我国变频调速技术的发展及应用 点击：1775 | 回复：37
（1）晶闸管交流器和开关断器件（DJT、IGBT、VDMOS）斩波器供电的直流调速设备。这类设备的市场很大，随着交流调速的发展，该时常虽在缩减，但由于我国旧设备改造任务多，以及它在几百至一千多kW范围内价格比交流调速低得多，所以在短期内市场不会缩减很多。国产设备能满足需要，部分出口。自行开发的控制器多为模拟控制，近年来主要采用进口数字控制器配国产功率装置。
（2）IGBT或BJT PWM逆变器供电的交流变频调速设备。这类设备的市场很大，总容量占的比例不大，但台数多，增长快，应用范围从单机扩展到全生产线，从简单的V/f控制到高性能的矢量控制。约有50家工厂和公司生产，其中合资企业占很大比重。
（3）负载换流式电流型晶闸管逆变器供电的交流变频调速设备。这类产品在抽水蓄水能电站的机组起动，大容量风机、泵、压缩机和轧机传动方面有很大需求。国内只有少数科研单位有能力制造，目前容量最大做到12MW。功率装置国内配套，自行开发的控制装置只有模拟式的，数字装置需进口，自己开发应用软件。
（4）交-交变频器供电的交流变频调速设备。这类产品在轧机和矿井卷扬传动方面有很大需求，台数不多，功率大。主要靠进口，国内只有少数科研单位有能力制造。目前最大容量做到7000～8000kW。功率部分国产，数字控制装置进口，包括开发应用软件。
变频调速技术在国民经济和日常生活中的重要地位是由以下因素决定的。
（1）应用面广，是工业企业和日常生活中普遍需要的新技术。
（2）是节约能源的高新技术。
（3）是国际上技术更新换代最快的领域。
（4）是高科技领域的综合性技术。
（5）是替代进口，节约投资的最大领域之一。
2 国内外技术现状对比
2.1 国外现状
在大功率交-交变频（循环变流器）调速技术方面，法国阿尔斯通已能提供单机容量达3万kW的电气传动设备用于船舶推进系统。在大功率无换向器电机变频调速技术方面，意大利ABB公司提供了单机容量为6万kW的设备用于抽水蓄能电站。在中功率变频调速技术方面，德国西门子公司Simovert A电流型晶闸管变频调速设备单机容量为10 ~ 2600 kVA和Simovert P GTO PWM变频调速设备单机容量为100 ~ 900 kVA，其控制系统已实现全数字化，用于电力机车、风机、水泵传动。在小功率交流变频调速技术反面，日本富士BJT变频器最大单机容量可达700 kVA，IGBT变频器已形成系列产品，其控制系统也已实现全数字化。
国外交流变频调速技术高速发展有以下特点。
（1）市场的大量需求。随着工业自动化程度的不断提高和能源全球性短缺，变频器越来越广泛地应用在机械、纺织、化工、造纸、冶金、食品等各个行业以及风机、水泵等的节能场合，应取得显著的经济效益。
（2）功率器件的发展。近年来高电压、大电流的SCR、GTO、IGBT、IGCT等器件的生产以及并联、串联技术的发展应用，使高抵押、大功率变频器产品的生产及应用成为现实。
（3）控制理论和微电子技术的发展。矢量控制、磁通控制、转矩控制、模糊控制等新的控制理论为高性能的变频器提供了理论基础；16位、32位高速微处理器以及信号处理器（DSP）和专用集成电路（ASIC）技术的快速发展，为实现变频器高精度、多功能提供了硬件手段。
（4）基础工业和各种制造业的高速发展，变频器相关配套件社会化、专业化生产。
2.2 国内现状
从总体上看我国电气传动的技术水平较国际先进水平差距10 ~ 15年。
