变频节能技术原理6范文

英那河水源泵站位于庄河市的英那河水库下游400m处，在大连市的东北部，距市中心180km。英那河泵站是大连市引英入连供水应急工程的头部工程，通过水泵加压经109.18km的DN1800钢管输水至洼子店受水池，以解决大连市城市居民生活及工业用水紧张的局面。泵站扬程H=109.45m，水库最低水位为60m，水库多年平均水位为73.80m，正常高水位为79.10m。水库水位高差为13.80m，为了充分利用水库位能，以降低运转费用，达到节约能源的目的，确定英那河水源泵站水泵采用变频调速设备。

泵站分两期建设，一期供水规模33万吨/日，水泵3台，2用1备，2台工作泵配套电机功率为2750kW，采用变频调速装置;备用泵配套电机功率为2800kW，不调速;系统额定电压为10kV。

二期供水规模25万吨/日，再上2台泵，配套电机功率为2750kW，2台都采用变频调速装置。

2几个知名公司变频器的性能比较

变频调速装置根据输出电压的调节方法分为2种:

(1)改变脉冲宽度比例的调节方法，称为PWM脉宽调制方法

(2)改变输出电压幅值的调节方法，称为PAM脉冲幅值调制方法

最近10几年来，随着高电压、大容量全控型器件的发展，在水泵类的调速应用上脉宽调制方法的变频调速装置已基本上占据了主导地位。所以，只对采用PWM脉宽调制方法的变频调速装置进行了调研，也向一些专家进行了咨询。调研的对象主要是针对几个在中国市场上销售的知名公司和有特色的公司。笔者根据调查、研究和应用实践，对其产品的性能及应用作出了比较。

2.1Siemens公司的高压IGBT三电平大容量变频器(SIMOVERTMV)

SimovertMV电压源型系列变频器采用了基于电压空间矢量调制原理的三电平技术，高性能矢量控制(VC)技术以及全数字无速度传感器控制技术。变频器的整流部分是由2个功率相同的三相整流桥系统组成，形成12脉冲，从而保证网侧电源反馈谐波较小，并使电机受到较小的冲击。变频器的逆变部分是由IGBT和钳位二极管形成的三电平的电压源逆变器。原理接线见图1。

主要技术特点为:输入侧设置变频传动变压器，三卷变压器二次侧分别采用Δ/Δ/Y接线，等效12脉冲整流使得电源输入侧谐波大为降低，在逆变器侧采用了大功率半导体全控器件－高压IGBT，逆变器采用三电平PWM控制。变频传动变压器与变频器柜是分体的，功率元件是HV-IGBT，输出频率范围是0~150Hz。冷却方式:风冷水冷可任选。

不足之处:输出电压特性具有低谐波分量，当与Siemens生产的电机配套使用时，可直接应用，在选用其他厂商生产的电机时，需要一个输出滤波电抗器。IGBT具有快速的开关性能，但在高压变频中其导通损耗大，变频装置的发热是个不能轻视的问题，大容量的变频装置应采取强排风措施。

2.2ROBICON公司采用低压IGBT的多重式、多级串联高压变频器

主要原理是利用输入隔离变压器得到多组低压工频电压，采用多级低压小功率IGBT的PWM变频单元，分别进行整流、滤波和逆变，串联叠加得到高压三相变频输出。罗宾康采用功率单元串接的新型结构方式，将几个低压的PWM功率单元串接组成中、高压变频器，较好的解决了一般6脉冲或12脉冲变频器不可避免的谐波干扰问题，这样无需额外加装消谐滤波装置，同时也可选用国产普通电机，这样将提高性能价格比。原理接线见图2。

主要技术特点为:电源侧谐波非常小，对电网污染很小，由于采用了多重化的脉宽调制技术，输出谐波更小，几乎可认为是正弦波，称作完美无谐波，不用考虑因谐波引起的转矩脉动及电机发热、噪音问题。采用多重化的技术，使用功率元件的数量大为增加。功率单元可选择旁路，可让用户在一个功率单元故障的情况下继续运行变频，无需马上停机。输入隔离变压器(干式变压器)与变频器的功率单元柜可并柜，功率元件是LV-IGBT，功率元件的电压等级是690V。输出频率范围是0~150Hz。

