變頻調速器范文
時間：2023-04-04 06:03:57
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篇1
Abstract： This paper takes the circular shaft of a chamfering machine as the control and research object. The working principle， technical requirements， work environment and other characteristics of the machine are used to design the simple dedicated frequency conversion governor of variable voltage and variable frequency. The variable voltage and variable frequency governor combines the micro controller chip and motor speed control system into a whole equipment to implement real-time frequency control for the motor speed control of drive motor. It has some frequency conversion function of the universal variable voltage and variable frequency and it also has its own unique control function for the specific control object.
Key words： variable voltage and variable frequency；SPWM；study
中圖分類號：TK243.6 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）07-0162-03
0 引言
現今社會廣泛應用變頻調速的技術在各行各業，這種技術應用改變了傳動的方式性，改變了傳動的適用性。變頻空調的應用既是對資源的節約，又在改善人們的生活。變頻調速滿足著各種需求，變頻調速器從最初的電力電子器件的模塊化，不斷改革創新，先實現了交流電路開關的高頻化，后實現了控制手段的全數字化。當前企業生產中采用的機加工設備使用到的變頻調速器大部分為通用型變頻調速器，通用變頻調速器用于一般工業驅動，但是其通用的功能設置較為復雜造成了某些設備的功能冗雜，控制程序多，資源浪費，在這種情況下，人們對專用變頻調速器的需求越來越強烈，同時針對通用變頻調速器存在的成本高、系統復雜等問題，人們還設計了簡易變頻調速器，不僅有效解決了傳統變頻調速中存在的問題，還可將其用于某些特殊應用領域的特定的控制對象，滿足某些特定的控制要求[1]。
1 硬件電路設計
考慮到本設計中倒角機的特點及工藝要求，設計簡易變頻調速器時應綜合考慮其可靠性、經濟性和專用性等特點，功率器件選取智能功率模塊（IPM模塊作），核心控制芯片采用LM3S6911，主回路采用的是典型的交-直-交電壓源型功率變換器結構。
變頻器的主回路主要三大部分：
①整流電路：三相橋式不可控整流器。該電路的功能是將三相交流電（AC）整流：變成直流電（DC），整流后的電為脈沖電壓，必需要經濾波后供給負載。
②中間直流環節：該部分包含制動電路、限流電路、濾波電路等[3]。整流電路輸出的電壓經過中間環節輸出穩定的直流電供給后續電路。
③逆變電路。逆變部分為IGBT三相橋式逆變器，該電路將中間環節輸出的直流電轉變成交流電，其輸出為PWM波形。原理圖如圖1所示。
如圖1所示：外部工頻電源R、S、T分別由接線端子J1的1、2、3端經熔斷器輸入到整流器模塊的1、2、3電源引腳，在整流電路中輸入380V三相交流電，使其變化為537V的直流電；經整流后的直流電通過濾波電路進行濾波，減小了整流后直流電中的脈動成分變成平滑的直流電；將該直流電輸入到逆變電路模塊，該直流電將被逆變成為電壓、頻率均可調的220V三相交流電，逆變電路的引腳4、5、6分別輸出U、V、W三相電壓，經接線端子J2的1、2、3端輸出給與其相連的三相交流異步電機。此外在直流回路中串入的限流電阻RL，它的功能是為了避免大電解電容在通電瞬間產生過大的沖擊電流，造成電路損壞。
控制電路的控制芯片采用LM3S6911微控制器，它擁有ARM微控制器所具有的大部分優點，其具有工作頻率為50MHz、32位RISC性能、提供系統時鐘、4個通用定時器模塊，每個模塊提供2個16位定時器。由于LM3S6911芯片的供電電壓只能是3.3V，而給整個控制系統供電的是一個外部+5V直流電源，如此在設計系統電路時必須設置一個電壓電路，以便實現兩個不同電壓的轉化，確保穩壓電源來給微控制器供電。
系統的控制單元使用DV12864C點陣LCD液晶顯示模塊，該模塊是128x64點陣LCD，將該模塊的外部引腳與LM3S6911微處理器的GPIO寄存器的外部接口相連接，構成顯示電路圖，如圖2所示，該部分電路采用8位并行傳輸方式與微控制器進行數據傳輸[3]，可將各設定參數及傳感器數值顯示出來，同時具有光標閃爍、字符移動等功能。
2 軟件設計
簡易變頻調速器既保證能夠達到性能指標要求，又簡化了通用型變頻調速器的硬件電路，因此要最大限度的保證系統的安全性、可靠性以及更好實現系統的性能指標，這無疑對軟件設計提出了更高的要求。
軟件的關鍵組成部分是SPWM的實現，隨著現代科學技術的不斷發展，SPWM波形依靠軟件就可以生成，本設計就是采用了軟件生成SPWM的方法。軟件設計的主程序主要包括初始化模塊、循環調用模塊、中斷模塊、故障檢測模塊等，通過變化各模塊的組合使用情況，改變功能模塊之間的關系，可以實現不同的功能要求。其中初始化模塊包括：ARM初始化、系統初始化、定時器（GPTM）初始化、ADC初始化、PWM寄存器初始化、PWM比較器初始化、GPIO端口初始化等。
3 實驗結果
經過多次試驗，使六路輸出的信號PWM 0-PWM 5分別經過了驅動電路控制IPM中相應IGBT管的導通與關斷，以輸出三相正弦脈寬調制波，控制電動機的變頻調速[4]。IPM的逆變橋的同一個橋臂上有上下兩個IGBT，但在實際工作過程中兩個IGBT無法同時導通，這時需要對兩者的驅動信號進行觀測，波形圖如圖3中（a）所示；并在電路正常運行的前提下對控制工作組的U相上IGBT管和V相下IGBT管的驅動信號進行了觀測，波形圖如圖3中（b）所示。
調試好的SPWM生成程序經過調試試驗發現，電機的換向控制要求基本上都可以得到滿足，因此軟件部分完成，進入硬件調試階段。在硬件調試階段，應采用示波器進行觀測同時記錄實驗結果。
4 結束語
LM3S6911芯片不僅簡化了系統的硬件電路，還有效解決了傳統系統中存在的弊端，具有很高的可靠性、實時性和準確度，系統穩定性好。
參考文獻：
[1]劉學俊，饒萬里.集中安裝效果良好――交流變頻調速器在銅精礦的應用狀況[J].電工技術雜志，2004（06）.
[2]陳立功，周志超，彭昱.基于FX2N的電機無級調速系統設計[J].西華大學學報（自然科學版），2010（01）.
