗;***3***器件上反並聯二極體,在二極體導通期間,開關器件呈零電壓、零電流狀態,此時驅動器件導通或關斷能實現ZVS、ZCS動作。

　　目前較常用的軟體開關技術有部分諧振PWM和無損耗緩衝電路。

　　***二***功率因數補償

　　早期的方法是採用同步調相機,它是專門用來產生無功功率的同步電機,利用過勵磁和欠勵磁分別發出不同大小的容性或感性無功功率。然而,由於它是旋轉電機,噪聲和損耗都較大,執行維護也複雜,響應速度慢。因此,在很多情況下已無法適應快速無功功率補償的要求。隨著電力電子技術的不斷髮展,使用SCR、GTO和IGBT等的靜止無功補償裝置得到了長足發展,其中以靜止無功發生器最為優越。它具有調節速度快、執行範圍寬的優點,而且在採取多重化、多電平或PWM技術等措施後,可大大減少補償電流中諧波含量。更重要的是,靜止無功發生器使用的抗器和電容元件小,大大縮小裝置的體積和成本。靜止無功發生器代表著動態無功補償裝置的發展方向。

　　電力電子技術將成為21世紀重要的支柱技術之一,變頻技術在電力電子技術領域中佔有重要的地位,近年來在中壓變頻調速和電力牽引領域中的發展引人注目。隨著全球經濟一體化及我國加人世界貿易組織,我國電力電子技術及變頻技術產業將出現前所未有的發展機遇。

　　參考文獻:

　　[1]劉志、朱文堅,光機電一體化技術,現代製造工程,2001***12***.

　　[2]樑進秋,微光機電系統國內外研究進展,光機電資訊,2000***8***.

　　[3]宋雲奪編譯,光機電一體化業的未來,光機電資訊,2003***12***.

　　作者簡介:

　　黃世祥,男,貴州大學07級微電子學與固體電子學在讀研究生,研究方向:電子技術。

　　篇二

　　高壓變頻技術的應用

　　【摘要】本文在分析了電爐裝置的執行現狀和研究了電弧爐除塵系統特點的基礎上，通過Harsvert-A型高壓變頻器在某鍊鋼廠除塵系統改造中的應用例項，介紹了高壓變頻技術在鍊鋼廠電爐除塵系統中的實現。例項證明，該變頻技術在節能降耗、提高自動化控制水平方面具有很好的應用前景。

　　【關鍵詞】高壓變頻技術除塵風機節能

　　1.概述。鋼鐵廠以其資源密集、能耗密集、生產規模大、物流吞吐量大等特點，長期以來一直被認為是煙塵排放量大、廢棄物多、汙染大的企業。而電爐鍊鋼是鋼鐵廠造成煙塵汙染的主要來源之一。

　　電爐主要是通過用廢鋼、鐵合金和部分渣料進行配料冶煉，然後熔製出碳鋼或不鏽鋼鋼水供連鑄用。電爐鍊鋼時產生的有害物汙染主要體現在電爐加料、冶煉、出鋼三個階段。吹氧過程的煙氣量最大，含塵濃度和煙氣溫度高。因此，電爐除塵系統按照吹氧時期的最大煙塵排量進行設計。在系統最大風量需求的基礎上增加1.1-1.3倍的安全閾度進行除塵風機選型設計。整個鍊鋼過程中吹氧時期佔30-35%，此時風機處於較高負荷執行，而其餘時間則處於較低執行工況。很顯然，除塵系統的利用率很低且系統效率差。

　　長期以來，不論電爐處於哪一個執行階段，產生的粉塵大小均使除塵風機全速執行，採用***擋板開度調節，效率低、功率大，造成大量的電能浪費。隨著市場競爭的不斷深化，節能降耗提高生產效率成為企業發展提高競爭力的有效手段之一。

　　而在九十年代開始廣泛應用的高壓大功率變頻調速技術則正是適應了市場的需求，在技術和應用領域上得到不斷的進步和拓展。現在，已廣泛應用於電力、石油化工、礦山、冶金、給排水、機車牽引等領域。

　　某鍊鋼廠正是在這種狀況下，對電爐除塵系統進行高壓變頻技術改造研究的。電爐在冶煉過程中的粉塵主要通過爐頂煙道經沉降室沉積，水冷壁冷卻後經除塵系統過濾排放;同時利用集塵罩將現場生產車間的粉塵和廢氣及時排走，以免危及電爐周邊工作人員的安全，汙染環境。除塵風機是將煙氣吸收排放的主要裝置。

　　2.系統技術方案研究。某鍊鋼廠#8電爐為擴容的70t ABB交流電爐。除塵器系統採用TFMC布袋式除塵器，設計過濾面積11985m2，最大除塵風量450000m3/h。

