變頻技術論文
變頻技術論文
變頻技術在節(jié)能降耗、提高自動化控制水平方面具有很好的應用前景。 學習啦小編整理了變頻技術論文，有興趣的親可以來閱讀一下!
變頻技術論文篇一
電子變頻技術的研究
[摘要]電力電子器件和變頻技術的發(fā)展過程,以及變頻技術在家用電器的應用給變頻技術的應用也帶來諧波、電磁干擾和電源系統(tǒng)功率因數(shù)下降等問題,提出相關的諧波抑制方法及提高電源系統(tǒng)功率因數(shù)的措施。
[關鍵詞]變頻技術諧波功率因數(shù)
中圖分類號:TM4文獻標識碼:A文章編號:1671-7597(2009)1210025-01
隨著電力電子、計算機技術的迅速發(fā)展,交流調(diào)速取代直流調(diào)速已成為發(fā)展趨勢。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速和啟、制動性能被國內(nèi)外公認為是最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。變頻技術是交流調(diào)速的核心技術,電力電子和計算機技術又是變頻技術的核心,而電力電子器件是電力電子技術的基礎。電力電子技術是近幾年迅速發(fā)展的一種高新技術,廣泛應用于機電一體化、電機傳動、航空航天等領域,現(xiàn)已成為各國競相發(fā)展的一種高新技術。
一、變頻技術的發(fā)展過程
變頻技術是應交流電機無級調(diào)速的需要而誕生的。電力電子器件的更新促使電力變換技術的不斷發(fā)展。起初,變頻技術只局限于變頻不能變壓。20世紀70年代開始,脈寬調(diào)制變壓變頻(PWM-VVVF)調(diào)速研究引起了人們的高度重視。20世紀80年代,作為變頻技術核心的PWM模式優(yōu)化問題吸引著人們的濃厚興趣,并得出諸多優(yōu)化模式,如:調(diào)制波縱向分割法、同相位載波PWM技術、移相載波PWM技術、載波調(diào)制波同時移相PWM技術等。
VVVF變頻器的控制相對簡單,機械特性硬度也較好,能夠滿足一般傳動的平滑調(diào)速要求,已在產(chǎn)業(yè)的各個領域得到廣泛應用。但是,這種控制方式在低頻時,由于輸出電壓較小,受定子電阻壓降的影響比較顯著,故造成輸出最大轉(zhuǎn)矩減小。矢量控制變頻調(diào)速的做法是:將異步電動機在三相坐標系下的定子交流電流Ia、Ib、Ic通過三相――二相變換,等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的直流電流Iml、Itl,然后模仿直流電動機的控制方法,求得直流電動機的控制量,經(jīng)過相應的坐標反變換,實現(xiàn)對異步電動機的控制。
直接轉(zhuǎn)矩控制直接在定子坐標系下分析交流電動機的數(shù)學模型,控制電動機的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。它不需要將交流電動機化成等效直流電動機,因而省去了矢量旋轉(zhuǎn)變換中的許多復雜計算;它不需要模仿直流電動機的控制,也不需要為解耦而簡化交流電動機的數(shù)學模型。VVVF變頻、矢量控制變頻、直接轉(zhuǎn)矩控制變頻都是交-直-交變頻中的一種。其共同缺點是輸入功率因數(shù)低,諧波電流大,直流回路需要大的儲能電容,再生能量又不能反饋回電網(wǎng),即不能進行四象限運行。為此,矩陣式交交變頻應運而生。
二、變頻技術與家用電器
現(xiàn)代社會,家用電器開始逐步變頻化,出現(xiàn)了電磁烹任器、變頻照明器具、變頻空調(diào)、變頻微波爐、變頻電冰箱、IH(感應加熱)飯堡、變頻洗衣機等。家用電器則依托變頻技術,主要瞄準高功能和省電。