篇2
[關鍵詞]PLC變頻調速器多電機控制網絡通訊協議
一、引言
以變頻調速器為調速控制器的同步控制系統、比例控制系統和同速系統等已廣泛應用于冶金、機械、紡織、化工等行業。以比例控制系統為例，一般的系統構成如圖1所示。
工作時操作人員通過控制機（可為PLC或工業PC）設定比例運行參數，然后控制機通過D/A轉換模件發出控制變頻調速器的速度指令使各個變頻調速器帶動電機按一定的速度比例運轉。此方案對電機數目不多，電機分布比較集中的應用系統較合適。但對于大規模生產自動線，一方面電機數目較多，另一方面電機分布距離較遠。采用此控制方案時由于速度指令信號在長距離傳輸中的衰減和外界的干擾，使整個系統的工作穩定性和可靠性降低；同時大量D/A轉換模件使系統成本增加。為此我們提出了PLC與變頻調速器構成多分支通訊控制網絡。該系統成本較低、信號傳輸距離遠、抗干擾能力強，尤其適合遠距離，多電機控制。
二、系統硬件構成
系統硬件結構如圖2所示，主要由下列組件構成；
1、FX0N—24MR為PLC基本單元，執行系統及用戶軟件，是系統的核心。
2、FX0N—485ADP為FX0N系統PLC的通訊適配器，該模塊的主要作用是在計算機—PLC通訊系統中作為子站接受計算機發給PLC的信息或在多PLC構成n:n網絡時作為網絡適配器，一般只作為規定協議的收信單元使用。本文作者在分析其結構的基礎上，將其作為通訊主站使用，完成變頻調速器控制信號的發送。
3、FR—CU03為FR—A044系列比例調速器的計算機連接單元，符合RS—422/RS—485通訊規范，用于實現計算機與多臺變頻調速器的連網。通過該單元能夠在網絡上實現變頻調速器的運行控制（如啟動、停止、運行頻率設定）、參數設定和狀態監控等功能，是變頻器的網絡接口。
4、FR—A044變頻調查器，實現電機調速。
在1:n（本文中為1:3）多分支通訊網絡中，每個變頻器為一個子站，每個子站均有一個站號，事先由參數設定單元設定。工作過程中，PLC通過FX0N—485ADP發有關命令信息后，各個子站均收到該信息，然后每個子站判斷該信息的站號地址是否與本站站號一致。若一致則處理該信息并返回應答信息；若不一致則放棄該信息的處理，這樣就保證了在網絡上同時只有一個子站與主站交換信息。
三、軟件設計
1、通訊協議
FR—CU03規定計算機與變頻器的通訊過程如圖3所示，
該過程最多分5個階段。?、計算機發出通訊請求；?、變頻器處理等待；?、變頻器作出應答；?、計算機處理等待；?、計算機作出應答。根據不同的通訊要求完成相應的過程，如寫變頻器啟停控制命令時完成?~?三個過程；監視變頻器運行頻率時完成?~?五個過程。不論是寫數據還是讀數據，均有計算機發出請求，變頻器只是被動接受請求并作出應答。每個階段的數據格式均有差別。圖4分別為寫變頻器控制命令和變頻器運行頻率的數據格式。
2、PLC編程
要實現對變頻器的控制，必須對PLC進行編程，通過程序實現PLC與變頻器信息交換的控制。PLC程序應完成FX0N—485ADP通訊適配器的初始化、控制命令字的組合、代碼轉換及變頻器應答信息的處理等工作。PLC梯形圖程序（部分程序）如圖5所示。
程序中通訊發送緩沖區為D127~D149；接受緩沖區為D150~D160。電機1啟動、停止分別由X0的上升、下降沿控制；電機2啟動、停止分別由X1的上升、下降沿控制；電機3啟動、停止分別由X2的上升、下降沿控制。程序由系統起始脈沖M8002初始化FX0N—485ADP的通訊協議；然后進行啟動、停止信號的處理。以電機1啟動為例，X0的上升沿M50吸合，變頻器1的站號送入D130，運行命令字送入D135，ENQ、寫運行命令的控制字和等待時間等由編程器事先寫入D131、D132、D133；接著求校驗和并送入D136、D137；最后置M8122允許RS指令發送控制信息到。變頻器受到信號后立刻返回應答信息，此信息FX0N—485ADP收到后置M8132，PLC根據情況作出相應處理后結束程序。
四、結語
1、實際使用表明，該方案能夠實現PLC通過網絡對變頻調速器的運行控制、參數設定和運行狀態監控。
2、該系統最多可控制變頻調速器32臺，最大距離500m。
篇3
關鍵詞:交流變頻調速 諧波 PLC接口
中圖分類號:文獻標識碼:A文章編號:1007-9416(2010)05-0000-00
1 概述
西德龍門加工中心17-10PF原主軸伺服系統采用西門子可控硅直流裝置SIMOREG V5系統。主軸電動機為西門子他勵直流電動機,功率為75KW,安裝方式為立式。該加工中心投入使用十余年,加上滲漏的液壓油的污染,電機時常產生短路打火現象,因此不得不每周停機一天清洗電機,保養整流子;即使這樣也不能避免電機短路打火。一旦發生短路打火,就需要對電樞進行絕緣處理。每拆裝一次電機并進行修理,停機時間長達幾周,所需費用也不少,而且電機經過多次修理已經處于報廢邊緣。因此車間經上級部門同意決定對其進行改造。
2 可行性分析
對于更換直流電動機還是更換交流電動機進行了論證。更換直流電動機工作量小沒有任何風險,但滲漏的液壓油仍將污染電機,影響機床的使用;更換交流電動機需要加裝交流變頻調速系統,并要處理交流變頻調速系統和NC及PLC之間的連接問題,有一定的風險,但交流電機沒有碳刷裝置無需維護,滲漏的液壓油不會影響其使用,從信號的匹配考慮仍選用西門子的交流調速系統和電機。
從費用上考慮原型號直流電機需要單獨訂貨,價格約30萬元,而交流電機加變頻系統價格約20萬元。交流變頻電機存在較大的優勢。
交流變頻調速裝置采用西門子的SIMODRIVE 611,三相四極電機,功率60KW,其工作原理如圖所示:
該系統能提供恒功率輸出,保證電動機在靜止狀態也能提供足夠大的力矩。電網提供的三相交流電源可直接送入變頻系統,經由三相橋式全控整流電路,向中間電路直流供電,升壓器將直流電壓從535V升到575±2;而逆變器是由6只反向并聯續流二極管的功率晶體管組成,通過磁場計算機的控制,輸出具有精確頻率,幅值控制在0～300HZ的閉環轉速和扭矩控制以及磁場。計算是由兩片16位微處理器8086為核心的控制組件完成;電機的轉速是通過裝在電機軸上的編碼器進行測量的。
3 改造準備
變頻裝置與機床接口框圖如下:
在利用交流裝置取代V5系統,變頻裝置與機床原接口信號必須重新處理。在處理過程中為保證機床實時控制的合理性與安全性,沒有改動機床PC程序。原機床PC主軸控制程序是針對V5系統編制的,而變頻裝置與PC接口信號同V5系統與PC接口型號各不相同,為此進行以下處理:
(1)將V5系統主電路保護信號、電機保護類信號進行短接,而不是取消。因這些信號是以直流短接為基礎產生的,短接以后PC控制不會產生報警及停機。
(2)將變頻裝置內部報警信號同V5的主電路保護信號進行比較。相同信號直接進入PC,不同信號經各種轉換后進PC。
(3)將交流電機保護信號利用原直流電機保護信號接線,直接進入PC。
(4)變頻裝置控制信號經過適當的繼電器轉換變成原V5系統的控制信號,輸入PC,完成PC對變頻裝置的控制。
由于使用交流變頻裝置,其逆變器工作時將產生大量的高次諧波,造成周圍電壓升高,對機床系統的正常運行構成較大的干擾。為此,在變頻裝置的輸入端和電網間,加裝一個三相平波電抗器,抑制變頻裝置對外產生高次諧波。
4 改裝中遇到的問題
改裝中也遇到一些預想不到的問題,像主軸不能準確定位,各擋轉速的分配等。原系統定位是在主軸減速箱上套裝編碼器,將信號反饋給NC數控系統,實施主軸準確定位。定位時主軸給定信號(由NC輸出至主軸定位數模轉換板)為恒定電壓定位信號,改裝后的變頻主軸對這一恒定電壓信號不匹配。表現為主軸轉速偏快,使得主軸定位不準確,差1-2°,在無法改變NC輸出電壓和必須利用原主軸定位編碼器的情況下,將主軸定位數模轉換板定位信號適當減小,直至定位準確為止。
5 改造后的效果
改造后經過幾年的運行,主軸部分未發生任何故障。由于系統的穩定,在進行工件加工時,沒有以前V5系統因扭矩不夠造成NC自適應控制系統斷電保護現象,提高了工件的加工精度。
總體上看,用交流變頻調速系統改造加工中心是成功的,達到了預期的目標。
參考文獻
[1] SIMOREG-V5系統說明書.
