变频器应用研究论文

【摘要】本篇文章主要对PLC通讯在高压变频器控制系统中的应用设计进行分析和研究，提出通过多种技术来实现高压变频器的灵活调节与能耗控制，为以后的PLC通讯总线的应用提供有用的建议。今天小编为大家推荐《变频器应用研究论文 (精选3篇)》，供大家参考借鉴，希望可以帮助到有需要的朋友。

变频器应用研究论文 篇1：

变频器应用研究

[摘 要] 文章简述变频器工作原理及相关性能，对变频器应用中的注意事项以及如何根据负载的性质来选用变频器进行论述。

[关键词] 变频器;负载性质

[作者简介] 晁亚东，河南安阳钢铁公司销售公司设备科助理工程师，研究方向：冶金自动化，河南 安阳，455004;杜奇超，河南安阳钢铁公司第一炼轧厂电气科高级工程师，研究方向：冶金自动化，河南 安阳，455004;晁代坤，河南安阳钢铁公司技术中心工程师，研究方向：冶金自动化，河南 安阳，455004

异步电动机是现代化生产的主要传动设备，对于在工业应用中占比例很高的风机泵类负载来说，其轴功率基本恒定不变，通常情况下要通过安装在流体管路上的机械挡板或控制阀的开口度来实现相应介质的流量压力调节，这样一来就会出现电机的输出功率虽然很大，但是实际的介质流量却很小，将带来较大的不合理用能，经济效果极差。随着20世纪80年代德国人发明的矢量控制技术的日益完善及其在变频调速领域的成功应用，采用变频调速技术对传统运行的恒速三相异步电动机进行控制改进就成了许多行业合理用能、降低生产成本、提高设备运转效率的技术手段。

一、电机调速原理

三相异步电机的转速公式：n=60 f(1-s)/p (1) 式中 n——电机的转速; f——电源频率; s——电动机转差率; p——电动机极对数。 由式(1)可知，要改变转速n有三种方式：变极调速，只能实现有级调速，电机结构比较复杂，只有需要简单调速的场合才应用;变转差率调速，这一方法对于绕线异步电机，比较合适，因为可以通过电机转子的滑环接入适当的电动势，从而实现在一定范围内的速度调节;变频率调速，因转速n与电源频率f成正比，不同的频率f即对应不同的转速，频率f在一定范围改变时，电动机就能获得相应范围转速变化。

二、变频调速

变频调速技术就是通过一套特殊的装置改变工频(我国为50Hz)电源的频率，而这一变频电源加在电机定子绕组后，在定转子间的气隙中就能产生转速可变的旋转磁场，通过电磁感应，在转子回路出现感应电流，这一电流与旋转磁场相互作用，产生可变的转矩，从而实现对电机的速度调节，这个特殊装置就是变频器。变频器在结构上分为：交—直—交型、交—交型。交—交型变频器通常用在低速大容量的传动系统，而对于中小容量且高速的传动系统一般采用交—直—交型的通用变频器。交—直—交型变频器的工作原理是将50Hz交流电通过大功率的二极管整流器转换成直流电，该直流电加在由大电容或大电感组成的直流环节上起到滤波、直流储能和缓冲无功的作用，通过了中间环节的稳恒直流电，再供给大功率开关管IGBT组成的逆变桥式电路，这一逆变电路就能把稳恒直流电变换成为电压频率可以变化的交流电，加载到电动机定子绕组。

三、变频器的选择

1. 变频器类型选择根据功能不同变频器可分为三种类型：普通功能型U/f控制变频器、具有转矩控制功能的高功能型U/f控制变频器、矢量控制高性能变频器，要根据负载的要求来进行合理选择。

(1)风机、泵类负载，低速下负载转矩较小，通常可以选择普通功能型。

(2)恒转矩类负载，对于传送带、提升机、搅拌机等为了实现宽范围的转速调节，往往需要增加变频器输出电压来提高深幅调速时的电机驱动转矩，具有转矩提升能力的变频器就能取得理想的控制效果，大部分厂家提供的通用型高性能变频器都具备低频转矩提升和机械性能上的“挖土机”特性，传动系统鲁棒性好等特点，从实际运行效果看，这种变频器的性价比还是相当令人满意的。