在大功率-交、无换向器电机等变频技术方面，国内只有少数科研单位有能力制造，但在数字化及系统可靠性方面与国外还有相当差距。而这方面产品在诸如抽水蓄能电站机组起动及运行、大容量风机、压缩机和轧机传动、矿井卷场方面有很大需求。在中小功率变频技术方面，国内几乎所有的产品都是普通的V/f控制，仅有少量的样机采用矢量控制，品种与质量还不能满足市场需要，每年大量进口。
国内交流变频调速技术产业状况表现如下。
（1）变频器的整机技术落后，国内虽有很多单位投入了一定的人力、物力，但由于力量分散，并没有形成一定的技术和生产规模。
（2）变频器产品所用半导体功率器件的制造业几乎是空白。
（3）相关配套产业及行业落后。
（4）产销量少，可靠性及工艺水平不高。
3 未来的发展方向
交流变频调速技术是强弱电混合、机电一体的综合性技术，既要处理巨大电能的转换（整流、逆变），又要处理信息的收集、变换和传输，因此它的共性技术必定分成功率和控制两大部分。前者要解决与高压大电流有关的技术问题和新型电力电子器件的应用技术问题，后者要解决（基于现代控制理论的控制策略和智能控制策略）的硬、软件开发问题（在目前状况下主要全数字控制技术）。
其主要发展方向有如下几项。
（1）实现高水平的控制。基于电动机和机械模型的控制策略，有矢量控制、磁场控制、直接传矩控制和机械扭振补偿等；基于现代理论的控制策略，有滑模变结构技术、模型参考自适应技术、采用微分几何理论的非线性解耦、鲁棒观察器，在某种指标意义下的最优控制技术和逆奈奎斯特阵列设计方法等；基于智能控制思想的控制策略，有模糊控制、神经元网络、专家系统和各种各样的自优化、自诊断技术等。
（2）开发清洁电能的变流器。所谓清洁电能变流器是指变流器的功率因数为1，网侧和负载侧有尽可能低的谐波分量，以减少对电网的公害和电动机的转矩脉动。对中小容量变流器，提高开关频率的PWM控制是有效的。对大容量变流器，在常规的开关频率下，可改变电路结构和控制方式，实现清洁电能的变换。
（3）缩小装置的尺寸。紧凑型变流器要求功率和控制元件具有高的集成度，其中包括智能化的功率模块、紧凑型的光耦合器、高频率的开关电源，以及采用新型电工材料制造的小体积变压器、电抗器和电容器。功率器件冷却方式的改变（如水冷、蒸发冷却和热管）对缩小装置的尺寸也很有效。
（4）高速度的数字控制。以32位高速微处理器为基础的数字控制模板有足够的能力实现各种控制算法，Windows操作系统的引入使得可自由设计，图形编程的控制技术也有很大的发展。
（5）模拟与计算机辅助设计（CAD）技术。电机模拟器、负载模拟器以及各种CAD软件的引入对变频器的设计和测试提供了强有力的支持。
主要的研究开发项目有如下各项。
（1）数字控制的大功率交-交变频器供电的传动设备。
（2）大功率负载换流电流型逆变器供电的传动设备在抽水蓄能电站、大型风机和泵上的推广应用。
（3）电压型GTO逆变器在铁路机车上的推广应用。
（4）电压型IGBT、IGCT逆变器供电的传动设备扩大功能，改善性能。如4象限运行，带有电极参数自测量与自设定和电机参数变化的自动补偿以及无传感器的矢量控制、直接转矩控制等。
（5）风机和泵用高压电动机的节能调速研究。众所周知，风机和泵改用调速传动后节约大量电力。特别是电压电动机，容量大，节能效果更显著。研究经济合理的高压电动机调速方法是当今重大课题。
主要的研究内容及关键技术有如下各项。
（1）高压、大电流技术：? 动态、静态均压技术（6kV、10kV回路中3英寸晶闸管串联，静动态均压系数大于0.9）；‚ 均流技术，大功率晶闸管并联的均流技术，均流系数大于0.85）；ƒ 浪涌吸收技术（10 kV、6kV回路中）；„ 光控及电磁触发技术（电/光，光/电变换技术）；… 导热与散热技术（主要解决导热及散热性好、电流出力大的技术，如热管散热技术）；† 高压、大电流系统保护技术（抗大电流电磁力结构、绝缘设计）；‡ 等效负载模拟技术。