[2] 西門子變頻器參考說明書.
[3] 西門子8MC數控系統說明書.
篇4
關鍵詞：斬波調速；變頻調速
1 簡述
我礦2011年前所有蓄電池電機車全部采用電阻調速控制，由于電阻調速技術老化，在使用中故障較多，為此我礦針對此項問題進行技改公關。2011年8月開始進行機車改造，選用了兩種方案：一種是采用斬波調速控制，只需要更換控制器；第二種方案采用變頻調速器，但需要同時更換電動機。
2 改造方案
方案一：選用湘潭新昕通用電氣有限公司生產的ZBT1-2×150/***礦用隔爆型斬波調速箱，直接替代原電阻調速控制箱。照明燈及降壓電阻由新型的LED照明燈替代。調速電阻改成制動電阻。
方案二：選用唐山才德電氣有限公司生產的KBPT-44/192Z隔爆型變頻調速器，替代原電阻調速控制箱。將直流電機更換為專用交流電動機。取消調速電阻。照明燈及降壓電阻由新型的LED照明燈替代。
3 調速器優點對比
3.1 斬波調速器的優點：
3.1.1 節能：調速狀態下，與原電阻調速相比，節能30%左右。
3.1.2 起動平穩，起動力矩大：采用無級調速方式，從起動到全速均能平穩過渡，有效地保護了機車的機械系統，司機可根據實際需要任意控制機車速度；且牽引力比電阻調速機車大，工作效率高。
3.1.3 欠壓保護：當蓄電池電壓低于設定值（可根據用戶而定）時，欠壓保護電路動作，有效地保護了蓄電池。
3.1.4 電流保護：采用電流傳感技術，時刻跟蹤檢測電機電流變化，當機車超載或機車故障引起電流增大時，電流保護電路動作，機車速度降低，有效地保護電機及機械系統。
3.1.5 電源防反接保護：當蓄電池極性接反時，斬波器不工作，保護功率元件不受損壞。
3.1.6 溫度保護：當斬波器工作溫度達到85℃時，斬波器暫時停止工作，防止功率元件因過溫而損壞，待溫度降低后，斬波器自動恢復工作。
3.1.7 無弧通斷：正常操作下，所有司控開關均無弧通斷，大大延長了司控觸頭的使用壽命。
3.1.8 蓄電池電壓及電量顯示：電量儀直接顯示蓄電池電壓，蓄電池充電達到100%標稱電壓時，綠色指示燈全亮，超過130%標稱電壓時，黃色指示燈全亮。只有紅燈顯示時，蓄電池電壓已低于70%標稱電壓，提醒司機及時充電，有效地保護蓄電池過放電。
3.1.9 給定可靠：采用光電式給定，線性好，壽命長。
3.1.10 積木式結構：簡單、緊湊，安裝維修方便。
3.1.11 運行可靠、使用壽命長，降低了機車的維修量和維護費用。
3.2 變頻調速器的優點：
3.2.1 調速范圍為精密無級調速，最低頻率可調到0.1HZ，最低輪對轉速可調至1r/min。
3.2.2 可任意設定車速，車速設定后即使在下坡行駛時也不會超過所設定的車速。
3.2.3 調速手柄可以使機車速度在設定速度范圍內任意操控。當機車由高速調至低速運行時，盡管機車有速度慣性，但機車仍按調定的速度運行，此時起到了制動減速的作用。
3.2.4 具有零速制動功能，而其他直流蓄電池電機車是無電制動的。
3.2.5 具有下坡道運行時對蓄電池充電的功能，能夠延長蓄電池放電時間。
3.2.6 因變頻調速器具有欠壓報警功能，當蓄電池電壓低于額定值85%時變頻調速器停止工作。以防止蓄電池由于過放電而縮短其壽命。
3.2.7 當某種情況下致使變頻調速器溫度超過85℃，變頻調速器自動封鎖輸出。
3.2.8 變頻調速器具備電動機短路、缺相、欠壓、過載保護功能。
3.2.9 具有低速大轉矩特點。
4 調速器的缺點對比
4.1 斬波調速器的缺點：
4.1.1 重載啟動效果差，在工作面裝載貨物后，起步較困難。
4.1.2 停車需要手閘制動，電制動制動太快，容易造成礦車落道，造成事故。
4.2 變頻調速器的缺點：
4.2.1變頻調速器控制器內部較復雜，出現故障不容易處理，需要維修人員具有較高素質。
4.2.2變頻調速器內部控制板及零部件，價格較高，雖然不容易損壞，但成本較高。
5 總結
通過一年多的實際使用，兩種調速器都得到員工的好評，各有特色，都能夠滿足安全生產的需要。考慮改造成本，維護成本及維護能力等綜合方面，改造車選用斬波調速箱最經濟。
變頻調速機車采用交流隔爆牽引電動機不易損壞，變頻調速器無觸頭，沒有耗能的起動、調速電阻，維修量小。與斬波調速機車相比無失控之弊病，更為顯著的特點是節電節能效果好，維修量小，電池組壽命長。隨著科技的發展變頻調速技術的逐步普及，零部件價格趨于合理，所以變頻調速機車更為優秀。
參考文獻：
篇5
關鍵詞：提升絞車；變頻調速；改造；效果
中圖分類號：TM921.51 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）05-0173-02
我公司有八對煤炭生產礦井，均采用斜井開拓方式，主要安裝GKT、JT和JK型提升絞車擔負著斜井的提升運輸任務，這些絞車均采用繞線式電機轉子回路串電阻調速，已經不能滿足礦山運輸的安全性、可靠性要求；電控均使用繼電器結構原理，電控被國家煤監局列入第三批禁用和淘汰的設備和工藝名錄中，期限至2012年底禁止使用。
從2009年開始公司共投入約202萬元資金對公司下屬各礦井井上下在用低壓提升絞車進行變頻調速技術及PLC技術改造，至2012年改造16臺（我司近幾年提升絞車變頻調速改造如表1所示），解決了上述問題。本文以小華煤礦主提升GKT1.6×1.2-24絞車為例對絞車變頻改造原理進行敘述，并對效果進行了分析。
1 變頻器的選擇
提升絞車變頻器應選擇具有失量控制方式及四象限運行能力的能量回饋功能變頻器。我公司各礦井主要采用華騰V5-H系列高性能矢量控制變頻器對絞車電控系統進行技術改造，除豐海煤礦斑二井2 m提矸雙滾筒絞車和東坑仔礦主提升1.6m提煤雙滾筒絞車由于是雙鉤提升，重車下放不經常，電機處于發電狀態時間不長，采用價格比較低廉的IPC能耗制動單元的制動方式外，其余絞車變頻器均帶能量回饋單元。
2 變頻調速系統和能量回饋單元工作原理
2.1 變頻調速系統工作原理
