变频拖动系统及其应用
变频器32个典型应用行业
变频器32个典型应用行业20世纪90年代开始，交流变频调速装置在我国的应用有了突飞猛进的发展。
由于变频调速在频率范围、动态相应、调速精度、低频转矩、转差补偿、通讯功能、智能控制、功率因数、工作效率、使用方便等方面是以往的交流调速方式无法比拟的，它以体积小、重量轻、通用性强、拖动领域宽、保护功能完善、可靠性高、操作简便等优点，深受钢铁、冶金、矿山、石油、石化、化工、医药、纺织、机械、电力、轻工、建材、造纸、印刷、卷烟、自来水等行业的欢迎，社会效益非常显著。
在变频领域，我公司起步较早，销量较大，应用负载较多。
可以说，伴随着我国变频技术成长。
下面，变频器应用的一些场合应用及效益1、空调写字楼、商场和一些超市、厂房都有中央空调，在夏季的用电高峰，空调的用电量很大。
在炎热天气，北京、上海、深圳空调的用电量均占峰电40%以上。
因而用变频装置，拖动空调系统的冷冻泵、冷水泵、风机是一项非常好的节电技术。
目前，全国出现不少专做空调节电的公司，其中主要技术是变频器节电。
2、破碎机类冶金矿山、建材应用不少破碎机、球磨机，该类负载采用变频后效果显著。
3、大型窑炉煅烧炉类冶金、建材、烧碱等大型工业转窑（转炉）以前大部分采用直流、整流子电机、滑差电机、串级调速或中频机组调速。
由于这些调速方式或有滑环或效率低，近年来，不少单位采用变频控制，效果极好。
4、压缩机类压缩机也属于应用广泛类负载。
低压的压缩机在各工业部门都普遍应用，高压大容量压缩机在钢铁（如制氧机）、矿山、化肥、乙烯都有较多应用。
采用变频调速，均带来启动电流小、节电、优化设备使用寿命等优点。
5、轧机类在冶金行业，过去大型轧机多用交-交变频器，近年来采用交-直-交变频器，轧机交流化已是一种趋势，尤其在轻负载轧机，如宁夏民族铝制品厂的多机架铝轧机组采用通用变频器，满足低频带载启动，机架间同步运行，恒张力控制，操作简单可靠。
6、卷扬机类卷扬机类负载采用变频调速，稳定、可靠。
变频调速在桥式起重机拖动系统中的应用
变频调速在桥式起重机拖动系统中的应用作者：耿俊超来源：《中国新技术新产品》2013年第08期摘要：变频调速技术应用到桥式起重机上，弥补了原有继电——接触器控制的缺点，实现了桥式起重机拖动系统的各档速度、加速时间和制动减速时间都可根据现场情况由变频器设置，调整方便。
负载变化时，各档速度基本不变，调速性能好。
关键词：变频调速；桥式起重机；应用中图分类号：TN77 文献标识码：A1概述桥式起重机是工矿企业中应用十分广泛的一种起重机械，桥式起重机，使用频繁，环境恶劣，高温、金属粉尘过多。
桥式起重机电力拖动系统多采用绕线式交流异步电机，转子回路内串入多段外接电阻调速，采用凸轮控制器、继电器、接触器控制。
这种控制系统主要缺点是：（1）桥式起重机工作环境恶劣，工作任务重，电动机以及所串电阻烧损和断裂故障时有发生。
（2）继电——接触器控制系统可靠性差，操作复杂，故障率高。
（3）转子串电阻调速，机械特性软，负载变化时转速也变化，调速不理想。
所串电阻长期发热，电能浪费大，效率低。
要从根本上解决这些问题，只有彻底改变传统的控制方式。
（4）由于现场环境中的金属粉尘、有害气体对电动机集电环、继电器的腐蚀与短路，再加上继电器、接触器控制系统切换频繁，起动时，冲击电流大，因此触头烧损、电刷冒火、电动机烧损故障时有发生，故障率高。
（5）系统抱闸是在运动状态下进行的，对制动器损害很大，闸皮磨损严重而引起的安全隐患。
随着计算机技术和电力电子器件的迅猛发展，电气传动和自动控制领域也日新月异。
其中，具有代表性的交流变频装置和可编程控制器获得了广泛的应用，为PLC控制的变频调速技术在桥式起重机拖动系统中的应用提供了有利条件。
2 系统硬件构成桥式起重机大车、小车、主钩，副钩电动机都需独立运行，大车为两台电动机同时拖动，所以整个系统有5台电动机，4台变频器传动，并由4台PLC分别加以控制。
（1）可编程控制器：完成系统逻辑控制部分。
控制电动机的正、反转、调速等控制信号进入PLC，PLC经处理后，向变频器发出起停、调速等信号，使电动机工作，是系统的核心。
交流电机变频调速原理与应用
异步电动机的“多功能控制器”。
3．风机、泵类的调速节能
风机、泵类的调速节能是调压调速系统应用得最多的领域之一。
3 异步电动机变频调速基础
变频调速时s变化很小，效率最高，性能也最好。
变频调速是异步电机交流调速系统的主流。
3.1 变频时的电压控制方式及控制特性
xK
1．变频的同时为什么要变压
r1
x1
②交交变频
电 动
鼠笼式转子
调压调速
机 感应电动机
交流调压
电压源型
常规意义 同步电动机
①变频调速，他控式
②变频调速，矢量控 制
①交直交变频 （整流＋无源逆变） ②交交变频
①电流源型 ②电压源型
同 步
无换向器 电机
变频调速，自控式
电
动 机 无刷直流电动机 变频调速，自控式
开关磁阻电动机 变频调速，自控式
I1
定子每相电动势的有效值: E 14.44f1N 1kN 1 mU 1 U1
E1
x2
Im
xm
若f1↓，U1不变，则磁通Φm ↑ ，Im ↑ ↑ 。
rm
r2
I2 Er
若f1↑，U1不变，则磁通Φm↓，I不变时T ↓ 。
B m ,E1
结论：频率变化时，若不同时改变电压， 则会使电机的磁通 mN 大幅变化，这将使电机运行不正常甚至损坏电机，所以变频的
Ui
+
-
GT
U ct
+
TG
～ VVC
M 3~
Hale Waihona Puke 2.3 交流调压调速系统的制动
交调系统制动时，通常采用在定子绕组中通入直流电流（能耗制动）的方法。
煤矿主皮带运输系统中变频调速的应用_1
煤矿主皮带运输系统中变频调速的应用发布时间：2023-04-26T03:21:44.347Z 来源：《科技潮》2023年5期作者：祝海龙[导读] 变频调控技术在煤矿主皮带运输系统的应用中需要与主皮带运输系统本身的机械工作步骤相结合。
