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变频器技术论文篇一
变频器节能技术应用与研究
【摘 要】本文根据水泵、风机轴功率与转速的平方成正比的特点，阐述变频调速节能原理，提出泵与风机应采用变频技术，已降低成本，延长设备使用寿命，提高经济效益。
【关键词】变频器;节能;水泵;风机
0 引言
锅炉是比较常见的用于集中供热设备，通常情况下，由于气温和负荷的变化，需对锅炉燃烧情况进行调节，传统的调节方式其原理是依靠增加系统的阻力，水泵采用调节阀门来控制流量，风机采用调节风门挡板开度的大小来控制风量。但在运行中调节阀门、挡板的方式，不论供热需求大小，水泵、风机都要满负荷运转，拖动水泵、风机的电动机的轴功率并不会改变，电动机消耗的能量也并没有减少，而实际生产所需要的流量一般都比设计的最大流量小很多，因而普遍存在着“大马拉小车”现象。锅炉这样的运行方式不仅损失了能量，而且增大了设备损耗，导致设备使用寿命缩短，维护、维修费用高。把变频调速技术应用于水泵(或风机)的控制，代替阀门(或挡板)控制就能在控制过程中不增加管路阻力，提高系统的效率。变频调速能够根据负荷的变化使电动机自动、平滑地增速或减速，实现电动机无级变速。变频调速范围宽、精度高，是电动机最理想的调速方式。如果将水泵、风机的非调速电动机改造为变频调速电动机，其耗电量就能随负荷变化，从而节约大量电能。
1 变频器应用在水泵、风机的节能原理
图1为水泵(风机)的H-Q关系曲线。图1中，曲线R2为水泵(风机)在给定转速下满负荷时，阀门(挡板)全开运行时阻力特征曲线;曲线 R1为部分负荷时，阀门(挡板)部分开启时的阻力特性曲线;曲线H(n1)和H(n2)表示不同转速时的Q=f(H)曲线。采用阀门(挡板)控制时，流(风)量从Q2减小到Q1，阻力曲线从R2移到R1，扬程(风压)从HA移到HB。采用调速控制时，H(n2)移到H(n1)，流(风)量从Q2减小到Q1，扬程(风压)从HA移到HC。
图1 水泵(风机)的H-Q关系曲线
图2为水泵(风机)的P-Q的关系曲线。由图2可以看出，流(风)量Q1时，采用阀门(挡板)控制的功率为PB。采用变频调速控制的功率为 PC。ΔP=PB-PC就是节省的功率。
图2 为水泵(风机)的P-Q的关系曲线
如果不计风机的效率η，则采用阀门(挡板)时的功率消耗在图中由面积OHBBQ1所代表，而采用调速控制时的功率消耗由面积OHCCQ1所代表，后者较前者面积相差为HCHBBC，即采用调速控制流(风)量比采用阀门(挡板)控制可节约能量。
2 水泵、风机的节能计算和分析
通常转速n与频率f成正比，若将电动机的运行频率由原来的50Hz降至40Hz时，其实际转速则降为额定转速的80%，即实际转速nsn和额定转速nn：nsn=(■)nn=0.4nn。设K为电机过载系数，则电动机额定功率Pn=Kn■■。因此电动机运行在40Hz时，实际功率为：
Psn=Kn■■=K(0.4nn)3=0.064Kn■■=0.064Pn
节能率 =■=■=■=93.6%
表1 电动机节能率
供热公司胜利锅炉房将电动机改为变频调速，其中：
表2 补水泵电动机在定速和变速不同情况下测出的数据
根据表2的数据，一个采暖期按190天计算，工业电费单价为0.37元/kWh。加装变频器后补水泵电动机节约电费：
(11-1.73)×24×190×0.37=15640.344元
表3 鼓风机电动机在定速和变速不同情况下测出的数据
根据表3的数据，胜利车间有5台鼓风机电动机。一个采暖期按190天计算，工业电费单价为0.37元/kWh。加装变频器后鼓风机电动机节约电费：
(18.5-3.95)×24×190×0.37×5=122743.8元
表4 引风机电动机在定速和变速不同情况下测出的数据
根据表4的数据，胜利车间有5台鼓风机电动机。一个采暖期按190天计算，工业电费单价为0.37元/kWh。加装变频器后引风机电动机节约电费：
(37-32.9)×24×190×0.37×5=34587.6元
综上所述，胜利车间安装变频后，一个保温期合计节约电费：
15640.344+122743.8+34587.6=172971.744元
节能效果明显。
通过上述分析和实际应用，锅炉水泵、风机采用变频调速后具有以下优点。
