變頻技術(shù)論文
變頻技術(shù)論文
變頻技術(shù)在節(jié)能降耗、提高自動(dòng)化控制水平方面具有很好的應(yīng)用前景。 學(xué)習(xí)啦小編整理了變頻技術(shù)論文，有興趣的親可以來(lái)閱讀一下!
變頻技術(shù)論文篇一
電子變頻技術(shù)的研究
[摘要]電力電子器件和變頻技術(shù)的發(fā)展過(guò)程,以及變頻技術(shù)在家用電器的應(yīng)用給變頻技術(shù)的應(yīng)用也帶來(lái)諧波、電磁干擾和電源系統(tǒng)功率因數(shù)下降等問(wèn)題,提出相關(guān)的諧波抑制方法及提高電源系統(tǒng)功率因數(shù)的措施。
[關(guān)鍵詞]變頻技術(shù)諧波功率因數(shù)
中圖分類號(hào):TM4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1671-7597(2009)1210025-01
隨著電力電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展,交流調(diào)速取代直流調(diào)速已成為發(fā)展趨勢(shì)。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速和啟、制動(dòng)性能被國(guó)內(nèi)外公認(rèn)為是最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。變頻技術(shù)是交流調(diào)速的核心技術(shù),電力電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)又是變頻技術(shù)的核心,而電力電子器件是電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)。電力電子技術(shù)是近幾年迅速發(fā)展的一種高新技術(shù),廣泛應(yīng)用于機(jī)電一體化、電機(jī)傳動(dòng)、航空航天等領(lǐng)域,現(xiàn)已成為各國(guó)競(jìng)相發(fā)展的一種高新技術(shù)。
一、變頻技術(shù)的發(fā)展過(guò)程
變頻技術(shù)是應(yīng)交流電機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)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(shù)的不斷發(fā)展。起初,變頻技術(shù)只局限于變頻不能變壓。20世紀(jì)70年代開始,脈寬調(diào)制變壓變頻(PWM-VVVF)調(diào)速研究引起了人們的高度重視。20世紀(jì)80年代,作為變頻技術(shù)核心的PWM模式優(yōu)化問(wèn)題吸引著人們的濃厚興趣,并得出諸多優(yōu)化模式,如:調(diào)制波縱向分割法、同相位載波PWM技術(shù)、移相載波PWM技術(shù)、載波調(diào)制波同時(shí)移相PWM技術(shù)等。
VVVF變頻器的控制相對(duì)簡(jiǎn)單,機(jī)械特性硬度也較好,能夠滿足一般傳動(dòng)的平滑調(diào)速要求,已在產(chǎn)業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是,這種控制方式在低頻時(shí),由于輸出電壓較小,受定子電阻壓降的影響比較顯著,故造成輸出最大轉(zhuǎn)矩減小。矢量控制變頻調(diào)速的做法是:將異步電動(dòng)機(jī)在三相坐標(biāo)系下的定子交流電流Ia、Ib、Ic通過(guò)三相――二相變換,等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流Iml、Itl,然后模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制方法,求得直流電動(dòng)機(jī)的控制量,經(jīng)過(guò)相應(yīng)的坐標(biāo)反變換,實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的控制。
