變頻器在節(jié)能領(lǐng)域的應(yīng)用畢業(yè)設(shè)計

1、word第1章 緒論隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷開展，直流拖動的薄弱環(huán)節(jié)逐步顯露出來。由于換向器的存，直流電機的維護量加大，單機容量、最高轉(zhuǎn)速以及使用環(huán)境都受到限制。人們開始轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護方便、價格低廉的異步電動機。但異步電動機的調(diào)速性能難以滿足生產(chǎn)的需要。于是，從20世紀(jì)30年代開始，人們致力于交流調(diào)速技術(shù)的研究，然而進(jìn)展緩慢。在相當(dāng)長的時期內(nèi)，直流調(diào)速一直以其優(yōu)異的性能統(tǒng)治著電氣傳動領(lǐng)域。20世紀(jì)60年代以后，特別是70年代以來，電力電子技術(shù)、控制技術(shù)和微電子技術(shù)的飛速開展，使得交流調(diào)速性能可以與直流調(diào)速相媲美。目前，交流調(diào)速已進(jìn)入逐步代替直流調(diào)速的時代。 1.1變頻器的應(yīng)用變頻器主要

2、用于交流電動機異步電機或同步電機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，是公認(rèn)的交流電動機最理想、最有前途的調(diào)速方案，除了具有卓越的調(diào)速性能之外，變頻器還有顯著的節(jié)能作用，是企業(yè)技術(shù)改造和產(chǎn)品更新?lián)Q代的理想調(diào)速裝置。自上世紀(jì)80年代被引進(jìn)中國以來，變頻器作為節(jié)能應(yīng)用與速度工藝控制中越來越重要的自動化設(shè)備，得到了快速開展和廣泛的應(yīng)用。1.2變頻器與節(jié)能變頻器產(chǎn)生的最初用途是速度控制，但目前在國內(nèi)應(yīng)用較多的是節(jié)能。中國是能耗大國，能源利用率很低，而能源儲藏缺乏。在2003年的中國電力消耗中，6070為動力電，而在總?cè)萘繛?8億千瓦的電動機總?cè)萘恐?，只有不?000萬千瓦的電動機是帶變頻控制的。據(jù)分析，在中國，帶變動負(fù)載、具有

3、節(jié)能潛力的電機至少有18億千瓦。因此國家大力提倡節(jié)能措施，并著重推薦了變頻調(diào)速技術(shù)。應(yīng)用變頻調(diào)速，可以大大提高電機轉(zhuǎn)速的控制精度，使電機在最節(jié)能的轉(zhuǎn)速下運行。以風(fēng)機水泵為例，根據(jù)流體力學(xué)原理，軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。當(dāng)所需風(fēng)量減少，風(fēng)機轉(zhuǎn)速降低時，其功率按轉(zhuǎn)速的三次方下降。因此，精確調(diào)速的節(jié)電效果非常可觀。與此類似，許多變動負(fù)載電機一般按最大需求來生產(chǎn)電動機的容量，故設(shè)計裕量偏大。而在實際運行中，輕載運行的時間所占比例卻非常高。如采用變頻調(diào)速，可大大提高輕載運行時的工作效率。因此，變動負(fù)載的節(jié)能潛力巨大。 作為節(jié)能目的，變頻器廣泛應(yīng)用于各行業(yè)。以電力行業(yè)為例，由于中國大面積缺電，電力投資將

4、持續(xù)增長，同時，國家電改方案對電廠的本錢控制提出了要求，降低內(nèi)部電耗成為電廠關(guān)注焦點，因此變頻器在電力行業(yè)有著巨大的開展?jié)摿Γ绕涫歉邏鹤冾l器和大功率變頻器。1.3 變頻器與工藝控制速度控制 目前，中國的設(shè)備控制水平與興旺國家相比還比擬低，制造工藝和效率都不高，因此提高設(shè)備控制水平至關(guān)重要。由于變頻調(diào)速具有調(diào)速范圍廣、調(diào)速精度高、動態(tài)響應(yīng)好等優(yōu)點，在許多需要精確速度控制的應(yīng)用中，變頻器正在發(fā)揮著提升工藝質(zhì)量和生產(chǎn)效率的顯著作用。 1.4 國內(nèi)變頻技術(shù)的現(xiàn)狀和開展前景 國內(nèi)已經(jīng)有較多的變頻器生產(chǎn)廠，但大局部的產(chǎn)品都是V/F控制和電壓空間矢量控制變頻器，使用在調(diào)速精度和動態(tài)性能要求不高的負(fù)載上應(yīng)該

5、沒有問題。工業(yè)應(yīng)用中絕大局部都是這種負(fù)載，變頻器在這種場合應(yīng)用最重要的要求是可靠性，國產(chǎn)變頻器占國內(nèi)市場份額不高的主要原因是產(chǎn)品品質(zhì)不過硬。V/F控制和電壓空間矢量控制變頻器比矢量控制變頻器從技術(shù)上來看要簡單得多，由于國內(nèi)廠家大局部都是手工作坊式的生產(chǎn)，工藝欠佳，檢測手段有限，品質(zhì)的一致性和穩(wěn)定性難以保證。同樣是V/F控制的變頻器，國外的產(chǎn)品比國內(nèi)的產(chǎn)品品質(zhì)要好，這可能是生產(chǎn)工藝方面的差距。變頻器技術(shù)的另外一個層面是應(yīng)用技術(shù)。多年來，國家經(jīng)貿(mào)委一直會同國家有關(guān)部門致力于變頻器技術(shù)的開發(fā)及推廣應(yīng)用，在技術(shù)開發(fā)及技術(shù)改造方面給予了重點扶持，組織了變頻調(diào)速技術(shù)的評測推薦工作，并把推廣應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)

6、作為風(fēng)機、水泵節(jié)能技改專項的重點投資方向，19951997年，3年間我國風(fēng)機、水泵變頻調(diào)速技術(shù)改造投入資金35億元，改造總?cè)萘窟_(dá)100萬千瓦，可年節(jié)電7億度，平均投資回收期約2年。據(jù)有關(guān)資料說明，我國變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)取得了相當(dāng)大的成績，每年有數(shù)十億元的銷售額，說明我國的變頻器應(yīng)用已非常廣泛。從簡單的手動控制到基于RS一485網(wǎng)絡(luò)的多機控制，與計算機和PLC聯(lián)網(wǎng)組成復(fù)雜的控制系統(tǒng)。在大型綜合自動化系統(tǒng)，先進(jìn)控制與優(yōu)化技術(shù)，大型成套專用系統(tǒng)，如連鑄連軋生產(chǎn)線、高速造紙生產(chǎn)線、電纜光纖生產(chǎn)線、化纖生產(chǎn)線、建材生產(chǎn)線等，變頻器的作用是電氣傳動控制，其控制的復(fù)雜性、控制精度和動態(tài)響應(yīng)都有很高的要求，

7、已經(jīng)完全取代了直流調(diào)速技術(shù)。近年來，變頻器在功能上，利用先進(jìn)的控制理論，開發(fā)出了諸如卷取、提升、主從等控制功能，使應(yīng)用系統(tǒng)的構(gòu)成更加方便和容易，使變頻器的應(yīng)用技術(shù)提高到一個新的水平。 第2章 變頻器的現(xiàn)狀及其未來的技術(shù)開展現(xiàn)在，變頻技術(shù)在興旺國家己經(jīng)成熟，隨著新的電力電子器件的不斷出現(xiàn)，新的變頻技術(shù)層出不窮，使其得到了更廣泛的推廣應(yīng)用。變頻技術(shù)的迅速開展是建立在電力電子技術(shù)的創(chuàng)新、電力電子器件及材料的開發(fā)及器件制造工藝水平提高根底之上的，尤其是高壓大容量絕緣柵雙極晶體管IGBT、集成門極換流晶閘管工IGCT器件的成功開發(fā)，使大功率變頻技術(shù)得以迅速開展，性能日益完善。目前市場上新型變頻器品牌繁多