V5-H型變頻調速器提供完善的接口電路和工業標準信號，內設PLC與計算機編程接口，采用最新WINDOWS 版本編程軟件進行編程，既可以與新裝系統實現配套使用，也可以對老系統進行改造， 可以接受DC 0～5 V、DC 0～10 V 和4～20 mA 工業標準信號。用于系統改造時，增加遠控裝置就可以實現工頻與變頻的相互轉換，監視系統的操作和運行狀況等功能。接口電路實現了變頻調速器與控制系統的連接，具有正、反轉控制，速度調節（可以采用檔位調節方式，也可以采用模擬量輸入方式），制動系統連鎖，安全回路連鎖，監視操作、自動運行、狀態提示等功能。
變頻調速器依據提升機控制系統的不同，采用不同的接線方式及控制程序，可以實現靈活的操作運行方式。變頻調速系統可以實現自動運行和手動運行兩種方式。
①自動運行方式。利用變頻調速器內部的PLC 控制系統，設置閉環速度控制軟件參數，可以實現從起步、加速、等速、減速、停車等全過程自動調速運行方式。提升機運行過程中，除開、停機外，可以不需要人工干預。同時在控制臺顯示不同的運行狀態。
②手動運行方式。在設置手動運行方式下，操作人員通過改變主令控制器輸出量（根據用戶要求變頻器內部可預置五個速度段，分別對應于變頻器運行頻率6 Hz、15 Hz、25 Hz、35 Hz、50 Hz，以適應控制系統對提升機不同運轉速度的要求），來控制變頻調速器，以實現電機的爬行、加速、減速、等速運行，實現無級調速。在系統給出減速信號后，變頻調速器同樣會啟動機內部自動減速程序。有效防止人工誤操作的發生，保障系統運行安全。
2.2 能量回饋單元工作原理
當電機進行制動時，制動階段產生的再生電能將會回饋到上級變頻設備，從而導致設備直流母線電壓升高，影響設備安全及正常運行。我司絞車變頻改造能量回饋單元，主要采用深圳市合興加能科技有限公司生產的PFH型重載回饋單元，PFH重載回饋單元通過直流母線端子直接連接至變頻器上。當直流母線電壓達到一個設定閥值時，PFH自動開通以防止直流母線電壓繼續增長，即PFH采用電壓自適應控制，無論電網電壓如何波動，當提升機機械能轉換成電能送入直流回路電容中時，能量回饋單元及時將電容中的儲能回送電網，解決了能量回饋。PFH的電子器件由直流母線電壓供電。
2.3 變頻調速及工頻調速系統的切換及互為備用
提升絞車為單機運行設備，可否正常運行，直接關系采區或整個礦井生產能否順利進行，為確保提升絞車的安全正常運行，絞車除安裝變頻調速方式外，還保留工頻運轉方式，只要進行簡單的操作就能實現工頻、變頻切換運轉。工頻調速系統只在應急情況下使用。變頻、工頻切換如圖1所示。
3 絞車變頻改造的安全效果及節能效益分析
①提升絞車安全可靠性得以提高，操作更加容易簡便。系統實現軟啟動和軟停車，能方便控制絞車提升速度，安全得到保證，極大地降低絞車的操縱難度；減速時采用電力制動自動減速，操作工無需再用施閘手段控制絞車速度，避免了超速、過卷的發生，杜絕了人工操作失誤。同時盤形閘閘瓦或工作閘輪的磨損消耗大幅度減少。
②提升系統電能消耗明顯下降。變頻調速時轉子電阻被短接，節約了加、減速階段消耗在電阻上的電能。據統計分析，提升絞車變頻調速可節約電能達20%～30%。
③電機發熱大幅減輕。與轉子串電阻調速相比，變頻調速改造后電機定子、轉子溫度有較大幅度的降低，電機故障率大大降低。
④人員和設備工作環境得到改善。電機轉子調速電阻的停止使用，大大降低現場環境溫度，根據實測絞車變頻改造后絞車房溫度可下降2～3 ℃。減速過程用電力制動代替機械閘瓦制動，消除機械制動閘瓦或閘皮磨損造成的飛塵，司機的工作環境得到明顯改善。
⑤無諧波污染，不干擾其他設備。變頻調速本質上幾乎不存在諧波污染，也不會對生產、安全通訊等其他設備，造成任何干擾，不需增加治理投資。
⑥節能效果和材料消耗分析。以小華煤礦為例：小華煤礦+746 m主斜井GKT1.6×1.2-24絞車擔負全礦煤炭、矸石提升任務，全年煤炭產量11萬t，掘進進尺5 000米，折成裝1 t U型標準礦車，年提升重車13.1萬車（其中矸石3.75萬車），每鉤提煤5部或提矸4部，下放6部空車，斜巷坡度20°，最長提升斜長719 m（+746 m至+500 m水平），電機功率155 kW，日運行時間達16 h。根據電表及現場測定改造前絞車年耗電量253 200 kW·h，改造后年耗電量200 400 kW·h（改造前后提升量相差不大），節電率達20%。改造后每年節約電費253 200 kW·h×20%×0.65元/ kW·h=32 916元。絞車變頻改造后每臺絞車每年起動電阻器、接觸器、盤形閘閘瓦或工作閘輪等材料消耗據統計也可節省近2萬元，合計年節約費用約為5.29萬元。本變頻調速方案公司投入資金為109 600元，按測算2年就可以回收投入成本。
4 結 語
我公司16臺提升絞車經變頻改造后的，操作簡單方便，維護量少，控制系統可靠性和穩定性提高，節能效果較明顯。由此可見，變頻器在絞車上的應用具有很好效果，值得推廣。
篇6
關鍵詞 車坯機 PLC（可編程序控制器） 步進電機 變頻調速器。
一、電瓷行業1.9米仿形車坯機技術現狀
電瓷行業成型車間現在好多還在使用手動的1.9米仿形車坯機，該車坯機兩側各安裝一排相應的加工刀具，生產時需要兩人同時各推動兩把刀具同時加工，勞動強度非常大，生產效率低，而且產品質量受操作者人為因素的影響較大，很難保證產品質量的穩定與提高，所以對原有車坯機進行改造是很有必要的。
二、可編程控制器（PLC）作為自動控制中心
可編程序控制器，是一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境下應用而設計，它使用可編程序的存儲器，來存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算數運算等操作的指令，并通過數字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程，而且具有良好的抗干擾能力，還具有自診斷和故障報警功能，非常適合開環控制系統。
