变频调速的应用与可靠性的研究袁镜

变频调速的应用与可靠性的研究袁镜

袁镜

（中国石化长城能源化工（宁夏）有限公司宁夏回族自治区银川市750000）

摘要：随着我国经济的不断发展，变频调速技术也在我国工业生产行业之中得到了广泛的应用。变频调速技术是当前主流的交流调速的一种模式，能够满足当今节电和环保的根本要求，因此如何更好的应用变频调速技术就成为当前行业内重点讨论的问题。本文作者根据自身研究变频调速技术多年的实际经验，对于变频调速技术的应用情况展开了深入的调研与分析，并根据实际情况，提出变频调速技术的应用形式与可靠性分析，希望能对相关行业的从业人员起到一定的启发作用。

关键词：变频调速；应用；可靠性

一、变频调速的应用现状

随着当代电子信息技术的不断发展，也带动了电气传动技术的技术变革了，当前交流调速的模式已经全面取代了直流调速的模式，同时，数字化、自动化的控制模式也将全面取代模拟的控制模式。交流调速技术能够满足当今节电、环保的必然要求，同时也能对产品质量的不断提升起到至关重要的作用。而在交流调速技术之中，发展最快的就是变频调速技术，变频调速技术的技术要点在于通过改变交流电的频率来达到节电和环保的目的，能够实现对于电动机的软启动和制动，调节频率的上升与下降，通过人为设定时间来实现电动机的平滑启动，进而降低电动机出现故障的几率，减少了需要维修作业的几率，进而达到降低生产成本，为全自动化生产奠定更加坚实的基础。目前，变频调速已经在工业生产和矿产冶炼之中有着广泛的应用，对于产品生产的质量和生产效率有着确实的提升作用[1]。

我国变频调速技术的应用始于上个世纪80年代，而随着人们对于变频调速技术优越性认识的不断提升，变频调速技术也得到了广泛的应用。近几年来，我国经济得到了飞速的发展，这也对电气自动化的效率要求更高，而对于电力使用的节能性、经济性和安全性也有着更加具体的要求，因此变频调速技术的市场前景也较为乐观。而从我国变频调速技术的应用来看，已经克服了变频调速技术产品的局限性，提升了频率点的功能性，使其能够具有转矩提升、转差补偿、转矩限定以及抗干扰和实时通讯等多种功能。

二、变频调速的技术应用形式

（一）主电路形式分析

目前，不管是低压的变频设备还是高压的变频设备，其主电路会采用电压源型的交直交结构进行连接，能够使整个电路之中的交流电转变为直流电，然后在将直流电进行转换成为可以进行调频的交流电。而这种电路形式根据电源的性质不同也可以分为电压源型和电流源型两种逆变式的电路，在这之中，常见的主电路形式为二电平电路形式、三电平电路形式以及多电平电路形式等。其中，二电平电路形式主要是根据我国当前对于电动机功率设定标准来进行设计的电路形式，是一种低压变频器之中常用的二电平六脉冲的电路结构组成；而三电平电路形式主要是当电压源型变频器的输出电压在1KV到6KV的时候，为了防止整流及逆变器发生穿件现象而进行了均压设计，这种电路的设计形式经济实用，而且占地面积较小，不需要常规的电路串并联形式就能够实现电压和电流的提升，能够全面提升变频技术应用的可靠性；而多电平电路形式则是采用多个低压的PWM变品功率单元进行连接，采用输出电压的串联模式来进行电路内的电压控制，一般情况下会采用多重化脉宽的调速技术，其输出的谐波较小，能够防止因为谐波作用而产生的转矩脉动，从而降低电动机的热量和噪声，较为适用于普通的电动机。除了以上三种主电路形式，变频调速技术还有这直接高进高出的电路形式，这种电路形式往往使用HV-IGBT进行高压二电平的方式进行变频器的串联，串联的效率往往在百分之96以上，电路的功率因数大于0.95，符合当前世界对于电气使用和电网串联的相关标准和规范要求。这种电路形式的优势在于不需要输入和输出的变压器，器件的使用数量较少、电路的组成形式较为简单，造价较低，有着较高的可靠性[2]。

