现代交流调速技术及其在除尘电机调速中的应用_现代交流电机调速

现代交流调速技术及其在除尘电机调速中的应用由刀豆文库小编整理，希望给你工作、学习、生活带来方便，猜你可能喜欢“现代交流电机调速”。

现代交流调速技术及其在除尘电机调速中的应用

康玉龙

（河北钢铁集团宣钢公司焦化厂 075100）

摘要：本文以现代交流调速技术的应用领域及发展趋势为背景，介绍中压交-直-交电压型H桥级联变频器的工作原理、控制方式和技术优缺点，并通过宣钢焦化厂除尘电机变频与液力耦合器不同调速方式下的对比分析，指出变频调速在高压大功率风机上使用的优越性能和良好的节能效果。

关键词：交流调速 中压H桥级联变频器 除尘风机 干法熄焦 节能

0前言

电力电子技术的发展产生了采用半导体开关器件的交流调速系统，随着对大规模集成电路和计算机控制技术的研究，以及现代控制理论的应用，促进了各种类型的交流调速技术的飞速发展，如串联调速系统、变频调速系统、无换向器电动机调速系统及矢量控制调速和直接转矩调速系统等。其中变频器作为较为成熟的高科技调速产品，其性能稳定、操作调节方便、自动化程度高、节能效果明显等优点，已普及国民经济各部门的传动领域，得到了广泛的推广应用。

1交流调速技术概况

1.1应用领域

1.1.1通用机械的节能调速

通用机械指风机、泵、压缩机等，量大而广，应用于各行各业。此类机械由交流电动机驱动，经调速改造，替代原有挡板及阀门调节，使其风量、流量可实现连续平滑和快速精确控制，优化了工艺控制过程，有助于提高产品的质量和产量。

1.1.2工艺调速

由于机械设备的工艺需要，要求驱动电动机必须调速运行的传动系统，如金属加工、造纸、提升等机械的传动系统。1.1.3牵引调速

各种电动机车及船舶等运输机械的电驱动系统，要求在运行中及时调速，属于工艺调速范畴，但有许多不同于一般机械的特殊要求，如供电电源、设备尺寸、散热及防护要求等，正由于牵引机械对设备尺寸、防护严格要求及交流较直流调速的优势，交流牵引调速取得更快发展。1.1.4特殊调速

某些应用场合为满足用户对调速特殊要求的调速系统，如转速6000r/min以上的高速系统，调速范围1:50000至1:100000的极宽调速系统，只有采用特殊的永磁交流电动机才能实现。1.2调速用电力电子装置

交流调速用电力电子装置有交流调压装置和变频装置两大类。现有交流调压装置仅晶闸管交流调压器一种，变频装置有交-直-交间接变频器和交-交直接变频器两种，其中交-直-交间接变频器又分为电压型和电流型型两种，电压型储能元件为电容，在控制规律不变而负载变化时输出电压基本不变，电流型储能元件为电感，在控制规律不变而负载变化时输出电流基本不变。1.3发展趋势

1.3.1电力电子器件与材料的更新

在提高现有电力电子开关器件的同时，研发新型大容量电力电子器件，通过降低MOSFET通态电阻，提高电压；研制集成电力电子模块（简称IPEM）实现标准化、模块化、高效率、低成本、低污染、可编程；采用新型半导体材料碳化硅（SiC），其工作温度可达600℃，PN结耐压可达5000KV以上，导通电阻小，导热性能好，漏电流特别小。1.3.2控制策略和手段研究

在以矢量控制和直接转矩控制技术为中心的控制理论不断完善的研究中，开辟了自适应和滑膜变结构控制、模糊控制、神经网络控制、无速度传感器控制系统等。

2中压交-直-交电压型H桥级联变频器

随着交流调速技术的发展，作为大容量传动的高压变频调速技术得到了广泛的应用并取得了良好的效果，其中电压型H桥级联变频器由于其电压畸变率小、功率因数高、逆变模块技术要求低、技术成熟、运行效果好等特点，得到了广泛的应用。2.1工作原理