不足之处:使用的功率单元及功率器件数量相比比较多，可能故障的环节就相对的多一些，可靠性比使用功率元件的数量少的差，如果处理不及时，易造成功率元件“雪崩”似的故障。采用风冷时，噪声比较大。

对电机绝缘没有特殊要求，可适用于任何电机，而不用配置输出滤波电抗器。

2.3北京利德华福公司采用低压IGBT的单元串联多电平高压变频调速器(HARSVERT)

原理与ROBICON基本相同。该公司是依托清华大学国家重点实验室的一流技术基础进行开发、研究、生产变频器的。

主要技术特点:与ROBICON基本相同，二者电路结构大同小异。只是他们采用的IGBT功率元件的耐压不同，所用的逆变器数量也不同。适配电机额定电压可达10kV。目前，生产输出电压为10kV的变频装置的公司比较少，因国外3kV电压等级用的较多，他们可能不太注重开发10kV的变频装置。

不足之处:使用功率元件的数量相比稍多，可能故障的环节就相对的多一些。采用风冷时，噪声比较大。IGBT具有快速的开关性能，但在高压变频中其导电损耗高，变频装置的发热是个不能轻视的问题。因其为国内公司研究开发的，应用时间不长，运行经验较少。尤其是适配电机功率达到2750kW的大容量高压变频器。

与国外同容量的变频装置相比价格占有优势。对电机没有特殊要求，可适用于任何电机，而不用配置输出滤波电抗器。

可直接适用于旧设备的改造，无须输出滤波器就可使输出电缆长度很长。对于原有10kV电机的，如果还利用原电机，则用HARSVERT的变频器比较合适。如果用其他的变频器，要配升压变压器将6kV升到10kV。

2.4ABB公司采用IGCT的三电平大容量变频器(ACS1000)

IGCT(IntegratedGateCommutatedThyristor)是90年代在晶体管技术的基础上结合了GTO和IGBT技术开发的大功率新型器件，与IGBT相比，它开关快速，开通能力强、存储时间短、开关导电损耗较低。为减小引线电感，其管芯必须与门驱动电路集成安装、整体更换。IGCT由于其导通压降低，损耗低，比IGBT更适合于高电压、大容量使用。目前使用的IGCT元件电压等级最大做到4.5kV，接线原理与SIEMENS的高压IGBT三电平大容量变频器(SIMOVERTMV)基本相同，只是采用的元件不同，不需要元件串、并联。IGCT器件耐压等级提高以后，它将是构成大功率和超大功率高压变频器的优选功率器件。

主要技术特点为:输入侧设置变频传动变压器，三卷变压器二次侧分别采用Y、Δ接法，等效12脉冲整流使得电源输入侧谐波大为降低。变频传动变压器与变频器柜是分体的，功率元件是HV-IGCT，输出频率范围是0~150Hz，逆变器采用三电平PWM控制。采用了DTC-直接转矩控制专利技术，直接转矩控制(DTC)是交流传动中最佳的电动机控制方法，可以对电动机所有的关键变量进行直接控制。表1

SIEMENSABBROBICON利德华福技术原理三电平PWM三电平PWM多重化-PWM多重化-PWM逆变功率元件HV-IGBTIGCTLV-IGBTIGCT对4.16kV的变频器，

逆变器中需用功率

元件个数12个高压IGBT6个钳位二极管12个IGCT60个低压IGBT输入变压器三绕组变频整流变压器三绕组输入隔离变压器一体化干式多绕组变压器一体化干式多绕组变压器功率因数≥96%