(3)对于轧钢、造纸这一类对动态性能要求较高的负载，原来多采用直流传动，当前，矢量控制型变频器已经通用化，加之笼型电动机具有坚固耐用、维护量小、价格便宜等优点，对于要求控制精度高、动态响应快的负载，采用矢量控制高性能型通用变频器是一种很好的控制方案。

2. 变频器外围设备选择选用外围设备通常是为了改善变频器的应用性能，对整个传动链的执行器和负载进行保护，同时减小变频电源的高次谐波对电网和其他电气设备的影响。

(1)电源变压器电源变压器用于将高压电源变换到通用变频器所需的电压等级，比如200V量级 400V量级，变压器容量的参考值通常取变频器额定容量的130%左右。

(2)受电侧负荷开关用于变频器主回路交流电的接通和关断，当系统出现过流短路和三相不平衡时能瞬时切断电源，将事故限制在较小的范围。大多数况下采用自动空气开关，当对保护时间有严格要求的场合需要采用快速熔断器进行保护。

(3)电磁接触器用于电源的开闭，在变频器保护动作时切断电源。对于电网停电后复电，可以防止自动再投入，以保护人身和设备安全。

(4)交流电抗器用于输入的交流电抗器主要抑制变频器输入侧的谐波电流，提高整个电气系统的实际功率因数，通常以采用为好。 输出电抗器用于改善变频器输出电流的波形，减少电动机的噪声，一般情况下采用。

(5)制动单元及电阻用于吸收负载制动时产生的电能，对于行车提升机等位能性负载下放时，实现再生发电运行，可以做到能源的合理利用。

四、结 语

随着变频器的控制功能的日益完善，相信今后变频器在现代化生产中必将发挥越来越重要的作用，会得到更加广泛的应用。

作者：晁亚东　杜奇超　晁代坤

变频器应用研究论文 篇2：

PLC通讯总线在高压变频器中的应用研究

【摘要】本篇文章主要对PLC通讯在高压变频器控制系统中的应用设计进行分析和研究，提出通过多种技术来实现高压变频器的灵活调节与能耗控制，为以后的PLC通讯总线的应用提供有用的建议。

【关键词】PLC通讯总线;高压变频器;控制系统

使用模块串联的方式构成主电路的高压变频器主要是通过将多个相互独立的低压变频率部位输出串联的手段使高电压能够直接输出，这种高频电压器是以电力电子管理技术、微电子控制技术、高速光纤通讯技术、自动化智能化技术以及高压技术等多种学科知识为基础而研发出来的产品，它是使用了性能高的结构来控制系统，利用精准的数字移相技术以及其他相关控制技术來实现高压变频器的灵活控制和能耗控制。

一、控制系统的构成

整个控制系统主要是由触屏、PLC和相关的控制器这三部分构成，触屏用于数据信息的交互，例如输入指令、实时监测情况、实时监测信息、寻找历史信息、实时输出错误信息、查找历史错误、记录历史信息、记录历史错误等，从而实现与使用者在数据信息上的相互交流。PLC作为一个综合性很高的系统，在高压变频器控制管理系统中主要是对高压变频器的电气逻辑进行处理，同时也控制着执行机构的运行，还有整个电机运转的流程和向外通讯的接口，在这个过程中运用了其对外部电气的管理和控制、保护、外部问题的监测以及控制器的各项指令等功能，实现高压变频器的变频变压功能和保护数据信息的通讯功能。