（2）新型电力电子器件的应用技术：? 可关断驱动技术；‚ 双PWM逆变技术；ƒ 循环变流 / 电流型交-直-交（CC / CSI0）变流技术（12脉波变频技术）；„ 同步机交流励磁变速运行技术；… 软开关PWM变流技术。
（3）全数字自动化控制技术：? 参数自设定技术；‚ 过程自优化技术；ƒ 故障自诊断技术；„ 对象自辨识技术。
（4）现代控制技术：? 多变量解耦控制技术；‚ 矢量控制和直接力矩控制技术；ƒ 自适应技术。
4 变频调速技术的因应用
纵观我国变频调速技术的应用，总的说来走的是一个由试验到实用，由零星到大范围，由辅助系统到生产装置，由单纯考虑节能到全民改善工艺水平，由手动控制到自动控制，由于低压中小容量到高压大容量，一句话，由低级到高级的过程。
多年来，国家经贸委一直会同国家有关部门致力于变频调速技术的开发及推广
刘老师怎又和波恩干上了，就是我等小辈也知道其实你们说得都是事实，都对！我觉得这只不过是技术人员的“通病”，“钻字眼”。变频器叫变频调速器，当然我们应该给它归类为 调速器 ，调速器当然不是节能器了（如刘老师说的节能灯是以节能为目标开发的器件，所以叫节能灯），不是以节能为目标开发的器件不能叫 节能器 ，因为变频器本身是不能单独使用的，你把它接到电网上什么作用也没有，所以更不能把它叫 节能器 。
变频器能节能吗？
问这样的话相当于问：人没有头还能活吗？
水果刀能杀人吗？
水果刀当然能杀人！但不能因为水果刀能杀人我们就把它归为 武器！
变频器与风机水泵的调速组合跟阀门与风机水泵的调速组合相比较，当然前者节能，我们说“变频器具有节能功能”也不是不可，这符合广大中国人的表达习惯。就像“伟哥”在中国我们就说它是 春药 ，其实 伟哥 不是春药，它是治疗阳痿疾病的。
我是从用变频器-异步电动机调速方案，改造取代直流调速器-直流复励电动机塑板生产线开始认识变频器的，所以我一直把变频器归为 调速器 ，从我周围的朋友和广大客户了解到，变频器被他们认识，更多是从变频调速技术在特定领域具有节能功能开始的，就是从变频器节能改造认识变频器的，所以他们有一部分人认为变频器就是节能器，当然这些人对变频器知识的了解还是较少的，普遍是客户公司的管理人员。
到了刘老师和波恩这个层次，我想变频器的工作原理和实际应用案例就没必要怀疑了！还需要为这个问题争论吗！因为它本身就不是个问题！
波恩也没说变频器就是节能器呀！把变频器装到机柜内去取代阀门与风机水泵的组合模式，我们完全可以在这个机柜上标示 节能器 。
我认为变频器应该归类为 调速器 。
我认为说 变频器具有节能功能 是正确的。
我认为说 变频器是节能器 是片面的。
我认为 变频器 = 节能器 是完全错误的。
我认为 刘老师和波恩还要争论这个话题 是没有必有的。
我认为 还认为变频器是节能器的人 是需要全面认识变频器的。
关于****水泥厂烧成2#线
窑尾高温风机变频器节电的报告
****公司领导：
为达到国家节能减排的目标，根据公司要求对烧成2#线窑尾高温风机安装变频器，以节约生产用电量。变频器于2007年7月24日9：20正式投入运行，按生产工艺要求已运行1个月时间。现按公司要求纂写运行节电评估报告。
1.系统组成
原传动系统如图1，高压电动机保持恒定转速，离心风机转速由液力偶合器调节。
图1
现传动系统如图2，高压电动机的转速由高压变频器调节，液力偶合器开至最大，从而实现离心风机的转速由高压变频器直接调节。
图2
2.高压变频器主要参数
名称：ZINVERT智能高压变频调速系统
