变频器应用研究论文

2022-04-18

摘要：本文主要论述船舶变頻器的原理、分类和应用优势，并对变频器对船舶电网谐波影响进行分析，然后进一步阐述了防范措施，对于提高船舶运行的可靠性，降低船舶运行成本具有重要意义。关键词：变频器;分类;应用优势;谐波治理引言随着经济的不断发展，能源危机逐渐严重，各国对节能环保越来越重视。下面是小编精心推荐的《变频器应用研究论文(精选3篇)》的文章，希望能够很好的帮助到大家，谢谢大家对小编的支持和鼓励。

变频器应用研究论文篇1：

矿井提升机驱动系统双PWM变频器的应用研究

【摘要】本文主要对矿井提升机驱动系统性能存在的问题进行分析，并结合其在煤矿生产中的应用情况，重点对双PWM变频器的相关情况进行了探讨，提出了其在矿井提升机驱动系统上应用的优越性，以期能够为相关设计以及矿井提升机驱动系统性能改进工作提供一定的指导。

【关键词】矿井提升机；驱动系统；双PWM变频器；应用

近年来，煤矿生产的安全性受到了广泛的关注和高度的重视，对相关设备的性能提出了更高的要求，煤矿生产设备正在朝着大型化、大功率化、新型化方向发展，这对电能质量也提出了越来越高的要求。就煤矿提升机来看，以往普遍采用的是直流电机驱动，其优点是启动和调速性能较好，但是也存在着结构复杂、换向困难、造价昂贵等缺点，现正逐渐被交流电机取代，在此过程中，双PWM变频器得到了普及，其为提升机驱动系统性能的改造提供了一个新的设计思路。

一、基于双PWM变频器的驱动系统的特点

随着变频交流技术的不断进步，交流电机的运行性能越来越好，而且克服了直流电机能耗大、效率低的缺点，在煤矿生产中得到了广泛的应用，目前交流电机的调速方式可分为两种：一种是串联分级调速，一种是变频调速，现被推广采用的是后一种，该调速方式具有位置定位精度高、安全性可靠、稳定性高等优点，达到了《煤矿安全规程》对矿井提升机安全性的要求。变频调速分为不控整流变频器和双PWM变频器两种类型，不控整流的直流侧电压不可控，交流测需要高频变压器，而且还要装设制动电量回馈装置，不仅增加了变频器的负担和体积，也增加了设备的投入和维护成本，因此建议采用双PWM变频器[1]。

基于PWM整流器的双PWM变频系统，无论是结构还是功能都要优于基于不控整流的变频器，它能够实现直接转矩控制和功率控制，网侧电流可达到正弦化，且无需增加其他额外装置便可实现能量双向流动，极大地提高了设备的电能利用率，再有，通过改善控制算法以及对网侧电感进行合理化设计，可有效减少网侧谐波含量，进而减小滤波设备体积；通过控制网侧电压矢量和电流矢量，PWM整流器可同时达到纯电感、纯电容、正电阻和负电阻状态，进而实现能量的双向流动[2]。

二、矿井提升机驱动系统双PWM变频器的实际应用

当PWM整流器工作在整流状态时，其网侧电感和直流测电容将起到储能作用，此外，电容还能够起到的是稳定直流母线电压、滤除高次谐波的作用，而传统直流侧稳压电流为达到这一效果，必须采用大容量的电解电容，这种电容相对体积也比较大，成本也比较高[3]。当PWM整流器工作在有源逆变状态时，后级逆变器将发挥三相不控整流桥同等作用，能够将负载的制动能量整流成直流回归给直流侧，经PWM整流器逆变，使三相电压达到电网谐波和无功要求，然后回馈给电网，进而实现了电能的节约。由于矿井提升机的启动和制动都比较频繁，需要在整流状态和有源逆变状态下不停的工作，这会给开关造成很大的损耗，还会给电网的运行造成一定的影响，不利于其他设备的正常工作[4]。为有效缓解PWM整流器的工作负担，提高整个系统的工作效能，在直流侧应采用超级电容进行储能，将负载制动产生的回馈电能预储在超级电容中，这样在下次启动时便可以直接利用已经储存好的电能，而且在未达到满荷时，电能不会回馈到电网侧，即减轻了PWM整流器在有源逆变状态下的工作负担。

交流变频技术的进步，使得交流电机的性能也大幅度提升，将其应用于煤矿生产中，能够提高煤矿生产设备的生产效率，尤其是应用于矿井提升机驱动系统，有助于改善工作环境，降低运行成本，减少耗电量。基于PWM整流器的矿井提升机常采用“交—直—交”变频驱动系统，通过搭建变频器力矩实验平台，完成对双PWM变频器的带载实验测试，实验结果显示，输出频率在0Hz～50Hz之间变动，可实现软启动，减小变频器启动时网侧电流对电网的冲击。经电流传感器测得，交流侧电流明显降低，平均下降8A左右，与不控整流变频器相比，大约节省了40%电能，同时网侧电压波形也实现了很好的正弦化，就其功率因数来看，能够达到1；采用超级电容后，直流侧经预先滤波储能后，有效滤除了高次谐波，电网未受到网侧电流的谐波干扰，其他设备运行正常，电机的启动、停转等控制性能都得到了明显的改善[5]。