第一步骤就是主皮带运输系统的初级阶段，即运输机起步阶段，运输机的开启时间对运输机系统的静态电阻驱动滚筒的实施效果产生二级影响，在机器启动过程中，静阻力会随着时间的推移逐渐降低并进一步转化为动阻力，运输机的传送带会随之发生振动现象，增加了机器横截面的张力，影响整体传送速度。
陕西陕煤黄陵矿业有限责任公司一号煤矿陕西西安 727300摘要：变频调速技术，具体来说便是优化交流电电动机，使得调速的目标得以实现。
变频调速有一定的环保性，不会消耗大量的能源资源，且调速较为简单，故障发生率低。
所以，该项技术在煤矿主皮带运输系统中有着广泛的应用。
本文先介绍了变频调速系统的构成及其工作原理，然后分析了运用变频调速技术的必要性以及变频调速技术应用优势，最后对变频调速技术在煤矿主皮带运输系统中的实际应用进行了探讨。
关键词：煤矿；主皮带运输系统；变频调速；应用1变频调速系统的构成及其工作原理变频调速系统的构成及工作原理如图1所示。
变频器的主体、辅助件、电抗器三个部分构成了变频调速系统，变频调速系统运用各个部分协助控制电机速度。
除此之外，变频调速系统还有自动调控功能特点，实现多个电机的驱动功率平衡，提高了变频调速系统稳定性。
变频调速系统的比例－积分－微分控制器能够保障电机工作，并且控硅整流的方式应用在变频器的主体，增进了变频调速系统节能性，另外，通过循环软启方式应用在变频调速系统中，大大降低电机功率和负载，实现电机平稳调节运行。
图1 变频调速系统构成和工作原理2运用变频调速技术的必要性利用电机进行拖动是传统皮带运输系统主要运行方式，如水泵等装备，运用电机进行拖动维护成本高，缩短主皮带运输系统使用寿命。
煤矿对旋轴流式主通风机高压变频拖动方案的设计及应用
￣ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ ｉ ｎｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍｓ ｏ ｆ ｍａ ｉ ｎ ｆ ａｎ ｗｉ ｔ ｈ ｃ ｏ ｕ ｎ ｔ ｅ ｒ — ｒ ｏ ｔ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ａ ｘ ｉ ａ ｌ — ｌ ｆ ｏ ｗ ｔ ｙ ｐ ｅ ｓ ．ａ ｎ ｄ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｓ ｔ ｈｅ ａ ｄ ｖ ａ ｎ ｔ ａ ｇ ｅ ｓ ａ ｎ （ １ ｄ ｉ ｓ ａ ｄｖ ａ ｎ ｔ ａ ｇ ｅ ｓ ｏ ｆ ｅ ａ ｃ ｈ ｄ ｉｖ ｒ ｅ ｓ ｃ ｈ ｅ ｍｅ，ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｄ ｅ ｓ ｐ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｇ ｎ ｉ ｉ ｆ ｃ ａ ｎ ｃ ｅ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｒ ｅ ｌ ｉ ａ ｂ ｌ ｅ ｑ ｕａ ｌ ｉ ｔ ｙ，ａ ｄ ｖ ａ ｎ ｃ ｅ ｄ
ｃ ｏ ｕ ｎ ｔ ｅ ｒ — ｒ ｏ ｔ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ａ ｘ ｉ ａ ｌ — ｌｏ ｆ ｗ ｔ ｙ ｐ ｅ．Ｔｈ ｅ Ｎｏ ． ３ ｍｉ ｎ ｅ ｏ ｆ Ｓ ｈ ｅ ｎｈ ｕ ａ Ｇｏ ｎ ｇ ｗｕ ｓ ｕ Ｍｉ ｎｉ ｎｇ Ｃｏ ｍｐ ａ ｎ ｙ ｃ ｈ ｏ ｏ ｓ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｓ ｃ ｈ ｅ ｍｅ “Ｏｎ ｅ ￣ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ｉ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ ｓ ｔ ａ ｒ ｔ ｓ ｕ ｐ ｏ ｎ ｅ ｍｏ ｔ ｏ ｒ ｗｉ ｔ ｈ ｂ ｙ ｐａ ｓ ｓ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ＋ Ｆ ｒ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎｃ ｙ Ｏｕ ｔ ｌ ｅ ｔ Ｃａ ｂ ｉ ｎ ｅ ｔ ”ａ ｎｄ ｇ ａ ｉ ｎｓ ｇ ｏ ｏ ｄ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ．
变频器在交流电机拖动领域应用的认识误区
变 频器 是利 用 电力半 导 体器 件 的通 断功 能将 工
频 交 流电源 变换 为另 一频率 的电能控 制 装置 ，是 运
动控制 系统 中的功率 变换 器 ，在 电机拖 动领域 主 要
用 于交 流 电动机 的调 速控制 。变频器 自２ 世纪 ６ 年 ０ ０
代 问世 以来 ，已广泛 应用 于工 矿企业 多 种类 型交 流 电动机 控制 领域 中 ，并 取得 了巨大 的经 济和社 会效 益 。与此 同时 ，由于其 控制 理论 的不 断发 展 ，又 出
现 了变 频 器 的多 种 控 制 方 式 ， 因此 在 其 使 用 过 程 中 ，正确 认识 其在 控制 交流 电动 机调 速方 面起 到重
应用 ，变 频器在 交 流 电动机 拖动领 域 的使 用 日益广 泛 ，在调 节交 流 电动机速 度 方 面愈加显 示 出其 性能 优 越 、节 能效果 明显 的优 点 ，但 同时 由于其 技术 上
一
从公 式 可 以看 出 ，若 均匀 地改 变交 流 电动 机定