≥95%(调速范围内)≥95%95%(＞20%负载)变频器本身效率≥98.5%(额定工作点)≥98%≥98.5%(调速范围内)≥95%(额定负载下)谐波输出有低谐波分量有输出正弦滤波器，谐波含量极小谐波非常小谐波非常小最高输出频率150Hz66Hz(可选122Hz)120Hz120Hz逆变器电平数3311多电平适配电机西门子电机最佳其他厂商的电机要另加输出滤波器可与标准的鼠笼型电机配用可与任意厂商生产的交流鼠笼型电机配用可与任意厂商生产的交流鼠笼型电机配用电机电压(kV)2.33.34.1662.33.34.162.33.34.1663610电机功率范围800~4000kW315~5000kW400~7500kW300~4000kW初投资价格(同容量)高高高低不足之处:IGCT元件需要的触发电路要比IGBT元件所需要的触发电路复杂、触发功率大。当适配电机功率超过1800kW时，变频装置需要采用水冷，整套设备占地面积比较大。因对冷却循环水的水质有要求，要加一套净化水设备。实际上，运行人员更习惯于用风冷，也更喜欢用风冷。由于IGCT器件耐压的限制，某些型号的三电平变频器至今尚无输出电压6000伏规格的产品。

表1为4家中压大容量变频装置特性比较。

3结论

综合各方面因素，经过招标，最后采用的是SIEMENS变频装置(6SE8033-1CA01)和配套电机(1RQ4562-6JV40)。

此规格变频器在欧洲已有应用，在国内水行业中还是头次应用，取得了一些经验。

(1)该工程于2000年10月开始设计，2001年7月一次通水成功，现已运行将近2年时间。通过这段时间的运行看，该泵站运行安全稳定，节能效果显著。根据最典型的应用工况，一期各方案经济比较见表2。

从表2分析结果知，b方案为最优方案，即2台调速泵方案最优。其次方案为a方案，即一台调速与一台恒速泵并联方案。虽然a方案的设备投资比b方案少425万元，但a方案比b方案一年的运行费用多108.84万元，这样b方案3.9年所省的运行费，即可抵消掉其设备所增加的投资，即静态回收期为3.9年。

从表2还可看出全调方案与阀调节方案的比较其节能效果:水位控制变频调速技术为泵站一年省电费378.25万元(一期工程)，静态回收期为2.25年。(注:上述的计算只是针对水库多年平均水位，电费按0.50元/度计算)

通过几年来的运行表明，在大型地表水厂的送水泵房中采用大功率变频器(水行业中最大单机容量2800kW)，虽然一次性投资较大，但是长期运行节能效果非常明显，特别是在较大产水量的情况下，节能效果更加明显，值得推广。

(2)通过这段时间的运行看，其不足之处有以下几点:

a)变频装置的进线断路器要具有失压脱扣功能。

当控制电源没有时，不论高压工作电源是否故障，都要跳开进线断路器，使变频装置断开工作电源。此时，当变频装置恰巧发生故障时的跳闸，对变频装置起到了保护的作用。而当变频装置无故障时的跳闸，易额外产生水锤效应，水锤效应具有极大的破坏性:压强过高处，将引起管子的破裂;反之，压强过低处又会导致管子的瘪塌，对供水管线产生危害。此外，水锤效应也可能损坏阀门和固定件，对泵站厂房产生危害，易淹泵房。如何解决这个问题并获得认可，值得研究。

b)大容量的变频装置的发热是个不能轻视的问题。

从目前使用来看，发热比较厉害，尤其夏季环境温度比较高的时候。对变频装置采取了强排风措施，但排风扇产生的噪声比较大，相应的要采取隔音措施。如何解决大功率高压变频器发热和噪声，将是变频器生产厂家迫切解决的问题。

参考文献

变频节能技术原理6范文篇2

本次改造主要是根据企业电机系统设施的现状和存在的问题，针对电厂系统特点，对#3、#4、#5、#6锅炉引风机、一次风机、二次风机共计12台（电机总装机容量3900KW）6KV电机进行变频节电技术改造，采用高压变频调速技术，根据工况需要，控制电机的转速，来调节风量的变化，以替代落后的挡板调节方式，以减少电能损耗。同时，风量的变化由非线性改善为线性，使得炉膛的燃烧效能控制变得更及时、精确。从而达到节能降耗和提高自动化程度的双重目的。本次节电技术改造新建一座高压变频室、增加变频调速装置12台、DCS控制系统、、通风系统及配电设施。