(1)水泵、风机的电动机工作电流下降，温升明显下降，同时减少了机械磨损，维修工作量大大减少。
(2)保护功能可靠，消除了电动机因过载或单相运行而烧坏的现象，延长了使用寿命，能长期稳定运行。
(3)电动机实现软起动，实现平滑地无级调速，精度高，调速范围宽(0-100%)。频率变化范围大(O-50Hz)。效率可高达(90%-95%)以上。减小了对电网的冲击。
(4)安装容易，调试方便，操作简便，维护量小。
(5)节能省电，燃煤效率提高。
(6)变频器可采用软件与计算机可编程控制器联机控制的功能，容易实现生产过程的自动控制。
3 结束语
引进变频器可以实现能源的有效利用，避免过多的能源消耗。使用变频器节能主要是通过改变电动机的转速实现流量和压力的控制，来降低管道阻力，减少了阀门半开的能源损失。其次变频状态下的水泵(风机)运行转速明显低于工频电源之下，这样能尽量减少由于摩擦带来的电力损耗。最后变频技术是一种先进的现代自动化技术，自动化的运行能增加电力运行的可靠性，节省人力投入，从而实现了成本的节约。
【参考文献】
[1]赵斌，莫桂强.变频调速器在锅炉风机节能改造中的应用[J].广西电力.
[2]吴民强.泵与风机节能技术问答[M].北京：中国电力出版社，1998.
[3]梁学造，蔡泽发.异步电动机的降损节能方法[Z].湖南省电力工业局.
变频器技术论文篇二
变频器控制技术
摘要：本文对传统I/O的变频器控制技术在实际运用中所存在的弊端、以及以Rockwell Automation为基础而创造的现场总线技术做出了分析，阐述了在变频器系统中，控制设备层网络的方法。对3层网络平台其中包括信息层、设备层以及控制和自动化层的建设方案进行了讨论，并且监控变频器网络的软件也在RSView32环境下成功编制，现场总线的变频器控制技术也得到实现。
关键词：变频器控制技术;现场总线;传统I/O;分析
传统的变频器控制技术是以I/O方式为基础，在控制器以及变频器的I/O端口上以功能需求来进行控制线的相应连接。传统的I/O控制方法功能较为单一，布线也较为繁琐，并且可靠性和通信效率也不高，在工业拖动现场时也存在较多的障碍，不利于工业拖动的现场。而现场总线的变频器控制技术则在技术上实现创新，现场总线是一项新技术，其顺应了工业控制系统以及信息技术智能化、分散化。在变频器控制以现场总线为基础的系统中，一条总线电缆便可完成变频器及控制器的全部通信，与上层网络相结合，实现了更加高效、智能以及全面的监控，也实现了更加高速的监控。信息系统集成在企业级别中的实施也更加便捷。
一、传统I/O技术于变频器控制的弊端
在变频器控制中本机控制是最为简单的，也称作面板控制。在进行变速、启动、点动、以及复位、停止的控制时，面板控制是通过变频器的键盘来进行的，键盘在控制面板上。虽然方法较为简单，也需要变频器控制面板有专人负责控制，面板控制效率较低，功能也较为简单，外部功能开关也可以用PLC控制器来进行控制，相关逻辑也得以实现，对变频器I/O端子进行输出，对变频器进行控制。并进行PLC编程用以不同功能的实行，其功能包括输入其他各种和外部故障的信号以及多级变速控制。
变频器的控制方法以I/O端口作为基础，在进行功能的扩展时，则只能采取较为简单的扩展，也难以改善传统I/O变频器控制方法所存在的缺点。工业拖动现场随着时代在发展，传统I/O技术已不能适应现代的施工要求。而现场总线技术作为新技术，在信息传输中只需要一条总线电缆，便可以实现传输所有信息，现场总线技术在维修成本、布线成本以及调试成本上也极大的降低了，并且全数字化，通信速度快和结构开放互连，现场总线控制技术的效率也较高。
二、以现场总线为基础的变频器控制系统
(一)以设备层为基础的变频器控制系统
3层网络结构体系是Rockwell对现场总线提出的标准之一，其组成包括了信息层、设备层以及控制和自动化层。其中，设备层是以现场总线技术工业标准为基础来进行网络开放，起到高层设备和底层工业装置的连接作用，高层设备则包括了计算器以及PLC控制器等，底层工业装置则包括了传感器、开关、以及拖动装置，还包括了阀门等。设备层采用的供电方式是总线供电，网络的电缆结构采用主干线结构和支线结构，并对本质安全技术进行提供，通信采用用户模式和生产者模式，在网络通信效率上较为优异，提供了两种报文类型，包括显示报文和I/O报文。