8、，各有千秋。通過分析發(fā)現(xiàn)，這類變頻器有許多共同點。下面對變頻器的開展史及現(xiàn)狀和其未來的技術(shù)開展方向進(jìn)行分析介紹。2.1變頻器的開展歷程變頻技術(shù)是應(yīng)交流電機無級調(diào)速的需要而誕生的。20世紀(jì)50年代末，美國通用電氣公司推出了電力半導(dǎo)體組件晶閘管可控硅SCR，給變頻技術(shù)提供了劃時代意義的根底硬件。進(jìn)入70年代，由于直流電機的調(diào)速局限性，交流電機越來越受到人們的青睞。隨著市場需求的增長，技術(shù)也日益開展和完善。1971年，美國、德國提出了矢量控制技術(shù)，使得變頻器的交流調(diào)速性能可以和直流調(diào)速相媲美。1973年，美國提出了電力電子技術(shù)這一新的技術(shù)學(xué)科，其最大應(yīng)用領(lǐng)域就是調(diào)速傳動。1979年，日本采用矢量控制

9、的變頻調(diào)速系統(tǒng)開始實用化，技術(shù)又上了一個新臺階。到了20世紀(jì)80年代，由于電力半導(dǎo)體開關(guān)器件和微電子技術(shù)的進(jìn)步，變頻器性能及可靠性提高，生產(chǎn)本錢下降，其應(yīng)用開始普及。幾十年間，電力電子器件也從最初的SCR晶閘管、GTO門極可關(guān)斷晶閘管，經(jīng)過BJT雙極型功率晶體管、MOSFET金屬氧化物場效應(yīng)管、SIT靜電感應(yīng)晶體管、SITH靜電感應(yīng)晶閘管、MGTMOS控制晶體管、MCTMOS控制晶閘管，開展到今天的IGBT絕緣柵雙極型晶體管、HVIGBT耐高壓絕緣柵雙極型晶閘管，器件的更新促使變頻器的應(yīng)用領(lǐng)域更為廣泛，市場規(guī)模隨之迅速擴大。步入20世紀(jì)80年代，全球變頻器技術(shù)變革速度加快，走向成熟的變頻產(chǎn)品被

10、廣泛應(yīng)用在國民經(jīng)濟的各個行業(yè)領(lǐng)域。隨著中國變成世界工廠，制造業(yè)的快速開展為變頻器產(chǎn)品提供了越來越大的市場空間，然而時至今日，國內(nèi)變頻器市場還可以說是外國人的天下，日系和歐美瓜分了80%的市場份額，但近年來臺灣變頻品牌也有一些強勢表現(xiàn)，國產(chǎn)品牌總體仍處于弱勢。國產(chǎn)變頻曾經(jīng)落后國外“1015年，近幾年的奮起直追下，不僅在技術(shù)上有了很大突破，多家國產(chǎn)變頻的開展也同國際接軌，具備了相當(dāng)?shù)钠髽I(yè)競爭力。英威騰,易能,安邦信,智光電氣等國產(chǎn)變頻廠家，憑借價格優(yōu)勢，開始占據(jù)越來越多的市場份額，但不可否認(rèn)真正決定國產(chǎn)變頻是否具有競爭力的核心因素還是技術(shù)水平。1品種和規(guī)格品種和規(guī)格往往反響了一個企業(yè)所具有的技術(shù)實

11、力的上下。縱觀目前市場中的主流變頻，歐美品牌通過模塊化設(shè)計，可以做到很寬的功率段。而我國變頻器配套產(chǎn)業(yè)的實力相對較弱，國產(chǎn)品牌無論在技術(shù)、加工制造、工業(yè)設(shè)計等方面還是在資金實力方面，都與國外品牌存在一定差距。目前，外資品牌在國內(nèi)變頻器市場的占有率約為80。外鄉(xiāng)變頻器企業(yè)主要生產(chǎn)V/F控制產(chǎn)品。對于性能優(yōu)越、技術(shù)含量高的矢量變頻器等產(chǎn)品，國內(nèi)絕大多數(shù)企業(yè)還沒有開發(fā)出成熟的產(chǎn)品。這個是最大的問題，沒有真正的高端產(chǎn)品，就只有在低端拼價格，最終的結(jié)果是內(nèi)資品牌互斗俱傷雖然個別表現(xiàn)突出的內(nèi)資品牌如深圳英威騰、成都希望森蘭等，已有同類檔次較高的變頻器產(chǎn)品問世，但與國際巨頭相比，其產(chǎn)品的種類、規(guī)格還有待進(jìn)一

12、步充實和豐富。2外資品牌和外鄉(xiāng)品牌中國市場的吸引力也導(dǎo)致臺資、外資的介入，例如西門子、三菱、ABB、臺灣臺達(dá)等。到目前為止，活潑在中國市場的外資品牌約為40余個。同時涌現(xiàn)出近百家的內(nèi)資品牌，這些變頻器的生產(chǎn)廠商主要集中在沿海開放省市如廣東、山東、江蘇等地。目前內(nèi)資品牌中市場份額最大的如深圳英威騰、成都希望森蘭、煙臺惠豐等企業(yè)06年的銷售額都突破1億元。深圳英威騰、成都希望森蘭都推出了矢量產(chǎn)品，其中深圳英威騰不但低壓矢量產(chǎn)品的功率規(guī)格已經(jīng)比擬豐富，還擁有成熟的中壓矢量產(chǎn)品，其綜合產(chǎn)品線齊全程度逐步接近國際頂級品牌,滿足今后各領(lǐng)域的開展需要。3高可靠性穩(wěn)定性變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工

13、頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。通常情況下采用變頻器運轉(zhuǎn)，隨著電機的加速相應(yīng)提高頻率和電壓，起動電流被限制在150%額定電流以下根據(jù)機種不同，為125%200%。用工頻電源直接起動時，起動電流為67倍，因此，將產(chǎn)生機械電氣上的沖擊。采用變頻器傳動可以平滑地起動起動時間變長。起動電流為額定電流的1.21.5倍，起動轉(zhuǎn)矩為70%120%額定轉(zhuǎn)矩；對于帶有轉(zhuǎn)矩自動增強功能的變頻器，起動轉(zhuǎn)矩為100%以上，可以帶全負(fù)載起動。4智能化與網(wǎng)絡(luò)化在網(wǎng)絡(luò)化日益普及的今天，與普通的點對點硬線連接方式而言，通過高速通訊網(wǎng)絡(luò)連接的變頻器系統(tǒng)可以最大程度上降低系統(tǒng)維護時間、提高生產(chǎn)效率、減少運行本錢。另外，通過現(xiàn)