子供电频率厂 ，则可 以平 滑地改变 电动机的同步转 速 。变频器 正是 根 据交流 电 动机 的这 一原理 而研 制 定 的复杂 性 、控制 方式 的多样 性 ，及 推广 应用 中 生产并 不 断发展 的 ，它是 一种 串联 于交 流 电源 与交 的过于 完美 化 的宣传 ，使 其在 实 际应用 中也 存在许 流 电机之 间 的功 率变 换器 ，利 用 电力半 导体 器件 的 多认 识 上 的误 区及错误 做 法 ，尤其 在节 能节 电量及 通断 功能将 工频 交 流 电源 变换 为另 一频 率 的电 能控 应用 范 围上 有许 多偏 颇 的观点 。 制装置 ，其 根本 作用 就是 使其拖 动 的交 流 电动机进 ２１认 为 只要使 用 了变频 器就 可 大量 节 电节能 ． 行调速 运行 。对其 性 能的通 用 表述 一般是 说变 频 调 我们 知道 能量 既不 会凭 空 产生 ，也不 会凭 空消 速具有 效率 高 、调速范 围宽 、精 度 高 、调 速平 稳 、 失 ，它 只能从 一种 形式 转化 为另 一种 形式 ，或 者从
变频装置在现代拖动中的应用
② 选用 具有低 频转矩提 升性能 ，或具有
特定Ｖ Ｆ ／ 曲线的变频器 ； ③ 延长设备起动加速时间。 加大变 频器容 量将使投 资增加 ，很不经
济 ， 应 着 重 考 虑 后 两 种 方 案 对 于 选 择 合 适
运转时力矩的３ ５ 倍 。 ．—４
用 变 频 器 拖 动 此 类 负 载 时 ，要 求 在 起 动
的办 法 有 ：
随着我 国现 代 工业的不 断发展 ，某些 大
型 核 心 生 产 设 备 的 运 行 状 况 的 好 坏 ， 直 接 影
① 加大变频器容量；
响着 设备 的使用寿 命、产 品质量和 产量 。而 下进行 ，阻力矩大 ，有 时起 动力矩 可达 正常
作为现代工业主要传动的动力源一 电机拖动
近几年 ，随着变 频技术 的发展 ，变频器 的应用领 域越来越 广泛 ，其性能 也得到 很大
补偿 功 能使 性能有 了很 大改善 。低 速时转 矩 提高 。用 变频调速 代替直 流调速 系统作 为有 下降速度 较慢 ，所以 电机 起动转矩 进一步 增
过载能力可 达标准 １ ％ Ｏ 以上 ，机械 特性硬 度 特 殊要求场合 的拖动成为可能。 ５ 特别 高，使其应用领域得 到相 当的扩展 。 关键词 ：变频调速；起 动；传动
系统 是运行状 态好坏 的关键 。根据 生产工 艺 要 求 及 负 载 性 质 ，某 些 主 传 动 拖 动 系 统 要 求
具 有 高 起 动 转 矩 和 调 速 平 滑 稳 定 。 我 国 在 上
时，转矩 要足够大 ，才能 克服负载较 大 的阻 力 矩 ，使 设 备 顺 利 的 起 动 。 因 此 要 求 变 频 器 高功 能 型 变 频 器通 过 采 用 先 进 的控 制
回转窑主拖动变频调速技术的应用及推广前景
Ｔｈ ｅ Ａｐｐｌｃ ｔ ｏ ａ ｎ Ｄ ｒ ｇ ｎｇ Ｖａ ｉ ｂｌ ｅ ｅ ｃ ｉ ａ ｉ ｎ ｏｆ Ｍ ｉ ａ ｇｉ ｒ ａ ｅ Ｆｒ ｑｕ ｎ ｙ Ｒｅ ｌ ｔ ｎｇ ｇｕ ａ ｉ Ｓ ｅ ｃ ｐｅ ｄ Ｔｅ ｈｎｏ ｏ ｏ Ｒ ｏ ａ ｙ Ｋ ｉｎ ａ ｈ ｏ ｐｅ ｔ ｏ ｅ ｒ ｌ ｚ ｔ ｏ ｌ ｇｙ ｔ ｔ ｒ ｌ ｎｄ ｔ ｅ Ｐｒ ｓ ｃ ｆ Ｇ ｎｅ ａ ｉ ａ ｉ ｎｓ
ｔ ｅ ｐ ｏ ｐ ｃ ｆｇ ｎ ｒ ｌ ａ ｉ ｎ ｎ ｐ ｌ ａ ｉｎｓ ａ ｅ ａ ｓ ｅ ｃ ｉ ｅ ． ｈ ｒ ｓ ｅ ｔｏ ｅ ｅ ａ ｉ ｔｏ ｓ ａ ｄ ａ ｐ ｉ ｔ ｚ ｃ ｏ ｒ ｌｎ ｄ ｓ ｒｂ ｄ
Ｋｅ ｗｏ ｄ ｒ ｔ ｒ ｉ ｖ ｒａ ｌ ｒ ｑ ｅ ｃ ｅ ｕ ａ ｉ ｐ ｅ ｍ ａ ｎ ｄ ａ ｇ ｎ ｇ ｎ ｒ ｈ ， ｌｎｓ ａ ｄ ａ ｐ ｉａ ｙ ｒ ｓ： ｏ ａ ｙ ｋ ｌ ｎ ａ ｉ ｂ ｅ ｆ ｅ ｕ ｎ ｙ ｒ ｇ ｌ ｎｇ ｓ ｅ ｄ ｒ ｉ ｒ ｇ ｉ ｇ ｅ ｅ ａ ｚｌｏ ｎ ｐ ｌ Ｉ ｃ
变 频 器 选 型
２ １ 回 转 窑 负 载 特 性 ．
为较准确地选择好电机的容量 ， 我们 从 不 同
托 轮 未 形 成 油 膜 ， 力 矩 较 大 ， 般 认 为 是 正 常 运 阻 一
转 时 力 矩 的 ３ ５ ４倍 ； 此 用 变 频 器 拖 动 回转 ．～ 冈 窑 ， 求 在起 动 时 ， 矩 要 足 够 大 ， 能 克 服 窑 体 要 转 才 较 大 的 阻力 矩 ， 使窑 体 顺利 地 转 动 。 以在 采用 变 所 频 调 速 系 统 时 ， 求 变 频 器 在 低 速 时 具 有 较 大 的 要
变频调速在煤矿架空人车中的改造与应用
变频调速在煤矿架空人车中的改造与应用摘要：本文介绍了一种煤矿井下架空人车变频电控系统，包括传感器、电控系统、安全闸、工作闸、主电机、变频器，所述传感器、电控系统、安全闸、工作闸、主电机依次连接,所述电控系统又与变频器连接，所述电控系统与变频器间设有变频器系统运行继电器或变频器故障反馈继电器。
目的是通过变频器的运行反馈保护与变频器的故障保护形成了双向保护，起到了互补作用，增加了系统安全可靠性关键字：变频器变频调速架空人车安装改造一、变频动力拖动在煤矿井下架空人车应用的必要性煤矿架空人车是一种运送人员的主要机电运输设备。
架空人车原先使用矿用负荷开关控制电动机直接启动。
此种启动方式不但容易导致较大的机械冲击力损坏设备,还存在启动和停止速度快、惯性大，使乘坐人员倍感不适等弊端。
更为重要的是，由于受到环境条件的制约,极容易在启动时发生事故，如:由于巷道太窄或上行与下行钢丝绳之间的横向距离较近,容易导致乘座在启动时发生纵向拉坏,造成事故。
另外,由于运输距离长,出于安全考虑,须沿途安设各种保护,而负荷开关的控制回路一般为交流电压,信号衰减较大,各种保护容易发生拒动或误动。
因此,对井下架空人车实施变频拖动控制改造已势在必行。
二、变频调速控制原理交流变频调速技术是电力电子技术、电动机传动技术及单片机控制技术的综合应用。
目前使用的变频器大部分采用交—直—交方式。
其基本原理是先把工频交流电源通过三相整流桥转换成直流电源并滤波,然后利用微机技术控制由电力半导体IG-BT、续流二极管等元件构成的逆变电路,最终把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机,从而使交流电机获得无级调速所需的频率、电压和电流。