二、旁路系统

我们知道，高电压的电源通过高电压隔离开关和真空接触仪器到达高电压变频器中，高压变频器输出又通过高电压隔离开关和真空接触仪器到达高压电机中，在高压电机中进行变频的运转，另外，高压电源可以直接通过真空接触仪器来引动高电压电机。PLC是整个系统在逻辑运算中的控制中心，尤其是在旁路系统中起着非常重要的作用。如果高压变频器在发生故障停止工作的时候便可以快速地、自动地进行切换，将变频运行变为工频旁路系统来运行，等到故障解除之后，高压变频器又可以自动地变换为变频运行。

三、PLC通讯控制程序

PLC控制程序采取了模块化的方式来实现各项功能，可以获得很好的效果。模块化后的PLC控制程序能够极大地提高系统的工作效率、更好地控制质量、有助于多个人进行合作，扩大了各种功能，从而强化了对PLC的管理和控制，这样一来，现场相关的调试工作人员在对高压变频器进行调试时，就可以尽可能地减少PLC程序的失误，充分发挥高压变频器管理和控制的灵活性以及在实际操作中的可扩展性。

(一)PLC开关量信号

要知道，PLC的数据输出口与高压变频器的正转启动、高速运转、中速运转、低速以及输入端口是分别连接的。可以直接控制高压变频器的启动、初始化等，也能控制高压变频器在运转时的高速、中速以及低速之间的不同组合，从而使得高压变频器在工作时能够实现多段速度的运行，不过由于PLC使用开关量来控制和管理的，这就使得调整速度的曲线不能呈现出一条连续平滑的曲线，想要精细化地进行调整速度也是很难实现得。总之，通过PLC开关量来控制的方式其调节速度的精准度与采取扩展储存器系统相比，效果是比较差的。

(二)PLC模拟量信号

通过PLC年模拟量信号来控制高压变频器的优点在于PLC控制程序的编程比较简单而且方便，同时调节速度所呈现的曲线是一条平滑连续的曲线，使得整个系统能够平稳的运作。但是这种控制方式也有明显的缺点，一方面它所需要的控制缆线会比较长，特别是DA模块使用电压信号输出的时候，其线路会出现较大的电压降低现象，从而使系统的可靠性得不到保证;另一个方面这种控制方式的造价比扩展式通讯控制系统高很多，经济性比较差。

(三)PLC通讯程序的实际应用

主要包括了程序的初始化、高压变频就绪的判定、高压分离和合起的控制、触屏的相关接口、整个系统的通讯、高压电机的控制、问题故障的解决、问题故障的分析以及其他相关的部分。下面简述关于这些部分所实现的功能。

(1)主程序会依据实际的条件来调整各个子程序的运作;

(2)当PLC通讯总线程序上电之后，PLC程序初始化模块就会开始运作，它会对通讯的接口进行相应的设置，使得通讯的接口能够实现PLC与控制器之间通信，还能使PLC和主控制器专门性的寄存器与发生的各种问题故障进行初始化工作。

(3)然后利用PLC通讯系统的逻辑功能对系统状态给出相应的标志位，例如系统已经准备就绪、高电压合闸允许、高电压已经合上、请求进一步的运行等等。(4)用户可以对高电压的开关以及高压变频器相关的开关的分合闸来控制和管理工频运行和变频运行之前的转换，还可以通过控制来保护问题故障出现时导致的跳闸情况。

(5)工作人员可以通过触屏接口来查看整个系统运转时的电流大小、电压大小、频率高低等情况，从而对整个系统的参数进行科学、合理地设置。

(6)高压电机控制模块主要是控制和处理电机的启动、停止运作、初始化、工频运行和变频运行之间的变换等。

(7)如果系统出现了故障，那么相应的控制器就会发出故障信息，要是遇到比较严重的故障，便会直接断开高压变频器前端口，从而切断了相关设备的电源或者是将其快速转换为工频的运行模式，对整个系统进行保护。