　　#8電爐的鍊鋼週期為70-85分鐘，其中裝料6-10%，送電熔化25-30%，吹氧30-35%，還原期15-20%，衝渣出鋼6-8%。在不同的生產工藝階段，電爐產生的煙氣量和煙氣溫度不同，且差異較大。加料過程中，主要是裝料時廢鋼及渣料產生的揚塵，需要的除塵風量不大，要求粉塵不擴散，不汙染電爐周邊工作環境為標準。送電過程中是原料送電拉弧加熱，引發可燃廢棄物燃燒產生廢氣。此時，電爐需要將爐料加熱至熔化狀態，要求煙塵能夠及時排出，又不能過多地帶走爐體熱量以保證鍊鋼週期。而在吹氧期間，不僅要求除塵系統能夠及時迅速地將廢氣和粉塵排走，又必須保證爐體有合適的吹煉溫度，確保終點溫度。因此，對除塵系統要求較高。進入還原期，吹氧告一段落，粉塵度再一次降低。在衝渣出鋼時，主要排放物是衝渣產生的水蒸汽和少量廢氣。

　　通過對冶煉工藝的分析，電爐在鍊鋼過程的不同階段對除塵風量大小的要求有明顯的不同，以吹氧冶煉為最大，加料除塵為最低。鑑於電爐除塵系統中除塵風機的執行方式和裝置特點，對除塵風機的控制制定如下方案。

　　不同工藝階段的煙氣溫度有明顯差異，因此溫度的高低直接反映了電爐的執行工況。系統並沒有採用檢測電爐工作中粉塵濃度的方式來直接控制除塵風量，而是採集煙道溫度作為系統調節的基本參量，通過非線性函式關係推匯出不同執行工況下的除塵風量參與系統控制。從工程角度講，溫度變送器可以在惡劣的工業場合應用，抗干擾能力強、工作穩定性好、控制精度高、安全可靠、免維護且價格便宜。而粉塵濃度檢測裝置具有價格昂貴、穩定性差、故障率高、維護量大、現場檢測點資料採集很難具有廣泛代表性等缺點。基於上述原因，選用除塵煙道的煙氣溫度作為現場過程量。同時，以吹氧量和冷風門開度作為除塵風量的修整參量，從而提高系統響應速度，改善控制品質，達到良好的除塵效果，實現除塵風量自動控制、降低執行人員勞動強度、提高系統效率，達到最佳的節電效果。

　　為了保證系統的可靠性，另外增加了除塵風量手動控制迴路，對除塵風量的控制採用分段調速的方式，由爐前操作檯控制變頻執行的頻率點，從而實現不同執行工況下的風量調節。

　　實踐證明：系統在設計了兩套控制方案後大大提高了系統的實用性和可操作性，很好地滿足了現場生產要求。同時，在改善現場工作環境、提高產品質量、降低噸鋼能耗方面起到了積極作用。

　　3.系統特點。變頻調速技術在電爐除塵系統中應用後，主要體現了以下幾個特點：

　　①除塵裝置功耗隨電爐鍊鋼生產工藝變負荷執行，提高了系統效率，實現了除塵系統的最佳工況執行，取得顯著的節能效果。

　　②大大有效降低了除塵系統負荷率，延長了除塵器、除塵風機、除塵電機、煙道等裝置的使用壽命。

　　③對降低爐內熱量損失、合理控制過程溫度、確保終點溫度起到一定的作用。

　　④對除塵系統進行變頻改造，有助於改善爐內吹煉工況，縮短鍊鋼時間，提高鋼產量，改善出鋼品質。

　　⑤降低補爐期間的能耗和爐襯散熱損失。

　　4.節能分析。為了對除塵系統變頻改造後的效果進行評價，在系統投入正常執行一個月後對裝置實際使用和節電情況進行了測定和資料分析。

　　隨機抽取一個正常生產日，將系統切換至變頻執行系統採用擋板控制調節風量。採用網側有功電度表進行耗電量計量，見表1。然後，連續採集變頻執行的7個正常生產日用電量進行變頻執行工況下的單耗計算，以期變頻執行的資料更接近真實執行工況，具體資料取樣值見表1。

　　通過對上表原始資料的處理，可以得出：除塵系統在變頻改造後較改造前，噸鋼除塵電耗降低了17.390kW•h。裝置節電率高達58.63%，節能效果顯著。

　　5.結論。通過對某鍊鋼廠#8電爐除塵系統變頻改造前後的技術分析，可以看出：在電爐除塵系統中應用高壓變頻調速技術不僅對有效改善現場生產狀況、提高鋼產量、降低噸耗有著重要的意義，而且每年可節約230萬元左右的電費開支。在電爐除塵系統中應用高壓變頻調速技術是完全正確的。