根據電瓷行業產品特點和工藝要求，采用樣板刀車坯，運行軌跡非常簡單，完全可以滿足舊車坯機的技術改造要求，實現自動進退刀車削加工，并可以隨時變更產品，調整參數，根據需要還可以組成工業網絡，實行集中管理分散控制。
以PLC作為自動控制中心的車坯機自控系統如下：
系統選用西門子（SIEMENS）公司生產的S7—200系列可編程序控制器，配接相應的編程器以及輸出控制模塊，可以實現整個棒形車坯加工全過程的自動控制，根據生產要求隨時進行調整。
三、以步進電機作為切削動作自動控制的執行機構
步進電機作為控制用的特種電機，它的旋轉是以固定的角度（稱為步距角）一步一步運行的。其特點是沒有積累誤差（在不失步的情況下，重復精度為100%）。所以廣泛應用于各種開環控制領域。步進電機的運行要有一電子裝置進行驅動。這種裝置就叫步進電機驅動器，它是把控制系統發出的脈沖信號轉化為步進電機的角位移，或者說控制信號每發一個脈沖信號，通過驅動器就使步進電機旋轉一步距角，因此，步進電機的轉速與脈沖信號的頻率成正比。PLC將步進信號、方向信號、脫機信號等輸入信號傳入步進電機驅動器，進而來控制步進電機的運行，同時步進電機驅動器又把反饋信息傳給PLC。
四、采用變頻調速器對車坯機主軸轉速進行合理的調整
車坯機主軸轉速的調整采用變頻調速器進行無級調速，由于車削加工要求實現恒功率，按此要求來選擇使用變頻調速器。主軸電機使用2.2KW的三相異步電動機，選用恒功率負載變頻調速器，使坯件轉速在0—160轉／分無極調速。
五、總結
舊車坯機經過改造之后，可以充分發揮現有設備的生產能力，改善舊設備的技術水平，從而降低勞動強度，提高勞動效率，減少了人為因素對產品質量的影響，產品質量有了保障，既提高了經濟效益，又提高了社會效益。
參考文獻：
篇7
[關鍵字]節能降耗；石油化工泵；技術
石油化工生產輸送泵過剩揚程節能控制技術
石油化工生產中在輸送泵環節的過剩揚程節能控制技術節能效果顯著，對不同的泵節能控制技術有所不同。其中最簡單的調節方式為出口節流，但該方式不適用對流量調節有較大要求的泵，因而閥門開度不應低于百分之五十。選用在進口處進行節流則可令節流損失揚程降低，由于吸入的壓力包含較大裕量因而可用于串聯運行第二臺泵的進口位置，而對多級泵則不適用。在化工泵出口管線增設旁路可令其部分液體回流至泵進口及吸液罐，令泵工況點實現了向低揚程、大流量的方向變化，令實際泵量較需求量大，因而不會呈現因低于最小連續流量從而產生氣蝕、液體過熱或不良振動現象。該方式適用于旋渦泵，這是由于在流量不斷增大時旋渦泵的功率會有所下降，反而不適用于對離心泵的流量調節。在流量、揚程大于所需總量的百分之三至百分之五時，我們可采用切割葉輪外徑的方式令其流量、功率及揚程有所下降，在一定的切割范圍內，我們可將葉片出口的安裝角度視為不變、流動則視為相似，依據相似原理對切割之后的相關性能參數進行換算。在切割葉輪時，我們應觀察葉輪是否為原型，倘若已進行過切割，則再次切割量不宜過大。對導葉泵切割，應將葉輪葉片車削，控制葉輪外徑及導葉內徑不出現較大的間隙，而遇到蝸殼泵，我們則可將葉片前后蓋板進行同步車削。在導葉泵及雙吸泵的處理中我們可對葉片進行傾斜式車削，從而獲取具有穩定屬性的性能曲線。切割葉輪后削尖葉片非工作面可令出口寬度放大，我們至少應保留葉尖厚度為兩毫米，令效率適應性提升。當流量或揚程需降低百分之十五之上，或泵過大，我們可將原有葉輪更換為較小葉輪，原有葉輪可儲備待恢復流量及揚程階段使用。當小型泵時我們可換用適用泵，倘若低速電機更適用則不必進行葉輪的更換，這樣也利于令泵的振動、磨損及噪音顯著降低。當多級泵調節壓力或流量較大時，我們可拆去排出端的一個葉輪，而不應在進口端對葉輪拆除，從而有效避免進口阻力的增加產生不良氣蝕現象。
2、石油化工生產變頻調速節能控制技術
2、1控制方式的合理選擇
變頻調速節能控制改造對象包含單回路及雙回路控制。前者改為變頻調速的控制模式較為簡便，我們只需對系統調節器的控制輸送信號由送往控制閥改造為送往變頻器，同時保持原有控制閥、副線閥及前后手閥全開即可，利用變頻器的控制電機轉速進行對泵流量的調節。對雙回路的控制改造我們可將其主回路依據前類單回路控制方式進行變頻調速改造設計，同時停用副回路，將控制閥及前后手閥予以關閉。
2、2變頻調速器控制優勢
變頻調速器具有質輕、體積小、操作便捷等優勢，同時可依據操控需要進行自控、手控或遙控。其輸入端可與電源直接相接，且輸出端則可同電機相連。同時電機可直接進行在線啟動并低速運行，所需的啟動電流較低，僅需為額定電流一點七倍，擁有較低的設備及電網沖擊。同時變頻調節器具有對欠電壓、過電壓、過電流、瞬間停電及短路現象的保護功能。對設備的轉速降低后還可降低噪音、軸承磨損及不良振動，有效避免泵抽空現象，令其使用壽命顯著延長。再者泵出口的壓力有所下降，令下游的操作壓力穩定下降，調節閥處于全開位置令磨損現象近乎為零，有效降低了維護工作量。
2. 3設備選用應注意的問題
當循環周期流量包含的變化系數高于百分之九十時，我們不應采用變頻調速控制方式，只有當低于百分之八十時才能體現節能效果。變頻器大小的選用應以泵本身配用的電機為標準，依據廠家推薦容量合理選用，同時應令其具有高于電機額定電流百分之十的裕量。實際功率與設計功率有較大差額的泵，我們可選用較電機功率小的變頻器，或依據實測電機的在線運行功率進行合理選用，盡量控制投資，且變頻器容量不應低于電機三分之二。倘若泵在低轉速下長期運行，電機便會因銅耗、鐵耗大量損失而令溫度不良升高，令使用服務壽命受到一定影響，同時對變頻器也較為不利。這說明我們選用了過大的泵，因此應考慮換泵或對泵進行必要的改造，同時將變頻器容量提高一檔。
3、結語
環保、節能是人類社會持續發展的永恒主題，基于現行石油化工生產的不良耗能現狀，我們只有針對石油化工泵的使用狀況合理實施過剩揚程節能控制技術，基于變頻調速器控制優勢科學選擇變頻調速節能控制方式，注重設備選用中的關鍵問題才能切實節約石油化工生產能耗，為石油化工企業創設更多的節能效益。
[參考文獻]
[1]馬林，李惠盛.石油化工節能措施分析 [J].黑龍江科技信息,2010(20).