(8)故障分析模块主要是将控制器输送到PLC通讯系统的数据信息进行翻译，从而将相应的数据显示在触屏上。

(9)模拟量处理系统可以将从外部收集到的数据信息转化为高压频率相应的信号，或者是直接将控制器输送的一定频率和运行的频率通过触屏显示出来。

(10)PLC控制系统还包括了其他的功能，主要有温度显示功能、新扩展功能、远程读取功能等。

四、结束语

通过对PLC在高压变频器中的应用探究，有利于提高变频控制系统的设计更加科学性、合理性和先进性。总的来说，PLC通讯总线在高压变频器中的应用是比较广泛的，采取PLC对外部获取的数据信息进行处理、电气相关逻辑进行处理以及高效地控制执行机构，可以说PLC是一个综合性很高的系统。旁路系统能够实现工频运行与模式变频运行模式之间的相互转化，新型的高压变频器具有速度快、节能多、运行平稳等优势，适用于不同的生产环境当中，还能满足高压电机变频调速等多种要求，其未来的发展前景是非常好的。

参考文献：

[1]王啸东.基于PLC的变频调速恒压供水系统设计[J].消费电子.

[2]魏永生.用PLC变频器改造供水系统[J].电子制作.2014(15)

[3]邵祯，牛永钱.关于大型机电设备变频节能的应用[J].电子技术与软件工程.2014(17)

[4]贾华，李涛.高压同步电动机的变频控制[J].内蒙古科技大学学报.2014(03)

作者：董一冰

变频器应用研究论文 篇3：

机电设备中高压变频器的选型分析及应用研究

[摘 要 ]对于煤矿行业机电设备的整体发展而言，高压变频器发挥着十分关键的作用。同时，随着科技的不断发展，也相应拓宽了高压变频器的应用范围。为了让煤矿的产量得到切实提升，要求积极展开对于煤矿企业机电设备的研究，不断优化和改造煤矿机电设备的性能。为此，将以高压变频器为例展开分析，借助对于高压变频器选型及应用的深入分析，实现对于机电设备的有效优化，以促进煤矿行业产量提升，切实推动煤矿企业的长久发展。

[关键词]机电设备;高压变频器;选型分析

我国煤矿行业机电设备电能资源浪费、调速方式落后的问题十分严峻，对煤矿机电设备的使用年限造成了极大的限制。为更好应对此类问题，让能源的损耗量得到有效控制，需要积极展开对高压变频器的选型应用研究。

1 高压变频器原理与选型

1.1 高压变频器原理

高压变频器作为一种控制仪器，其主要工作原理：充分利用电力半导体的性质进行控制，通过自动化的通断作用，让设备得以实现在不同频率之间的自由转换。该仪器具有诸多类型，可以按照相应的分类标准将其进行划分。高压变频器工作原理如图1所示，一般可以将高压变频器分成三种不同结构：也即变压器柜，功率柜和控制柜。其中功率柜一般由三组不同的功率单元构成，其主要功能为电压输出，根据功率等级的不同为其配置相应等级的电压;变压器柜则主要负责为功率柜内部功率单元进行能量输送;至于控制柜，则需要针对功率柜的功率进行持续化的调整，通过逆变控制和检测处理的形式保障高压变频器的稳定运行，以实现良好的设备控制效果。

1.2 高压变频器选型

1.2.1 按照功率进行选型

以功率为依据进行高压变频器选择，要求重点关注以下问题。

(1)需要充分关注电机的功率，盡量选择功率与电机功率相契合的变频器，以充分保障高压变频器的运行效率。

(2)一旦无法将高压变频器的功率和电机的功率控制在相同的分级范围内，则需将变频器的功率保持在与电机功率相近的范畴内，同时要求将变频器功率控制在比电机功率稍大的界限上。

(3)对于长期处于制动运行状态之中的电机，为更好适应其反复启动和重载的问题，要求为其配备功率相对较大的变频器，以保障变频器运行的稳定性，切实提升变频器运行过程中的安全性。

(4)如果在检测后发现电机的功率仍然留有很大的设备运行空间，则可以选用功率相对较小的变频器。但是在此过程中需要充分关注瞬时峰值电流，避免对过电流造成过多的保护动作。