因此,交流变频调速技术是一种无附加转差损耗的高效调速方式之一。
从理论得知,异步电动机的转速n与电源频率f存在以下关系:n=60fp×(1-S) 式中:n为电动机转速,f为电源频率,p为磁极对数,S为转差率。
电梯电力拖动系统概述
现，属于淘汰型产品。
5
调压调速曳引机
双绕组或双速设计，带有强制风冷装置
曳 引 机
6
二、分类
3.变频变压调速系统：
采用单速电动机作为动力，使用电力半导
第
体元件供电，对供电电压和频率进行调
一
节，改变电动机转速（属无极调速）。调
节
速性能达到直流电机的水平，运行舒适感
好；平层精度高；可提供能量反馈装置；
率。符合现代绿色环保的时代要 求。现在越来越多用户要求配备能 量反馈装置，应用到电梯设备中。
17
关
根据国标9.10.4上行超速保护装置应作用 到轿厢、对重、钢丝绳、曳引轮。
于
原理：同步主机既是电动机也是发电机，
同
通电时产生机械能，不通电有机械能时， 向外发电，当电梯不运行时，控制系统短
步
接电机进线（封星），当电动机非正常运
第
发展带动了电机的革命。永磁同步电机在 电梯上的应用就是代表，主要特点为：输
一
出力矩大，多采用无齿轮形式，机械结构
节
简单，可做到免维护运行；无减速箱，传 动效率高，省去了加油、换油的麻烦；速
度调节范围广且在高速和低速状态下都具
补
有良好的性能；各方面性能指标都接近直
充
流电动机的水平，使用变频器控制，并配 备高精度旋编，调速比在1000:1以上，控
一
供给直流电机动力。或直接控制晶闸管整
节
流对直流电机进行供电。一般用于高速电
梯，运行舒适感好；平层精度高。随着变
4
频技术的发展，将被变频控制所取代。主
要缺点：使用发电机系统，体积大、能源
使用率低、噪声大需经常维护。
变频调速技术在电机拖动中的应用
变频器基本知识及应用
X3fm外ax部故障输入 Y1变频器运行t中
Y2频率到达信号
设定多功能输入、输出端子
TA变频器故障
t1
t2
t
输出电压 AO1输出电流 t
AO2设定频率
设定特殊功能参数
转矩提升、AVR直功流能制、动停电再起动、t自动限流功能等
23
4.变频器使用中的相关问题 普通电机低速运行的散热较差
外加散热风扇 选用变频电机
基频 （电机的额定频率）
能量守恒
变频器输出的额定电压 （定子的额定端电压）
m
U1N f1
变频器的输出频率 （定子上的频率）
12
创捷
电刷
转矩
U
V/F3恒.变定频控器制缺 原的点因措控在 定低：施制低 子速方速 端性式时 电能压差提UEff补升 111g0偿比多机UUm1变较用、(1f0常1HUZ频简于水数0 2)调单通泵0HZI速用类ma30HZ最型机4T0基变械nHTZem本频的电5动0H时Z控器节C转速m制，能再生E空方m时如运载aI时2式转风TL 。T电2 枢T0
M P
n
平方转矩 M n2 恒功率P=C
P/M
P/M
M P
n
P M
n
功率与转速关系 P n
P n3
PC
使用变频器目的 节能为主
节能为主 调速为主
节能效果
一般
显著
较小
4
创捷
鼠笼型异步电动机
一、鼠笼型异步电动机的基本结构 二、鼠笼型异步电动机的工作原理 三、鼠笼型异步电动机的机械特性
5
创捷 一、鼠笼型异步电动机的基本结构
控制精度及响应要求
矢量变频器：轧钢机
电动机的额定电流和额定容量
变频器在机床电力拖动中的应用问题
应用 ・ 交流——变频器在机床 电力拖动 中的应用问题
机床电器 ２０ ． ０７４
变频 器在 机床 电力拖 动 中的应 用 问题
张红 莲 （ 北 电力 大学 ，７ ０ ３ 华 ０ １０ ）
摘要 ： 本文分析了机 床拖 动的特点 ， 变频调速对电动机及 变频 器的要求 ， 分析 了变频 器应用 中的干扰问题及采取
度稳定 性好 ； 频 高转矩 输 出 ， 速无 爬行 现象 ， 保 低 低 确 低速 时的转矩 要求 ； 加减 速 时间短 ， 制动效 果好 ， 实现
快速起停车 ； 载能力强 ； 过 噪声低 、 动小 、 振 寿命长 。
通用机床 的低 速段 ， 许 的最大 进刀 量都 是相 同 允
的， 负载转矩也相 同 ， 属于恒转矩 区 ； 在高速段 ， 由于受 机械强度 和振 动以及 刀具强度 的影 响 ， 速度越 高 ， 许 允
ｍ ａ ｈ ｎｅ ｔ ｏ ｌ ｃ ｒ ｃ ｌｄｒ ｖ ｓ ｃ ｉ ｏ ｌｅ ｅ ｔ ｉ ａ ｉ ｅ
ＺＨＡＮＧ ｎ —ｉｎ Ｈｏ ｇ ｌａ
（ ｏｔ ｈｎ ｌ ｔｃＰ ｗ ｒ ｎｖｒｉ ， ７ ０ ３ Ｎ ｒ Ｃ ｉａＥｅ ｒ ｏ ｅ ｉ ｓｙ ０ ０ ） ｈ ｃｉ Ｕ ｅ ｔ １
调速系统 。传统 的普通 机床 速度 控制 为人 工换 挡 ， 调
速范围有 限， 速精度 低 ， 电机 始终 在 额 定转 速运 调 而
行， 利用效 率差 ， 齿轮箱 体积庞 大复 杂 ， 电器控制 部分
故障较多 。将变频器应用于各种大 型 自动化 生产线 和 机械加 工 中， 大大提 高拖 动系统 的静态 、 会 动态 性能 ， 保证 系统的安全可靠经济运行 。
的 抑 制措 施 。
变频技术及应用教学大纲.doc
变频技术及应用教学大纲一、说明1.课程的性质和内容本课程是高级技工学校电气自动化专业的专业课。
主要内容包括：变频器的基本工作原理，变频器的功能及参数预置，变频器的实际操作与运行，变频器与PLC纽.成的调速系统, 变频器在金属切削机床、恒压供水、风机、中央空调等控制系统中的应用。
2 •课程的任务和要求本课程的任务是使学生掌握变频调速的基本原理，能熟练使用变频器，能对•变频器进行参数设置、功能操作，培养学生具有变频调速系统安装、调试与维修的能力。
通过本课程的学习，学生应达到以下几个方面的要求：⑴能対变频器的基本功能及参数进行设置，’掌握变频器的使用方法。
(2)通过PLC编程，可控制变频器对电动机进行速度调节，掌握利用可编程控制器控制变频器的方法。
(3)通过对变频器在风机风彊调节屮的操作实验，掌握变频器基本功能的操作与应(4)熟悉变频器在恒压供水系统中的应用，能进行基本功能及参数设置，理解泵类负载的变频节能原理。