电压型H桥级联变频器中每一项都由多个H桥功率单元串联而成，串联数取决于变频器输出电压等级，每个H桥由4个IGBT构成，并用独立彼此隔离的整流电源供电。

图一 H桥级联变频器和H级功率单元

2.2控制方式

H桥级联变频器的输出电压电平数多，通常采用三角载波比较法实现PWM（脉宽调制），通过给定频率的等腰三角载波与给定频率的正弦调制波相比较，以二者交点确定功率单元中逆变器的开关时刻，使脉冲宽度按正弦规律变化，输出频率等于且幅值正比于指定调制电压的基波成分。2.3特点及问题

此类H桥级联变频器使用1200V或1700V低压IGBT不需均压措施，且输出电压电平数多，电压畸变率小，电压波形每次跳变幅值小，无需输出滤波器，同时输入整流桥数多，通过输入变压器二次绕组移相，进线交流电流谐波小，功率因数高。

但是由于H桥级联数多，主电路复杂，储能电解电容技术要求高，可靠性受一定影响；整流电源数多，电机制动再生能量吸收或回馈技术实现难度大、成本高。

3除尘高压风机中的应用

除尘风机作为焦化行业环保除尘环节中重要设备，其运行状态将直接影响烟尘回收处理效果。现以河北钢铁集团宣钢公司焦化厂1#、2#干熄焦地面除尘风机调速方式为例，对比分析变频和液力耦合调速方式下的风机运行技术特点。3.1工艺概况

干法熄焦过程中会产生大量焦灰尘和有害物，这些有害物不仅对现场操作人员造成危害，而且将对环境造成严重污染，为消除生产过程中产生的粉尘，由除尘风机负压收集各收尘点含尘气体经管道送至脉冲布袋除尘站，净化后排放至大气。根据宣钢焦化厂干熄焦除尘工艺所需除尘风量，综合考虑系统漏风等因素，选用10KV 800KW单吸入离心式除尘风机。

其中1#干熄焦2010年投产，设计初期，由于考虑高压变频器投资高、技术不够成熟、市场应用不普及等多方面因素，该项目除尘风机设计为液力耦合调速方式；随着电力电子技术的高速发展，高压变频基本成熟，其性能稳定、控制操作方便，节能明显等优点得到普遍认可，2#干熄焦除尘风机2014年设计采用高压变频调速方式，装焦时高速运行，非装焦时低速运行。3.2二者调速性能比较 3.2.1调速效率

液力耦合器是装于电动机轴和负载轴之间的机械无极调速装置，利用油和两个互不接触的金属叶轮的摩擦力传导转矩，带动负载转动，可通过调节油压改变输出转矩，实现调速。当忽略轴承、鼓风损失和工作液体容积损失及摩擦力矩损失等，其调速效率近似为：nT=i；式中i为液力耦合器转速比，因此转速比nB减小调速效率降低，同时作为一种低效调速方法，其转差能量转换为油的热能儿消耗掉，当小于0.4时工作油升温加快，给设备运行带来不稳定状况。

而变频调速通过电力电子整流和脉宽调制逆变技术改变电动机电枢的电压和频率，仅控制电路本身需消耗很少一部分能量，因此可在全转速范围内保持较高的效率运行。3.2.2启动性能

液力耦合器不能直接改善启动性能，启动电流仍达到电机额定电流的5至7倍，而变频启动可实现软启动，启动电流小，且启动全过程可控，启动点和爬坡时间可设置，可避免启动电流对电网和电动机的冲击。3.2.3运行维护