1.1变频器选型

近年来已有很多大中型电厂采用变频技术进行节电技术改造的实例，实践证明不但节电效果明显，而且提高系统的安全性，不存在运行风险。此次节电技术改造设备选用原则，变频技术先进，成熟可靠。选择雷奇节能科技股份有限公司生产的LOVOL系列高压智能节电装置（变频器），该产品由移相变压器，功率单元和控制器组成。高压变频器采用模块化设计，互换性好、维修简单，噪音低，谐波含量小，不会引起电机的转矩脉动，对电机没有特殊要求。高压变频调速系统的结构图如下：

1.2电气改造方案

采用一拖一自动旁路控制，实现变频/工频自动切换。旁路柜在节电器进、出线端增加了两个隔离刀闸，以便在节电器退出而电机运行于旁路时，能安全地进行节电器的故障处理或维护工作。旁路柜主回路主要配置：三个真空接触器（KM1、KM2、KM3）和两个高压隔离开关K1、K2。KM2与KM3实现电气互锁，当KM1、KM2闭合，KM3断开时，电机变频运行；当KM1、KM2断开，KM3闭合时，电机工频运行。另外，KM1闭合时，K1操作手柄被锁死，不能操作；KM3闭合时，K2操作手柄被锁死，不能操作。自动旁路控制结构图如下：

1.3系统控制方案

（1）本地控制：利用系统控制器上的键盘、控制柜上的按钮、电位器旋钮等就地控制。（2）远程控制：变频器与DCS系统连接，进行数据通讯，使运行人员通过DCS系统画面对变频器的工作电流，运行状态及故障信息进行监控，由DCS实现控制。

1.4系统散热方案

设备自身发热量较大，运行环境的温度和湿度会影响设备的稳定性及功率元件的使用寿命，为了使变频器能长期稳定和可靠地运行，采用室内空调冷却方式，满足设备对温度和湿度的要求。

2变频改造效果分析

2.1节电效果

节电改造前，锅炉正常工况下引风机档板的平均开度在70-80%左右，二次风机在35-45%左右。采用落后的档板调节控制方式，用电量高居高不下，影响机组的经济运行质量。本次节电改造于2012年10月安装调试完毕，经过一段时间的运行测试，以3#锅炉引风机为例，原工频电流由平均49.5A下降到变频后的36-39A，功率因数由0.8左右提高到0.95左右。从12台改造后的风机运行情况看，完全能够满足锅炉运行工艺的要求（主要是风压、风量、加减风的速率等）。运行后一年的电表数据表明，经过变频改造后12台风机总计节电量为280万KWh，比挡板调节控制方式节能率达到23%，节能效果十分显著。并且电机在启动、运行调节、控制操作等方面都得到极大的改善。

2.2其它效果

（1）采用变频调速控制后，杜绝“大马拉小车”现象，既提高了电机效率，又满足了生产工艺要求；（2）采用变频调速控制后，由于变频技术装置内的直流电抗器能很好的改善功率因数，功率因数由0.8左右提高到0.95以上，提高了有功功率，减少了设备和线路无功损耗；（3）实现了电机的软启动，避免了对电网的冲击，提高了系统的可靠性，延长了设备的使用寿命；（4）减少风机叶片和轴承的磨损，延长大修周期、节省维修费用。风机、管网振动大幅减小，降低了噪声对环境的影响；（5）变频器的过载、过压、过流、欠压、电源缺相等自动保护功能，使系统的安全可靠性大大提高；（6）由于变频器具有工频/变频自动切换功能，变频器发生重故障时可在2-3秒内切换到工频运行，且在变频调速控制系统检修维护或故障时，工频控制系统照样可以正常运行，满足风机系统对电机高可靠性运行的要求；（7）实现了高压变频装置与主控室DCS系统连接,DCS系统能够满足实时性的要求，经过电厂运行的逻辑实现对变频器的控制，对各种数据的分析和判断，这也是电厂提高效率的关键环节之一。