首先是電冰箱,由于它處于全天工作,采用變頻制冷后,壓縮機始終處在低速運行狀態(tài),可以徹底消除因壓縮機起動引的噪聲,節(jié)能效果更加明顯。其次,空調(diào)器使用變頻后,擴大了壓縮機的工作范圍,不需要壓縮機在斷續(xù)狀態(tài)下運行就可實現(xiàn)冷、暖控制,達到降低電力消耗,消除由于溫度變動而引起的不適感。近年來,新式的變頻冷藏庫不但耗電量減少、實現(xiàn)靜音化,而且利用高速運行能實現(xiàn)快速冷凍。在洗衣機方面,過去使用變頻實現(xiàn)可變速控制,提高洗凈性能,新流行的洗衣機除了節(jié)能和靜音化外,還在確保衣物柔和洗滌等方面推出新的控制內(nèi)容;電磁烹任器利用高頻感應加熱使鍋子直接發(fā)熱,沒有燃氣和電加熱的熾熱部分,因此不但安全,還大幅度提高加熱效率,其工作頻率高于聽覺之上,從而消除了飯鍋振動引起的噪聲。
三、電力電子裝置帶來的危害及對策
(一)諧波與電磁干擾的對策
1.諧波抑制。為了抑制電力電子裝置產(chǎn)生的諧波,一種方法是進行諧波補償,即設置諧波補償裝置,使輸入電流成為正弦波。傳統(tǒng)的諧波補償裝置是采用IC調(diào)諧濾波器,它既可補償諧波,又可補償無功功率。其缺點是,補償特性受電網(wǎng)阻抗和運行狀態(tài)影響,易和系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振,導致諧波放大,使LC濾波器過載甚至燒毀。此外,它只能補償固定頻率的諧波,效果也不夠理想。電力電子器件普及應用之后,運用有源電力濾波器進行諧波補償成為重要方向。其原理是,從補償對象中檢測出諧波電流,然后產(chǎn)生一個與該諧波電流大小相等極性相反的補償電流,從而使電網(wǎng)電流只含有基波分量。這種濾波器能對頻率和幅值都變化的諧波進行跟蹤補償,且補償特性不受電網(wǎng)阻抗的影響。大容量變流器減少諧波的主要方法是采用多重化技術:將多個方波疊加以消除次數(shù)較低的諧波,從而得到接近正弦的階梯波。重數(shù)越多,波形越接近正弦,但電路結(jié)構(gòu)越復雜。小容量變流器為了實現(xiàn)低諧波和高功率因數(shù),一般采用二極管整流加PWM斬波,常稱之為功率因數(shù)校正(PEC)。典型的電路有升壓型、降壓型、升降壓型等。
2.電磁干擾抑制。解決EMI的措施是克服開關器件導通和關斷時出現(xiàn)過大的電流上升率di/dt和電壓上升率du/dt,目前比較引入注目的是零電流開關(ZCS)和零電壓開關(ZVS)電路。方法是:(1)開關器件上串聯(lián)電感,這樣可抑制開關器件導通時的di/dt,使器件上不存在電壓、電流重疊區(qū),減少了正關損耗;(2)開關器件上并聯(lián)電容,當器件關斷后抑制du/dt上升,器件上不存在電壓、電流重疊區(qū),減少了開關損耗;(3)器件上反并聯(lián)二極管,在二極管導通期間,開關器件呈零電壓、零電流狀態(tài),此時驅(qū)動器件導通或關斷能實現(xiàn)ZVS、ZCS動作。
目前較常用的軟件開關技術有部分諧振PWM和無損耗緩沖電路。
(二)功率因數(shù)補償
早期的方法是采用同步調(diào)相機,它是專門用來產(chǎn)生無功功率的同步電機,利用過勵磁和欠勵磁分別發(fā)出不同大小的容性或感性無功功率。然而,由于它是旋轉(zhuǎn)電機,噪聲和損耗都較大,運行維護也復雜,響應速度慢。因此,在很多情況下已無法適應快速無功功率補償?shù)囊?。隨著電力電子技術的不斷發(fā)展,使用SCR、GTO和IGBT等的靜止無功補償裝置得到了長足發(fā)展,其中以靜止無功發(fā)生器最為優(yōu)越。它具有調(diào)節(jié)速度快、運行范圍寬的優(yōu)點,而且在采取多重化、多電平或PWM技術等措施后,可大大減少補償電流中諧波含量。更重要的是,靜止無功發(fā)生器使用的抗器和電容元件小,大大縮小裝置的體積和成本。靜止無功發(fā)生器代表著動態(tài)無功補償裝置的發(fā)展方向。
電力電子技術將成為21世紀重要的支柱技術之一,變頻技術在電力電子技術領域中占有重要的地位,近年來在中壓變頻調(diào)速和電力牽引領域中的發(fā)展引人注目。隨著全球經(jīng)濟一體化及我國加人世界貿(mào)易組織,我國電力電子技術及變頻技術產(chǎn)業(yè)將出現(xiàn)前所未有的發(fā)展機遇。