(5)通过对变频器在中央空调系统中冷冻水系统的操作实验，理解变频器调速节能原理。
⑹掌握PLC与变频器控制系统的调试方法，掌握变频器在金属切削机床速度控制系统中的应用。
(7)熟悉常用交流调速系统的安装、调试与检修方法。
3.教学中应注意的问题(1)要注意本课程与其他课程内容的衔接，讲授时要注意补充需要的相关知识。
(2)重点讲解变频调速系统的纟I［成和原理，以及变频器的使用方法。
(3)本课程可实行模块化教学，鼓励学生自学和进行课堂讨论，调动学生的学习主动性。
通过讲解应用实例，提高学生的学习兴趣，拓宽学生在本学科领域的知识面。
(4)根据变频调速系统最新发展情况，在平时授课中要注意介绍一些相关的新技术、新知识，止学生及时了解最新的科技动态。
71.72.3.熟悉变频器的标准接线方法，掌握各端子的功能及使用方法。
4.掌握变频器基本参数的意义及设置方法。
5.熟悉变频器的基本功能小元，能熟练地进行基本的运行操作与调试。
交流拖动控制系统的应用实例
交流拖动控制系统的应用实例引言交流拖动控制系统是一种在工业自动化领域广泛应用的控制系统，它通过改变交流电动机的电源频率和电压，实现对电机转速的精准控制。
本文将介绍交流拖动控制系统的原理和应用实例，并分析其在不同行业的优势与局限性。
什么是交流拖动控制系统交流拖动控制系统是一种通过改变电源电压和频率，控制交流电动机转速的系统。
交流电动机广泛应用于各个行业的机械设备中，而交流拖动控制系统则可以对电动机的启动、停止、加速和减速等过程进行精确控制，提高生产效率和节能减排。
交流拖动控制系统的原理交流电动机的转速与供电电压和电源频率有关。
通常情况下，交流电动机的转速与电源频率成正比，与电源电压成反比。
交流拖动控制系统通过改变电源电压和频率的方法，实现对电动机的转速控制。
具体来说，交流拖动控制系统通过变频器控制电源频率，并通过电压变频器调整电源电压，使得交流电动机的转速达到所需的值。
变频器通过将直流电转换为交流电，并通过改变交流电的频率和电压，实现对电动机的转速调节。
交流拖动控制系统还可以通过反馈回路来实现对转速的闭环控制，以提高控制精度和稳定性。
交流拖动控制系统的应用示例1. 工业生产线工业生产线中通常使用大量的电动机驱动机械设备，如输送带、风机、泵等。
交流拖动控制系统可以实现对这些电动机的精确控制，调节其转速和运行状态。
例如，在某个流水线上，需要根据生产需求调整输送带的速度，以确保产品在不同工序之间的平稳运输。
交流拖动控制系统可以根据实时生产需求，调整电动机的转速，实现输送带的精确控制。
2. 电梯控制系统电梯控制系统是交流拖动控制系统的另一个应用领域。
电梯通常配备有交流电动机，用于驱动电梯的上下运动。
交流拖动控制系统可以根据电梯的载重量和乘客需求，调整电动机的转速和运行状态，实现电梯的平稳运行和高效能耗。
3. 制造业自动化设备制造业中的自动化设备通常需要使用大量的电动机进行驱动，如机床、搬运机器人、装配线等。
变频器工作原理及应用 ppt课件
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例1 . 水泵节能恒压供水
压力变送器
生活小区
图10—1 供水系统示意图
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例2 . 球团回转窑主驱动变频调速示意图
I
进料口
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～
回 转窑
减速箱
R ST UVW
t
出 料 口
FU
操
4～20mA
作
室
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浇铸钢包
例3 ：
结晶器
钢 锭 连 铸 示意 图
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• 各国使用的交流供电电源，无论是 用于家庭还是用于工厂，其电压和 频率均200V/60Hz（50Hz）或 100V/60Hz（50Hz）。通常，把电
压和频率固定不变的交流电变换为
电压或频率可变的交流电的装置称 作“变频器”。
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变频器的组成
• 变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、 再次整流（直流变交流）、制动单元、驱动 单元、检测单元微处理单元等组成。
T电机转矩>T负载转矩－－－加速运行 T电机转矩<T负载转矩－－－减速运行 T电机转矩＝T负载转矩－－－恒速运行
电机转矩控制性能是影响电气传动系统性能高低的最重要因素 加减速时间和电机转矩、负载转矩以及系统惯量有关
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电气传动基础知识—电气传动系统工作原理
中间传动机构 终端机械
过电流 过电压 欠电压 散热板过热 外部报警输入 变器过热 动机过载
逆变器过载 熔断器烧断 存储器出错 通讯出错 CPU出错 自整定出错
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• 为了产生可变的电压和频率，该设备首先要 把三相或单相交流电变换为直流电（DC）。 然后再把直流电（DC）变换为三相或单相交 流电（AC），我们把实现这种转换的装置称 为“变频器”（inverter）。
变频器在煤矿胶带机拖动中的应用_王泰基
收稿日期:2010-07-28作者简介:王泰基(1975)),男,甘肃武威人,2000年毕业于辽宁工程技术大学电气工程及其自动化专业,工程师,神华神东煤炭集团公司机电管理部主任工程师。
变频器在煤矿胶带机拖动中的应用王泰基(神华神东煤炭集团公司机电管理部,陕西神木 719315)摘 要:以神东煤炭集团石圪台煤矿主井胶带机的变频拖动实现为例,介绍了实现变频拖动的平台搭建,以及对变频调速启动方式的实现。