14、場總線模塊，不同型號的變頻器以同一種編程語言和通訊協(xié)議來與不同功率段、不同型號的變頻器進(jìn)行組態(tài)，如功率、速度、轉(zhuǎn)矩、電流、設(shè)定值等。隨著國內(nèi)對大規(guī)模變頻裝置的需求上升，高檔變頻產(chǎn)品的開發(fā)成功，變頻器智能化的開發(fā)已經(jīng)成為當(dāng)務(wù)之急。我們的變頻根本性能還沒有到達(dá)相應(yīng)的水準(zhǔn)，市場還沒有發(fā)育到這個程度?？上驳氖牵覀円呀?jīng)看到國內(nèi)一些變頻企業(yè)進(jìn)行了有益的研發(fā)實踐，一方面消化國外的先進(jìn)技術(shù)，一方面嘗試推出自己的變頻標(biāo)準(zhǔn)。5性能指標(biāo)變頻器的性能指標(biāo)可以從輸出功率電壓等級等方面來衡量.變頻器可以分為低壓110V，220V，380V等、中壓660V/690V，1140V，2300V和高壓3KV，3.3KV，6KV

15、，6.6KV，10KV等變頻器，高壓變頻器通常采用IGBT多級串聯(lián)的技術(shù)，而中壓變頻器和低壓變頻器不需要，由于這一技術(shù)方面明顯的分界線，使得業(yè)內(nèi)人士通常把中低壓變頻器歸為一個大類，和高壓變頻器分開。國產(chǎn)變頻與國外變頻存在差距這是事實，但這差距并不像想象中那么大高端產(chǎn)品的差距比以前有所縮小，但還是非常巨大，這也是開展瓶頸所在。市場在擴大、技術(shù)在進(jìn)步、人才在增加，隨著國家扶持力度的加大及民營企業(yè)投入的增長，國產(chǎn)變頻必將迎來自己的“春天。曾經(jīng)有位業(yè)內(nèi)人士談到國產(chǎn)變頻的情景時表示，60%靠技術(shù)，40%靠市場。國內(nèi)變頻企業(yè)過多地關(guān)注在低價格的競爭中，迫使彼此之間疲與爭斗，而無暇顧及技術(shù)研發(fā)?？上驳氖牵瑖?/p>

16、內(nèi)變頻企業(yè)正不斷增加人力、物力、財力的投入，奮起直追，期待超越！2.2 變頻器的現(xiàn)狀2.2.1變頻器的市場情況我國50%一60%的發(fā)電量用于交流電動機，而容量在3kw以上，額定電壓一般為3一10kV的電動機占電動機總裝機容量的40%一50%。由于我國中壓變頻技術(shù)仍沒有形成產(chǎn)業(yè)化，落后于國外興旺國家，因此這局部電動機在負(fù)載工況變化時，缺少經(jīng)濟可靠的調(diào)速手段，每天都在浪費著大量的電能，因此國內(nèi)潛在著巨大的中壓大功率變頻器市場。世界上各大知名的電氣公司，如西門子、ABB、AB、AEG、東芝等，都在這一領(lǐng)域展開劇烈的競爭，投入大量的人力、物力和財力，開發(fā)研制高性能的產(chǎn)品，以搶占我國中壓大功率變頻器的市

17、場。國家計委預(yù)計在今后十五年內(nèi)，使我國變頻器總需求的投資額在500億元以上，而其中60%一70%是中壓大功率變頻器。我國的高壓變頻器市場具有其特殊性，包括：(1)行業(yè)性很強，主要集中在冶金、電力、供水、石油、化工、煤炭等行業(yè)。在工業(yè)用電中石油、煤炭等能源行業(yè)耗電占22.34%；化工占14.73%；冶金占14.18%；機械建材占10.96%；供水占10.53%(2)目前全國各行業(yè)中，只有少數(shù)企業(yè)的高壓電機使用了調(diào)速方式，市場空白點多。(3)高壓變頻器屬投資類設(shè)備，主要用于節(jié)能和改善生產(chǎn)工藝。用戶是否購置此類設(shè)備與政府的政策導(dǎo)向關(guān)系很大。如政府推廣力度較大，市場啟動會快一些，反之那么慢。另一方面市

18、場還受國際、國內(nèi)經(jīng)濟大環(huán)境的影響以及國內(nèi)某些行業(yè)的整體經(jīng)濟效益好壞的影響。因此在未來市場開展過程中仍存在著一些不確定的因素(4)海外公司的知名品牌產(chǎn)品大舉進(jìn)入我國市場的可能性較大，各方應(yīng)有所準(zhǔn)備。2.2.2變頻器的市場分析（1） 前景廣闊的中國變頻器市場 中國擁有龐大的產(chǎn)業(yè)群，并保持著持續(xù)穩(wěn)定的開展；與國際接軌，眾多的企業(yè)需要提升國際競爭力；人們生活質(zhì)量不斷提高等。這些都是變頻器市場的增長驅(qū)動力和更廣泛應(yīng)用的根底。 中國的變頻器市場在過去幾年內(nèi)保持著1220的高速增長，在2003年，由于工業(yè)行業(yè)及建筑業(yè)的迅猛開展以及各行業(yè)的大量投資，當(dāng)年同比增長到達(dá)了近40，市場規(guī)模超過了55億元人民幣。進(jìn)入

19、2004年，因2003年的市場基數(shù)突然增大，加上國家加強了對冶金、建材等行業(yè)的宏觀控制，變頻器市場增長率將大幅回落，但還是到達(dá)了11左右，2004年變頻器的營業(yè)額到達(dá)了61億元左右的規(guī)模。到了2005年，隨著經(jīng)濟的持續(xù)快速開展，變頻器的應(yīng)用領(lǐng)域逐步開始朝向環(huán)保工業(yè)、水工業(yè)、HVAC領(lǐng)域開展?jié)B透，據(jù)統(tǒng)計到年底變頻器市場規(guī)模已經(jīng)到達(dá)70億元。從總體上看，由于中國經(jīng)濟的整體快速開展和中國參加WTO，市場對產(chǎn)品的要求將逐步提高，提升生產(chǎn)設(shè)備的水平勢在必行，用于生產(chǎn)工藝控制的變頻器將越來越多地被采用，另一方面，我國電力供需嚴(yán)重失衡，頂峰季節(jié)的限閘拉電現(xiàn)象普遍，節(jié)能呼聲空前。因此，在未來3年內(nèi)，中國變頻器

20、市場仍將保持著快速增長。現(xiàn)在至少在10年以后，中國的變頻器市場才能飽和并趨于成熟，因此，中國的變頻器市場具有廣闊的開展空間。圖2.1所示是變頻器市場容量的趨勢圖。 圖2.1 變頻器的市場容量趨勢圖 根據(jù)國內(nèi)中、低壓變頻器市場過去幾年市場規(guī)模的統(tǒng)計數(shù)字，慧聰行業(yè)研究院對未來4年我國中、低壓變頻器市場容量進(jìn)行了估算。到2022年，我國中低壓變頻器市場容量可達(dá)172億元左右。其中，低壓變頻器市場容量約142億元，中壓變頻器市場容量超過30億元，具體分布情況請見下表。表2.1：未來5年低壓變頻器市場規(guī)模的預(yù)估億元表2.2：未來5年中壓變頻器市場規(guī)模的預(yù)估億元中國是能耗大國，在5.8億千瓦的電動機總?cè)萘?/p>