结论

综上所述，通过与传统矿井提升机电机驱动系统比较，发现交流电机的运行性能并不比直流电机差，而且借助变频交流技术，应用双PWM变频器，还能弥补原系统存在的不足，基于双PWM变频器的矿井提升机驱动系统，其在煤矿生产的实际应用中体现了明显的优势，不仅改善了电能浪费严重的问题，还通过超级电容储能滤波装置解决了谐波对煤矿电网的干扰问题，其在结构改进和控制方法优化方面均取得了明显的进步。

参考文献

[1]张慧卿.矿井提升机系统安全保护功能综述[J].技术与市场，2013，12（3）：59-60.

[2]刘显龙，杨成林，江波.多绳摩擦式矿井提升机E141A型液压站常见故障分析与系统调试[J].矿业装备，2013，12（4）：120-121.

[3]张勇.变频技术在矿井提升系统节能中的应用分析[J].科技与企业，2013，23（6）：241-242.

[4]黄辉，王欣.矿井绕线提升机双馈转子变频调速系统的研究[J].内蒙古煤炭经济，2013，12（4）：118-119.

[5]王玉芳.基于LabVIEW的矿井提升机监控系统设计[J].煤矿机械，2013，10（2）：209-211.

作者：丁百东田锦钊陈永刚

变频器应用研究论文篇2：

变频器在船舶上的应用研究

摘要：本文主要论述船舶变頻器的原理、分类和应用优势，并对变频器对船舶电网谐波影响进行分析，然后进一步阐述了防范措施，对于提高船舶运行的可靠性，降低船舶运行成本具有重要意义。

关键词：变频器;分类;应用优势;谐波治理

引言

随着经济的不断发展，能源危机逐渐严重，各国对节能环保越来越重视。自上世纪80年代以来，伴随发电系统和变频调速技术的突破，使得电力推进系统广泛应用于大型游轮、水面战艇、工程船舶和潜艇等各类船舶。变频器作为电力推进系统中的重要组成部分，在交流调速方面具有无法比拟的优势，其与电力电子设备协调运行，在发挥节能减耗作用的同时，能够有效提高船舶运行安全性和可靠性。同时，变频器作为非线性电器设备，也成为船舶电网谐波的主要来源，而船舶电网谐波对船舶安全和经济运行有着重大影响，在实际应用中必须予以研究解决。

变频器原理及分类

工作原理

变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电流变换为另一频率电能控制装置。变频电路一般由整流环节、中间直流环节、逆变环节和控制环节4部分组成。具体是通过控制电子开关的开断来控制主回路的，主回路中的整流器将交流电整流成直流，中间电路将直流电进行LC电路滤波，逆变器最后将直流再转化为所需要频率和电压的交流电，有些变频器还会在电路内加CPU等部件，来进行必要的运算。

船用变频器分类

目前电力推进船舶上的变频器主要有两种：交–交变频器和交–直–交变频器。交–交变频器，一般选择同步发动机作为驱动电机，适合于特大功率及低速驱动的情况，比如零速大力矩的破冰船。交–直–交变频器，作为目前变频器的主流，可用于各种功率机械，适合于除破冰船以外的所有船舶，具体可分为非主动整流前端（DFE）和主动整流前端（AFE）两种，AFE变频器由于输入端和输出端均采用IGBT或IEBT等全控型器件，能够更好地提高功率因素，减少谐波电流，实现能量双向流动，成为目前最高端的船用变频器。

变频器在船舶上的应用优势

随着变频调速技术，尤其是PWM技术成熟运用，变频器能够为不同负载提供最为适宜的技术性和经济性解决方案，可以满足船舶不同机器设备需求。

船用推进系统。运用变频器后，可以在保持螺距固定不变的情况下，在很宽的范围内改变推进器速度，保证整个转速范围内具有较高效率因子;能保证柴油发动机具有最合理的燃油消耗;实现转速和负荷范围方面达到最佳运转而生成较少积碳。

风扇和冷却装置。运用变频器后，可以大大减少能燃消耗，因为此类装置的尺寸大小是依据与温度有关的类别要求确定的，由此使得那些由系统过量输送空气和水而消耗的能量得到合理运用，带有集成温度调节的船用变频器是较优选择。