3结语

变频节能技术原理6范文

关键词：项目式教学；课程项目设计；变频器；教学案例

作者简介：陈青华（1981-），女，河南郑州人，郑州轻工业学院电气信息工程学院，讲师。（河南郑州450002）周炯亮（1977-），男，河南开封人，河南职业技术学院机电工程系，副教授。（河南郑州450046）

中图分类号：G642.0文献标识码：A文章编号：1007-0079（2013）13-0082-02

一、“变频器技术”教学过程中引入项目教学法的必要性

变频器作为交流电动机的驱动装置，具有提高劳动生产率、改善产品质量、提高设备自动化程度、节约能源、降低生产成本等优点。随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，交流传动与控制技术成为目前发展最为迅速的技术之一，变频调速以其优异的调速和起制动性能，高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其他许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。在数控伺服、纺织机械、电力行业、冷轧机同步传动、高楼供水、起重机械等多种场合都得到广泛的应用，变频器调速技术已成为电气传动自动化的一项核心技术。了解变频器、操作变频器、应用变频器已是现代自动化类大学毕业生必备技能。

“变频器技术”课程主要在“电气自动化专业”、“生产过程自动化”、“机电一体化技术”以及“电机与电器”专业中讲授，其他电类专业亦可选学。变频器技术是一项具有很强实用性的技术使用方法，过去在教学过程中，基本以变频器的原理、内部电路的分析为主，忽略了变频器的使用方法，导致学生学完之后对变频器还是很朦胧，和实际应用对不上号，更别提使用方法了。教学过程完全和实际应用脱节。近年来，项目教学法在高校各专业教学过程中逐步渗透，取得了良好的教学效果。本文就是基于项目教学方法，和“变频器技术”课程教学相结合进行了课程整体设计。

“变频器技术”课程项目教学法要求在教师的指导下，将一个相对独立的变频器应用项目交由学生自己处理，信息的收集、方案的设计、项目实施及最终评价，都由学生自己负责。学生通过该项目的进行，了解并把握整个过程及每一个环节中的基本要求，根据任务需求进行主动性思考，通过克服学习中遇到的困难加深对变频器应用的理解并记忆深刻。同时，选取的项目理论联系实际应用并侧重实际应用，激发了学生的学习兴趣，实现了变频器学习和工作的对接。

二、“变频器技术”课程项目式教学改革与课程内容设计

课程教学以变频器的操作与应用为主线，在掌握电机拖动的相关知识和负载的机械特性的前提下，理解变频器的组成原理，分析变频调速的特点，重点掌握变频器的功能与应用分析、变频器的外部接线，在生产实践中的应用方法。改变过去变频器教学过度偏重理论的弊端，理论教学以够用为度，突出实践应用，重点掌握使用的方法，提高学生工程应用能力。

1.“变频器技术”课程教学目的（引出教学设计思路）

学习变频器的目的最重要就是用，教学目标、教学内容、教学设计等都要围绕实践展开，而不仅仅是单一的理论知识的讲授。会以点带面，能够让学生举一反三。在初学阶段，变频器的应用无非是懂得选型、参数设置以及电气接线。根据教学目的，以工作任务为课程门类划分的主要依据，以便让学生在学习课程的过程中同时学习工作结构。以实践过程和实践知识的掌握为课程结构展开的起点，让学生在一定程度的实践的基础上建构所需的理论知识。在课程内容上，项目式教学强调学生多数学习时间应放在实践知识的学习上，而不是理论知识的掌握上。