21、中，只有不到 2000萬千瓦的電動機是帶變頻控制的，變頻控制電機市場占有率缺乏4%。綜合多家市場機構(gòu)的調(diào)查報告的數(shù)字分析，我國變頻器的市場潛力為1400億元2000億元。 22006變頻器外鄉(xiāng)品牌市場占有率第一集團深圳英威騰煙臺惠豐 成都希望森蘭第二集團深圳匯川 深圳安邦信 浙江富凌 深圳正弦其它 深圳四方 山東新風(fēng)光電子 深圳阿爾法 深圳微能 深圳日業(yè) 成都佳靈 如下列圖所示，2006年中國中低壓變頻器市場80%左右的市場份額被外資品牌占據(jù)，內(nèi)資品牌的第一集團占4.3%，第二集團占3.7%左右,由于內(nèi)資品牌眾多，除第一、第二集團外的其它企業(yè)占到12的份額。雖然從截止到2006年末的統(tǒng)計數(shù)據(jù)看

22、，中國中低壓變頻器市場的集中度并不高，但和過去幾年相比已顯示出提高的趨勢。隨著該行業(yè)的逐步成熟，品牌集中度會進(jìn)一步提高。圖示2.2為2006年中國中低壓變頻器市場概況 ：圖示2.2 2006年中國中低壓變頻器市場概況2007年變頻器在低壓領(lǐng)域的市場份額為60億元人民幣左右，不同品牌的市場營業(yè)額如下表2.3所示：3外資品牌市場占有率目前，外資品牌在中國中、低壓變頻器市場仍占主導(dǎo)地位。從過去的幾年看，歐美品牌的市場占有率逐年提高，ABB與西門子的表現(xiàn)尤為突出。日本品牌在歐美及內(nèi)資品牌的沖擊下，市場份額下降明顯。但因其進(jìn)入中國變頻器市場較早，有良好的市場根底，仍占有相當(dāng)?shù)姆蓊~，各代表品牌仍有較強的競

23、爭實力。根據(jù)本次市場調(diào)研的結(jié)果。2007銷售額前10名的外資品牌如下表2.4所示： 表2.4 2007銷售額前10名的外資品牌從過去的幾年看，歐美品牌的市場占有率逐年提高，ABB與西門子的表現(xiàn)尤為突出。日本品牌在歐美及內(nèi)資品牌的沖擊下，市場份額有所下降。但因其進(jìn)入中國變頻器市場較早，有良好的市場根底，仍占有相當(dāng)?shù)姆蓊~，各代表品牌仍有較強的競爭實力。根據(jù)本次市場調(diào)研的結(jié)果，2005和2006年銷售額前12名的外資品牌如下表所示:名次供給商名稱2005年銷售額2006年銷售額1ABB11.514.52西門子11.213.03富士電機6.76.54三菱電機5.25.25安川電機4.45.16臺達(dá)3.

24、55.07施耐德3.64.58艾默生3.03.59丹佛斯1.92.510三肯2.32.411AB1.7212瓦薩1.41.8表2.5：最大的11家外資品牌2005、2006年中、低壓變頻器銷額億元人民幣2.2.3 變頻器功率段的市場期望差異 國外資深調(diào)查機構(gòu)drivemag第一次對變頻器功率段的市場期望值在2004年度進(jìn)行問卷調(diào)查后，在2005年度再次進(jìn)行調(diào)查，調(diào)查分析說明：變頻器在低功率段的競爭愈來愈劇烈，且要求越來越高，而大功率段的變頻器依然還是個賣方市場。此次問卷的讀者覆蓋面更廣，涉及全球各大洲的60個國家，涉及近60個國際和區(qū)域品牌，制造商分布在北美、歐洲、日本和中國，行業(yè)普及重工、輕

25、工、市政公用等，問卷的主體依然是從事商務(wù)、操作和設(shè)計的人員。圖2.3所示為用戶和廠商對于變頻器不同功率段的市場期望值的差異比擬。與2004年度最大的區(qū)別在于對于高功率的預(yù)期，無論是用戶和廠商都有了15的上浮，假設(shè)未來高功率市場如預(yù)期的那么樂觀，將來會有越來越多的廠商介入其中，一些原先只做到如75kW級中功率變頻器的廠商就會把功率段放高到280kW甚至400kW以上。隨著大量廠商的參加，高功率變頻器的價格會隨之下滑，用戶對廠商的產(chǎn)品供給鏈、效勞環(huán)節(jié)就會更加嚴(yán)格。圖2.3 用戶和廠商對于變頻器不同功率段的市場期望值的差異比擬2.2.4 變頻器效勞市場將進(jìn)一步超值 變頻器的效勞市場近年來為很多用戶和

26、媒體所接受，因為變頻器不是一個單純的工業(yè)產(chǎn)品。在應(yīng)用工況復(fù)雜、傳動的計算機控制程度高、工廠信息化要求與執(zhí)行電機掛鉤的情況下，這時候用戶花費在變頻器系統(tǒng)設(shè)計、集成等上的效勞費用將大大超過產(chǎn)品本身的價值，更可以到達(dá)68倍左右，比方在造紙生產(chǎn)線和冶金等行業(yè)應(yīng)用。因此，變頻器的效勞市場將可以分為變頻器安裝、調(diào)試、維護、維修、系統(tǒng)集成、系統(tǒng)設(shè)計等多方面所引發(fā)的綜合效勞市場。據(jù)調(diào)查中，變頻器效勞市場的產(chǎn)值分布，2005年度比2004年度發(fā)生了一些明顯的變化，如變頻器制造商的占有率急驟下滑至18、系統(tǒng)集成商的占有率那么上升至48、工業(yè)承銷商上升至10。見表2.6。表2.6 變頻器效勞市場的產(chǎn)值劃分就變頻器效

27、勞市場的開展趨勢來看，大致有以下可能： 1相對于變頻器產(chǎn)品技術(shù)和價格壓力而言，變頻器效勞市場的技術(shù)要求會更高，價格壓力也將更重； 2變頻器制造商由于產(chǎn)品的通用型加強，在總線控制方面的公開程度越高，用戶的選擇余地會更大，就不一定要變頻器制造商來提供全方面的效勞； 3系統(tǒng)集成商已經(jīng)對變頻器的嵌入式應(yīng)用程度進(jìn)一步提升，在一個系統(tǒng)領(lǐng)域中，變頻器甚至只是一個小小的執(zhí)行器節(jié)點，而系統(tǒng)集成商的作用將會更大；4工業(yè)承銷商在不斷進(jìn)取的根底上，逐步具備了系統(tǒng)集成和變頻器效勞的能力，占有率自然上升。2.3變頻器的變頻技術(shù)的現(xiàn)狀交一交變頻是早期變頻的主要形式，適應(yīng)于低轉(zhuǎn)速大容量的電動機負(fù)載。其主電路開關(guān)器件處于自然關(guān)

28、斷狀態(tài)，不存在強迫換流問題，所以第一代電力電子器件晶閘管就能完全滿足它的要求。由于其技術(shù)成熟，在國內(nèi)開發(fā)研制也最多，目前在國內(nèi)仍有一定的市場。交一交變頻在其主接線中需要大量的晶閘管，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護工作量較大，并因采用移相控制方式，功率因數(shù)較低，一般僅有0.60.7，而且諧波成分大，需要無功補償和濾波裝置，使得總的造價提高。交一直一交變頻采用了多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如中一低一中方式，其實質(zhì)上還是低壓變頻，只不過從電網(wǎng)和電動機兩端來看是高壓。由于其存在著中間低壓環(huán)節(jié)，所以具有電流大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、效率低、可靠性差等缺點。由于其開展較早，技術(shù)也比擬成熟，所以目前仍廣泛應(yīng)用。隨著中壓變頻技術(shù)的開展，特別是新型大功

