變頻技術論文匯總十篇

序論：好文章的創作是一個不斷探索和完善的過程，我們為您推薦十篇變頻技術論文范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質，帶來更深刻的閱讀感受。

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一、引言

在通用變頻器、異步電動機和機械負載所組成的變頻調速傳統系統中，當電動機所傳動的位能負載下放時，電動機將可能處于再生發電制動狀態；或當電動機從高速到低速（含停車）減速時，頻率可以突減，但因電機的機械慣性，電機可能處于再生發電狀態，傳動系統中所儲存的機械能經電動機轉換成電能，通過逆變器的六個續流二極管回送到變頻器的直流回路中。此時的逆變器處于整流狀態。這時，如果變頻器中沒采取消耗能量的措施，這部分能量將導致中間回路的儲能電容器的電壓上升。如果當制動過快或機械負載為提升機類時，這部分能量就可能對變頻器帶來損壞，所以這部分能量我們就應該考慮考慮了。

在通用變頻器中，對再生能量最常用的處理方式有兩種：(1)、耗散到直流回路中人為設置的與電容器并聯的“制動電阻”中，稱之為動力制動狀態；(2)、使之回饋到電網，則稱之為回饋制動狀態（又稱再生制動狀態）。還有一種制動方式，即直流制動，可以用于要求準確停車的情況或起動前制動電機由于外界因素引起的不規則旋轉。

在書籍、刊物上有許多專家談論過有關變頻器制動方面的設計與應用，尤其是近些時間有過許多關于“能量回饋制動”方面的文章。今天，筆者提供一種新型的制動方法，它具有“回饋制動”的四象限運轉、運行效率高等優點，也具有“能耗制動”對電網無污染、可靠性高等好處。

二、能耗制動

利用設置在直流回路中的制動電阻吸收電機的再生電能的方式稱為能耗制動。

其優點是構造簡單；對電網無污染（與回饋制動作比較），成本低廉；缺點是運行效率低，特別是在頻繁制動時將要消耗大量的能量且制動電阻的容量將增大。

一般在通用變頻器中，小功率變頻器（22kW以下）內置有了剎車單元，只需外加剎車電阻。大功率變頻器（22kW以上）就需外置剎車單元、剎車電阻了。

三、回饋制動

實現能量回饋制動就要求電壓同頻同相控制、回饋電流控制等條件。它是采用有源逆變技術，將再生電能逆變為與電網同頻率同相位的交流電回送電網，從而實現制動。回饋制動的優點是能四象限運行,如圖3所示，電能回饋提高了系統的效率。其缺點是：(1)、只有在不易發生故障的穩定電網電壓下（電網電壓波動不大于10%），才可以采用這種回饋制動方式。因為在發電制動運行時，電網電壓故障時間大于2ms，則可能發生換相失敗，損壞器件。(2)、在回饋時，對電網有諧波污染。(3)、控制復雜，成本較高。

四、新型制動方式（電容反饋制動）

1、主回路原理

整流部分采用普通的不可控整流橋進行整流，濾波回路采用通用的電解電容，延時回路采用接觸器或可控硅都行。充電、反饋回路由功率模塊IGBT、充電、反饋電抗器L及大電解電容C（容量約零點幾法，可根據變頻器所在的工況系統決定）組成。逆變部分由功率模塊IGBT組成。保護回路，由IGBT、功率電阻組成。

(1)電動機發電運行狀態

CPU對輸入的交流電壓和直流回路電壓νd的實時監控，決定向VT1是否發出充電信號，一旦νd比輸入交流電壓所對應的直流電壓值（如380VAC—530VDC）高到一定值時，CPU關斷VT3，通過對VT1的脈沖導通實現對電解電容C的充電過程。此時的電抗器L與電解電容C分壓，從而確保電解電容C工作在安全范圍內。當電解電容C上的電壓快到危險值（比如說370V），而系統仍處于發電狀態，電能不斷通過逆變部分回送到直流回路中時，安全回路發揮作用，實現能耗制動（電阻制動），控制VT3的關斷與開通，從而實現電阻R消耗多余的能量，一般這種情況是不會出現的。

(2)電動機電動運行狀態

當CPU發現系統不再充電時，則對VT3進行脈沖導通，使得在電抗器L上行成了一個瞬時左正右負的電壓（如圖標識），再加上電解電容C上的電壓就能實現從電容到直流回路的能量反饋過程。CPU通過對電解電容C上的電壓和直流回路的電壓的檢測，控制VT3的開關頻率以及占空比,從而控制反饋電流，確保直流回路電壓νd不出現過高。2、系統難點

(1)電抗器的選取

（a）、我們考慮到工況的特殊性，假設系統出現某種故障，導致電機所載的位能負載自由加速下落，這時電機處于一種發電運行狀態，再生能量通過六個續流二極管回送至直流回路，致使νd升高，很快使變頻器處于充電狀態，這時的電流會很大。所以所選取電抗器線徑要大到能通過此時的電流。

（b）、在反饋回路中，為了使電解電容在下次充電前把盡可能多的電能釋放出來，選取普通的鐵芯（硅鋼片）是不能達到目的的，最好選用鐵氧體材料制成的鐵芯，再看看上述考慮的電流值如此大，可見這個鐵芯有多大，素不知市面上有無這么大的鐵氧體鐵芯，即使有，其價格也肯定不會很低。所以筆者建議充電、反饋回路各采用一個電抗器。

(2)控制上的難點

（a）、變頻器的直流回路中，電壓νd一般都高于500VDC，而電解電容C的耐壓才400VDC，可見這種充電過程的控制就不像能量制動（電阻制動）的控制方式了。其在電抗器上所產生的瞬時電壓降為，電解電容C的瞬時充電電壓為νc=νd-νL，為了確保電解電容工作在安全范圍內（≤400V），就得有效的控制電抗器上的電壓降νL，而電壓降νL又取決于電感量和電流的瞬時變化率。

（b）、在反饋過程中，還得防止電解電容C所放的電能通過電抗器造成直流回路電壓過高，以致系統出現過壓保護。

3、主要應用場合及應用實例

正是由于變頻器的這種新型制動方式（電容反饋制動）所具有的優越性，近些來，不少用戶結合其設備的特點，紛紛提出了要配備這種系統。由于技術上有一定的難度，國外還不知有無此制動方式？國內目前只有山東風光電子公司由以前采用回饋制動方式的變頻器（仍有2臺在正常運行中）改用了這種電容反饋制動方式的新型礦用提升機系列。

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1.1對機械設備的危害與干擾

從機器自身結構來看，大部分空壓機生產簡單有明顯的技術缺陷：輸入的壓力數大于一定值時，變頻空壓機會自動打開導致電動機空轉，嚴重浪費電力資源并且損害機器本身，繼而導致異步電動機的頻繁啟動和頻繁暫停，降低電動機的使用壽命。變頻空壓機啟動時需要很大的電流，對電網沖擊較大，而且嚴重磨損了電器本身的轉動軸承設備。電動機在運作的時候會產生很嚴重的噪音污染，電動機周圍的工作環境比較惡劣，也對工作人員的健康產生不利影響，且以人為調節法來調節電動機的輸出壓力，運轉效率低，嚴重浪費人力資源。

1.2對機械設備相關電器的危害

對變壓器的危害表現在：加大銅損和鐵損，使得變壓器的溫度升高，影響絕緣；引起電動機附加零件的發熱，引發機器本身溫度的額外升高；導致電容器組溫度過熱，增加中介電質的感應能力，嚴重的情況下可以損壞電力電容器組；對開關設備的危害，啟動瞬間開關將會產生較大的電流變化，達到電壓保險值直至絕緣體的破壞；在保護電氣的時候，改變電器固有屬性，引發電器動作紊亂；引發測量儀表的數據顯示誤差，降低數據精確度。

2變頻技術在機電控制方面的策略

2.1基本思路

在世紀工業過程中對變頻技術進行較為尖端的的軟件和硬件設計，先根據傳統空壓機電動機的特點，全方位分析其耗能原因和工作特性，從而設計出變頻技術調速、空氣技術壓縮、壓力傳感技術提升等控制方式，根據控制電路進行變頻器的確定以及電器初始化的設計，控制方式要用矢量控制，詳細分析矢量控制原理，對變頻矢量進行仿真檢查，科學地改變變頻器的運行參數。另一方面，變換變頻器的控斜參數。通過復合信號控制變頻器的輸入與輸出，可以在容器的進口處增加電器使用流量信號記錄，容器上增加電器壓力信號，這樣可以減少對機械設備的危害。