篇8
關鍵詞：變頻技術；給水泵；節能改造
引言
與傳統調速方式相比，變頻調速技術具有精度高、功能較強、體積小、可靠性高、可操性強等諸多優勢，其在給水泵節能改造中應用，能夠極大地改善給水泵運行中能耗大的問題，對于給水泵的安全運行而言也有著十分重要的現實意義。
1變頻技術的節能原理
從電機學的角度上來將，電機轉速可以通過以下公式進行計算：
n=（1-s）×60×fp
其中，s表示的是滑差，f表示的是電機的運行頻率，p表示的是電機的極對數。從上述公式中能夠看出，電機的運行頻率、電機的極對數以及電機的轉差率均有可能對電動機的轉速產生影響。因此，可以從這幾個方面入手來調整交流電機的轉速。
其工作原理可以概括為以下幾點：①變頻調速器對來自電網的頻率為50Hz的交流電進行接收；②交流電通過濾波與整流等中間步驟轉化為直流電；③通過逆變等原理，直流電能夠轉化為電壓及頻率能夠調節的交流電；④此交流電輸出到交流電機，從而使交流電機的變速運行成為現實。通過下圖1能夠更加直觀地表現出變頻技術的原理：①通常情況下，當給水泵的正常工作點為A時，水量如果想要從Q1的位置調節到Q2的位置處，在對利用閥門調節水量的過程中，假如管網的特性曲線從閥門全開，即R1的位置，變為閥門關小，也就是R2的位置時，其工作點的位置也需要調節到B點，其功率大小就是OQ2BH2所圍成的圖形的面積，從水泵的功率變化上來看，雖然其沒有發生較大的變化，但是，其效率卻有著明顯的下降。②在給水泵中應用變頻技術對其進行調速，電機轉速的提升或降低可以根據實際需要來進行，從而使給水泵的性能曲線得以一定的變化，下圖1中，從額定轉速（n1）到轉速下降（n2），其工作點由A點調節到C點，同時，為了與相關工藝的需要相滿足，需要對相關的參數進行一定的設置，那么，OQ2BH2所圍成的圖形的面積實際上就是該水泵的功率，其工作效率曲線圖向右平行移動，但是，仍在高效區段進行相關的工作，下圖1中陰影部分的面積就是變頻調速實際上所節約的能耗大小。
圖1 水泵的工作曲線圖
從變頻器的節電方面來說，其具體表現在以下幾個方面：第一，調速節電，這也是變頻器最為主要的節電原理。從流體力學的角度上來說，軸功率與速度呈現出一種正比例的關系，因此，如果轉速降低，那么軸功率也必然會有所下降；第二，一般來說，從交流電動機的起動電流來看，其要比額定電流高出5到6倍，但是，在變頻器調速之后，交流電動機的起動電流一般要比額定電流低；第三，系統的功率因數能夠達到0.95以上，這樣就能夠在很大程度上對無用功進行節省，并且對于變壓器所承擔負荷的降低也有著十分重要的現實意義。
2變頻技術在給水泵節能改造中的應用分析
從目前的發展形勢來看，變頻調速技術在給水泵控制系統中的應用比較多，而且，大部分都是在開環的狀態下進行的，也就是以工藝或者是外界條件的變化為依據來對變頻器的頻率值進行人為地改變與調整，從而使調速成為現實。而系統主要是由控制對象、變頻調速器、壓力測量變送器以及調節器等構成的。水管出口的壓力能夠通過壓力測量變送器測量出來，并且能夠將其轉換為4～20mA的標準信號，送至調節器，并將其與所需要的控制指標進行一定的比較，從而得到偏差。同時，按照預先制定好的調節規律來將偏差值經過調節器來進行相關的運算，從而得出調節的信號，并將該信號送到變頻調速器中，使其將380V／50Hz輸入的交流電，轉化為O～380V/0～400Hz能夠連續且可以調節電壓與頻率的交流電，并將其直接供給給水泵的電機。在給水泵節能改造中應用變頻調速技術，能夠降低電機水泵的運轉速度，使設備的使用壽命得以延長，而且對于設備維修費用的降低也有著十分重要的現實意義。同時，由于變頻器啟動與試速平穩，能夠在很大程度上使電網的沖擊得以減少。而且，變頻調速器具有更加完善的數字顯示與診斷的功能，能夠更加靈敏地檢測故障，這對于水泵運行可靠性的提高而言意義重大。
3結語
總而言之，在給水泵節能改造中應用變頻技術，不僅具有良好的調速性能，而且節能的效果也是十分顯著的，并且還能夠在很大程度上保證給水泵電機的安全穩定運行。現代社會對于節約能源的要求越來越高，各行各業都在積極地研究節能技術與措施，而變頻技術在給水泵節能改造中的應用，能夠在很大程度上提高工作的效率，而且對于能源的節約也十分有利。從某種程度上來說，變頻技術因其所具有的各項優勢而在今后發展的過程中展現出廣闊的應用前景。
參考文獻：
[1]白愷.華北網高壓廠用電動機變頻調速技術的應用情況[J].變頻器世界，2004（04）
篇9
變頻技術是從60年代開始的一門電機應用技術。從電力電子器件中的SCR(晶閘管)、GTO(門極可關斷晶閘管)等開始發展，在今天更有IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)、HVIGBT(耐高壓絕緣柵雙極型晶閘管)等新型電力變換器件。同時，在70年代脈寬調制變壓變頻(PWM-VVVF)調速開始得到了應用。在80年代，以PWM模式優化問題為變頻技術核心的技術得到了更廣泛的應用，并且得到了市場的廣泛推廣。
我國在90年代開始，隨著大功率晶體管技術的成熟和成本的降低，同時控制技術也在計算機的扶助下有了更強大的支持，在各個行業中得到了廣泛的應用。變頻技術在工業以外也得到了更多的應用，在促進民用建筑節能的今天，變頻技術作為可以大量節省能源的技術更得到了建設者和設計者的青睞。
1.1變頻調速器
變頻調速器也稱變頻器，全稱為變頻變壓調速器VVVFI(variablevoltage&variablefrequencyinverter)。變頻器主要是采用晶體管GTR作為功率元件，以單片機和集成電路為控制部件，采用正弦脈寬調制方式的機電一體化產品。隨著功率元件的發展和計算技術的優化，結構上體積小，重量輕的變頻器無論在成本和節能上都優于傳統的變極調速、串阻調速、串極調速、滑差電機調速等電機調速方式。這種電機調速的應用正從交流電機向直流電機延伸。
在建筑設備系統中，風機的風量控制和水泵的流量控制，在傳統電機中很少采用轉速控制方式的，多數是以恒速運轉。當需要進行風量、流量調節時，主要以調節擋板或節流閥進行調節，這種控制簡單但是會浪費大量的能源。采用變頻器對風機和水泵進行轉速控制來調節風量、流量可以節約能源、提高運營成本。
1.2基本原理
以新風機為例，調速運行節電的理論之一是風機學比例律。由風機學比例律可知，風量與轉速成正比，風壓與轉速的平方成正比，軸功率與轉速的立方成正比.因此，降低水泵或風機的轉速，就有可能使單位供水量或風量的電耗減少。水泵也遵循這個規律，對于同一臺水泵，當以不同轉速運行時，水泵的流量Q，揚程H，軸功率P與轉速n有如下關系：流量與轉速成正比，揚程與轉速的平方成正比，軸功率與轉速的立方成正比.由此可見，當降低轉速時，功率的減少量遠比流量的減少量大得多。
變頻器通過改變電機頻率而達到無級調速的目的。對于風機來說，變頻調節風量，就是通過壓力變送器檢測風壓，并將風壓信號轉化為電流信號，反饋給變頻器內單片機，單片機根據風壓情況調機電機輸入頻率，從而使水泵轉速改變.例如，在非人流高峰時，風機減速運行，從而使風機輸入功率減少，達到節能的目的。這就是變頻調節節能的基本原理。