29、率可關(guān)斷器件的研制成功，中一低一中方式具有被逐步淘汰的趨勢。而直接中壓變頻方式，因沒有中間的低壓環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)上有著廣闊的開展前景。變頻器的逆變器普遍采用大功率場效應(yīng)管MOSET、大功率晶體管GTR、可關(guān)斷晶閘管GTO等的自關(guān)斷元件，其中GTR應(yīng)用最為普遍。但是在調(diào)制策略開展和要求逆變器輸出諧波分量更小的情況下，必須提高開關(guān)頻率，為此，GTR滿足不了這個要求，于是開發(fā)出了一種新元件IGBT。IGBT的全稱是絕緣柵雙極晶體管，是一種把MOSET與GTR巧妙結(jié)合在一起的電壓型雙極/M05復(fù)合器件，IGBT具有輸入阻抗高、開關(guān)速度快、元件損耗小、驅(qū)動電路簡單、驅(qū)動功率小、極限溫度高、熱阻小、飽和壓降和電

30、阻低、電流容量大、抗浪涌能力強、平安區(qū)寬、并聯(lián)容易、穩(wěn)定可靠及模塊化等一系列優(yōu)點，是一種極理想的開關(guān)元件。目前，電流2400A、電壓3300V、開關(guān)頻率40kHz的IGBT已在小、中、大功率范圍內(nèi)使用。IGBT不僅用于500V以下低壓變頻器，還可以用于I000V以上高壓變頻器以驅(qū)動高壓電動機。此類中壓、高壓變頻器采用多電平逆變器輸出高壓，也可用變壓器降壓低壓變頻器-變壓器升壓的方式。由于IGBT具有性能特好的優(yōu)勢，預(yù)計近十年內(nèi)不會被新開發(fā)的元件所取代。2.4 變頻器的技術(shù)開展動向2.4.1單元串聯(lián)多電平技術(shù)單元串聯(lián)多電平形式在諧波、效率和功率因數(shù)等方面存在著優(yōu)勢，在不要求四象限運行時有著較廣泛

31、的應(yīng)用前景。其中三電平控制具有許多優(yōu)點，包括：(1)采用三電平拓?fù)淠苡行У亟鉀Q電力電子器件耐壓不高的問題，適用于高電壓大功率。(2)三電平拓?fù)鋯蝹€橋能輸出三種電平(+ud/2、-Ud/2、0)，線(相)電壓有更多的階梯來模擬正弦波，使輸出波形失真度減少，諧波大大減少。(3)多級電壓階梯波減少了du/dt，使得對電機繞組絕緣沖擊減小。(4)三電平PWM方法把第一組諧波分布帶移至2倍開關(guān)頻率的頻帶區(qū)，利用電機繞組電感能較好地抑制高次諧波對電機的影響。采用三電平PWM方法，每個功率單元的IGBT開關(guān)頻率為600Hz，假設(shè)每相5個功率單元串聯(lián)時，等效的輸出相電壓開關(guān)頻率為6kHz，可以降低開關(guān)損耗，提

32、高變頻器效率，這種變頻器可適用于任何普通的高壓電動機，且不必降額使用。雖然采用這種主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)會使器件的數(shù)量增加，但由于驅(qū)動功率下降，開關(guān)頻率較低且不必采用均壓電路，使系統(tǒng)在效率方面仍有較大的優(yōu)勢，一般可達(dá)97%。并且，由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，所有功率單元可以互換，維修也比擬方便。(5)三電平拓?fù)淠墚a(chǎn)生3X3X3=27種空間電壓矢量，可以帶來諧波消除算法的自由度，可以得到很好的輸出波形。2.4.2功率母線技術(shù)在電力電子技術(shù)及應(yīng)用裝置向高頻化開展的今天，系統(tǒng)中特別是連接線的寄生參數(shù)產(chǎn)生巨大的電應(yīng)力，己成為威脅電力電子裝置可靠性的重要因素。從直流儲能電容至逆變器的器件之間的直流母線上的寄生電感在通常

33、的硬開關(guān)逆變器中，由于瞬時切換時的過電壓，會使器件過熱，甚至有時使逆變器失控并超過器件的額定平安工作區(qū)而損壞，限制了開關(guān)工作頻率的提高。功率母線按其結(jié)構(gòu)包括：(1)電纜絞線是最常用的傳統(tǒng)功率母線，價廉簡易，但在IGBT逆變器中，由于電纜線的自感大，與圓截面導(dǎo)線相比，扁平母線的自感只有圓導(dǎo)線的1/3-1/2，而所占的體積只有它的1/10-1/2。(2)印刷電路板母線主要用于小電流逆變器，但當(dāng)母線直流電流到達(dá)150A時，要求電路板的復(fù)銅層很厚，造價太高，另外用來連接多層導(dǎo)線板的穿孔不但占據(jù)較大的空間，而且會影響整機的可靠性。(3)裸銅板母線(平面并行母線)是一種工業(yè)上廣泛應(yīng)用的IGBT模塊饋電系統(tǒng)

34、的傳統(tǒng)母線形式，其缺點是并行母線的互感較大。(4)支架式母線如果將正直流母線銅板放置在負(fù)直流母線板上方，中間用一層薄絕緣材料隔開的方法來制作母線，由于磁場的相互抵消，可以最大限度地降低互感，但其工藝復(fù)雜，不宜規(guī)?；a(chǎn)?；谏鲜鰩追N功率母線都存在著不同的缺點，為此開發(fā)出了迭層功率母線。迭層功率母線是基于電磁場理論，把連線做成扁平截面，在同樣的截面下，做得越薄越寬，它的寄生電感越小，相鄰導(dǎo)線內(nèi)流過相反的電流，其磁場抵消，也可使寄生電感減小。迭層功率母線是以又薄又寬的銅排形式迭放在一起，各層之間用很薄的高絕緣強度的材料熱壓成一體，整個母線極之間的距離均勻一致，以減少互感，各層銅排都在所需要的端子位

35、置處同其他層可靠絕緣地引出，使所具有不同電位的端子表露在同一平面上，以便于把主電路中的所有器件與之相連。這種整體的迭層功率母線結(jié)構(gòu)，可承受數(shù)百千克的切應(yīng)力，其導(dǎo)電極之間可承受數(shù)千伏的電壓。使用迭層功率母線將IGBT和整流管等模塊、散熱器、電容器及柵極驅(qū)動電路組合在一起，迭層功率母線與器件之間的連接是用不同的端子和插接件等來完成的，使相連接的接觸外表與母線之間的接觸電阻非常小，也使得寄生電感成數(shù)量級地減小，從而使Ldi/dt的過電壓應(yīng)力降至最低，保證電力電子裝置工作在最正確狀態(tài)。2.4.3微機控制和人工智能技術(shù)采用微機控制技術(shù)可以對變頻器進(jìn)行控制和保護。在控制方面：(1)計算確定開關(guān)元件的開通和