2.2具體策略

首先在系統線路中建立安裝濾波器，過濾掉高次諧波的干擾信號。其次是屏蔽干擾源，這是抵御干擾行之有效的方法之一，具體做法是用鋼管來屏蔽輸出線路。再次是將電機正確接地，接地時要與其他的動力電器設備接地點分開。然后是對線路進行合理布局，電動機設備的信號線和電源線應該盡量避開變頻器的輸入和輸出線，而其他設備的電源線和信號線也同樣要避開變頻器的輸入和輸出線，進行平行鋪設。最后是合理使用電抗器，交流電抗器中的串聯電路減弱了輸入電路中電流對變頻器的打擊，而直流電抗器減弱了輸入電流中的高次諧波。在設置之前，電動機電網中的高次諧波含量已達到40％，而安裝了濾波器之后，高次諧波的含量降到了20.6％，特別是三到八次過后，已經低于標準含量值了。在變頻器選擇方面，需要學會優先考慮諧波含量低且攜帶濾波器和電抗器的變頻工具。變壓機電動機安裝時，控制信號電纜和本身的動力電纜要有屬于各自的架構線路的電纜結構，做好及屏蔽措施，禁止線路交叉或者架構紊亂，安裝時兩者要保持距離以及設立必要的防護措施，綜合達到既發展工業經濟又節能減耗的“雙贏”效果。值得我們借鑒的是，國際上針對變頻空壓機電動機重新設計了空壓機，將電機由傳統意義上的單相電改為三相交流電，并且具有良好的調速性能。我國目前大量生產和應用的空壓機電動機，如果要持續發展就必須要開發出單相電機的變頻器。最后對改造之后的空壓機電動機進行相關的數據計算，并進行成本分析，驗證是否能夠讓改造后的空壓機更加有效地節省能源。

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2變頻技術

在煤礦機電設備中的應用變頻技術的主要應用對象是電動機驅動的各種設備，在煤礦機電設備中主要包括風機系統、提升系統、壓縮機系統、采煤機系統、煤炭輸送系統、各類泵等。

2.1風機系統的改進

以某礦井主通風機的變頻改造為例，在改造之前，風機設計裕量過大，即使通過調節葉片或者改變管網特性依然遠遠超過所需風量。利用變頻器Harvest-A06/120進行改造，主要參數為：輸入頻率為45～55Hz，額定輸入電壓6000V±10%，輸出頻率范圍0.5～120Hz。在利用電壓源型串聯多電平脈寬調制高壓變頻器進行改造后，風機效率由45%提高到78%以上，年均用電量減少920000kWh，同時該礦井風機系統可實現軟啟動，大大降低了對電網的沖擊以及對設備的損壞，降低了人工成本。

2.2空壓機系統的改進變頻技術

對于空壓機啟動方式的變革具有重要的意義。傳統的直接啟動方式在啟動瞬間會產生較大電流，不利于設備的正常使用壽命的保持。采用變頻技術可以降低瞬時大電流對于設備的危害，延長使用壽命。空壓機中壓風系統的調節一般采用的是壓力閉環控制的變頻系統，主要利用系統壓力檢測來對空壓機負荷進行調整，當系統內部壓力發生變化時，變頻系統會根據反饋的壓力數值進行補償調整，最終保持系統內部壓力的恒定。采用此種方式進行壓風系統的調節，與傳統方式相比，響應速度更快，同時能夠更加精確地控制風力，保持壓風系統較高的可靠性。以唐山礦業某井空壓機變頻改造為例，對泵房進行變頻改造，采用三套ACS800變頻控制柜，利用一臺PLC集控柜進行控制。其主要參數為：三相輸入電壓U3in=（380～415）V±10%，U5in=（380～500）V±10%，輸出頻率0～±300Hz，DTC（直接轉矩控制）控制。通過該控制系統，可以實現空壓機的一拖三變頻調速運轉，能夠保持系統內的恒定壓力控制，實現設備安全可靠運行。與改造前相比，年均可節省電費50余萬元；可實現設備自0Hz起的軟啟動，設備檢修周期延長，降低了檢修成本。同時還實現了對設備保護功能的進一步完善，完善了設備超壓保護、防自啟動保護等多種功能，改善了設備的工作環境。

2.3采煤機的改進提高采煤機對工作環境的適應性

是采煤機改進的主要方向。工作環境愈加復雜，使傳統采煤機的不適應性更加突出。電牽引采煤機在適應性方面有很好的表現，已在許多礦山中得到應用。采煤機的變頻調速能力是其工作性能的一大指標。與傳統滑差調速相比，變頻調速將采煤機的變速性能實現了質的飛躍。能量回饋型四象限變頻器在采煤機中的應用是煤礦機電設備改造的向前邁進一大步的標志，它標志著井下采煤機由“一拖二”向“一拖一”的進步，提高了煤礦開采效率，同時降低了采煤機的故障率以及維修成本。由PLC控制的MG700-WD交流變頻調速采煤機，能夠將采煤機事故率控制在較低的范圍內，同時由于PLC程序的開放性，可以更好地進行人機對話，能夠在故障發生時較為準確地定位故障位置。對于采煤機變頻調速系統，除去目前市面上已有的成熟產品外，還有很多學者對不同類型的變頻調速控制方式進行了研究，目前已有一定的理論基礎，有待于在實際生產中進行試驗以及普及。以ALPHA6900系列變頻器在采煤機中的應用為例，可實現主從控制功能，同時還可以實現四象限運行，通過PLC控制電路，對變頻器的輸入輸出端口進行實時監控，采集包括轉速、轉矩等在內的多種信息，確保系統運行的穩定性。其中，采用ALPHA6900系列變頻器的電氣控制系統可以分為一拖一單/雙電機控制方式，通過采煤機工作環境的變化，對其牽引電機的轉速進行調整，實現對采煤機設備的有效保護。

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2短路法和低頻加熱技術

2．1短路法加熱

由于工頻電源的易于獲得，工頻短路法加熱變壓器繞組的方法最先被采用［2］。短路法的基本原理是將換流變壓器一側繞組（通常為閥側繞組）短路，從另一側繞組（通常為網側繞組）施加交流電壓，使繞組內部流過電流（應控制不超過其額定電流），使繞組內部發熱，從內部將變壓器器身絕緣均勻加熱到指定溫度，再經過抽真空和熱油循環處理，帶出絕緣內的潮氣，從而達到干燥的效果。短路法是繞組從器身內部加熱，能大大提高效率，縮短加熱時間，器身的干燥效果優于普通的熱油循環效果。其使用的設備及接線完全與變壓器負載試驗相同。但是工頻短路法有諸多缺點難以在現場實施。工頻短路法需要用到調壓器、升壓變、補償裝置等大型設備，設備布置和接線工作量大；試驗電壓為變壓器阻抗電壓，高達幾十kV，且試驗占地面積大，進行短路法加熱干燥時需要大量的人員長時間值班看守，現場安全難以把控。因此，工頻短路現場加熱干燥方法補償電容器組容量大，使用的調壓器、中間變壓器均為體積大、重量重的大型設備，不便現場應用。實現整體加熱裝置的小型化，在保證加熱能力的同時滿足移動方便的要求，是研制現場短路法加熱裝置的難點。當換流變壓器電壓等級升高、容量增大時，利用這種基于調壓器的短路法進行變壓器現場加熱更為困難。

2．2低頻加熱的電壓及容量

工頻短路加熱存在的局限性，可以通過降低頻率的方法進行克服，也即低頻加熱技術。變壓器的短路狀態下的等效電路如圖1所示，其阻抗為Z＝R＋jωL。在工頻狀態下，jωLR，因此減小頻率ω可以顯著減小阻抗電壓。當然在頻率減小到一定程度后，R的大小不再可以忽略不計，進一步減小ω不會引起阻抗電壓的降低。當頻率足夠低時，jωLR，變壓器阻抗電壓主要有變壓器的直流電阻決定。圖2顯示了阻抗電壓及無功容量與頻率的關系。從圖中可以明顯地看出，阻抗電壓總體上與頻率成正比，當頻率接近零時，阻抗電壓趨近于常數，該常數即為變壓器直流電阻與短路電流的乘積。無功容量與頻率成正比。因此通過降低頻率不單降低了阻抗電壓，還降低了無功容量，提高了加熱電源的功率因數，避免了用大容量的補償裝置。相比于工頻短路加熱，低頻加熱技術明顯地能夠克服其局限性。對于特高壓換流變壓器，頻率低至1Hz以下時，其阻抗電壓低于1kV，通過簡單的絕緣措施就可以保證安全，避免大量的安全監護人員長時間值守。同時升壓裝置和補償裝置都可以省略，大大減少了設備占地面積，減少了現場工作量，提高了工作效率。