1.3控制
變頻調速器可以手動控制也可以自動控制。自動控制信號遵循國家標準采用4～20mA電流信號或0～5V電壓信號；采用閉環控制的方法可以更好地滿足自動控制的要求。在建筑設備自動化的今天，自動型號可以遠傳到中央控制室，進行中央控制。中央控制不僅可以做到監控報警一體化，同時也可以在整體上減少系統的遲滯效應和系統的抖動。
2.變頻器的應用
2.1變頻器的應用范圍
變頻調速器已經有了標準化的產品，雖然廠家之間的參數有所出入，但是對應不同的電機基本型號都可以進行匹配。在建筑設備行業中水泵和風機作為建筑能耗的主要部分，其節能應用集中，是樓宇節能的主要控制方向。在現代化賓館及辦公大樓中，風機、水泵的用電量占整個建筑平時用電量的40%～50%，約占整個動力用電的50%～75%。
2.2變頻器的優點
采用正弦脈寬調制控制方式中，電機的旋轉磁場較為接近圓形磁場，轉矩脈動較小，電機運轉平穩，能克服電壓型逆變器控制中電機低速運行時轉距脈動過大的缺點。一體化的變頻調速器主要優點有：節能省電、操作簡便、精確可調、數字顯示、在線無級調速、監控一體化、遠程監控等優點。
2.3選型原則
在選型前，首先要根據電機對轉速(最高、最低)和轉矩(起動、連續及過載)的要求，確定最大輸入功率(即電機的額定功率最小值)。然后，選擇電機的極數和額定功率。電機的極數決定了同步轉速，要求電機的同步轉速盡可能地覆蓋整個調速范圍，使連續負載容量高一些。為了充分利用設備潛能，避免浪費，可允許電機短時超出同步速度，但必須小于電機允許的最大速度。轉矩取設備在起動、連續運行、過載或最高速等狀態下的最大轉矩。最后，根據變頻器輸出功率和額定電流稍大于電機的功率和額定電流確定變頻器的參數與型號。
2.4變頻器容量的選擇
大多數變頻器容量可從三個角度表述：額定電流、可用電動機功率和額定容量。其中后兩項，變頻器生產廠家由本國或公司生產的標準電動機給出，或隨變頻器輸出電壓而降低，都很難確切表達變頻器的能力。選擇變頻器時，只有變頻器的額定電流是一個反映半導體變頻裝置負載能力的關鍵量。負載電流不超過變頻器額定電流是選擇變頻器的基本原則。需要著重指出的是，確定變頻器容量前應仔細了解設備的工藝情況及電動機參數，例如潛水電泵、繞線轉子電動機額定電流要大于普通鼠籠異步電動機額定電流，冶金工業常用的輥道電動機不僅額定電流大很多，同時它允許短時處于堵轉工作狀態，且輥道傳動大多數是多電動機傳動。應保持在無故障狀態下負載總電流均不允許超過變頻器的額定電流。
3.變頻器應用問題分析
3.1容量與負荷之間的匹配問題
電機負荷節能是最重要一環，考慮到匹配電機可以超負荷20％計算，變頻器一般設計裕量應控制在8%左右，這種從設備上提出流量時加系數，選泵時加系數，選電動機時還加系數，以致部分系統的實際運行效率極低。在建筑設備中，由于負荷變化，季節變化等因素，負荷也不是恒定不變的，而且變化范圍還是很大的，這種對流量變化較大的負荷采用變頻調速效果是顯而易見的，而且負荷變化范圍越大，節能效果越好。但是一些恒風量和恒流量的系統中就要考慮是否適合使用變頻器了。
3.2抑制高次諧波
變頻器產生的高次諧波，并且引起電網電壓波形的畸變。在相同條件下電網有效容量越小，變頻器容量越大，這種影響越嚴重。這種對電網的污染，會使電力電容、電抗器、變壓器容易發熱，并產生電磁諧振，電動機、發電機產生附加損耗，繼電器產生誤動作等。各國對電壓畸變和諧波控制都有相應的規定，我國GB12668-90中規定，電壓畸變率小于10%，任何奇次諧波均不超過5%，任何偶次諧波均不超過2%。使用變頻器后，在電網局部會超過國標，所以一定要采取相應的措施。
3.3電動機選擇
在變頻調速中，變頻載波頻率高，電動機繞組要有較高耐沖擊電壓。同時，由于電動機效率下降，轉速下降后產生的冷卻效果降低，這些都是必須注意的。在應用變頻調速后，包括變頻器和電動機損壞情況較多。由通用變頻器構成的交流調速傳動系統普遍采用標準異步電動機，采用PWM變頻器對異步電動機供電時，定子電流中不可避免的含有高次諧波，電動機空載運行時的功率因數和效率將會更低，負載運行時的鐵損也會有所增加。通用的電動機的散熱能力是按額定轉速下且進行自扇風冷考慮的，當恒轉矩負載下電動機調速運行時，其發熱不變但低速下的散熱能力變差了，可采用另加恒速冷卻風扇的辦法或采用較高絕緣等級的電動機。
3.4外部配置的配合問題
選擇合適的熔斷器和空氣斷路器，以便保護因內部短路對整流元件的損壞。變頻器的型號確定后，應該在上級設置相應的熔斷器和空氣斷路器作為保護開關，以保護保護硅元件。
合理選擇變頻器的輸入和輸出電纜。根據變頻器的功率選擇導線截面合適的三芯或四芯動力電纜，但是不應該一味追求屏蔽電纜，應該似乎環境來決定，在輸入側裝交流電抗器，根據變頻器安裝場所的其它設備對電網品質的要求，若變頻器工作時已影響這些設備正常運行，可在變頻器輸入側裝交流電抗器來抑制由功率元件通斷引起的諧波畸變和傳導輻射。
4.結語
篇10
關鍵字：變頻調速技術；水泵控制；原理；應用效益
Abstract: Water pump frequency conversion and speed regulation technology is the automation and control technology through the regulation of input power frequency principle to achieve adjustment of the pump flow changes, and compared with the previous valve adjustment, it has little noise pollution, energy saving, high efficiency, high efficiency characteristics, further to brought convenience for the social and industrial production, residents living in the utilization of water resources, this paper comply with the State advocates green environmental protection, the concept of energy saving. In this paper, the principle of variable speed pump technology, the system working process, water supply mode and effect of several aspects, the technology was introduced.