36、關(guān)斷時刻，使逆變器按調(diào)制策略輸出要求的電壓。(2)通過不同的編碼實現(xiàn)多種傳動調(diào)速功能。如各種頻率的設(shè)定和執(zhí)行、啟動、運行方式選擇、轉(zhuǎn)矩控制設(shè)定與運行、加減速設(shè)計與運行、制動方式設(shè)定和執(zhí)行等。(3)通過接口電路、外部傳感器、微機構(gòu)成調(diào)速傳動系統(tǒng)。在保護方面，在外部傳感器及工/0電路配合下，構(gòu)成完善的檢測保護系統(tǒng)，可完成多種自診斷保護方案。保護功能包括：(1)主電路、控制電路的欠壓、過電壓保護；(2)輸出電流的欠電流、過電流保護；(3)電動機或逆變器的過載保護；(4)制動電阻的過熱保護；(5)失速保護。采用人工智能技術(shù)對變頻器進(jìn)行故障診斷，構(gòu)成故障診斷系統(tǒng)，該系統(tǒng)由監(jiān)控、檢測、知識庫(故障模式知識

37、庫或故障診斷專家系統(tǒng)知識庫)、推理機構(gòu)、人機對話接口和數(shù)據(jù)庫組成，不僅在故障發(fā)生后能準(zhǔn)確指出故障性質(zhì)、部位，且在故障發(fā)生前也能預(yù)測發(fā)生故障的可能性。在變頻器啟動前對診斷系統(tǒng)本身及變頻器主電路(包括電源)、控制系統(tǒng)等進(jìn)行一次診斷清查隱患。假設(shè)發(fā)現(xiàn)故障現(xiàn)象那么調(diào)用知識庫推理、判斷故障原因并顯示不能開機，如無故障那么顯示可以開機。開機后，實時檢測診斷。工作時對各檢測點進(jìn)行循環(huán)查詢，存儲數(shù)據(jù)并不斷刷新。假設(shè)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)越限，那么認(rèn)為可能發(fā)生故障，立即定向追蹤。假設(shè)幾次檢查結(jié)果相同，說明確實出了故障，于是調(diào)用知識庫進(jìn)行分析推理，確定是何種故障及其部位，顯示出來，嚴(yán)重時那么發(fā)出停機指令。2.4.4其它各種技術(shù)

38、近年來，國內(nèi)外一些公司都在研制新型“無電網(wǎng)污染的高壓變頻器。據(jù)報道，這類變頻裝置具有高功率因數(shù)、高效率、無諧波污染、無需專用電機等優(yōu)點，采用了多項先進(jìn)技術(shù)：(1)在變頻器的逆變器直流側(cè)通過曲折變壓器移相實現(xiàn)30“脈波整流，使裝置的諧波抑制能力大大加強，使電網(wǎng)側(cè)電壓與電流之間幾乎無相移，因此功率因數(shù)可以接近于1。(2)將全數(shù)字化光纖控制技術(shù)應(yīng)用于變頻器，使其控制柔性和可靠性大大提高。(3)功率單元標(biāo)準(zhǔn)模塊化、IGBT驅(qū)動電路智能化。2.5變頻器的節(jié)能市場分析2.5.1 節(jié)能是變頻器的重要領(lǐng)域和潛力市場之一 電機系統(tǒng)節(jié)能是國家發(fā)改委啟動的十大重點節(jié)能工程之一，國家開展規(guī)劃要求，當(dāng)前應(yīng)推廣變頻調(diào)速節(jié)

39、能技術(shù)，即風(fēng)機、水泵、壓縮機等通用機械系統(tǒng)采用變頻調(diào)速節(jié)能措施，工業(yè)機械采用交流電動機變頻工藝調(diào)速技術(shù)。在“十一五期間，我國將實現(xiàn)電機系統(tǒng)運行效率提高2個百分點，形成年節(jié)電能力達(dá)200億千瓦時的目標(biāo)。 據(jù)估算，我國電動機總裝機容量約5.8億千瓦，占全國總耗電量的60%70%。其中，交流電動機占90%左右。目前各類電機的運行效率加權(quán)平均比國外低3%5%，風(fēng)機和泵的效率要比興旺國家低2%3%，整體在用的電機驅(qū)動系統(tǒng)運行效率比國外低近20%。如果按電動機總?cè)萘康?0%進(jìn)行調(diào)速改造，按年平均運行4000時、節(jié)電率20%25%計算，年節(jié)電潛力為320億400億千瓦時。加上為改善工藝流程而進(jìn)行調(diào)速改造的電

40、動機可帶來的節(jié)電潛力，總節(jié)電潛力約為500億千瓦時，相當(dāng)于10000兆瓦裝機容量的火力發(fā)電廠的年發(fā)電量。由此可見，電機系統(tǒng)節(jié)能是目前中國節(jié)能市場上最具商業(yè)潛力的領(lǐng)域。眾所周知，風(fēng)機和水泵是變頻器節(jié)能的重要領(lǐng)域和潛力市場領(lǐng)域，其使用量占據(jù)變頻器市場份額的半壁江山。2.5.2節(jié)能及能量反響 采用變頻調(diào)速技術(shù)是節(jié)能降耗、改善控制性能、提高產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量的重要途徑，已在應(yīng)用中取得了良好的應(yīng)用效果和顯著的經(jīng)濟效益。我們知道，提高效率主要有兩個重要途徑： 第一個途徑是通過變頻調(diào)速技術(shù)及其優(yōu)化控制技術(shù)實現(xiàn)“按需供能，即在滿足生產(chǎn)機械速度、轉(zhuǎn)矩和動態(tài)響應(yīng)要求的前提下，盡量減少變頻裝置的輸入能量；第二個途徑那么

41、是將由生產(chǎn)機械中儲存的動能或勢能轉(zhuǎn)換而來的電能及時地、高效地“回收到電網(wǎng)，即通過有源逆變裝置將再生能量回饋到交流電網(wǎng)，在這個途徑中既可以節(jié)能降耗，又可以實現(xiàn)電動機的精確制動，提高電動機的動態(tài)性能。通用變頻器大都為電壓型交直交變頻器，三相交流電首先通過二極管可控硅整流橋得到脈動直流電，再經(jīng)電解電容濾波穩(wěn)壓，最后經(jīng)無源逆變輸出電壓、頻率可調(diào)的交流電給電動機供電。這類變頻器功率因數(shù)高、效率高、精度高、調(diào)速范圍寬，所以在工業(yè)中獲得廣泛應(yīng)用。但是通用變頻器不能直接用于需要快速起、制動和頻繁正、反轉(zhuǎn)的調(diào)速系統(tǒng)，如高速電梯、礦用提升機、軋鋼機、大型龍門刨床、卷繞機構(gòu)張力系統(tǒng)及機床主軸驅(qū)動系統(tǒng)等。因為這種系統(tǒng)

42、要求電機四象限運行，當(dāng)電機減速、制動或者帶位能性負(fù)載重物下放時，電機處于再生發(fā)電狀態(tài)。由于二極管可控硅整流器能量傳輸不可逆，產(chǎn)生的再生電能傳輸?shù)街绷鱾?cè)濾波電容上，產(chǎn)生泵升電壓。而以GTR、IGBT為代表的全控型器件耐壓較低，過高的泵升電壓有可能損壞開關(guān)器件、電解電容，甚至?xí)茐碾姍C的絕緣，從而威脅系統(tǒng)平安工作，這就限制了通用變頻器的應(yīng)用范圍。 1將反響到直流回路的能量以制動電阻的熱能消耗掉的缺點 在這種情況下，要實現(xiàn)四象限運行只能通過外接制動單元和制動電阻來實現(xiàn)，也就是說將反響到直流回路的能量以制動電阻的熱能消耗掉。所以說，這種制動方式又稱為能耗制動。該方法雖然簡單，但有如下嚴(yán)重缺點: 浪費能