2．3低頻加熱電源干燥效果的仿真

采用基菲克第二定律描述電力變壓器干燥處理的水分擴散模型，建立有限元模型進行模擬對比低頻加熱和傳統的熱油循環干燥處理效果。低頻加熱和熱油循環組合使用時會是干燥處理效果得到明顯改善。模擬考慮了5mm的絕緣紙片，原始水分含量為5％。模擬干燥時間為7天。干燥方式分為油循環干燥方式及加低頻加熱，熱油循環溫度為60℃和80℃兩種油溫條件，有低頻加熱時將油溫度分別加熱到80℃，95℃和110℃等三種情況。圖3可以觀察到熱油循環在60℃時（沒有低頻加熱）的干燥過程，以及同樣的油溫下采用低頻加熱溫度為80℃，95℃和110℃的情況。當熱油加熱沒有低頻加熱時，曲線的坡度是平的，因此干燥過程非常慢。這是因為在60℃時，絕緣材料的水分擴散系數很低，絕緣紙中的水分遷移速度很慢。根據模擬，在這種情況下，干燥7天之后，水分含量降低到2．4％。而降到2％的水分含量（按照IEEEStd62－1995的規定）需要的處理時間則長達255h。如果采用低頻加熱的方式，完成干燥處理會更快。使含水量降低到2％所需要的干燥時間會隨著絕緣材料溫度的增加而減少，低頻加熱80℃所需時間為64．5h，95℃為25．5h，110℃為10．7h。低頻加熱7天，三個加熱溫度下最終的紙板含水量將分別達到1．4％，1．3％和1．2％．當在熱油循環80℃的油溫下采用低頻加熱，獲得的模擬結果如圖4所示。在這種情況下，不同溫度的最終含水量彼此很接近。然而當采用低頻加熱時，在開始處理的幾個小時之內就可以達到最終含水量。這種方式的干燥處理節約大量的處理時間和電力，是非常經濟的。然而以上模擬結果以及討論均是基于模型的Foss擴散系數進行推論的，然而實際的試驗數據則顯示該模型的擴散系數太過樂觀了，實際的干燥時間會比這個模型估計的干燥時間要長。即使如此，以上的討論和研究也是很有價值的，例如通過模擬推論的結論在趨勢上是正確的。

3低頻加熱電源的研制

3．1電源容量

按照現場應用經驗，發熱電源的發熱功率（有功）達到換流變負載損耗的60％左右即可滿足現場加熱的需要。（6）式中：cosφ是功率因數，采用基于方波調制的交交變頻技術方案功率因數接近1，此處取0．98；η是電源效率，該方案電源自身損耗較小，效率是較高的，可以取90％。最大加熱容量為819．7kW，因此根據上式加熱電源功率應為P＝930kV•A，則能滿足大部分場合需求。

3．2電壓與電流

考慮到施工現場電源接線的方便和安全性，加熱電源輸入電壓選擇380V，輸入電流1413A。由于直接由380V整流后的直流電壓最高僅537V，對于部分變壓器該電壓即使在直流情況下也無法達到額定電流相當的加熱電流，因此需要配備升壓變壓器提高整流橋電壓。設升壓后線電壓為U，則直流電壓近似為槡2U。

3．3整流橋與驅動電路

3．3．1晶閘管的選型變頻技術電源工作電壓為700V，工作電流為1200A。晶閘管的最大電流與電源的工作額定電流相等，最大電壓為相間電壓的一半。為了整個系統的安全可靠，根據晶閘管選用慣例，晶閘管電壓選為大于其最大承受電壓的2倍以上，額定電流為工作最大承受電流的3倍以上。因此晶閘管最終選型為南車公司的1000V／46000A晶閘管。

3．3．2整流橋的控制方式

不同的被加熱換流變壓器具有不同等效直流電阻，一定的加熱電流情況下，變頻電源的工作電壓是不同的。為了較好地調節低頻加熱電源的工作電壓，交－交變頻技術法的低頻加熱電源應采用可控整流的方式，通過控制導通角來調節電壓。同時，為避免兩個反向整流橋同時導通造成電源的短路，應首先將前一個工作整流橋關閉觸發脈沖，等全部整流橋中的晶閘管自然關斷后再啟動另一個整流橋，實現電流的極性發轉。

3．4測量和控制系統

整流橋工作在全波整流工作狀態，可以用電平觸發的方式進行控制，為了避免兩個反向的整流橋同時導通導致電源短路，開通一整流橋之前必須確認對側整流橋已經全部關斷。檢測方法是通過檢測負載電流過零比較結果與方波輸出相。若需要調節導通角α，則不能采用電平觸發，而用脈沖觸發。以AC相線電壓為參考電壓，當線電壓正向過零時延時180°－α角度后給晶閘管1發出觸發脈沖，其余各晶閘管的觸發脈沖依次再延遲60°角觸發。但是觸發脈沖的可靠性不好，因此不建議調節導通角，本方案仍采用電平觸發的方式。作為加熱電源，需要有調節輸出電流的機制。根據式（13），輸出電流與頻率有關，通過控制頻率可以比較方便地控制輸出電流。式（13）僅是電流波形的近似計算公式，當頻率較高時，電感未充電完成即撤去整流橋觸發電平，負載電流就會進一步減小，電流波形如圖5虛線所示。可見進一步提高調制頻率，可以繼續減小負載電流，直至減小到接近于零。所以通過控制調制頻率完全能夠實現加熱電流的零起上升。

4低頻加熱電源的現場應用

4．1加熱對象

加熱對象為哈密換流站低端換流變壓器極IIYDB相，變壓器的主要參數如下：額定容量405．2MV•A；額定電壓530／槡3＋23－5×1．25％／171．9kV；額定電流1324．2A／2357．2A；阻抗電壓19．71％；直流電阻（20℃）網側0．16131Ω，閥側0．05492Ω；生產廠家為特變電工沈陽變壓器集團有限公司。

4．2試驗接線

低頻加熱電源從400V低壓配電室獲取電源點，單相輸出線連接到換流變壓器網側套管和中性點端子上，閥側兩套管短路線連接。連接圖如圖6所示。

4．3加熱結果

該換流變油重138t，為其加熱的兩臺濾油機加熱功率共為120kW×2＝240kW。由于現場環境溫度較低，采用傳統工藝完全利用濾油機工作，濾油機出口油溫保持70℃情況下，經過48h換流變下層油溫達到35℃后，隨后增長緩慢，安裝人員經驗時間為3～5d才能到達需要保持的油溫60℃。當晚20：33至第二日凌晨6：30，采用湖北電科院設計的低頻加熱電源，結合濾油機，僅用了10h就將換流變下層提升了近50℃，之后利用濾油機使油溫達到安裝要求。

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2竹節絲性能及單絲截面參數

2.1絲條物理機械性能

從表3可以看出，三種粘膠竹節絲的變頻技術平均線密度都比設計基準值低，這與計量泵電機轉速達不到設計基準值有關;絲條強度低于常規絲，伸長率特別是濕伸率較高，說明其纖維素大分子結構不緊密，分子間作用力較小。竹節絲物理指標的均勻性明顯比常規絲差，這表明其纖維結構不均勻。從表4看出，當竹節倍數(C)一定時，隨著節長(L)的增加，絲條線密度、伸長增加，強度下降，各CV值增加;當節長(L)一定時，隨著竹節倍數(C)的增加，絲條線密度、強度、伸長都下降，各CV值增加。說明分別提高竹節倍數與節長，都有利于竹節絲結構特點的體現，但提高節長效果顯得更加明顯。