參考文獻:
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作者簡介:
黃世祥,男,貴州大學07級微電子學與固體電子學在讀研究生,研究方向:電子技術。
變頻技術論文篇二
高壓變頻技術的應用
【摘要】本文在分析了電爐設備的運行現(xiàn)狀和研究了電弧爐除塵系統(tǒng)特點的基礎上，通過Harsvert-A型高壓變頻器在某煉鋼廠除塵系統(tǒng)改造中的應用實例，介紹了高壓變頻技術在煉鋼廠電爐除塵系統(tǒng)中的實現(xiàn)。實例證明，該變頻技術在節(jié)能降耗、提高自動化控制水平方面具有很好的應用前景。
【關鍵詞】高壓變頻技術 除塵風機 節(jié)能
1.概述。鋼鐵廠以其資源密集、能耗密集、生產(chǎn)規(guī)模大、物流吞吐量大等特點，長期以來一直被認為是煙塵排放量大、廢棄物多、污染大的企業(yè)。而電爐煉鋼是鋼鐵廠造成煙塵污染的主要來源之一。
電爐主要是通過用廢鋼、鐵合金和部分渣料進行配料冶煉，然后熔制出碳鋼或不銹鋼鋼水供連鑄用。電爐煉鋼時產(chǎn)生的有害物污染主要體現(xiàn)在電爐加料、冶煉、出鋼三個階段。吹氧過程的煙氣量最大，含塵濃度和煙氣溫度高。因此，電爐除塵系統(tǒng)按照吹氧時期的最大煙塵排量進行設計。在系統(tǒng)最大風量需求的基礎上增加1.1-1.3倍的安全閾度進行除塵風機選型設計。整個煉鋼過程中吹氧時期占30-35%，此時風機處于較高負荷運行，而其余時間則處于較低運行工況。很顯然，除塵系統(tǒng)的利用率很低且系統(tǒng)效率差。
長期以來，不論電爐處于哪一個運行階段，產(chǎn)生的粉塵大小均使除塵風機全速運行，采用入口擋板開度調(diào)節(jié)，效率低、功率大，造成大量的電能浪費。隨著市場競爭的不斷深化，節(jié)能降耗提高生產(chǎn)效率成為企業(yè)發(fā)展提高競爭力的有效手段之一。
而在九十年代開始廣泛應用的高壓大功率變頻調(diào)速技術則正是適應了市場的需求，在技術和應用領域上得到不斷的進步和拓展?，F(xiàn)在，已廣泛應用于電力、石油化工、礦山、冶金、給排水、機車牽引等領域。
某煉鋼廠正是在這種狀況下，對電爐除塵系統(tǒng)進行高壓變頻技術改造研究的。電爐在冶煉過程中的粉塵主要通過爐頂煙道經(jīng)沉降室沉積，水冷壁冷卻后經(jīng)除塵系統(tǒng)過濾排放;同時利用集塵罩將現(xiàn)場生產(chǎn)車間的粉塵和廢氣及時排走，以免危及電爐周邊工作人員的安全，污染環(huán)境。除塵風機是將煙氣吸收排放的主要設備。
2.系統(tǒng)技術方案研究。某煉鋼廠#8電爐為擴容的70t ABB交流電爐。除塵器系統(tǒng)采用TFMC布袋式除塵器，設計過濾面積11985m2，最大除塵風量450000m3/h。
#8電爐的煉鋼周期為70-85分鐘，其中裝料6-10%，送電熔化25-30%，吹氧30-35%，還原期15-20%，沖渣出鋼6-8%。在不同的生產(chǎn)工藝階段，電爐產(chǎn)生的煙氣量和煙氣溫度不同，且差異較大。加料過程中，主要是裝料時廢鋼及渣料產(chǎn)生的揚塵，需要的除塵風量不大，要求粉塵不擴散，不污染電爐周邊工作環(huán)境為標準。送電過程中是原料送電拉弧加熱，引發(fā)可燃廢棄物燃燒產(chǎn)生廢氣。此時，電爐需要將爐料加熱至熔化狀態(tài)，要求煙塵能夠及時排出，又不能過多地帶走爐體熱量以保證煉鋼周期。而在吹氧期間，不僅要求除塵系統(tǒng)能夠及時迅速地將廢氣和粉塵排走，又必須保證爐體有合適的吹煉溫度，確保終點溫度。因此，對除塵系統(tǒng)要求較高。進入還原期，吹氧告一段落，粉塵度再一次降低。在沖渣出鋼時，主要排放物是沖渣產(chǎn)生的水蒸汽和少量廢氣。
通過對冶煉工藝的分析，電爐在煉鋼過程的不同階段對除塵風量大小的要求有明顯的不同，以吹氧冶煉為最大，加料除塵為最低。鑒于電爐除塵系統(tǒng)中除塵風機的運行方式和設備特點，對除塵風機的控制制定如下方案。