直接轉(zhuǎn)矩控制直接在定子坐標(biāo)系下分析交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型,控制電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。它不需要將交流電動(dòng)機(jī)化成等效直流電動(dòng)機(jī),因而省去了矢量旋轉(zhuǎn)變換中的許多復(fù)雜計(jì)算;它不需要模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制,也不需要為解耦而簡(jiǎn)化交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型。VVVF變頻、矢量控制變頻、直接轉(zhuǎn)矩控制變頻都是交-直-交變頻中的一種。其共同缺點(diǎn)是輸入功率因數(shù)低,諧波電流大,直流回路需要大的儲(chǔ)能電容,再生能量又不能反饋回電網(wǎng),即不能進(jìn)行四象限運(yùn)行。為此,矩陣式交交變頻應(yīng)運(yùn)而生。
二、變頻技術(shù)與家用電器
現(xiàn)代社會(huì),家用電器開始逐步變頻化,出現(xiàn)了電磁烹任器、變頻照明器具、變頻空調(diào)、變頻微波爐、變頻電冰箱、IH(感應(yīng)加熱)飯堡、變頻洗衣機(jī)等。家用電器則依托變頻技術(shù),主要瞄準(zhǔn)高功能和省電。
首先是電冰箱,由于它處于全天工作,采用變頻制冷后,壓縮機(jī)始終處在低速運(yùn)行狀態(tài),可以徹底消除因壓縮機(jī)起動(dòng)引的噪聲,節(jié)能效果更加明顯。其次,空調(diào)器使用變頻后,擴(kuò)大了壓縮機(jī)的工作范圍,不需要壓縮機(jī)在斷續(xù)狀態(tài)下運(yùn)行就可實(shí)現(xiàn)冷、暖控制,達(dá)到降低電力消耗,消除由于溫度變動(dòng)而引起的不適感。近年來(lái),新式的變頻冷藏庫(kù)不但耗電量減少、實(shí)現(xiàn)靜音化,而且利用高速運(yùn)行能實(shí)現(xiàn)快速冷凍。在洗衣機(jī)方面,過(guò)去使用變頻實(shí)現(xiàn)可變速控制,提高洗凈性能,新流行的洗衣機(jī)除了節(jié)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(nèi)容;電磁烹任器利用高頻感應(yīng)加熱使鍋?zhàn)又苯影l(fā)熱,沒(méi)有燃?xì)夂碗娂訜岬臒霟岵糠?因此不但安全,還大幅度提高加熱效率,其工作頻率高于聽覺(jué)之上,從而消除了飯鍋振動(dòng)引起的噪聲。
三、電力電子裝置帶來(lái)的危害及對(duì)策
(一)諧波與電磁干擾的對(duì)策
1.諧波抑制。為了抑制電力電子裝置產(chǎn)生的諧波,一種方法是進(jìn)行諧波補(bǔ)償,即設(shè)置諧波補(bǔ)償裝置,使輸入電流成為正弦波。傳統(tǒng)的諧波補(bǔ)償裝置是采用IC調(diào)諧濾波器,它既可補(bǔ)償諧波,又可補(bǔ)償無(wú)功功率。其缺點(diǎn)是,補(bǔ)償特性受電網(wǎng)阻抗和運(yùn)行狀態(tài)影響,易和系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振,導(dǎo)致諧波放大,使LC濾波器過(guò)載甚至燒毀。此外,它只能補(bǔ)償固定頻率的諧波,效果也不夠理想。電力電子器件普及應(yīng)用之后,運(yùn)用有源電力濾波器進(jìn)行諧波補(bǔ)償成為重要方向。其原理是,從補(bǔ)償對(duì)象中檢測(cè)出諧波電流,然后產(chǎn)生一個(gè)與該諧波電流大小相等極性相反的補(bǔ)償電流,從而使電網(wǎng)電流只含有基波分量。這種濾波器能對(duì)頻率和幅值都變化的諧波進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償,且補(bǔ)償特性不受電網(wǎng)阻抗的影響。大容量變流器減少諧波的主要方法是采用多重化技術(shù):將多個(gè)方波疊加以消除次數(shù)較低的諧波,從而得到接近正弦的階梯波。重?cái)?shù)越多,波形越接近正弦,但電路結(jié)構(gòu)越復(fù)雜。小容量變流器為了實(shí)現(xiàn)低諧波和高功率因數(shù),一般采用二極管整流加PWM斬波,常稱之為功率因數(shù)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(guān)器件導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)出現(xiàn)過(guò)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(guān)(ZCS)和零電壓開關(guān)(ZVS)電路。方法是:(1)開關(guān)器件上串聯(lián)電感,這樣可抑制開關(guān)器件導(dǎo)通時(shí)的di/dt,使器件上不存在電壓、電流重疊區(qū),減少了正關(guān)損耗;(2)開關(guān)器件上并聯(lián)電容,當(dāng)器件關(guān)斷后抑制du/dt上升,器件上不存在電壓、電流重疊區(qū),減少了開關(guān)損耗;(3)器件上反并聯(lián)二極管,在二極管導(dǎo)通期間,開關(guān)器件呈零電壓、零電流狀態(tài),此時(shí)驅(qū)動(dòng)器件導(dǎo)通或關(guān)斷能實(shí)現(xiàn)ZVS、ZCS動(dòng)作。