2.2單絲纖度和直徑

從表5的測試結果可以看出，竹節絲軸向單絲纖度CV值隨著竹節倍數與節長的增加而加大，但其極值遠沒有達到設計要求。這是由于竹節絲在紡絲成形時單絲的纖度存在“均化效應”。產生“均化效應”的原因主要有以下幾個方面:(1)計量泵自身的脈沖與變頻產生的脈沖的疊加;(2)機械傳動部分的間隙造成的反應滯后與轉速傳遞效率的損失;(3)粘膠細流的粘彈性;(4)計量泵之后粘膠管道的阻力作用。隨著竹節倍數與節長的增加，竹節絲軸向單絲纖度波動幅度加大，進一步說明這是計量泵自身脈沖疊加作用的結果;當竹節倍數一定時，竹節周期變化基本與設計相吻合，并隨著節長的增加竹節絲“時粗時細”的結構特點表現得更加鮮明;當節長一定時，隨著竹節倍數的增加單絲纖度提高、節長延長，說明“均化效應”較強。從表6的測試結果可以看出，竹節絲軸向單絲直徑基本與單絲纖度相吻合，且軸向單絲直徑波動幅度隨著竹節倍數與節長增加而加大。

2.3單絲截面積

從表7所示竹節絲的單絲截面積比較可以看出，粘膠竹節絲的單絲截面積明顯不均勻，隨著竹節倍數與節長的增加，單絲截面積的極值差異加大，說明竹節結構特點表現得愈發突出;2.5/2規格的竹節絲單絲截面積的CV值為最大。

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2榨季后期

當沒法通過頻率調整來降低蔗渣轉光度和蔗渣水分時，我們結合調整榨機前后輥尺寸和調整頻率的試驗。先通過中期濕榨試驗（五），得出以下結果，見表5。從濕榨試驗（五）結果分析：第一，第一座收回率不算高，還有提升空間，可再調整。第二，第五座纖維分比第四座低，違反各座榨機纖維分應有規律地上升這一規律，說明這座效能低。第三，各座榨機經過長時間運行，前、后輥及頂輥都出現磨損，應進行調整，同時榨機負荷輕，應結合調整。根據以上分析作出以下調整：第一，第一座收前輥調整螺栓使入口縮小2.4mm、后輥調整螺栓使出口縮小1.6mm，榨機頻率調整為45Hz，油壓為18MPa。第二，第二座收前輥調整螺栓使入口縮小1.6mm、后輥調整螺栓使出口縮小2.4mm，榨機頻率調整為40Hz，油壓為18MPa。第三，第三座收前輥調整螺栓使入口縮小1.6mm、后輥調整螺栓使出口縮小2.4mm，榨機頻率調整為40Hz，油壓為18MPa。第四，第四座收前輥調整螺栓使入口縮小1.6mm、后輥調整螺栓使出口縮小2.4mm，榨機頻率調整為40Hz，油壓為18MPa。第五，第五座收前輥調整螺栓使入口縮小2.4mm、后輥調整螺栓使出口縮小2.4mm，榨機頻率調整為38Hz，油壓為20MPa。經調整后運行正常，沒有出現電機發熱現象，蔗渣轉光度和蔗渣水分明顯降低。查定得出以下結果，見表6。經過上述調整，榨機在運行過程中根據化驗室給出的數據，結合榨機電機電流，我們及時調整各座榨機的頻率，使蔗渣轉光度穩定在2.0％以下和蔗渣水分控制在50％以內。各座榨機的頻率最低可調整至第一座40Hz、第二座32Hz、第三座33Hz、第四座35Hz、第五座35Hz。

3下雨天或甘蔗砍運接不上日榨2000噸甘蔗的變頻調速應用和研究

在我們這里離城市很近，附近又是工業園，砍蔗民工很缺，甘蔗經常接不上，特別是下雨天，就要通過減少日榨量來配合，以避免斷槽。象這樣的情況，以前我們單靠調整榨機出入口是沒法降低蔗渣轉光度和蔗渣水分，抽出率很低。而且甘蔗一接上又要提高榨量調整榨機，很麻煩且容易出現調整錯誤，損壞榨機。為此，我們進行了試驗。下面是我們在榨機沒有變頻調速時濕榨試驗（七）得出的結果，見表7。從濕榨試驗（七）結果分析：第一，第一座收回率太低，影響到全機列的收回率，應作為重點調整。第二，第五座蔗渣纖維分比第四座蔗渣纖維分雖然有提高，但提高很少，效能不高，應調整。第三，各座榨機蔗渣水分偏高，影響收回率，應調整。第四，各座榨機蔗渣轉光度偏高，影響收回率，應調整。第五，各座榨機負荷很輕，應進行調整。根據以上分析作出以下調整：第一，第一座榨機頻率調整為35Hz，油壓為20MPa。第二，第二座榨機頻率調整為31Hz，油壓為20MPa。第三，第三座榨機頻率調整為31Hz，油壓為20MPa。第四，第四座榨機頻率調整為33Hz，油壓為20MPa。第五，第五座榨機頻率調整為35Hz，油壓為20MPa。經調整后運行正常，沒有出現電機發熱現象，蔗渣轉光度和蔗渣水分明顯降低。查定得出以下結果，見表8。

4產生的效果和效益

通過榨機變頻調速技術我們發現榨季停榨后榨機磨損很小且安全率高，運行平穩，同時解決了常見的塞轆問題。根據有關資料：蔗渣轉光度每降低0.1％，壓榨收回率提高0.2％。蔗渣水分降低1％，壓榨收回率提高0.08％。而壓榨收回率提高1％，產糖率可提高0.116％，我們公司這些榨季通過榨機變頻調速技術，抽出率明顯提高且穩定在96.5％。產糖率由11％提高到上榨季的12.04％，預計2014/2015榨季可達12.3％以上。

篇（7）

2高壓變頻技術在風機中的變頻方式

高壓變頻技術在風機中進行應用時，其主要的變頻方式包括“高-低-高”、“高-低”、“高-高”等，其中效率最高的變頻方式就是“高-高”方式，能夠更好地滿足風機節能降耗的要求。“高-高”方式的變頻器中包括集中不同的類型，其中輸入為6kV-10kV的變頻器，并不需要進行升壓變頻器的設置；輸出電壓為10kV的變頻器，每項中包含了8個功率單元，而且這些功率單元之間是通過串聯的方式連接。如果每個單元的輸入電壓都為三相710kV，那么其輸出的電壓則為單相0kV-710kV，而每個功率單元之間都是通過串聯方式連接的，疊加之后的輸出相電壓則為5680kV。變頻器的中點與電動機中性點之間并不相互連接，因此變頻器輸出實際上是線電壓，通過A相與B相輸出電壓形成UAB輸出線電壓，該線電壓最大可以達到10kv，其階梯波為37。由于變頻器中采用了多重疊加的方法，輸出電壓中諧波含量比較小，已經達到了常規供電電壓允許的諧波含量，并不會導致電動機由于附加的諧波而出現發熱的情況。輸出電壓也比較小，給電極增加的應力并不明顯，能夠直接向普通標準型的交流電將會因動機進行供電行為，并不需要對其進行降容之后再使用，能夠在舊設備的改造中進行利用。此外，輸出電壓諧波較小，并不需要另外在附加輸出濾波器，輸出電纜的長度也并不受限制。“高-低-高”方式的變頻器具有以下幾個方面的特點：第一，在該種類型的變頻器中采用了降壓變壓器與升壓變壓器，導致變頻調速系統的效率出現了下降的情況。第二，升壓變壓器在工作的過程中會導致輸出波形嚴重畸變的情況，導致電動機由于附加諧波而出現發聲的情況，最終導致機械共振及傳動、軸承磨損嚴重的情況。第三，該種類型的變頻器在使用的過程中將會產生比較大的噪聲。通過兩種不同變頻方式的變頻器的比較之后發現，“高-高”方式變頻器有著非常顯著的優勢，逐漸取代了“高-低-高”方式變頻器。

3高壓變頻技術在風機節能中的應用

3.1風機情況概述

本文選取某企業的1臺風機作為節能改造的對象，選取的風機在流量調節的過程中主要采用風門調節的方式，風門的開度在百分之三十到百分之八十之間。實現高壓變頻技術對風機進行調速節能改造之后，與傳統的風門調節方式相比，生產負荷決定了風機的節電量，生產負荷的變化越大，風機節能的效果就越好。實現高壓變頻技術在風機節能中的應用，一方面可以達到調速節能的目的，另一方面能夠提高整個調試系統的工作效率。