关键词:煤矿;胶带机;变频器;变频控制中图分类号:TD63 文献标识码:B 文章编号:1671-749X(2010)05-0110-020 引言近年来,为了提高多电机拖动的大型胶带机的启动性能,确保胶带机安全运行,并减少日常维护量,神东煤炭集团领导提出了采用现代变频技术取代CST 可控启动装置的可行性问题。
目前为止,神东煤炭集团已在下属的石圪台煤矿、锦界煤矿、哈拉沟煤矿、上湾煤矿、补连塔煤矿、乌兰木伦煤矿、布尔台煤矿全部或部分地实现了主井、上仓、大巷胶带机的变频拖动建设、改造。
从目前的运行效果来看,变频装置及系统可应用于输送机类恒转矩负载的调速驱动过程。
在轻载及重载工况下,均能有效控制胶带输送机柔性负载的软起动/软停车动态过程,实现各驱动之间的功率平衡,并提供可调验带速度。
由此降低直接起动/快速停车过程对机械和电气系统的冲击,避免撒料与叠带,有效抑制胶带输送机动态张力波可能对胶带和机械设备造成的危害,延长输送机使用寿命。
并且,变频系统的可靠性、易维护性也得到了体现。
1 煤矿胶带运输机的运行1.1 胶带机的正常起/停控制胶带机的空载起动对驱动设备没有较多的要求,一般来讲胶带机空载起动在工艺上要求各条胶带机的起动有一定的顺序性,胶带机载正常状态下的停车控制也要求有一定的顺序性,这些通常均可通过PLC 控制实现。
另外,空载起动时针对大功率电机存在直接投网时对电网的冲击问题。
1.2 胶带机带载运行及机械共振问题胶带机带载运行中的问题:在胶带机头、尾同时驱动的情况下,由于物料频繁下落时对胶带机产生的扰动,因此要求头部和尾部的两个驱动装置能有较好的负载分配能力,以主)从方式构成速度)速度或速度)转矩的同步调节,另外,针对频繁的负载变化也要求两驱动设备在转矩和速度的调整上有一定的快速性,从而减少胶带机的振动。
电机拖动中变频调速技术的实际应用分析
器输 出。因为正值 的信号 电压是控制 电流器的输出电压和逆变器的
５结 束 语
输 出频率 ，那么设置的变换器在绝对值方面 ，没有较大的差异 。通过 通 过 上文 的叙 述 分析 我 们 可 以得 知 ，随 着 时 代 的发 展 和 社会 经
大量 的实 践 研 究 表 明 ，变 频 器 系统 具 有 较 为 广 泛 的 调 速 范 围 ，并 且 济的进步 ，社会 的电力需求 越来越大 ，电力系统运行 的稳定性和安
出现 了诸多的变频调速控制方式 ，如直接转矩控制 、矢量控制等等 。 级进行销售 。此外 ，还需要结合生产机械负载性能和调速范围等要
数字控制技术 的发展以及半导体技术 的普遍应用 ，不仅在高性能范 求 ，来对变频器进行合理选择 。
围内开始应用矢量控制 ，在驱动领域以及专用驱动领域 内也开始广
而对电机转速进行适当调整。随着科学技术的发展 ，如今在我 国的 本 负 载 电 流 ，短 时 过载 运 行 可 以达 到 百分 之 五 十 ；第 三 级 到 第 六 级
日常生活和工作 中，已经开始广泛的应用变频调速技术。目前 ，已经 过载 则需 要 更 长 的 时 间 。 目前 在 市 场上 ，一般 只对 第 二级 以及 第 一
关 键词 ：电机 拖 动 ；变频 调 速技 术 ；实 际应 用
电力 系统 的 安全 稳 定 运 行 ，会对 人 们 的 日常工 作 生 活 以及 社 会 率 因数给大力推广 开来 ，积极的应用先进的技术 ，如 电网无功管理
经济 的发展产生直接影响 ，因此 ，相关部 门越来越重视 电力系统 的 系统软件等等 ，促使 电网质量得 到更加好的提高 ，促使 电网更加安
４变 频 器运 行 的 可靠 性
变频器工作原理及其应用
变频器工作原理及其应用电动机作为电能应用的最常见设备，广泛应用于人类生产的各个领域。
变频技术是当前电动机控制主流技术，具有十分广阔的发展前景。
文章围绕变频调速相关内容进行探讨，阐述了变频调速的原理和特点，对变频调速在日常生产中的应用情况进行了简要介绍。
标签：变频技术；调速；节能引言自十九世纪第一台电动机发明以来，已经过去了近200年。
在这长达两个世纪的漫长时间里，形形色色、各种各样的电动机进入人们的视线，作为人们对于电能应用的一个主要分支，在人类社会生产和生活领域发挥着重大作用。
就调速性能而言，电动机大体上经历了三个阶段，即直流电机、异步电机和变频交流电机。
从时间上看，一直到20世纪70年代前直流电机都占据着电动机的统治地位。
直流电动机调速性能具有调速范围广、稳定性好、过载能力强的优点。
但生产工艺复杂，后期维护成本高，使用时限较短等问题给直流电机应用造成很大负面影响。
特别是电动机本身的换向器及电刷使用寿命严重不足，是直流电机的最大缺陷。
针对这个问题，人们开发出了异步电动机，电动机换向器和电刷的问题基本解决，但异步电机使用交流电，调速性能差是其主要缺点。
第三个阶段是变频技术的出现。
应用变频技术的交流电动机可以较为妥善的解决异步电动机的调速问题，从而逐步取代直流调速成为拖动调速的主流技术。
所谓变频技术，顾名思义是指通过对交流电的频率进行调整，从而达到控制交流电机控制的方法。
应用变频原理，使用电力半导体器件通过对电路的通断控制实现对工频电源频率的改变的设备就是变频器。
日常工作中，变频器的作用主要是将固定电压和频率的交流电源转变为可变电压和频率的交流电源。
1 变频调速技术概述变频器在拖动系统中的最大作用就是电动机调速，对电动机运转方式予以控制以实现预设目标。
需要注意的是，稳定运转是电动机系统的基础前提，调速与否或使用何种调速方式都不能违背这个前提。
为此，必须保证系统在因故发生扰动时能够在允许时间内进行必要程度的自我恢复，消除扰动带来的不利影响。
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第4章变频拖动系统及其应用
电动机的有效转矩线
有效转矩线的概念
额定工作点 有效工作点 有效转矩线
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第4章变频拖动系统及其应用