43、量，降低了系統(tǒng)的效率； 電阻發(fā)熱嚴(yán)重，影響系統(tǒng)的其他局部正常工作； 簡單的能耗制動有時不能及時抑制快速制動產(chǎn)生的泵升電壓，限制了制動性能的提高制動力矩大，調(diào)速范圍寬，動態(tài)性能好)。正是由于能量反響在實現(xiàn)上的難度系數(shù)大，很多用戶甚至將此不作為節(jié)能看待，這是一個危險的信號。 2能量回饋系統(tǒng)的特點 能量反響系統(tǒng)在實際運行中主要有二種方式：單獨的能量反響裝置和能量回饋技術(shù)的新開展雙PWM控制技術(shù)。 所謂能量反響裝置，就是把有源逆變單元從變頻器中別離出來，直接作為變頻器的一個外圍裝置，可并聯(lián)到變頻器的直流側(cè)，將再生能量回饋到電網(wǎng)中。能量回饋單元的作用，就是取代原有的能耗電阻式制動單元，消除發(fā)熱源，改善現(xiàn)

44、場電氣環(huán)境，可減少高溫對控制系統(tǒng)等部件的不良影響，延長了生產(chǎn)設(shè)備的使用壽命。同時由于能量回饋單元，能有效的將變頻器電容中儲存的電能回饋2040左右。 能量反響單元具有如下特點：1、降低運行本錢，包括減少電能損耗、提高功率因數(shù)、改善電網(wǎng)運行質(zhì)量等；2、 提高制動能力，如果以傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)制動電阻器與變頻器的組合，制動力矩大約為120%額定力矩/10s，10%ED；而VS-656RC5與變頻器的組合，制動轉(zhuǎn)矩那么提高到150%額定轉(zhuǎn)矩/30s或者100%額定轉(zhuǎn)矩/1min25%ED或者80%額定轉(zhuǎn)矩/連續(xù)再生。送給交流電網(wǎng)，供周邊其他用電設(shè)備使用，那么可節(jié)約生產(chǎn)用電，一般節(jié)電率可達(dá)20%。3雙PWM控

45、制技術(shù) 雙PWM控制技術(shù)的工作原理:當(dāng)電機處于拖動狀態(tài)時，能量由交流電網(wǎng)經(jīng)整流器中間濾波電容充電，逆變器在PWM控制下降能量傳送到電機;當(dāng)電機處于減速運行狀態(tài)時，由于負(fù)載慣性作用進(jìn)入發(fā)電狀態(tài)，其再生能量經(jīng)逆變器中開關(guān)元件和續(xù)流二極管向中間濾波電容充電，使中間直流電壓升高，此時整流器中開關(guān)元件在PWM控制下降能量饋如到交流電網(wǎng)，完成能量的雙向流動。同時由于PWM整流器閉環(huán)控制作用，使電網(wǎng)電流與電壓同頻同相位，提高了系統(tǒng)的功率因數(shù)，消除了網(wǎng)側(cè)諧波污染。 雙PWM控制技術(shù)打破了過去變頻器的統(tǒng)一結(jié)構(gòu)，采用PWM整流器和PWM逆變器提高了系統(tǒng)功率因數(shù)，并且實現(xiàn)了電機的四象限運行，這給變頻器技術(shù)增添了新的

46、生機，形成了高質(zhì)量能量回饋技術(shù)的最新開展動態(tài)。 無論是能量反響單元和雙PWM控制方式都能將能量反響會電網(wǎng)，形成節(jié)能降耗、清潔生產(chǎn)的良好局面，其在變頻器節(jié)能領(lǐng)域的占有率將從目前不到3快速上升到15%。2.5.3變頻器的工藝調(diào)速市場分析 目前，中國的設(shè)備控制水平與興旺國家相比還比擬低，制造工藝和效率都不高。但隨著中國參加WTO，產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率都需要面臨國際競爭，因此提高設(shè)備控制水平至關(guān)重要。由于變頻調(diào)速具有調(diào)速范圍廣、調(diào)速精度高、動態(tài)響應(yīng)好等優(yōu)點，在許多需要精確速度控制的應(yīng)用中，變頻器正在發(fā)揮著提升工藝質(zhì)量和生產(chǎn)效率的顯著作用，其市場容量占到整個變頻器市場容量的1/3左右。 應(yīng)用變頻器可以提高

47、工藝要求、提升產(chǎn)品質(zhì)量，同時減輕了人工的勞動強度、提高了生產(chǎn)效率，可以說，變頻器在紡織、食品、飲料、包裝、造紙、機床、電梯等行業(yè)的應(yīng)用前景和開展?jié)摿Χ疾豢尚∮U。 比方應(yīng)用在傳送帶上的變頻工藝控制系統(tǒng)，它采用一臺變頻器驅(qū)動生產(chǎn)線上的多臺傳送帶電機，根據(jù)所生產(chǎn)的產(chǎn)品，通過調(diào)整傳送帶的速度來提高生產(chǎn)率。在傳送帶上應(yīng)用變頻工藝控制系統(tǒng)具有以下3個優(yōu)點：1提高生產(chǎn)率，通過設(shè)定變頻器的頻率，可控制傳送帶生產(chǎn)線的速度，從而到達(dá)了提高生產(chǎn)率達(dá)目的； 2可利用現(xiàn)有設(shè)備，可利用現(xiàn)有傳送帶上的齒輪馬達(dá)和現(xiàn)有的傳送帶進(jìn)行改動； 3可用一臺變頻器來控制多數(shù)電動機的驅(qū)動，這些電動機均并接到一臺變頻器上，通過變頻器的頻率設(shè)

48、定可以保證多臺電動機的同步運行。2.5.4 變頻工藝控制系統(tǒng)的優(yōu)點變頻工藝控制系統(tǒng)的優(yōu)點在于它能大大地提高工藝的高效性，因為其變速不依賴于機械局部，具體表現(xiàn)特征如下：（1） 控制電機的啟動電流 當(dāng)電機通過工頻直接啟動時，它將會產(chǎn)生78倍的電機額定電流。這個電流值將大大增加電機繞組的電應(yīng)力并產(chǎn)生熱量，從而降低電機的壽命。而變頻調(diào)速那么可以在零速零電壓啟動(當(dāng)然可以適當(dāng)加轉(zhuǎn)矩提升)。一旦頻率和電壓的關(guān)系建立，變頻器就可以按照V/F或矢量控制方式帶動負(fù)載進(jìn)行工作。使用變頻調(diào)速能充分降低啟動電流，提高繞組承受力，用戶最直接的好處就是電機的維護本錢將進(jìn)一步降低、電機的壽命那么相應(yīng)增加。這個對于輸送帶的起

49、?？刂?、多段速控制尤其有效，由于電機經(jīng)常處于開關(guān)或繞組切換狀態(tài)，使用了變頻器后，就可以保證電動機的運行壽命。2可控的加速功能變頻調(diào)速能在零速啟動并按照用戶的需要進(jìn)行光滑地加速，而且其加速曲線也可以選擇(直線加速、S形加速或者自動加速)。而通過工頻啟動時對電機或相連的機械局部軸或齒輪都會產(chǎn)生劇烈的振動。這種振動將進(jìn)一步加劇機械磨損和損耗，降低機械部件和電機的壽命。另外，變頻啟動還能應(yīng)用在類似灌裝線上，以防止瓶子倒翻或損壞。3可調(diào)的運行速度運用變頻調(diào)速能優(yōu)化工藝過程，并能根據(jù)工藝過程迅速改變，還能通過遠(yuǎn)控PLC或其他控制器來實現(xiàn)速度變化。4可調(diào)的轉(zhuǎn)矩極限通過變頻調(diào)速后，能夠設(shè)置相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩極限來保護