3.2改造前的電機系統運行模式

本文選取的高壓電機都采用的是風機傳動的方式，通過風門調節的方式實現風機流量的調節工作。當前，風門調節的方式為改變風機管網特性曲線實現風機風量調節，其主要的原理如圖1所示。由圖1可知，風機在管網特征曲線R1處工作時，工況點為M1，風量為Q1，風壓為H1。如果要實現風量的降低，則需要關小風機的防風版，管網特性曲線變為R2，工況點也隨之變為M2，風量為Q2，風壓為H2。管網特性曲線的改變實際上就是通過人為的方式實現風機管網阻力的增加或者降低，在確保風機性能曲線不變的情況下，工況點從M1轉移到M2，如果想要實現擋風板繼續減小，則管網特性曲線變為R3，工況點為M3，風量為Q3，風壓為H3。通過這種方式實現風機流量的調節。通過風機調價風量的方式具有結構簡單、操作便捷的特點，大部分的風機都采用這種調節方式。然而，通過人為的方式實現風機管網阻力的改變，勢必會造成部分能量的消耗，尤其是風量的變化越大，能量的損耗就越多。如果通過電機直接調試的方式來實現風機流量的控制，就可以實現人為改變風機官網阻力所消耗的能量的節約。因此，提出了電機調速控制模式。

3.3主回路系統方案

3.3.1手動一拖一動回路手動一拖一動回路如圖2所示，其基本的原理為：回路中包含了三個高壓隔離開關，分別為QS1、QS2與QS3。在使用的過程中，不能夠同時出現閉合的狀態。在變頻運行的過程中，QS1、QS2閉合，則QS3斷開；在工頻運行的過程中，QS3閉合，QS1與QS2斷開。手動一拖一動回路的優點為：在變頻器進行檢修的過程中，這種明顯的斷電點能夠確保維修人員的安全，同時也可以通過手動的方式將負載投入到工頻電網運行。3.3.2手動一拖二動回路手動一拖二動回路如圖3所示，其基本的原理為：手動一拖二動回路中包含了QS1—QS6六個高壓隔離開關，其中QS2與QS3、QS5與QS6有電氣互鎖，QS1與QS5、QS4與QS6安裝機械互鎖裝置。M1與M2分別處于變頻狀態與工頻狀態中，而且可以進行互換；在變頻器檢修的過程中，都可以處于工頻運行中。手動一拖二動回路優點指的是只有一個負載工作在變頻狀態中，能夠實現電機使用壽命的延長。

篇（8）

2腈綸生產線

紡絲的工藝復雜，工位多，要求張力控制，有的要求位置控制。大慶腈綸廠95年對其引進美國CHEMTEX公司采用美國ACC工藝技術的年產5萬噸腈綸生產線進行了變頻PLC改造。我們采用了“同步運行方式”，設置“無張力控制環節”、“松緊架同步裝置”、“總線速度控制方式”、“轉矩矢量控制”等技術，使整條生產線20個絲束處理單元同步運行，平穩可靠，牽伸倍率由1.04到1.4，年增產達382噸，故障降低、節省維修費57.5萬元，年提高產品質量、提高等級合格率經濟效益達325萬元，年節電58萬kW。97年該項目通過中國石化總公司鑒定，專家結論達到90年代國際先進水平。

蘭化化學纖維廠是我國1965年從英國考陶爾茨(Courtaulds)引進的第一套8000t/a腈綸生產裝置，生產工藝采用硫氰酸鈉一步法。

腈綸生產過程是一種相當精細的生產過程，調速精度要求非常高。除纖維的成型和后處理以及毛條加工直接依賴調速外，紡前準備和原液系統的液位、壓力、流量控制以及生產的平穩性、絲束質量、能耗、物耗等都與調速性能有直接或間接的關系。該紡絲生產線長達170m，各道工序絲束的運行速度都是根據工藝要求來設定的。原設計速度控制系統全部采用滑差電機、直流電機及與其配套的電子系統來實現，但由于原英國裝置已運行20多年，設備嚴重老化、故障率高，加上設備本身復雜，維修量大，生產上往往一處波動都會引起全線波動，甚至造成全線停車，生產穩定性差，非計劃停車次數多，產品質量難以保證。

1995年對紡絲生產線的調速系統及主要調速設備進行了全面改造。三條紡絲生產線共安裝變頻調速器113臺，全部淘汰了滑差電機和直流電機，生產穩定性明顯提高，非計劃停車次數逐步減少，廢絲、廢膠量明顯降低，產品質量有了顯著的提高。

采用變頻調速技術后，1995年產量達到16000t/a，把原設計能力翻了一番。這一成績的取得，除設備改造更新后，積極大膽廣泛地采用變頻調速技術也是關鍵因素，僅增加產量一項，每年即可創效益近500萬元以上。

變頻調速技術因其穩定性好，可靠性高，大大提高了設備的運行周期，使過去由于電氣儀表原因造成的非計劃停車次數大幅度下降，每年可增加產量近150噸，增加效益近百萬元。產品質量有了明顯提高，廢絲、廢膠率逐年下降，NaSCN等原料的單耗亦下降，生產成本降低。

1995年與1993年相比，減少廢絲294.004噸，廢膠450.151噸，增加利潤89.49萬元;節約NaSCN320.16噸，增加利潤192.096萬元，節約材料費近30萬元。合計增加效益311.50萬元。

從表1可知，節電效果顯著，經實測，當用變頻調速器協調控制時，電機使用功率平均比原來下降50%以上。

該廠目前有200臺電動機使用了變頻調速器，其使用變頻器前電動機功率總和為828.4kW，使用后功率總和為467.61kW。每臺電動機按設計一年運行8000小時，(實際上大于8000小時)則每年可節電288萬kW.h，每度電按0.21元計，每年可節約60萬元左右。200臺變頻器投資約300萬元，綜合效益1000萬元。

3滌綸前紡生產線

儀征化纖聯合公司滌綸一廠前紡變頻控制系統是80年代引進西德AEG公司技術，由國內組裝的SCR逆變器，由于系統是分立器件，可靠性低，由于SCR不能自關斷、要是使其關斷，增加強迫關斷電路，使設備體積增大。由計量泵和卷繞機構組成一條生產線，計量泵有24臺、由1臺變頻器控制，卷繞由7輥、5輥和喂入輪組成。7輥有7臺電機，由1臺變頻器控制;5輥有5臺電機，由1臺變頻器控制，喂入輪1臺電機由單臺變頻器控制。為了保證精度，從計量泵到卷繞機構共計37臺電機全部采用永磁或永磁反應式同步電機，卷繞7輥、5輥和喂入輪嚴格按工藝給定的比例運行，保證微張力牽伸。并要求在低速伸頭完成后，卷繞各輥按比例和固定的斜率升到高速生產。原系統為4備1(或2備1)系統，即有4條常用生產線，1條線后備，主回路由電磁接觸器聯鎖切換，控制信號的邏輯電路由中間繼電器構成并完成切換，而模擬電路(如設定信號、比例信號)的切換，靠更換接插頭電纜完成，切換很頻繁，與中央控制的邏輯聯系靠很多中間繼電器來完成。由于控制落后，嚴重影響了生產，已造成必然。1993年深圳華能公司和滌綸一廠工同設計了由富士變頻器和可編程控制器組成的前紡電氣傳動控制系統。該系統頻率設定電路采用數字設定方法，不僅達到工藝要求的高精度要求，設定分辨率達到0.01Hz，而且從根本上解決了模擬設定電路的溫度漂移問題。在調試和生產運行中證明了這一點。

系統的所有操作，即變頻器的啟動、停止，包括現場的低速、高速信號和系統間的連鎖信號與儀表系統的信號控制、主臺與備臺的切換邏輯連鎖，全部用1臺PLC來實現，大大簡化了外部接線，省去了所有的中間繼電器，從而大大提高了系統的可靠性，因為PLC的所有輸入、輸出均有指示，也為系統的維護帶來很多便利條件。

以主臺與備臺的切換舉例，原系統在主備臺切換時，有專用的切換控制柜，在切換柜上完成主回路的切換，有一批中間繼電器完成相應的邏輯連鎖。變頻器的模擬設定等信號要靠接插件改變連接來實現，而現在的系統只要一只轉換開關，就可將主回路的切換和控制回路、設定電路的所有信號的切換工作完成，中間邏輯、連鎖邏輯完全由PLC的軟件來實現，從而大大簡化了切換操作，提高了切換速度，降低了故障率。

4切斷機

儀征化纖工業聯合公司滌綸四廠紡絲車間切斷機為20世紀80年代引進德國產品，屬雙閉環直流調速控制，投產以來，逐漸暴露一點問題，不能適應“安、穩、長、滿、優”的要求，其問題是:

(1)系統振蕩。控制系統屬于雙閉環直流調速，對速度環，電流環和反饋等參數的調整配合要求相當高。稍有參數調整不當，反饋信號干擾，就會產生切斷機刀盤振蕩，造成切絲長度不等，機械齒輪磨損等，嚴重影響紡絲的正常運行。

(1)插卡故障高。由于該系統由兩組可控硅實現正、反轉，現場操作正、反轉頻繁，系統經常在兩個象限間變化，因而封鎖邏輯功能負擔很重。在使用過程中，曾出現封鎖邏輯損壞現象。

(3)制動抱閘卡死。系統制動部分采用電磁抱閘原理。實際運行中，啟停車相當頻繁，而制動單元摩擦片極易損壞并卡死，現場條件又使得換卸工作相當不便，這種類型故障往往需相當長時間才能修復，嚴重影響生產。

(4)電機碳刷磨損快、火花大。直流電機及測速發電機碳刷磨損快，經常造成火花增大，從而使系統穩定性、可靠性降低，并增加了日常工作的維護量。

為此，1993年在深圳華能的配合下，對該設備進行了改造，設計方案的特點如下:

4.1新系統的特點

(1)在新系統中，核心環節變頻單元，選擇了具有90年代水平日本富士公司生產的FRN5000G7S系列變頻器，該變頻器控制器采用了雙16位CPU，并具有高速轉矩限定，轉差率補償控制等特殊功能。對中心環節-信號處理單元，選擇了具有90年代先進水平的可編程控制器。

(2)新系統中采用了微處理機，增加了全工藝流程顯示功能，一旦出現故障，馬上能采取相應的處理手段，充分利用富士變頻器的優點，對輸出電流、輸出頻率(輸出轉速)都做了限定(并對其數據進行加權處理)，從而提供了系統的可靠性。

(3)利用國產交流電機與系統配套，采用原系統中的產量顯示功能，可靠并降低了成本。

(4)由于富士變頻控制器、微處理機都具有計算機通訊接口，便于今后系統擴充，系統聯網。實踐證明，新設計的系統是十分成功的。

4.2新系統的運行效果

新系統于1993年3月制造完成，4月調試空運成功。7月上機運行，經過5個月的運行，證明其性能優異，完全滿足工藝生產要求。運行穩定、可靠，無任何故障出現，具有很強的實用性，完全達到原系統的指標，經試用證明，新系統的運行效果如下:

(1)該系統控制性能，產品適應范圍(調速范圍)達到并超過了原德國設計系統，切斷速度在原設計50~350m/min之內系統控制穩定，并根據工藝要求可調。

(2)新系統保護功能強(13種)，并具有故障記憶、自診斷、顯示功能。對分析故障及解決問題提供了強有力的手段。

(3)調試簡單。新系統所有參數的設定及修改均由面板的主鍵盤來完成。與以前的系統相比，大大縮短了時間，簡化了調整方法，使其更易掌握。

(4)新系統中采用的變頻器具有很多獨特的、有實用價值的功能。如高速轉矩的計算、轉矩的限定、電流限定等功能。這些特性保證了新系統的性能優異。

(5)新系統功率因數高，諧波成分小。因為系統中變頻器整流側采用的二極管橋，因此實測功率因數都很高，均在0.95以上，而原設計系統功率因數值僅在0.45~0.8之間。

(6)新系統有比較優越的價格性能比，而且體積小，重量輕，更換方便。

(7)系統可靠性高。由于該系統采用交流電機，無滑環和炭刷、不可能打火和更換，提高了設備可靠性。

(8)提高生產效益。原切斷機投產以來，累計故障停產50次，每次平均1.5天。

(9)電控系統比較如表2所示。

5長絲高速紡

天津石油化工廠高速紡螺桿擠壓機調速系統是80年代由日本引進的。經過幾年來(特別是近年來)的運行，逐漸暴露出了問題。

(1)不適應符合品種大范圍變化的需求，生產過程中時有跳閘現象出現(先天存在)。據開車6年來統計，每年均在十次以上(90、91年多達40次/年以上)，嚴重影響了紡機的正常運行。

(1)由于現場環境不良等原因，造成PG測速反饋環節故障而導致的螺桿擠壓機停車現象也屢有發生(開車以來發生16起)。

(3)原裝置功率因數低，諧波成分高，對電網污染大。

(4)原裝置本身由于元器件等問題，近年來也偶有故障發生，然而備件供應困難、周期長(要2年左右)，價格高(一套控制板要13萬元人民幣左右)，因此這一環節也直接影響了生產的穩定。

5.1螺桿擠壓機的變頻改造

由于上述問題的存在，從90年代開始，被迫在部分螺桿擠壓機上采取了減位生產等措施。僅此一項每年就使該廠損失利稅數百萬元以上。

據此原因，該廠會同深圳華能公司對POY螺桿擠壓機調速系統進行改造。

(1)在新系統中，核心環節-變頻單元，我們選擇了90年代水平，日本富士公司生產的FRN5000G7-4系列變頻器。該變頻器控制回路采用雙十六位CPU，控制采用磁通控制SPWM模式，并具有高速轉矩限定、轉差頻率補償控制等特殊功能。

(2)新系統中壓力調節部分仍采用了原裝置中的智能化壓力調節器(型號:SLCD-120*B〈日本YEW公司產〉)。

(3)利用FRNIC5000G/P7系統變頻器特有的轉差補償控制功能，去掉PG測速反饋環節，進一步簡化了系統。

(4)該系統控制性能，產品適應范圍(調速范圍)達到并超過了原日方設計的系統。該系統在生產250dtex(最大規格品種)poy絲時，喉部壓力可保證在＋(－)0.5Mpa之內。這小于工藝允許壓力偏差值，而調速范圍可達原系統的數倍以上。

(5)新系統保護功能強(13種)并具有故障記憶及自診斷功能。一旦變頻器出現問題，這對分析故障及解決問題提供了強有力的手段。

(6)調試簡單:新系統所有參數的設定及修改均由面板上的鍵盤來完成。較以前的系統，大大縮短了調整時間，簡化了調整方法，使一般人更易掌握。

(7)新系統中采用的變頻器具有很多獨特的、有實用價值的功能。如:高速轉矩計算、轉矩限定、轉差補償控制、電流限定等功能。這些特性，保證了新系統的優異性能。

(8)新系統功率因數高，諧波成分小。因為系統中變頻器整流側采用的二極管橋，因此實測功率因數很高，均在0.97以上，而日方設計系統cosφ值在0.4-0.8之間。表3是3臺螺桿機實測值:

(9)新系統有比較優越的價格性能比，且體積小、重量輕、更換方便。

(10)系統可靠性高。由于系統采用GTR元件只有一個功率控制級，因此可靠性能大大提高(原系統有整流、逆變兩個功率控制級)。

－)1Mpa≤＋(－)0.5Mpa

5控制電路型式數-模混合雙CPU全數字化

6控制功能實現硬件編碼設定(軟件)

7電流波形階梯波接近正弦波

8速度環有無

9轉矩限定功能無有

10調整方式電位器鍵盤輸入

11保護功能5種13種(故障記憶)

12通訊功能無RS232C串行接口

13擴展不方便5種標準選擇、方便

14電流檢測CT霍耳元件

15顯示LED燈顯示數顯

16容量44KVA60KVA

17價格(萬元)726.1

6卷繞機

天津石化公司長絲廠1985年引進全套日本帝人公司POY紡絲設備，電氣調速系統采用變頻器集中控制，其中卷繞機使用FRNIC-1000可控硅電壓型變頻器。

6.1原系統的主要特點:

(1)主件開關速度慢

(2)輸出波形不好

(3)變頻器設計復雜，故障率較高

(4)用集中控制，一臺變頻器帶幾十臺卷繞機，若某一臺卷繞機出現故障或操作不當都可能使變頻器跳閘，易使故障擴大，這種故障每年發生10次左右，并逐年增加。

(5)卷繞機使用的電動機是特殊電機，起動電流是運行電流的15倍左右，頻繁起動容易燒毀電機。

(6)鋸齒波發生器是模擬量控制，控制精度低、溫漂大、抗干擾差。

基于以上原因，1996年初決定對原集中變頻系統進行改造，雙方工程技術人員經過試驗分析，選用了在國際上較先進的日本明電舍VT210S具有卷繞機要求的擺頻功能系列變頻器。