目前較常用的軟件開關(guān)技術(shù)有部分諧振PWM和無(wú)損耗緩沖電路。
(二)功率因數(shù)補(bǔ)償
早期的方法是采用同步調(diào)相機(jī),它是專門用來(lái)產(chǎn)生無(wú)功功率的同步電機(jī),利用過(guò)勵(lì)磁和欠勵(lì)磁分別發(fā)出不同大小的容性或感性無(wú)功功率。然而,由于它是旋轉(zhuǎn)電機(jī),噪聲和損耗都較大,運(yùn)行維護(hù)也復(fù)雜,響應(yīng)速度慢。因此,在很多情況下已無(wú)法適應(yīng)快速無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)囊?。隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展,使用SCR、GTO和IGBT等的靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置得到了長(zhǎng)足發(fā)展,其中以靜止無(wú)功發(fā)生器最為優(yōu)越。它具有調(diào)節(jié)速度快、運(yùn)行范圍寬的優(yōu)點(diǎn),而且在采取多重化、多電平或PWM技術(shù)等措施后,可大大減少補(bǔ)償電流中諧波含量。更重要的是,靜止無(wú)功發(fā)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(wú)功發(fā)生器代表著動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的發(fā)展方向。
電力電子技術(shù)將成為21世紀(jì)重要的支柱技術(shù)之一,變頻技術(shù)在電力電子技術(shù)領(lǐng)域中占有重要的地位,近年來(lái)在中壓變頻調(diào)速和電力牽引領(lǐng)域中的發(fā)展引人注目。隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化及我國(guó)加人世界貿(mào)易組織,我國(guó)電力電子技術(shù)及變頻技術(shù)產(chǎn)業(yè)將出現(xiàn)前所未有的發(fā)展機(jī)遇。
參考文獻(xiàn):
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作者簡(jiǎn)介:
黃世祥,男,貴州大學(xué)07級(jí)微電子學(xué)與固體電子學(xué)在讀研究生,研究方向:電子技術(shù)。
變頻技術(shù)論文篇二
高壓變頻技術(shù)的應(yīng)用
【摘要】本文在分析了電爐設(shè)備的運(yùn)行現(xiàn)狀和研究了電弧爐除塵系統(tǒng)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)Harsvert-A型高壓變頻器在某煉鋼廠除塵系統(tǒng)改造中的應(yīng)用實(shí)例，介紹了高壓變頻技術(shù)在煉鋼廠電爐除塵系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)。實(shí)例證明，該變頻技術(shù)在節(jié)能降耗、提高自動(dòng)化控制水平方面具有很好的應(yīng)用前景。
【關(guān)鍵詞】高壓變頻技術(shù) 除塵風(fēng)機(jī) 節(jié)能
1.概述。鋼鐵廠以其資源密集、能耗密集、生產(chǎn)規(guī)模大、物流吞吐量大等特點(diǎn)，長(zhǎng)期以來(lái)一直被認(rèn)為是煙塵排放量大、廢棄物多、污染大的企業(yè)。而電爐煉鋼是鋼鐵廠造成煙塵污染的主要來(lái)源之一。
電爐主要是通過(guò)用廢鋼、鐵合金和部分渣料進(jìn)行配料冶煉，然后熔制出碳鋼或不銹鋼鋼水供連鑄用。電爐煉鋼時(shí)產(chǎn)生的有害物污染主要體現(xiàn)在電爐加料、冶煉、出鋼三個(gè)階段。吹氧過(guò)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(tǒng)按照吹氧時(shí)期的最大煙塵排量進(jìn)行設(shè)計(jì)。在系統(tǒng)最大風(fēng)量需求的基礎(chǔ)上增加1.1-1.3倍的安全閾度進(jìn)行除塵風(fēng)機(jī)選型設(shè)計(jì)。整個(gè)煉鋼過(guò)程中吹氧時(shí)期占30-35%，此時(shí)風(fēng)機(jī)處于較高負(fù)荷運(yùn)行，而其余時(shí)間則處于較低運(yùn)行工況。很顯然，除塵系統(tǒng)的利用率很低且系統(tǒng)效率差。