泵驱动器。使用变频器的转速控制泵驱动器具有更高的灵活性和效率，并且与液压传动泵相比，噪声更低;选用热裕度较高的交流电机时，这种泵系统可以取得更高的灵活度;变频器与防水、防爆电机配合使用，无电火花，更适合舰船甲板、油料等恶劣、危险条件下使用。

绞车驱动器。使用变频器的绞车驱动器，无需使用电机编码器或测力传感器，可以减少部件数量，降低维护工作量;通过变频器矢量控制可使启动、制动、加速、减速等速度变化平稳，实现软启动、软停车，可靠性提高。

同时，船用变频器也可以用于其它应用，如起重机、传送带等，特别是需要使用转速或转矩控制的驱动器，船用变频器都有较好的应用前景。

变频器对船舶电网影响及对策

谐波问题

在船舶电力推进系统中，使用变频技术，不管采用哪种变频器，在其使用过程中，导通和断开，会使电网中电压和电流出现脉动，产生谐波，对电网进行污染。具体危害：一是会对供电设备产生危害，导致发电机、变压器过热，产生机械振动、噪声和谐波过电流。二是会对用电设备产生危害，导致伺服电机产生脉动，交流电机产生振动和噪音，保护装备异常动作，开关误跳闸，继电器异常。三是会对电网稳定产生危害，谐波会导致电网波形失真增大，过度消耗无功功率和电流有效值，导致频率偏离和容量下降，高次谐波还能引发电压谐振，造成线路过电压。

谐波治理对策

谐波会影响船舶电网安全性和稳定性，必须对船舶电网谐波进行治理。目前，谐波预防治理措施主要有以下几种：

最优化选型。不同型式的变频器产生的谐波大小不同，如多电平电压源型变频器、PWM脉宽调制变频器、有源前端AFE变频器等，由于变频式样不同，其谐波含量就不完全相同，对船舶电网的影响的危害程度也会有很大差距，同等级同容量的变频器，谐波危害越少制造成本一般越高，因此，在选择上要注重成本与性能的平衡。

加装电抗器。采取在变频器进线前端串联电抗器，数据表明，增大输入电抗会有效降低谐波畸变，但会造成压降加大，因此应同时考虑功率因数补偿和电压调整。

增加整流相数。6脉冲交流变频器是比较早的电力推进型变频器，优点是成本低，缺点是谐波较大。目前船舶电力推进系统一般采用12脉冲和24脉冲变频器进行谐波抑制，通过增加变频器整流和逆变中的脉动数量，对谐波进行有效的控制。

配置滤波器。滤波装置主要采取设置回路消除固定频率谐波、电子式谐波发生器产生反谐波消除电网谐波或综合采取多种方式抵消或滤除谐波。目前主要采取安装有源滤波器、无源滤波器、混合滤波器以及采取串联连接的宽谱滤波器等方法实现谐波抑制。

另外，对一些特殊要求的船舶，还可以通过加装静止无功补偿装置、配置单独变流机组等方式，以达到更好的谐波抑制效果。

结束语

在全球大力发展绿色航运、低碳航运的大背景下，交流变频技术给全球带来了新的前景。目前，我国船舶电力推进研究仍然处于爬坡阶段，市场主流船舶变频器产品主要由ABB，西门子等外企生产。本文对变频器在船舶上的应用进行了全面论述，讨论了船用变频器对船舶电网和设备的危害，分析总结了目前预防治理谐波的措施方法，对变频器在船舶上的研究应用提供了参考和借鉴。

参考文献

温洁珍.船舶电力推进系统的设计[J].中国水运，2013，vol.13;No.5：61–62.

季明丽.交流变频调速技术在船舶电力推进系统中的应用[J].制造业自动化，2010，No.09：123–125.

程小美，欧哲君.船舶电网的谐波分析和控制[J].广船科技，2015，No.08：9–15.

作者：王法庆王磊

变频器应用研究论文篇3：

ABB变频器在石油钻机中的应用研究

【摘要】随着科学技术的不断进步，交流变频器在石油钻机应用中已经逐步取代了直流电机。ABB是全球变频控制器和电机领域的市场领导者，ABB交流变频器用于控制标准感应电机的速度和转矩，而标准感应电机则是工业领域的主要设备。本文根据ABB变频器的原理与石油钻机的工艺要求，分析ABB变频器在石油钻机的应用以及优势。