6.2變頻改造后的系統特點

(1)頻率精度較高，數字設定±0.01%，適合紡絲生產要求;

(2)抗干擾能力較強，而對其他電氣設備干擾小;

(3)故障診斷功能強:23種代碼分別代表過流、過壓、欠壓、過熱、過載、I/O、接地、CPU等等。對故障狀態下的電流、頻率都有記載，便于故障分析和處理。

(4)內部輸入/輸出信號，既有RY接點繼電器輸出，又有集電極開路輸出;

(5)變頻器具有往復運行方式功能，適合紡織機械要求橫動速度反復變化的需要，不用另加鋸齒波信號源:

改造后的變頻器的負載運行測試數據如表5所示。

注:FR為磨擦輥電機，TR為橫動電動機。

以上數據看出采用明電舍210S型變頻器做卷繞機單臺控制后電動機起動電流明顯減小，實現了所謂的“軟”起動，與改造前起動電流50A比較，沖擊電流見效80%。

設備投入運行以來，沒有一臺卷繞機電動機燒毀，過去平均每月要燒毀電動機1.5-2臺。

改造后擺頻部分的工藝參數可以用數字量精確控制，使產品質量和產量大幅度提高。

48臺卷繞機變頻系統由“集中”變頻控制改造成“單臺”變頻控制后，穩定了工藝，不到一年即收回改造投資，改造非常成功，為該廠提高產品質量和增加產品產量打下基礎。

7聚酯生產線

聚酯生產是連續的過程，我國的聚酯生產裝置最初是從國外成套引進，最近幾年由于擴容，多數由國內設計并購國內設備來完成增容改造。我公司參加并完成如遼化聚酯廠和浙化聯聚酯裝置的改造，由于均選用進口變頻器，低壓開關，接觸器等。既保證了設備可靠性，又降低了設備成本。

聚酯生產中，有調速要求的有漿料輸送泵電機、預聚反應器攪拌器電機、預聚物輸送泵電機、后縮聚反應器攪拌器入口電機、后縮聚反應器攪拌器出口電機、熔體輸送泵電機、消光劑輸送泵電機等。聚酯生產過程是一個連續的、自動化的過程，裝置由DCS(集散控制系統)系統集中監控，各個傳動部位接收來自DCS的控制指令并回饋相應的運行狀態信號給DCS系統。

一般情況下不允許其中某個環節突然中斷，一旦發生較長時間的中斷可能導致巨額的經濟損失。因此，在有可能的部位，管道設計成兩個通路，每個通路設有傳動裝置，可以互為備用，也可同時工作。后縮聚反應器攪拌器出入口電機對連續工作的要求更高，由于該部位電機本身無法備份，對變頻器的可靠性要求就大大提高，因此一般要求變頻器設置二套互為備用，在運行變頻器出現故障情況下備用變頻器應能盡快投入運行，保證連續生產的需要。

由于聚酯生產裝置對傳動系統可靠性要求較高，滿足電機的在線啟動，重載啟動功能及較強的通訊擴展功能，我們采用德國西門子變頻器及日本富士變頻器。

聚酯變頻器調速系統的一次回路構成如圖1所示。

由于一套裝置中采用了較多的變頻器，因此變頻器產生的諧波問題就比較突出。為此在變頻器輸入側和輸出側均安裝了交流電抗器。輸入電抗器主要起抑制諧波對電網的污染并有效地改善功率因數的作用。輸出側電抗器則主要起抑制高次諧波的作用。變頻器輸出電壓中包含的高次諧波有兩個不利的影響:一是干擾弱電控制系統，二是在較長的電纜中產生漏電流，這個漏電流有時足以使變頻器和計算機無法工作。在沒有輸出濾波電抗器情況下，電機與變頻器之間的最大允許導線長度在100米左右，而使用輸出濾波電抗器時這個長度可以達到600~800米。由于聚酯生產裝置往往比較龐大，電機與變頻器之間的距離都比較遠，所以為了保險起見需加裝電抗器。另外，輸出電抗器對保護電機絕緣也有好處。

上述一次線路構成適用于漿料輸送泵、預聚物輸送泵、熔體輸送泵、消光劑輸送泵、預聚反應器攪拌器電機等的變頻驅動。對于后縮聚反應器攪拌器出/入口電機的變頻驅動來說，由于電機無法備用設置，為了提高可靠性，采用兩套變頻器互為備用的方式，其一次線路圖如圖2。

這樣設計的調速系統，在遼化、浙化聯運行的都很成功，達到了工藝要求和增容的目標。同國外進口的聚酯裝置相比，有如下的特點:

(1)可靠性、實用性高于原進口設備。由于是國內設計，目的性明確，且設備均選用國外最先進的變頻器和低壓電器，因而在可靠性、實用性方面都要優于原進口設備。

(2)工藝連續性優于原進口設備。原進口設備的不足之處，實用后做了改進，在我們改造中體現出來，更為實用。

(3)造價僅為原進口的1/3。

8粘膠長絲靜變頻電源

粘膠長絲是以棉籽等做原料的非常受歡迎的化纖產品，出口很多。

粘膠纖維行業紡絲設備多數是高速電機，眾多的紡錠電機為150Hz/160V。長期以來，國內粘膠行業一直使用電動-發電機組中頻電源供電，稱動變頻。由于這種方法弊病太多，而逐步采用交流變頻電源供電，稱靜變頻。我公司首先為邵陽化纖廠提供8套150HZ/160V160KW靜變頻電源;接著為吉林化纖廠提供25套150HZ/160V200kW;湖北化纖廠14套;九江化纖廠12套;宜賓化纖廠7套;維坊巨龍化纖廠16套靜變頻電源，均采用日本富士變頻器。邵陽化纖廠是我國粘膠行業最早自行應用靜變頻的廠家，8臺160kW變頻器分二組供電(每組一臺備用)。自1992年12月生產以來，比動變頻有明顯優勢。

(1)可靠。運行多年，未發生故障跳閘。

(2)運行穩定，電壓、頻率波動極小。

(3)調頻方便，為工廠生產不同捻度的絲餅創造了條件。

(4)噪音小，改善了操作人員的環境

(5)提高了產品質量。該廠一期工程(采用動變頻供電)，粘膠長絲合格率僅55.1%，一等品合格率為零，二等品合格率20%。而二期工程(采用靜變頻供電)平均合格率98.12%，一等品合格率為88.7%。

(6)增加了產量。一期工程設計能力2000噸/年，試生產半年，產量僅365.53噸，而二期工程設計能力1000噸/年，試生產半年，生產長絲685.25噸，大大超過設計能力。

(7)節電13%。

由于靜變頻電源給企業帶來頗豐的利益，優質、增產、節能、降耗、降噪聲。全國15家粘膠長絲生產廠，基本上淘汰了動變頻設備，而選擇了靜變頻電源。

參考文獻

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[3]戴思斌.交流變頻調速技術在腈綸生產中的應用[C].CECE''''9681P.

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2技術改造實施方案

空壓機組控制系統如圖1所示，包括工控機（上位機）系統、微機控制系統（集控柜）、壓力、溫度傳感器、高壓變頻控制系統、高壓切換系統等。（1）新建集中控制系統，在空壓機房安裝集中控制柜、監視操作用工控計算機（上位機）。其主要完成空氣壓縮機組遠程參數的監視、控制、運行參數設置、實時曲線、歷史報表查詢及其他數據的處理等功能。選用ACS4000型集控柜：由電源開關及熔斷器、觸摸顯示屏、PLC控制器、輸出繼電器、24V直流電源、通訊轉換模塊、指示及報警裝置等組成。高壓變頻器、高壓啟動柜、空氣壓縮機與集控柜通訊模塊通過通訊電纜進行通訊，將空壓機運行、變頻器運行參數、高壓啟動柜電壓、電流、儲氣罐溫度傳輸到集控柜進行數據處理、顯示。根據運算數據控制空壓機與變頻器運行。運行狀況及各種參數、數據在上位機上顯示。（2）在主供風管路上安裝壓力變送器。主要是檢測供風出口壓力并把壓力信號傳輸給集控柜PLC，PLC運算后根據總管壓力和空壓機運行狀態智能地控制變頻器的運行頻率，從而達到根據設定壓力范圍來控制空壓機的運行狀態的目的。（3）增設高壓變頻器，控制空壓機在需要的工況下運行。（4）增設高壓切換柜，如圖2所示，內裝4臺高壓真空接觸器，與空氣壓縮機高壓啟動柜一一對應，并相互閉鎖，達到有選擇性地控制空壓機在變頻狀態下運行的目的。（5）空壓機組控制。1）每臺空壓機啟動、停止、變頻狀態下運行均由PLC控制，PLC內設空壓機運行程序。2）工作方式設定為5種：就地啟動／停止、遠程啟動／停止、緊急停機、聯機控制、單臺控制。3）風壓設定：5．5～6．2kg／cm2；空壓機轉速調節范圍：電機額定轉速的60％～100％。4）空壓機啟動停止全部由PLC程序控制。空壓機運行規定，連續運行不得超過72h，按照空壓機編號設定主機1、主機2、主機3、主機4，程序控制每72h更換一次主機，輔機每24h更換一次。主機、輔機分別在工頻、變頻狀態下運行。變頻頻率達到50Hz、10min內風壓達不到設定值，該臺空壓機自動轉為工頻運行，同時啟動第3臺空壓機變頻運行，以控制風壓穩定。空壓機變頻方式運行頻率30Hz及以下達10min以上時，該臺空壓機自動停止運行，同時原輔機或主機自動轉為變頻方式運行。