（二）主要的控制形式分析

我国目前的变频调速市场流通的产品大概有120种左右，然而这些产品的技术性能和使用功能往往存在着较大的差异，其主要的控制形式也有所不同。变频调速产品的主控制形式有压、频控制形式、空间电压矢量控制形式、矢量控制形式、转矩控制形式以及复合式控制形式等等，其中，压/频控制的形式主要原理是通过正弦脉宽来进行条件，采用变压的控制来确保主磁通的稳定性，这种控制方式造价低廉、使用起来较为方便，而且节能效率较高，然而这种控制方式在运行时，其产生的转矩较小，脉动与谐波不容易进行控制，因此不适用于低频运行之中；而空间电压的矢量控制形式则是根据电动机的气隙磁通来进行低频异步电动机转矩脉动的控制，其控制性更高，能够满足0HZ到50HZ频率段的控制需求，较为适用于一般传动精度的设备要求；而矢量控制形式则是根据电动机的动态数学模型建立的控制系统，这种控制方式精度较高，然而对于电动机的参数要求也较高，整体技术的应用较为复杂，造价也较为昂贵；直接转矩控制系统能够通过磁链和转矩的控制来进行逆变器开关动作的确定，在这之中，控制的方法和流程得到了大幅度的优化，能够提升转矩值控制的有效性，能够满足多种设备的根本需求，然而其精度上还存在着一定的问题，与矢量控制还存在着一定的差距，其优势在于造价较低且操作较为简便。复合型控制形式是一种融合了多种控制系统优势与一身的控制形式，不仅能够进行节能模式的操作与运行，同时也能够实现调速运行的运行模式，实现了多种模式的任意调控，全面提升了使用的灵活性和有效性，因此在当前的变频调速市场之中有着较为广泛的应用[3]。

三、变频调速的可靠性分析

想要全面提升变频调速运行的可靠性，首先要明确变频调速设备的运行条件和相关参数，变频器的额定功率往往大于电动机的功率，能够实现一台变频器针对一台电动机进行的调速内模式，而如果需要一台变频器进行几台电动机的调速，其额定功率必须大于几台电动机的总功率，同时几台的电动机功率应该相同，启动的时间也应该相同。如果几台电动机的功率不同，则不应该采用一对多的变频调速模式。变频器的额定电压往往与电动记得额定电压相同，而变频器的频率一般在0-240HZ或者1-400HZ，在进行水泵变频产品选择时，其功率应该在0-120HZ。变频器的控制方式应该能够根据设备的性能，工艺流程的要求进行选择，综合考虑到适用对象的多种因素，从而提升变频调速产品运行的可靠性、经济性与安全性。变频器在安装时，往往都会在使用设备旁进行安装，而如果运行现场的环境较差，则可以将变频器安装在电控室之内，如果变频器的操作系统在作业现场，那么应该将温度保持在-10℃到50℃之间，如果环境温度较低，则应该使用电热器进行加热，如果现场的温度过高，可以进行强通风处理。另外，也可以通过适当提升变频器功率或者减小复杂的方式来防止环境温度对变频调速设备可靠性的影响，做好定期的清扫和维修检护工作，从而为变频调速设备的可靠运行奠定更为坚实的基础[4]。

四、结束语

随着时代的发展，科技的进步，变频技术也在工业生产之中得到了广泛的应用。本文首先分析了当前变频调速的应用现状，并对于变频调速技术的主电路形式与主要控制形式进行了研究与分析，并根据当前变频调速的应用形式提出了变频调速可靠性的研究，从而使相应的技术管理人员能够根据现场的实际情况进行变频调速技术的应用，使其能够发挥其节能调控、降低生产成本、提升生产安全性与稳定性的根本作用。

参考文献：

[1]张同庄，曹以龙，谢桂林.矿井交流提升机低频拖动系统的智能控制[J].中国矿业大学学报，1999，（2）.

[2]彭增良.PLC与变频器连接时应注意的问题[J].电气时代，2003，（8）.

[3]张荣旺.我国变频器市场分析[J].电气时代，2003，（11）.

[4]高文习.变频器的维护和故障诊断[J].电气时代，2003，（12）.