2.5 变频调速的有效转矩线
有效转矩线的概念
有效转矩线与工作点
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第4章变频拖动系统及其应用
电动机的有效转矩线
有效转矩线的概念
有效转矩线与工作点
恒转矩负载的功能预置要点
上下限频率的预置要点
上限频率的预置：上限频率应尽量接近基 本频率。
上限频率低于基本频率，电动机的有效输出功 率将减小；上限频率高于基本频率，电动机的 有效转矩将减小；
下限频率预置：
下限频率应尽量提高
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第4章变频拖动系统及其应用
恒转矩负载的功能预置要点
加减速时间预置
恒转矩负载的特点
这里所说的转矩大小的是否变化，是相对于 转速变化而言的，不能和负载轻重变化时， 转矩大小的变化相混淆。
恒转矩负载的特点是:负载转矩的大小，仅仅 取决于负载的轻重，而和转速大小无关。拿 带式输送机来说，当传输带上的物品较多时， 不论转速有多大，负载转矩都较大；而当传 输带上的物品较少时，也不论转速有多大， 负载转矩都较小。
拖动系统的工作点是有由负载的机械特性 曲线和电动机机械特性曲线的交点决定。
要使拖动系统在全调速范围内都能够正常 运行，必须使有效转矩线把负载的机械特 性曲线的运行段包括在内。
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第4章变频拖动系统及其应用
电动机的有效转矩线
有效转矩线的概念
理想有效转矩线：变频器在额定频率以下 工作时，通过合适的转矩补偿，都能够在 全频率范围内得到理想的恒转矩有效转矩 线。
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第4章变频拖动系统及其应用
恒转矩负载的调速范围
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第4章变频拖动系统及其应用
恒转矩负载的调速范围
由图知，在拖动恒转矩负载时，允许的 工作频率范围是和实际的负荷率有关。
实际负荷率越大，允许的工作频率范围 越小，反之，实际负荷率越小，则工作 频率范围越大。
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第4章变频拖动系统及其应用
启动、制动不频繁的负载
加速时间预置以启动电流不超过允许范围为准， 减速时间预置以制动直流电压不超过允许范围 为准。
频繁启动、制动的负载
加减速时间尽量短，但应防止不必要的跳闸， 可以预置加减速防止跳闸功能，特殊需要接入 制动电阻。
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第4章变频拖动系统及其应用
4.5 重力负载的变频调速
重力负载就是负载具有一定的势能，典 型代表是起重机械和向下传输的传动带。 这类负载本身的重力加速度会改变电动 机的运行状态。
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第4章变频拖动系统及其应用
重力负载的特点
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第4章变频拖动系统及其应用
重力负载的特点
在起升机构中，主要有三种转矩:
电动机的转矩TM：主动转矩，其方向可正可负;
电动机的额定转速必须满足负载的最高 转速: nMN≥nLmax＝960r/min
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第4章变频拖动系统及其应用
恒功率负载调速时的主要问题
电动机的容量应满足: PMN≥ TLmax× nLmax ≈6kW
选PMN＝7.5kW 可见，所选电动机的容量比负载实际
所需功率增大了7.5倍。 这是因为，电动机既要满足负载的最
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第4章变频拖动系统及其应用
电动机的有效转矩线
电动机的散热
普通电动机中，主要是靠转子的扇叶来进 行通风散热的。显然转速越低，风量越小， 散热也就越差。
实际的有效转矩：综合上来自，电动机的有效转矩与频率的关 系如图曲线①所示。
如果能够充分改善散热条件（如外加强迫通 风）就可以得到如图中曲线③所示的恒转矩 的有效转矩线。
起升过程中电动机的工作状态
空钩（包括轻载）下降
空钩（或轻载）时，由于受减速机构的磨 擦转矩的阻碍，重物自身将不能下降，必 须由电动机反向运行来实现。电动机的转 矩和转速都是负的，故机械特性曲线在第 Ⅲ象限。
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第4章变频拖动系统及其应用
起升过程中电动机的工作状态
重载下降
重载时，重物自身的重力将超过磨擦转矩， 具有依靠自重而下降的能力，电动机的旋 转速度将超过同步转速而进入再生制动状 态。电动机的旋转方向是反转（下降）的， 但其转矩的方向却与旋转方向相反，是正 方向的。
变频调速系统的四象限运行
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第4章变频拖动系统及其应用
起升过程中电动机的工作状态
重物上升
重物的上升，完全是电动机正向转矩作用 的结果。
当通过降低频率而减速时，在频率刚下降 的瞬间，电动机处于再生制动状态，其转 矩变为反方向的制动转矩，使转速迅速下 降。
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第4章变频拖动系统及其应用
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第4章变频拖动系统及其应用