3技術關鍵及創新點

（1）工頻、變頻狀態下空壓機運行曲線的智能擬合。（2）ACS400集控系統、高壓變頻的配合控制。（3）變頻方式與工頻方式轉換控制。（4）主機、輔機按時切換控制。

4經濟效益、社會效益分析

2011年1月系統改造完成并投入工業性運行，實現了多臺空壓機組聯動控制，運行狀況良好。（1）節能降耗效果顯著：通過實際測定，技術改造后比原運行方式節能13％～15％，年節電耗43．2萬kW•h，約21．6萬元，節能效果明顯。（2）實現了大型設備車間真正無人值守。機組自動24h穩定高效運行，減少操作人員9人，年可節約人工費用54萬元。（3）穩定的壓力輸出，減少了對生產的影響，為礦井安全生產奠定基礎。（4）維護量小，運行效率高。集控系統及變頻的投入運行減少了空壓機配件的磨損，延長了電機及空壓機的使用壽命，年可維修及配件費用可減少10余萬元。（5）實時設備運行狀況，便于人員觀察和及時掌握，發生異常及時處理，避免機械事故的發生。（6）采用變頻控制，實測減少噪聲15dB，減少噪聲污染。

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簡單來說，變頻節能技術是指一種利用科技手段及設備實現電流頻率改變的技術。其中，負責控制電頻頻率的設備叫做變頻器，變頻器的構成比較復雜，主要由電源板、電極電容、控制面板及鍵盤等部件組成，通過這些部件的有效結合，能夠使電動機在最節能的狀態下運行。傳統機電設備中的電流頻率是不可改變的，在設備運行過程中，其轉數也不能改變和控制，這就導致其設備長期處于恒定運行狀態，這樣不能因地制宜地改變轉速，不但使設備的使用壽命大大縮短，而且還會造成大量的能源消耗。隨著變頻節能技術的出現，機電設備的這一缺陷得到了很大改善。將變頻節能技術運用到機電設備中，不但能夠改變機電設備的靈活性，還可根據實際生產的需要調節設備的運行狀態節約能源，這樣就能夠大大增加設備的使用年限和減少能源消耗。

1.2變頻節能技術的基本原理

變頻器的工作原理可以簡單概括為“交—直—交”工作方式，變頻器是通過整流器將工頻交流電源轉化成直流電源，然后再把直流電源轉化成頻率和電壓可以控制的交流電，最后再供給電動機。變頻器的工作電路主要由以下四部分組成：整流部分、直流環節部分、逆變部分、控制部分。其中整流部分主要應用的是三相橋式不可控整流器；直流環節部分主要是用來濾波，直流儲能和緩沖無功功率的；逆變部分主要采用的是IGBT三相橋式逆變器，它輸出的為脈沖寬度可以調制的波形（PWM），它在整個變頻器中起到了至關重要的作用，也是變頻器的核心技術。變頻節能技術實際上是通過變頻調速系統實現對電動機轉速的調節，從而達到節能效果的。

2變頻節能技術的優勢

變頻節能技術是隨著當今時代信息技術的迅速發展及節能理念的不斷推廣，才逐漸被應用于各類煤礦機電設備當中的，例如采煤機、礦井提升機、皮帶輸送機及流體負荷設備等，都在運用變頻節能技術。經實踐發現，與傳統的煤礦機電設備相比，應用了變頻節能技術的機電設備的運行效率得到了大大提高、能源消耗量大大減少，且維修養護費用也大大降低，總體來看，其使得煤礦產業的經濟效益得到了顯著提升。由此可以證明，變頻節能技術確實能夠有效改善傳統機電設備的一些性能。變頻節能技術將傳統煤礦機電設備中的交流電的固定頻率轉化成為了一種變動資源，其具有以下四點優勢：首先，變頻節能技術的功率器件是使用的智能功率模塊IPM，這種功率模塊是在GTRIGBT的基礎上發展起來的，它能夠實現對功率的變頻；其次，變頻節能技術改進了壓頻比的控制方式，使其控制理論得到了進一步革新，也即是采用直接轉矩控制和矢量控制的方式來擴展了自身技術的應用范圍；再次，變頻節能技術采用了創新的人工神經網絡及模糊自優化控制技術，從而更加集中了自身的集成系統，并將原來單一的數字信息處理技術發展成為了先進的專用集成電路；最后，變頻節能技術的綜合應用范圍也正在越擴越大，如今的變頻節能技術不僅擁有基本的調速功能，更具備通信、編程序參數辨識等功能。

3煤礦機電設備中變頻節能技術的應用

從變頻節能技術的出現到如今的迅速發展，其在節能和安全等方面的優勢越來越顯著。目前，變頻節能技術已經在我國煤礦機電設備中得到了廣泛應用，以下筆者就來詳細介紹變頻節能技術在采煤機、礦井提升機、皮帶輸送機及流體負荷設備等主要煤礦機電設備中的應用。

3.1變頻節能技術在礦井提升機中的應用

礦井提升機在煤礦生產中的條件比較復雜，大多數礦井提升機都是在非常惡劣和繁重的環境下運作的，因此這就對其性能和質量提出了較高的要求。在煤礦生產過程中，礦井提升機往往需要反復啟動與操作，其中調速任務有很多，并且比較容易引發設備故障，從而對煤礦的正常生產產生較大的不利影響。而隨著變頻節能技術被越來越廣泛地應用于礦井提升機中，其在進一步提升礦井提升機工作效益的同時，還對其起到了一定的保護作用。利用了變頻節能技術的礦井提升機，能夠在內部軟件的輔助下更高質量和更快速度地完成工作任務，并且其運行能耗也比原來大大減少，尤其節約了大量的電能。目前，科研人員又研究出了一種專門用于礦井提升機的風光提升機變頻器，其具有很高的兼容性，能夠強化礦井提升機的性能。如圖1所示，就是利用變頻節能技術的礦井提升機的系統，變頻裝置替換掉復雜的串聯電阻切換裝置，并完成提升機運行速度曲線、轉矩大小的要求，極大地使控制操作流程得到簡化，提高控制精度。

3.2變頻節能技術在皮帶輸送機中的應用

由于皮帶輸送機具有功率大、電壓高等特點，因此其在煤礦生產中具有很重要的作用，甚至可以說是整個煤礦生產系統的咽喉。所以，皮帶輸送機的性能和質量必須要達到要求，要能夠保障煤礦生產的正常進行。通常情況下，皮帶輸送機在輕載或空載的情況下仍然是處于正常運轉狀態的，這無疑大大損耗了不必要的電能，造成了極大的能源浪費；另外，一些皮帶輸送機所使用的軟啟動裝置是液力耦合器，其非常容易發生電機失控，從而造成設備損壞。變頻節能技術的出現很好地解決了這一問題，其能夠有效保護皮帶輸送機不被損壞，大大減少了電機失控情況的發生，并且還能夠提高輸送機的工作效率，使其更加節能高效。以爬坡皮帶輸送機為例，采用GI800變頻器控制，由一臺交流異步電機驅動，其變頻器通過外部電位器設定值與皮帶電子稱實時測量信號相加，作為初級給定信號，并通過濾波、PID、限幅等處理后作為實際頻率控制給定值信號，實現輸送機皮帶走速控制和調節，達到根據輸送機皮帶上實際料量大小自動調節控制的目的。