系统结构：单元串联多电平PWM电压源型
型号：ZINVERT—A6 H 750/06Y
额定容量：750KVA
适配电机：560KW
制造厂商：广州智光电机有限公司
3.典型状态下电气参数（来自于变频器数据显示）
输入电压：6397V
设定频率：36.97Hz
输出频率：36.97Hz
输入功率：197KW
输出功率：188KW
输出电压：4425V
输出电流：30.6A
输入功率因数：0.973
输出功率因数：0.788
输入电压THD：5.2%max THD－－谐波失真 max－－-最大值
输入电流THD：6%max
输出电压THD：1.5%max
输出电流THD：2%max
4.节电评估方法：历史数据比较法，用加装变频器后的电力消耗数据与加装变频器以前的电力消耗数据比较（旋窑工艺正常工况下，离心风机转速相同，均为典型值），以降压站2#线窑尾高温风机电度表为准。
状态 电度起始时间 起始电度 电度终止时间 终止电度 运行时间 闸板开度 风机转速rpm 平均功kw 耗电kwh
工频 7月14日17点 4002.2 7月16日7点 4007.7 38小时 90.6% 1066 260.52 9900
变频 8月3日17点 4047.8 8月5日7点 4051.8 38小时 90.6% 1066 189.47 7200
变频器控制室空调主要参数：
名称：分体式热泵落地式房间空调器
型号：格力 KFR—120LW/E
制冷耗电量：4650w+336w 共4.986 kw
年均日耗电量：4.986/3=1.662 kw （年运行时间以1/3计）
变频器二次电源功率：1 kw
计算：变频状态下的功率消耗
38小时平均功率+空调年均日功率+变频器二次电源功率
189.47+1.662+1=192.132 kw
变频状态下日耗电
变频状态下的功率消耗×24小时
192.132×24=4611.168 kwh
工频状态下日耗电
工频状态下的功率消耗×24小时
260.52×24=6252.48 kwh
日电力节约 6252.48-4611.168=1641.312 kwh
节电率 1641.312/6252.48=26.25%
5.结论：在加装变频器后的传动系统和原传动系统比较后，在原传动系统的基础上电力消耗下降大约 %（综合考虑）。
审核：
起草：
年 月 日
附表 原始记录
2号回转窑操作记录 工频
时 间 风机转速 闸板开度 电 度 时 间&
2、 节流控制确实降低负载电流，但他的比例系数不是1，实际耗电量始终要比，流量对应的功率要高一点。也就是说当节流80%时，实际电耗要高于80%，大约为85%。因为节流的同时，不可避免的提高了压力。
3、 变频控制流量时，所消耗功率与流量成立方关系。当流量下降为80%时，理论消耗功率大约为50%，考虑到以上所述的变频损耗，实际消耗功率大约为65%左右。而如果采用节流控制，此时消耗的功率大约为85%左右。相比之下，当采用变频时，可多节电20左右。
4、 正因为如此，众多的节能厂家在推广变频控制（水泵）时，他首先关心的是用户阀门关闭程度，如果开阀程度高于90%时，是不会下手的，因为此时变频的节能效果，与自身的损耗几乎相等，甚至还比工频多耗电。没有节能效果，用户是不会付钱的。
5、 如果水泵的流量始终偏高，并且也不需要调速，可以考虑换泵，而不是换皮带轮，通常水泵是直连的，根本没有皮带轮，也可以考虑换电机（2极换4极），但实际操作难度大，施工麻烦，并且成本也比换泵低不了多少。
6、 如果风机流量始终偏高，也不需调速，可以考虑换皮带轮。