長(zhǎng)期以來(lái)，不論電爐處于哪一個(gè)運(yùn)行階段，產(chǎn)生的粉塵大小均使除塵風(fēng)機(jī)全速運(yùn)行，采用入口擋板開度調(diào)節(jié)，效率低、功率大，造成大量的電能浪費(fèi)。隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的不斷深化，節(jié)能降耗提高生產(chǎn)效率成為企業(yè)發(fā)展提高競(jìng)爭(zhēng)力的有效手段之一。
而在九十年代開始廣泛應(yīng)用的高壓大功率變頻調(diào)速技術(shù)則正是適應(yīng)了市場(chǎng)的需求，在技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域上得到不斷的進(jìn)步和拓展?，F(xiàn)在，已廣泛應(yīng)用于電力、石油化工、礦山、冶金、給排水、機(jī)車牽引等領(lǐng)域。
某煉鋼廠正是在這種狀況下，對(duì)電爐除塵系統(tǒng)進(jìn)行高壓變頻技術(shù)改造研究的。電爐在冶煉過(guò)程中的粉塵主要通過(guò)爐頂煙道經(jīng)沉降室沉積，水冷壁冷卻后經(jīng)除塵系統(tǒng)過(guò)濾排放;同時(shí)利用集塵罩將現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)車間的粉塵和廢氣及時(shí)排走，以免危及電爐周邊工作人員的安全，污染環(huán)境。除塵風(fēng)機(jī)是將煙氣吸收排放的主要設(shè)備。
2.系統(tǒng)技術(shù)方案研究。某煉鋼廠#8電爐為擴(kuò)容的70t ABB交流電爐。除塵器系統(tǒng)采用TFMC布袋式除塵器，設(shè)計(jì)過(guò)濾面積11985m2，最大除塵風(fēng)量450000m3/h。
#8電爐的煉鋼周期為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%，沖渣出鋼6-8%。在不同的生產(chǎn)工藝階段，電爐產(chǎn)生的煙氣量和煙氣溫度不同，且差異較大。加料過(guò)程中，主要是裝料時(shí)廢鋼及渣料產(chǎn)生的揚(yáng)塵，需要的除塵風(fēng)量不大，要求粉塵不擴(kuò)散，不污染電爐周邊工作環(huán)境為標(biāo)準(zhǔn)。送電過(guò)程中是原料送電拉弧加熱，引發(fā)可燃廢棄物燃燒產(chǎn)生廢氣。此時(shí)，電爐需要將爐料加熱至熔化狀態(tài)，要求煙塵能夠及時(shí)排出，又不能過(guò)多地帶走爐體熱量以保證煉鋼周期。而在吹氧期間，不僅要求除塵系統(tǒng)能夠及時(shí)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(diǎn)溫度。因此，對(duì)除塵系統(tǒng)要求較高。進(jìn)入還原期，吹氧告一段落，粉塵度再一次降低。在沖渣出鋼時(shí)，主要排放物是沖渣產(chǎn)生的水蒸汽和少量廢氣。
通過(guò)對(duì)冶煉工藝的分析，電爐在煉鋼過(guò)程的不同階段對(duì)除塵風(fēng)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。鑒于電爐除塵系統(tǒng)中除塵風(fēng)機(jī)的運(yùn)行方式和設(shè)備特點(diǎn)，對(duì)除塵風(fēng)機(jī)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運(yùn)行工況。系統(tǒng)并沒(méi)有采用檢測(cè)電爐工作中粉塵濃度的方式來(lái)直接控制除塵風(fēng)量，而是采集煙道溫度作為系統(tǒng)調(diào)節(jié)的基本參量，通過(guò)非線性函數(shù)關(guān)系推導(dǎo)出不同運(yùn)行工況下的除塵風(fēng)量參與系統(tǒng)控制。從工程角度講，溫度變送器可以在惡劣的工業(yè)場(chǎng)合應(yīng)用，抗干擾能力強(qiáng)、工作穩(wěn)定性好、控制精度高、安全可靠、免維護(hù)且價(jià)格便宜。