不同工藝階段的煙氣溫度有明顯差異，因此溫度的高低直接反映了電爐的運行工況。系統(tǒng)并沒有采用檢測電爐工作中粉塵濃度的方式來直接控制除塵風量，而是采集煙道溫度作為系統(tǒng)調(diào)節(jié)的基本參量，通過非線性函數(shù)關系推導出不同運行工況下的除塵風量參與系統(tǒng)控制。從工程角度講，溫度變送器可以在惡劣的工業(yè)場合應用，抗干擾能力強、工作穩(wěn)定性好、控制精度高、安全可靠、免維護且價格便宜。而粉塵濃度檢測裝置具有價格昂貴、穩(wěn)定性差、故障率高、維護量大、現(xiàn)場檢測點數(shù)據(jù)采集很難具有廣泛代表性等缺點?；谏鲜鲈颍x用除塵煙道的煙氣溫度作為現(xiàn)場過程量。同時，以吹氧量和冷風門開度作為除塵風量的修整參量，從而提高系統(tǒng)響應速度，改善控制品質(zhì)，達到良好的除塵效果，實現(xiàn)除塵風量自動控制、降低運行人員勞動強度、提高系統(tǒng)效率，達到最佳的節(jié)電效果。
為了保證系統(tǒng)的可靠性，另外增加了除塵風量手動控制回路，對除塵風量的控制采用分段調(diào)速的方式，由爐前操作臺控制變頻運行的頻率點，從而實現(xiàn)不同運行工況下的風量調(diào)節(jié)。
實踐證明：系統(tǒng)在設計了兩套控制方案后大大提高了系統(tǒng)的實用性和可操作性，很好地滿足了現(xiàn)場生產(chǎn)要求。同時，在改善現(xiàn)場工作環(huán)境、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低噸鋼能耗方面起到了積極作用。
3.系統(tǒng)特點。變頻調(diào)速技術在電爐除塵系統(tǒng)中應用后，主要體現(xiàn)了以下幾個特點：
?、俪龎m設備功耗隨電爐煉鋼生產(chǎn)工藝變負荷運行，提高了系統(tǒng)效率，實現(xiàn)了除塵系統(tǒng)的最佳工況運行，取得顯著的節(jié)能效果。
?、诖蟠笥行Ы档土顺龎m系統(tǒng)負荷率，延長了除塵器、除塵風機、除塵電機、煙道等設備的使用壽命。
③對降低爐內(nèi)熱量損失、合理控制過程溫度、確保終點溫度起到一定的作用。
?、軐Τ龎m系統(tǒng)進行變頻改造，有助于改善爐內(nèi)吹煉工況，縮短煉鋼時間，提高鋼產(chǎn)量，改善出鋼品質(zhì)。
⑤降低補爐期間的能耗和爐襯散熱損失。
4.節(jié)能分析。為了對除塵系統(tǒng)變頻改造后的效果進行評價，在系統(tǒng)投入正常運行一個月后對設備實際使用和節(jié)電情況進行了測定和數(shù)據(jù)分析。
隨機抽取一個正常生產(chǎn)日，將系統(tǒng)切換至變頻運行系統(tǒng)采用擋板控制調(diào)節(jié)風量。采用網(wǎng)側(cè)有功電度表進行耗電量計量，見表1。然后，連續(xù)采集變頻運行的7個正常生產(chǎn)日用電量進行變頻運行工況下的單耗計算，以期變頻運行的數(shù)據(jù)更接近真實運行工況，具體數(shù)據(jù)采樣值見表1。
通過對上表原始數(shù)據(jù)的處理，可以得出：除塵系統(tǒng)在變頻改造后較改造前，噸鋼除塵電耗降低了17.390kW•h。設備節(jié)電率高達58.63%，節(jié)能效果顯著。
5.結(jié)論。通過對某煉鋼廠#8電爐除塵系統(tǒng)變頻改造前后的技術分析，可以看出：在電爐除塵系統(tǒng)中應用高壓變頻調(diào)速技術不僅對有效改善現(xiàn)場生產(chǎn)狀況、提高鋼產(chǎn)量、降低噸耗有著重要的意義，而且每年可節(jié)約230萬元左右的電費開支。在電爐除塵系統(tǒng)中應用高壓變頻調(diào)速技術是完全正確的。
參考文獻
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3 高壓變頻器應用資料匯編.冶金行業(yè):北京利德華福電氣技術有限公司,2004
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