(5)如果无法将电机功率和变频器功率保持一致，则需针对已设计完成的节能程序展开灵活调整，从根本上提升节能的有效性。

1.2.2 按照控制方式进行选型

(1)变频调速系统通常由异步电机和通用的高压变频器构成，一般而言，可以将变频调速控制系统分成开环控制和闭环控制两种不同的控制模式。其中开环控制借助U/f控制高压变频器和无速度传感器实施系统控制，前者往往只具备一般性的功能，而后者则主要用于矢量控制之中。采取开环控制的方式实施管控，其运行方式相对较为稳定且控制系统构造较为简单，但是由于相应的动态响应特性有待提升、掉速精确度较低，且此类问题在低速区域中表现得尤为明显，因此，只能在精度标准较低的区域应用开环控制的方法。

(2)闭环控制一般包括有速度传感器矢量控制、U/f控制变频器控制高压变频器，且在高压变频器中配备有PID控制器，表现出良好的控制性能，已经广泛运用于压力、张力、位置、pH值、速度及温度等过程参数的控制过程之中。在使用具有速度传感器矢量控制装置的变频器时，需要在异步电机之上安装相应的编码器和速度传感装置，通过编码器或速度传感器的形式进行数据输出，将其输入到变频器之中，以构建一个完整的闭环系统。通过闭环控制的方式实施管控，可以发挥出良好的控制效果，能够针对1∶1000调速范围内的速度进行系统管控，同时，还可以在一定程度上提升转距控制的精确化程度。一般而言，闭环控制系统具有十分良好的性能，且动态反应的速度相对较快，因此可以广泛运用于需要特殊精度控制的领域。

1.2.3 按照负载种类进行选型

对于负载种类不同的高压变频器而言，其转速及转速与转距之间的关系也存在不同程度的差异。基于此，需要以负载种类为依托，进行高压变频器选择，以提升选择过程的科学性。就生产机械而言，按照其特性差异，可以将机械分成水泵及风机类降转距负载、功率恒定的负载和转矩恒定的负载等几种类型，其中转矩恒定的负载变频器可以在水泵及风机类负载中得到应用，但是属于降转矩负载类型的变频器则无法在转矩恒定的负载变频器中运用。利用U/f控制方式的形式可以表现出良好的功率恒定负载特性，然而却缺乏相应的恒功率负载变频装置。尽管如此，许多变频器却可以同时适用于多种不同形式的负载种类。

2 机电设备中高压变频器的实际应用

2.1 在采煤机中的应用

(1)在实施采煤作业时，经常会受到外界环境的影响，由于煤矿作业环境通常十分恶劣，对作业过程中的操作技术提出了更高的要求，使得采煤作业中各种突发事件频发。此外，在煤矿作业现场，经常会出现采煤作业情况难以适应作业环境的问题。为了在最大限度地保证采煤机的稳定运转，为采煤机提供一个安全的作业环境，要求煤矿企业积极关注现场环境的稳定性，妥善处理好采煤机和现场作业环境之间的协调工作。由于采煤机的操作流程十分烦琐，为此，要求在采煤工作实践中配备专门的技术人员进行采煤机操作，让采煤作业的安全性得以充分保障，以保证工作的顺利开展。

(2)高压变频器在采煤机中的应用十分广泛，在采煤机上安装高压变频器可以发挥出良好的作业效果，提升采煤机操作的简便性。同时，让相关人员可以以更加灵活便捷的方式控制采煤机，在一定程度上提升了煤炭的开采量。由此可见，借助高压变频器的形式可以有效推动采煤机的优化和升级，让采煤机的开采优势得以充分展现。在进行高压变频器安装后，采煤机在运行过程中所产生的能源消耗得到了一定程度的降低，表现出十分突出的节能效果。例如，在采煤机正常运行时可能会面临夹矸的问题，为更好应对此类问题，要求在选择具体的电机设备时将其功率控制在合理范围内，尽量确保电机的功率超出其所需的实际功率，将运转负荷控制在40%～50%。然而采取此种措施开展工作会造成极大的资源浪费，严重限制了电动机的运行效率。为此，可以针对高压变频器的结构和功能展开系统的优化设计，以便实现良好的节能效果，让电动机的节能效用得以充分展现。