而粉塵濃度檢測(cè)裝置具有價(jià)格昂貴、穩(wěn)定性差、故障率高、維護(hù)量大、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集很難具有廣泛代表性等缺點(diǎn)?；谏鲜鲈?，選用除塵煙道的煙氣溫度作為現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程量。同時(shí)，以吹氧量和冷風(fēng)門開度作為除塵風(fēng)量的修整參量，從而提高系統(tǒng)響應(yīng)速度，改善控制品質(zhì)，達(dá)到良好的除塵效果，實(shí)現(xiàn)除塵風(fēng)量自動(dòng)控制、降低運(yùn)行人員勞動(dòng)強(qiáng)度、提高系統(tǒng)效率，達(dá)到最佳的節(jié)電效果。
為了保證系統(tǒng)的可靠性，另外增加了除塵風(fēng)量手動(dòng)控制回路，對(duì)除塵風(fēng)量的控制采用分段調(diào)速的方式，由爐前操作臺(tái)控制變頻運(yùn)行的頻率點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)不同運(yùn)行工況下的風(fēng)量調(diào)節(jié)。
實(shí)踐證明：系統(tǒng)在設(shè)計(jì)了兩套控制方案后大大提高了系統(tǒng)的實(shí)用性和可操作性，很好地滿足了現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)要求。同時(shí)，在改善現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低噸鋼能耗方面起到了積極作用。
3.系統(tǒng)特點(diǎn)。變頻調(diào)速技術(shù)在電爐除塵系統(tǒng)中應(yīng)用后，主要體現(xiàn)了以下幾個(gè)特點(diǎn)：
?、俪龎m設(shè)備功耗隨電爐煉鋼生產(chǎn)工藝變負(fù)荷運(yùn)行，提高了系統(tǒng)效率，實(shí)現(xiàn)了除塵系統(tǒng)的最佳工況運(yùn)行，取得顯著的節(jié)能效果。
②大大有效降低了除塵系統(tǒng)負(fù)荷率，延長(zhǎng)了除塵器、除塵風(fēng)機(jī)、除塵電機(jī)、煙道等設(shè)備的使用壽命。
?、蹖?duì)降低爐內(nèi)熱量損失、合理控制過(guò)程溫度、確保終點(diǎn)溫度起到一定的作用。
?、軐?duì)除塵系統(tǒng)進(jìn)行變頻改造，有助于改善爐內(nèi)吹煉工況，縮短煉鋼時(shí)間，提高鋼產(chǎn)量，改善出鋼品質(zhì)。
⑤降低補(bǔ)爐期間的能耗和爐襯散熱損失。
4.節(jié)能分析。為了對(duì)除塵系統(tǒng)變頻改造后的效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，在系統(tǒng)投入正常運(yùn)行一個(gè)月后對(duì)設(shè)備實(shí)際使用和節(jié)電情況進(jìn)行了測(cè)定和數(shù)據(jù)分析。
隨機(jī)抽取一個(gè)正常生產(chǎn)日，將系統(tǒng)切換至變頻運(yùn)行系統(tǒng)采用擋板控制調(diào)節(jié)風(fēng)量。采用網(wǎng)側(cè)有功電度表進(jìn)行耗電量計(jì)量，見表1。然后，連續(xù)采集變頻運(yùn)行的7個(gè)正常生產(chǎn)日用電量進(jìn)行變頻運(yùn)行工況下的單耗計(jì)算，以期變頻運(yùn)行的數(shù)據(jù)更接近真實(shí)運(yùn)行工況，具體數(shù)據(jù)采樣值見表1。
通過(guò)對(duì)上表原始數(shù)據(jù)的處理，可以得出：除塵系統(tǒng)在變頻改造后較改造前，噸鋼除塵電耗降低了17.390kW•h。設(shè)備節(jié)電率高達(dá)58.63%，節(jié)能效果顯著。
5.結(jié)論。通過(guò)對(duì)某煉鋼廠#8電爐除塵系統(tǒng)變頻改造前后的技術(shù)分析，可以看出：在電爐除塵系統(tǒng)中應(yīng)用高壓變頻調(diào)速技術(shù)不僅對(duì)有效改善現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)狀況、提高鋼產(chǎn)量、降低噸耗有著重要的意義，而且每年可節(jié)約230萬(wàn)元左右的電費(fèi)開支。在電爐除塵系統(tǒng)中應(yīng)用高壓變頻調(diào)速技術(shù)是完全正確的。
參考文獻(xiàn)
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