电动机的有效转矩线
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第4章变频拖动系统及其应用
额定频率上的有效转矩线
fX＞fN时的特点
输出电压不变：因为变频器的输出电压不 可能超过电源电压，所以，当fX＞fN时， 其输出电压不可能和频率一起上升，而只 能保持恒值：U1X≡US
主磁通减小：由于U1X≡US ，反电动势E1X 的大小也基本不变。所以，当fX＞fN时， 随着fX的上升，U/f比将下降，主磁通Φ1 也将减小。
∴PL＝ TLmin× nLmax/9550 ≈1kW
最低转速时的负载功率
∵TL＝TLmax＝60N·m nL＝nLmin＝159r/min
∴PL＝ TLmax×nLmin/9550 ≈1kW
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第4章变频拖动系统及其应用
恒功率负载调速时的主要问题
所需电动机的容量:
电动机的额定转矩必须能够带动卷径最 大时的负载转矩: TMN≥ TLmax＝60N·m
大转矩，又要满足负载的最高转速。
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第4章变频拖动系统及其应用
电动机容量与传动比的确定
电动机在fX＞fN时的有效转矩线也具有 恒功率性质，所以，应该尽量利用电动
机的恒功率区来带动恒功率负载，使两 者的特性比较吻合。
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第4章变频拖动系统及其应用
电动机容量与传动比的确定
fX≤2fN时的电动机容量
第4章变频拖动系统及其应用
全频范围的有效转矩线
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第4章变频拖动系统及其应用
4.4 恒转矩负载的变频调速
任何机械在运行过程中，都有阻碍运动的力或 转矩，称之为阻力或阻转矩。负载转矩在极大 多数情况下，都呈阻转矩性质。
因此，所谓负载的机械特性，也就是负载的阻 转矩与转速的关系。在分析负载的机械特性时， 首先应弄清其阻转矩是怎么形成的，然后再分 析当转速变化时，阻转矩的变化规律。
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第4章变频拖动系统及其应用
额定频率上的有效转矩线
fX＞fN时的特点
允许电流不变：电动机的额定电流是由电 动机的允许温升决定的，所以，不管在多 大的频率下工作，电动机的允许工作电流 是不变的。
电动机的输入功率基本不变：因为电动机 的输入电压和允许电流都不变，功率因数 的变化不大，所以，当频率fX上升时，其 最大输入功率的大小基本不变。
电动机的发热与散热
铁损PFe─频率下降时，铁心的涡流损失和 磁滞损失都有所减小，故铁损pFe将随频率 的下降而减少。
机械损失Pme─转速下降，机械的磨擦损失 和通风损失也都减少。
综合起来，电动机的功耗PΣ和频率的关系 如图中之曲线④所示。
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第4章变频拖动系统及其应用
电动机的有效转矩线
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第4章变频拖动系统及其应用
起升过程中电动机的工作状态
变频调速系统中的防溜钩措施
变频器防止溜钩的基本指导思想，是让上 述过程在很低的频率下进行，从而使电动 机的电流和闸瓦的摩擦大为减小。
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第4章变频拖动系统及其应用
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第4章变频拖动系统及其应用
4.6 恒功率负载的变频调速
重力转矩TG：重物及吊钩等作用于卷筒的转矩， 其大小等于重物及吊钩等的重量G与卷筒半径r 的乘积， TG的方向永远是向下的。
磨擦转矩T0：由于减速机构的传动比较大，减 速机构的磨擦转矩（包括其他损失转矩）不可 忽略。磨擦转矩的特点是，其方向永远与运动 方向相反。
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第4章变频拖动系统及其应用
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第4章变频拖动系统及其应用
恒功率负载调速时的主要问题
以某卷取机为例: 负载的转速范围为53～318r/min，电动机
的额定转速为960r/min，传动比λ＝3。 其机械特性如图所示。
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第4章变频拖动系统及其应用
恒功率负载调速时的主要问题
最高转速时的负载功率
∵TL＝TLmin＝10N·m nL＝nLmax＝960 r/min
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第4章变频拖动系统及其应用
额定频率上的有效转矩线
由于最大输入功率不变，如假设电动机的 效率也不变，则电动机的输出功率基本不 变。所以，在额定频率以上的有效转矩线 具有恒功率的特点。即有效转矩的大小与 转速成反比。
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第4章变频拖动系统及其应用
额定频率上的有效转矩线
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第4章变频拖动系统及其应用
起升过程中电动机的工作状态
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第4章变频拖动系统及其应用