2.2 在矿井提升机中的应用

(1)现阶段，矿井提升机已经在煤矿行业、金属矿藏领域和非金属矿藏领域中得到了广泛运用，可以用于提升或下放作业人员、煤炭、矿石及其他各类施工材料及工具。煤矿提升机的存在在一定程度上推动了煤炭开采工作的高效开展，其对于煤炭行业的价值与采煤机的作用不分高下。矿井提升机最重要的功能就是强化地面和地下的联系，为此，需要积极关注设备的灵敏度。然而，在生产实践中，由于采煤现场中的提升机往往使用时间较长，且未能及时进行维修和更换，对设备的灵敏度造成了一定影响。此外，在运行提升机时，应该重点关注对设备速度的把控，以降低安全事故的风险。

(2)由于矿井提升机在运行过程中存在上述问题，因此可以在机器上面安装高压变频器，借助变频器的形式，充分利用其调速技术，实现对于提升机控制系统的优化和完善，以实现对于提升机运行速度的科学管控。在实际调速时，可以借助发动机启动和发动机转速调节的形式，让矿井提升机的负荷需求得到切实满足。借助变频器的调节控制作用，可以提升矿井提升机运行过程中的稳定性，提高运行过程中信号处理和制动运行的速度，同时提升机器整体的灵敏性，以充分保障矿井提升器的综合性能。

(3)以往的煤矿提升机一般借助绕线电机串电阻的形式进行速度控制，在使用煤矿提升机时，由于转子电路中串联电阻的存在，可能导致大量的资源和能源浪费。在煤矿机电设备之中，应用高压变频器可以发挥出良好的节能优势，针对高压变频器的功能和结构进行优化调整，可以充分提升煤矿提升机的节能效果，以更好应对电力资源浪费的问题。

2.3 在煤矿通风机中的应用

(1)在煤矿开采工作中，煤矿通风机是十分重要的一個设备，利用煤矿通风机可以有效提升井下开采环境的安全性。为了切实保障煤矿开采现场的安全性和稳定性，要求将通风机保持全天候的通风状态。然而，在开采实践中，有许多企业无法将通风机保持在全天候的运转状态，导致开采现场难以充分通风。部分企业为了降低生产成本，只有在开采过程中才打开通风机设备，一旦开采人员休息，就立即关闭通风机，使得矿下的整体通风条件相对较差，无法实现良好的通风效果，为开采人员的生命和财产安全带来了严重的安全隐患，限制了煤矿生产的安全性和稳定性。

(2)对于企业生产而言，生产成本控制十分关键。为更好地达到成本控制的目标，要求煤矿企业针对通风机设备予以改造，将高压变频器安装到通风机设备上，不仅可以有效降低通风机的能源损耗，还能在一定程度上减少因电网而导致的通风机损伤，延长通风机设备的使用寿命。在通风机上安装变频器设备，可以有效解决通风机耗能问题，最大限度地节约生产成本。此外，还可以有效减少井下煤炭开采过程中的安全隐患，让煤炭开采过程的安全性得到充分保障。

3 结束语

总而言之，在我国大力倡导节能减排的背景下，要求煤矿企业在日常生产实践中提高对于节能问题的关注，积极进行节能环保改造。为此，要求相关企业在机电设备中强调高压变频器的选型和运用，通过科学合理的选型运用，让煤矿企业机电设备的灵敏度得到充分提升，以降低能源损耗，让设备得以维持安全稳定运行，从而促进设备使用年限提升，以发挥良好的节能减排效果。

参考文献

[1] 李跃.变频节能技术在煤矿机电设备中的应用探究[J].煤炭工程，2019，51(S2)：168-170.

作者：宋青东 李明 高俊梅