2.“变频器技术”课程教学内容设计

通过对相关有可能要用到变频器的企业进行调研，确定了学生将来要面向的工作岗位。主要有内含变频器的设备维护、工艺过程更新改造、变频器项目设计开发等岗位。针对学生将要面临的工作岗位明确了“变频器技术”课程教学培养目标，并重在应用。课程培养目标主要是掌握通用变频器的基本工作原理、熟悉变频器的主要应用场合、熟悉各类变频器的性能价格特点，能根据工程要求选用变频器，并用于实际工程设计；能根据控制要求熟练设置变频器的参数并正常运行变频器；会按规范要求安装、调试、维护变频器；能按功能模块分析变频器工作过程，对典型故障能进行分析处理；会使用变频器的常用维修仪器仪表及工具，掌握变频器维修、维护的常见方法，具备一般故障的检测、分析、维修能力；变频器系统集成应用设计能力。根据课程培养能力的要求，教学内容设计采取项目形式，并设计了相应的学习情境，具体如表1所示。

在教学中，结合教学内容和教学对象的实际情况，充分考虑学生需要掌握哪些知识点和操作技能设置教学项目及学习情境，具有一定的针对性和实用性。引导学生独立思考主动性学习，激发了学生学习的兴趣，要求学生不仅是掌握知识，更重要的是能够运用新的知识解决一些实际问题，将变频器的各知识点通过一个具体的项目串联起来，使学生综合运用变频器的能力得到提高。

三、MM420变频器的多段速控制案例项目式教学设计

由于现场工艺上的要求，很多生产机械在不同转速下运行。大多数变频器决提供了多挡频率控制功能，用户可通过几个开关的通、断组合来选择不同的运行频率，实现不同转速下运行的目的。变频器用于多段速控制的应用是一个非常典型的案例，把它作为教学中的一个项目，具有很强的针对性和实用性。

第一，向学生明确项目任务要求。

（1）第1频段控制。PLC控制使MM420变频器数字输入端口“5”为“ON”，端口“6”为“OFF”，变频器工作在由P1001参数所设定的频率为20Hz的第1频段上。

（2）第2频段控制。PLC控制使MM420变频器数字输入端口“5”为“OFF”，“6”为“ON”，变频器工作在由P1002参数所设定的频率为30Hz的第2频段上。

（3）第3频段控制。PLC控制使变频器数字输入端口“5”、“6”均为“ON”，变频器工作在由P1003参数所设定的频率为50Hz的第3频段上。

（4）电动机停车。PLC控制使变频器数字输入端口“5”、“6”均为“OFF”，电动机停止运行。或在电动机正常运行的任何频段，将SB3断开，使数字输入端口“7”为“OFF”，电动机也能停止运行。

应注意的问题：3个频段的频率值可根据用户要求P1001、P1002和P1003参数来修改。当电动机需要反向运行时，只要将向对应频段的频率值设定为负就可以实现。

第二，学生接受任务后，以小组为单位，讨论学习变频器数字输入端口的控制方法，尤其是5、6、7号端子使用方法；变频器和控制PLC接线原理及方法；多段速控制相关哪些参数，如何设置；PLC程序思路。

第三，学生将讨论学习的结果向老师和其他同学汇报，经讨论修改后拿出项目实施方案并按照方案完成变频器的外部接线、参数设置和PLC程序等。

第四，系统综合调试，观察系统运行，学生自我评价，相互评价，老师评价，填写考核表，整理学习过程中的资料，形成含金量更高的学习笔记。

以上典型的项目式教学的实施，做到了从教到学有机融合，体现出了以学生为主体，激发了学生的学习兴趣，抛开了照本宣科式的枯燥教学。通过学习项目的精心选择合理设置，学生在学中做，在做中学。教师完成项目化的教学设计，在项目实施中教师为主导，通过由简单到复杂的项目任务，引导学生完成项目实施，培养学生的编程创新能力和综合素质，通过近几年的教学实施效果及学生的反馈调查，项目化的“变频器技术”课程教学取得了良好的教学效果。

参考文献：

[1]王廷才.变频器原理及应用[M].北京：机械工业出版社，2009.

[2]王立忠，等.变频器恒压供水教学演示系统设计[J].通化师范学院学报，2010，（2）.