50、機械不致?lián)p壞，從而保證工藝過程的連續(xù)性和產(chǎn)品的可靠性。目前的變頻技術(shù)使得不僅轉(zhuǎn)矩極限可調(diào)，甚至轉(zhuǎn)矩的控制精度都能到達(dá)35左右。在工頻狀態(tài)下，電機只能通過檢測電流值或熱保護來進(jìn)行控制，而無法像在變頻控制一樣設(shè)置精確的轉(zhuǎn)矩值來動作。5受控的停止方式如同可控的加速一樣，在變頻調(diào)速中，停止方式可以受控，并且有不同的停止方式可以選擇(減速停車、自由停車、減速停車直流制動)，同樣它能減少對機械部件和電機的沖擊，從而使整個系統(tǒng)更加可靠，壽命也會相應(yīng)增加。6可逆運行控制在變頻器控制中，要實現(xiàn)可逆運行控制無須額外的可逆控制裝置，只需要改變輸出電壓的相序即可，這樣就能降低維護本錢和節(jié)省安裝空間。7減少機械傳動部件

51、 由于目前矢量控制變頻器加上同步電機就能實現(xiàn)高效的轉(zhuǎn)矩輸出, 從而節(jié)省齒輪箱等機械傳動部件, 最終構(gòu)成直接變頻傳動系統(tǒng)。從而就能降低本錢和空間, 提高穩(wěn)定性。當(dāng)然，使用變頻器進(jìn)行工藝控制，其優(yōu)點還有很多，根據(jù)不同的工藝控制選擇不同的變頻器運行方式，所產(chǎn)生的效果也不一樣。2.6 結(jié)束語眾所周知，采用變頻調(diào)速技術(shù)是工業(yè)企業(yè)中節(jié)能降耗、保證工藝的重要途徑，在實際應(yīng)用中取得的效果和效益有目共睹，以上試圖從市場的角度剖析變頻器的容量、占有率和主要的應(yīng)用領(lǐng)域,與廣闊讀者一同探討變頻器的開展。第3章 變頻器簡介3.1 變頻器根底1 VVVF 是 Variable Voltage and Variable F

52、requency 的縮寫，意為改變電壓和改變頻率，也就是人們所說的變壓變頻。2 CVCF 是 Constant Voltage and Constant Frequency 的縮寫，意為恒電壓、恒頻率，也就是人們所說的恒壓恒頻。我們使用的電源分為交流電源和直流電源，一般的直流電源大多是由交流電源通過變壓器變壓，整流濾波后得到的。交流電源在人們使用電源中占總使用電源的95左右。無論是用于家庭還是用于工廠，單相交流電源和三相交流電源，其電壓和頻率均按各國的規(guī)定有一定的標(biāo)準(zhǔn)，如我國大陸規(guī)定，直接用戶單相交流電為220V， 三相交流電線電壓為380V，頻率為50Hz，其它國家的電源電壓和頻率可能于我國

53、的電壓和頻率不同，如有單相100V/60Hz，三相 200V/60Hz等等，標(biāo)準(zhǔn)的電壓和頻率的交流供電電源叫工頻交流電。通常，把電壓和頻率固定不變的工頻交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的裝置稱作“變頻器。為了產(chǎn)生可變的電壓和頻率，該設(shè)備首先要把電源的交流電變換為直流電DC，這個過程叫整流。把直流電DC變換為交流電AC的裝置，其科學(xué)術(shù)語為“inverter(逆變器)。一般逆變器是把直流電源逆變?yōu)橐欢ǖ墓潭l率和一定電壓的逆變電源。對于逆變?yōu)轭l率可調(diào)、電壓可調(diào)的逆變器我們稱為變頻器。變頻器輸出的波形是模擬正弦波，主要是用在三相異步電動機調(diào)速用，又叫變頻調(diào)速器。對于主要用在儀器儀表的檢測設(shè)備中的波

54、形要求較高的可變頻率逆變器，要對波形進(jìn)行整理，可以輸出標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，叫變頻電源。一般變頻電源是變頻器價格的1520倍。由于變頻器設(shè)備中產(chǎn)生變化的電壓或頻率的主要裝置叫“inverter，故該產(chǎn)品本身就被命名為“inverter，即：變頻器。變頻器也可用于家電產(chǎn)品。使用變頻器的家電產(chǎn)品中，不僅有電機例如空調(diào)等，還有熒光燈等產(chǎn)品。用于電機控制的變頻器，既可以改變電壓，又可以改變頻率。但用于熒光燈的變頻器主要用于調(diào)節(jié)電源供電的頻率。汽車上使用的由電池直流電產(chǎn)生交流電的設(shè)備也以“inverter的名稱進(jìn)行出售。3.2 變頻器根本原理簡單地講，變頻器是利用交流電動機的轉(zhuǎn)速與所供交流電的頻率成正比的原理，

55、改變電動機的供電頻率從而到達(dá)改變電動機轉(zhuǎn)速的目的。變頻器通常采用交直交的方式，即先由交流電整流成直流，通過計算機芯片的運算，控制電力逆變元件，如GTR大功率晶體管、IGBT絕緣柵雙極型功率管等，將直流電源逆變成新的頻率與電壓的交流電源，從而到達(dá)控制電動機轉(zhuǎn)速的目的。 3.3 變頻器的分類 按照不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，變頻器可以分為假設(shè)干類別。按照主電路工作方式分類，可以分為電壓型和電流型變頻器；按照開關(guān)方式分類，可以分為PAM、PWM控制變頻器；按照工作原理分類，主要分為V/F控制變頻器、轉(zhuǎn)差控制變頻器和矢量控制變頻器等；按照用途分類，主要分為通用變頻器、專用變頻器等。 另外，按照變頻器所控制電動機的

56、電壓等級，變頻器可以分為低壓(110V，220V，380V等)、中壓(660V/690V，1140V，2300V)和高壓(3KV，3.3KV，6KV，6.6KV，10KV等)變頻器，高壓變頻器通常采用IGBT多級串聯(lián)的技術(shù)，而中壓變頻器和低壓變頻器不需要，由于這一技術(shù)方面明顯的分界線，使得業(yè)內(nèi)人士通常把中低壓變頻器歸為一個大類，和高壓變頻器分開。3.4 變頻器控制方式 控制技術(shù)的開展完全得益于微處理機技術(shù)的開展。自從1991年INTEL公司推出8X196MC系列以來，專門用于電動機控制的芯片在品種、速度、功能、性價比等方面都有很大的開展。如日本三菱電機開發(fā)用于電動機控制的M37705、M7906單片機和美國德州儀器的TMS320C240DSP等都是頗具代表性的產(chǎn)品。變頻器的控制方式可以分為非智能和智能控制。其中，非智能控制方式包括V/F控制、轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等；智能控制方式包括模糊控制、人工智能控制、專家系統(tǒng)等，目前還處在理論探索階段，市場上尚沒有相關(guān)產(chǎn)品。本節(jié)主要簡要介紹目前市場上主流應(yīng)用的幾種控制方式。 1V/F控制方式 早期變頻器一般采用V/F控制方式，如東芝TOSVERT130系列、FUJIFVRG5P5系列，SANKENSVF系列等系列變頻器，大多數(shù)為開環(huán)恒壓頻比VF=常數(shù)的控制方式