【关键词】ABB变频器钻机绞车转盘泥漿泵

在现在先进科学技术的推动下，石油钻机逐步进入了数字化、智能化的时代。尤其是近年来半导体技术和动控制理论的的快速发展，使得石油钻机可以采用AC一DC一AC交流变频电的驱动方式，极大地推动了石油钻机向交流变频电驱动的方向发展。变频交流电机由于其先天性的优势已经逐步取代直流电机，成为了目前石油钻机的核心部分。ABB交流变频器用于控制标准感应电机的速度和转矩，而标准感应电机则是工业领域的主要设备。ABB是全球变频控制器和电机领域的市场领导者。本文根据ABB变频器的原理与石油钻机现场的工艺要求，分析ABB变频器在石油钻机50DBS中的应在电驱动控制领域中，现代控制理论与微电子计算机技术的完美结合开发出了交流矢量控制变频调速技术。它是电动机理论、矢量控制理论、计算机技术与新型大功率变流器件相结合的产物。它的出现开创了交流调速系统取代直流调速系统的新纪元。该技术成功地应用于驱动石油钻机的实践过程，日益显现出其强大的生命力。在与先进的现代钻井工艺结合上有着其它系统无与伦比的优越性，因而交流变频电驱动系统成为石油钻机驱动的发展趋势。

1 ABB变频器简介

ABB变频器是由ABB集团研发生产的知名品牌交流变频器变频器，是全球变频控制器和电机领域的市场引领者。主要用于控制和调节三相交流异步电机的速度和转矩，具有稳定的性能、丰富的组合功能、高性能的矢量控制技术、低速高转矩输出、良好的动态特性及超强的过载能力。

ABB工作原理：通过将380V交流电压整流滤波成为平滑的510V直流电压，再通过逆变器件将510V直流电压变成频率与电压均可调的交流电压，电压调节范围在0V～380V之间；频率可调范围在0HZ～600HZ之间，以达到控制电动机无极调速的目的。ABB交流变频技术扩展了电机的转速范围，由零一直到远高于额定速度，从而使得传动过程的生产效率得到显著提高。变频器也在低容量的情况下通过降低电机转速来节约能源。

ABB交流变频器的安装设置以及使用都简单便捷，可以节省大量时间。它们在各个领域的机械设备中广泛供应，因而称之为标准变频器。这类变频器具有与现场总线通用的客户与流程界面，规格设计、调试及维护具有通用的软件工具，还有通用的备件。和其他变频器相比，还具有灵活供电电源连接、更低谐波、降低能耗、静态无功补偿以及安装、调试便利的特点。

2 钻机操作中的特殊要求

钻机设备主要包括三部分，即绞车、转盘、泥浆泵。

绞车由电机、滚筒、齿轮箱、离合器、制动器和控制设备组成。绞车主要用于起落井架，提升和放下钻杆、套管等。当钻井的深度越来越大，钻具的总量随之增大，绞车的负载也越来越大。由于每一节钻杆的长度有限（大约9m），所以每次进尺约9m的时候就要提升下放钻杆，对钻杆进行加长。随着钻井深度增加，绞车工作时间的比例会越来越大。因此提高绞车的效率就能缩短工作时间，降低成本。

转盘的主要作用是带动钻具旋转，使钻具往深处钻井。钻井的速度主要是由转盘转速和压力的改变来调节的。钻进时为正转，卡钻时则为反转。如果转矩波动较大，很容易出现正转时钻杆折断和反转时钻杆脱落的情况。因此保证电机能输出平稳的转矩是钻井工作能顺利进行的重要影响因素。

泥浆泵的主要作用是输出泥浆，将泥浆从钻杆的上部注入。泥浆流经钻头后从钻具和井壁的缝隙流出，起到了类似于人体血液的作用。

泥浆与钻头一起冲击地壳，冷却钻具，把碎屑带出，也使井下保持压力，防止井喷。泥浆泵的冲数与压力主要由钻具的速度决定，也间接地和电机的输出转矩与速度成正比。因此，根据实际情况及时设定和调节泥浆泵的输出参数对钻具的保护和钻进的顺利进行也具有重要影响。

总的来说，钻井工艺对电机设备具有的特殊要求如下：

（1）绞车电机要求负荷变化范围较大，具有正反方向转动的无极变速，超强的过载能力。

（2）转盘电机要求能够能精确设定转矩，电机能够输出平稳的转矩，正反转无极变速，短期过载，出现故障时能及时刹车，还需要调节灵活。

（3）泥浆泵电机要求能够精确设定转速和转矩。

3 ABB变频器的优越性

ABB交流变频器能在石油钻机中广泛应用，是因为其特点具有很大的优越性，能够极大的满足钻井工艺的要求。

ABB交流变频器采用数字控制方式，这是它最主要的优点。可以对每个控制单元执行进行精确的设置，能精准的控制所有的单驱动电机，使多台电机并联驱动时每台电动机的功率差不超过1%。这个功能可以满足绞车的短期过载，使得绞车载荷超重时，系统不会停止工作。

ABB变频器可以任意设置电动机的制动时间，不需要专门的刹车装置就能进行动态情况下的自动刹车，安全高效。直流电动钻机的固有缺点是电网功率因数低下，谐波污染严重，而ABB变频器基本上都解决的这些问题

4 结束语