Key words: frequency conversion technology; pump control; principle; application benefit
中圖分類號：U464.138+.1 文獻標識碼：A文章編號：
在對多個城市送水泵房中的主要耗能設備水泵進行調查后發現，水泵的運行效率大多十分低下，能源浪費嚴重，不光如此，電機還時常存在超負荷運行的現象，泵的剩余揚程普遍很高，進行總結后不難發現深層原因是水泵的實際需要揚程比銘牌揚程小，最大的相差30%以上。這些不但極大地浪費了能源，而且拖慢了工作效率，還給機器造成了嚴重的損耗。實踐證明，引入變頻調速技術，可以大大改善目前的這種狀況。
一、變頻調速技術的原理
城市供水系統中使用的傳統水泵電機為三相異步電機。這種電機的轉速主要受到電機電源頻率、電機磁極對數和轉差率三方面的影響。用公式表示其中的原理如下：
n=60f(1-s)/p
其中，n-三相電機的轉速，f-電機電源頻率，s為轉差率，P-電機磁極對數
在對水泵的改進工作過程中發現，改變轉速差s和電機磁極對數p的做法，都不足以起到提高電機效率n的作用，唯有改變電機電源頻率的做法可以起到顯著效果，無論是從低頻調到高頻，還是從高頻調到低頻，其轉差率變化有限，而調速范圍較廣，調整精度較高。變頻調速技術由此誕生。
采用變頻調速泵供水，具有明顯的節能和提速效果。進一步研究后發現，要想進一步達到調速節能的效果，還要在減少能量損失上下功夫。能量利用率的提高，不光與泵和電機的運行效率有關，還與管道設計、機泵選型有密切關系。當泵的制造技術達到一定水平的時候，要想繼續提高效率就變得艱難，這時，就要靠減少泵的剩余揚程來繼續提高效率。
其中泵機組能耗原理如公式所示：
其中， -需要的泵揚程；-泵出口實際揚程；-泵的剩余揚程；-電機的運行效率。
變頻調速就是通過提高泵和電機的工作效率，降低或者消除剩余揚程兩個方面來提高能量利用效率。而未采用變頻調速的時候，由于存在當泵所提供的揚程大于所需的時候，沒有有關措施來管理這種情況，直接造成了能源的白白浪費，原理如圖1所示：
圖中M點為泵和管道系統的工作點，在這個狀態下，和相等，沒有揚程損失，幾乎將全部能量都利用上了。然而，當流量減小的時候，管道所需的泵的揚程也減小了，而由圖1中的泵特性曲線可知，泵所提供的揚程是增加的，遠遠大于所需的揚程，這之間的差就是剩余揚程，是導致能源利用率降低的主要原因。
采取變頻調速技術后，調整泵的轉速，反應在泵的特性曲線上便是下移，這樣形成一個新的工作點P，這樣，泵所提高的揚程重新與管道所需相等，沒有剩余揚程，也使能源浪費的情況消失，節能效益十分可觀。
二、變頻調速系統工作流程
變頻調速的系統主要由控制對象、壓力測量變速器、調節器和變頻調速器組成。其中，控制對象為水泵和電機。具體的系統工作流程是：水泵將水抽進管道中去，由壓力測量器測定當前的水管壓力，并轉換為對應的電信號，傳輸到調節器中。調節器將這個壓力數據和所已經設定的標準值進行對比，將誤差以及壓力數據信號都傳輸給變頻調速器中，變頻器會根據數據電信號來調整輸出的電源頻率，致使水泵、電機的轉速做出相應變動，如此循環，從而實現自動變頻調速的一系列作用。
三、使用變頻調速技術后的給水模式
變頻調速技術可以起到節能增效的效果主要是因為做到了根據用水流量的變化情況對水泵進行了合理的選配。為了使在恒壓狀態下的變頻調速技術也能起到優良的效果，宜采用多泵并聯的供水模式。在這種模式中，只要一臺泵是變頻泵，其余的都選用工頻泵，就可以實現恒壓變量供水。
變頻泵的工作效率是隨流量變化的。當水流量小于一臺泵工頻恒壓條件下的流量的時候，僅由一臺變頻泵工作供水；當流量加大的時候，變頻泵的轉速會隨著上升；當用水量流量持續加大，使變頻泵的工作轉速達到工頻轉速的極限并超過的時候，變頻泵的的控制系統會自動啟動一臺工頻泵開始工作，其余的工頻泵也同理啟動。
當水流量下降的時候，變頻泵的轉速也下降，當變頻泵的流量下降到零的時候，會自動關閉一臺工頻泵，改由自己供水。此外，具有自動睡眠功能的變頻泵還可以在用水流量接近零而其他工頻泵都停工的情況下，進入睡眠模式，自動停泵。從而達到最佳的節能效果。
四、變頻調速技術在水廠的實際應用效果
經過實際的運用發現，可以將所有的水泵都安裝上變頻器，也可以只將其中的一臺水泵改造為變頻調速泵，都可以實現變頻調速的效果。使用該項技術后，無須再調節泵的出口閥，變頻調速泵會根據工作負荷情況自行調節工率。尤其是在負荷低的情況下，變頻調速器可靈敏地調低電源頻率，電機的電流使用量下降，工作效率卻是不變的，節電增效的效果十分明顯，在一定程度上杜絕了浪費，給水廠節約了供水用電成本，還提高了工作效率。以下是水務集團有限公司二水廠使用變頻調速泵后的某天的工況對比：
表1 安裝變頻調速泵的前后工況對比
二水廠是將五臺水泵都安上了變頻控制器。由圖中可以看出，各臺水泵機器在使用變頻器后，實際功率都有所降低。按每年運行300天計算，年可節約電量303·300kW/h，每度電按0.6元計算，年可節約電費5萬多元。
除此之外，由于采用了變頻調速技術，降低了水泵在日常中的使用強度，這樣也就減少了機器的損耗，延長了水泵的使用壽命之余，相關的維修費用也減少了。使用變頻調速泵后，減少了人工的手動控制，也就節省了人工的使用成本，對人員的素質水平要求更高。另外，沒有使用變頻調速技術之前，需要使用閥門來控制流量，水泵運行過程中會產生嚴重的噪音污染。采用該項技術后，直接可由變頻泵主動做出改變適用水流量的變化，幾乎很少再用到閥門，噪音污染也就沒有了，從而大大改善了人工的作業環境。
結語：
得益于電力電子技術的發展，水泵的工作效果也越來越精細化、準確化，從而減少了對能源、人力的浪費。目前，變頻調速技術在工業水泵控制中得到廣泛應用，在給水廠帶來一定的經濟效益的同時，也給我們的社會經濟和生活又帶來了更進一步的便利，在一定程度上還起到了節能降耗的環保效果。企業生產更加安全、干凈、高效。這些都是科技帶給我們的進步。變頻調速技術是順應工業生產自動化要求而產生的，讓我們更近一步走向智能電機時代。
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