7、 所谓的变频使系统效率下降，这里要看是什么系统，仅仅是水泵？是电机？还是包含电机、包含水泵。采用变频时，变频确实使电的效率下降，但水系统的效率几乎未变，因为水系统没有产生多余的高压，而且压力成平方关系下降，恰好符合实际需要。而如果采用阀门节流时，尽管电系统的效率未变，但水系统的效率却非常低，因为在节流的同时，不可避免的提高了压力，而此压力却消耗在阀门的内部，最终用户得到的压力并不高，而且用户也不需要多余的、那么高的压力。
8、 总的考虑，如果阀门开度80%，甚至更低时，采用变频控制要比阀门控制更加节能，但如果阀门开度高于85%以上，则可以采用阀门调节控制。
TO:刘老师
不用再做实验了，我发的那个报告就是一个真实的案例。其节能的原理也与普通的风机有所区别，这个风机原本就安装了风闸和液力偶合调速器，风闸只用于系统（窑系统，不是指风机系统）启动时关闭风路，启动完成后处于全开状态（原始数据里闸门开度没有显示100%，是因为风闸热变形后无法全开）。风机转速是靠液力偶合调速器来控制的，此液力偶合调速器需要强制油循环和强制水冷却（使用变频器以前），电动机则运行在全速状态下运行。当使用变频器后，液力偶合调速器开到最大，转速直接由变频器控制电动机调节。变频器调速前后对比。风机的运行状态没有发生任何改变，唯一改变的就是电动机的转速和液力偶合调速器，由于液力偶合调速器在原状态下转差很大，所以其上消耗的功率很大，在变频器调速后即使在取消水冷却的情况下，温升相比以前下降了非常多。按理可以拆除液力偶合调速器，还可进一步降低功耗，但考虑到水泥生产对设备可靠性的要求，把液力偶合调速器作为调速的备份（必定是高压变频器，客户是第一次使用，怀疑其可靠性）。
其实水泥生产中变频器用的非常广泛，不管是以调速，还是以节能为出发点，总之用得很多。如中国水泥大佬 海螺水泥 ，只要有调速的地方就有变频器，从几百瓦到数千千瓦，甚至于用变频器来 发电 （用于矿山原料输送皮带，其功率达数百千瓦至上千千瓦，就是用了双逆变变频器，靠原料输送皮带下坡带来的动量，拖动电动机进入发电状态），在资金预算上就更能体现出来，用的变频器不是ABB ，就是SIEMENS，当然这么大、可靠性要求这么高的变频器也没几个厂家能提供。
当然变频器节能也有失败的案例，我就有过。一台200KW的离心风机，原来靠风挡调节风量，风挡开度一般在60%，按理说节能空间很大，可是却被我忽略了风量、风压、转速之间的关系而失败。转速降了下来，风量也降了下来，消耗的功率下降幅度非常大，可是用户的工艺却出问题了，还有一个风压的要求，也就是不但要风量，还要风压。最后不得不改回风挡调节，损失惨重！从此我只要把变频器用在风机和水泵上，我就要考虑 量 和 压 ，能用就用，不能用坚决不用！
1、原风机电机容量（KW）
2、原风机铭牌风量（M3 / h）
3、风机的应用场合（锅炉供风？空调通风？…）
4、风机未用变频时，风阀关闭程度（？%）
5、风量是否需要经常调节（不需要调节？每天调节数次？每周调节数次？…）
如果不加以限制以上条件，用变频调节流量，我可以证明用变频器不节能（比阀门调节更耗电），但我也可以证明变频器节能（比阀门调节更节能）。
同样，如果不加以限制以上条件，用阀门调节流量，我可以证明是节能的（比用变频省电），但我也可以证明不节能（比用变频耗电高）。
你不就是要说明用阀门调控流量是节能的吗？你所述的节能效果确实存在，但前提是有条件的。正因为如此，所以，本人对变频的节能范围，对阀门的调控范围，作了大概的说明。也就是说，在一个流量调节范围内，用变频更省电，在另一调节范围内，用阀门调节更省电。
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