结合焦化厂1#干熄焦除尘风机调速设备运行情况来看，液力耦合器机械结构和管路系统复杂，日常维护工作量大，且在故障下无法定速运行，必须停机检修；而2#干熄焦除尘风机H桥级联变频调速装置虽电子线路复杂，但技术成熟，尤其是单元自动切换和冗余运行特性，可在单元故障下实现不停机连续运行，运行可靠性较高，且其检修维护只需定期更换进风滤网。3.2.4调节控制特性

液力耦合器依靠调节工作腔油量大小改变输出转速，因此响应慢（需30秒左右），速度调节精度较低，在干熄焦装焦过程期间灰尘负压回收能力不能及时跟上，影响烟尘回收效果；而变频调速属于数字式控制，频率改变速度快，稳频精度高，可实现精准控制，提高了装焦过程期间烟尘回收率。3.3节能经济效益分析

由于液力耦合器液力效率、转差消耗及变频器自身能量消耗的存在，其二者均存在额外的功率损耗，但变频调速运行效率随输出转速降低变化不大，而液力耦合器效率基本呈正比降低，且综合轴功率随转速呈三次方比例下降，节能和运行效率均不及变频调速。

下面在忽略液力耦合器辅机（冷油器、油泵等）所消耗功率和设备自身消耗等的理想状态下，对比1#、2#干熄焦除尘风机调速耗能情况：

1#干熄焦除尘风机为24小时工作，电机输入电流平均约为50A，年运行时间为300天，其全年用电量为：

F13UIcosHD1.732105024300=6235200kWh

2#干熄焦除尘风机为24小时工作，高速运行时，电机输入电流平均约为50A，低速运行时，电机输入电流平均约为30A，按每15min装焦一次，装焦时间5min，即每天高速运行时间为8小时，低速运行运行时间为16小时，年运行时间为300天，其全年用电量为：

F213UIcosHD1.73210508300=2078400kWh F223UIcosHD1.732103016300=2494080kWh F2F21F224572480kWh 综上可得：

全年节电量为FF1-F26235200-4572480=1662720kWh 节电率为=F166272027% F162352004结束语

通过中压交-直-交电压型H桥级联变频器与液力耦合器运行节能效果的对比分析，不难发现其在运行效率、启动性能、运行维护等方面有着突出的优势，且随着电力电子技术和控制理论的不断进步，会有更高性能的设备应用到国民经济的电气传动领域。

参考文献：

[1]电气传动自动化技术手册（第二版）.机械工业出版社，2005.[2]姚绪梁，现代交流调速技术.哈尔滨工程大学出版社，2009.[2]钢铁企业电力设计手册.冶金工业出版社，1996.

调速在雷达管制中的应用

【摘要】而速度调整是雷达管制中保持安全间隔的重要方法，也是管制员最常用的管制技能，因此能掌握航空器速度的特征、使用方法和时机，是一名优秀管制员高效、优质地实施空中交通......

交流变频调速技术复习考试总结

1、交流电动机的变频交流调速技术：用半导体电力电子器件构成的变频器，把50或60Hz的交流电变成频率可调的交流电，供给交流电动机，用以改变交流电动机的运转速度的技术。2、转差率......

交流变频调速技术在天车的改造

（一）前言1、交流电动机传统调速控制技术介绍随着我国工业生产的快速发展，对起重机调速性能要求在不断提高，由于起重机使用的电动机都是三相异步绕线式电动机，调速的方法比较单一，......

变频调速技术在石化厂的应用

变频调速技术在石化厂的应用（精选8篇）由网友“失重海洋”投稿提供，这次小编在这里给大家整理过的变频调速技术在石化厂的应用，供大家阅读参考。篇1：变频调速技术在石化厂的应用......

高压变频调速装置在除尘风机上的应用

高压变频调速装置在昆钢集团二炼钢厂除尘风机上的应用 阅览次数：881 来源：《控制与传动》 作者：杨文喜 秦强林 陈卫东 概述：文章根据昆钢集团二炼钢厂为了提高系统自动化程度、......