变频器控制以设备层为基础，其系统结构包括了，装有组态软件的一台RSlinx，并将其接入到设备层的总线之上，监控软件RSView32以及PLC编程软件RSlogix500的计算机，RSNetworx，与设备层相连的接口使用1770-KFD，而设备层与6台AB1336Plusll变频器则使用设备层通信模块1203-GK5来连接，网络主设备使用MicroLogix1500PLC控制器，对于网络设备信息的获取则使用扫描模块1769-SDN来进行，监测设备和控制设备。
连接现场设备和PLC，是以扫描模块1769-SDN作为接口，用作设备数据格式转换以及设备数据采样。在运行包含SDN的PLC处理器中，SDN对设备进行了依次扫描，采样参数，并对数据格式进行了转换，转换成PLC能够接受的数据格式，进而使PLC处理器能够进行读取，经PLC处理器进行处理，对其输出数据也进行了转换，转换成不同种类的设备能接受的格式。
变频器数据通信以及PCL数据通信的实现可以通过映射的方式来进行，Word 0至9 共10个字包括在接口定义格式之中，其中使用通信模块将Word 0和Word 直接输送至变频器，将其固化为变频器频率状态(或设定值)以及逻辑状态(或命令)。在进行映射的输出时，Word 0包含了系统的停止、故障复位和启动控制位以及系统的正反向、频率源和减速等控制位，设定工作频率则由Word1进行存放。在进行映射输出时，Word 0则反馈给PLC变频器状态信息，包括了变频器运行、使能和出错状态信息以及变频器达速、加减速状态信息，实际工作频率则由Word 1 进行存放。而Word 2至Word 9共8个字的通信内容设定则是以用户需求来进行，变频器中的DataIn/Out A至DataIn/Out D则与通信模块中的Datalink A至Datalink D相对应，常用的变频器监控参数设定至DataIn/Out之上，包括了故障代码、实际输出和加减速时间，以及电流电压和多个预置频率等。分别占用其中(Word 2至Word 9)一个字映射至扫描器。Word 1与Word 0相结合，使PLC实现监控变频器的大部分功能。
(二) Rockwell 3层网络系统平台
ControlNet作为中间层于3层网络结构中，具有高速确定性，也是开放型网络，其能够满足的要求较多，包括了连接PLC处理器，计算机和I/O用要求以及其他智能设备、操作员界面应用的要求，并且满足要求的高信息吞吐量和实时。经使用用户模式和生产者模式，控制网络具备对等网络功能和I/O网络功能，并且提供其高速性能。EtherNet通过工业以太网的使用，集成信息管理和控制系统，利用以太网监控生产场信息，包括了用于监控的工业PC工作站和PLC生产现场信息，还包括了可在计算机系统进行存取的ControlNet生产现场信息和DeviceNet生产现场信息，进而实现工厂级的统计质量控制、计划管理和生产流程的进行，以及实现物料跟踪、监视控制和远程设备维护的进行。
基于DeviceNet平台建立的Rockwell 3层网络对系统的集成更加的全面， ControlnNet与DeviceNet的连接可通过ControlLogix来实现，并且可接入至其网络适配器。DeviceNet节点扫描模块使用1756-DNB，ControlnNet节点扫描模块使用1756-CNB。两者中的ControlLogix、PL以及计算机与最高层EtherNet的连接则可使用以太网模块或者使用网卡来进行。经扫描器，在该层运行的计算机工作站可实现整个网络节点的扫描和管理，对设备层生产现场信息以及控制层生产现场信息进行存取，实现全方位信息调度以及集成的企业级运行，并在连接InterNet相连接时更为便捷。
(三)监控平台
对于监控变频器网络的任务的实现，可使用以RSView32软件为基础的计算机监控，或者使用PanelView人机界面来实现。RSView32可以与控制器实现通信功能，其中控制器的系列包括了与MicroLogix、PLC-5以及SLC500。还能与ControlLogix实现通信，并且网络层次也可以使用两种，包括ControlNet和DeviceNet。平台移植于连接两种计算机之间也更为便捷，网络可根据种类进行驱动器种类的选择。系统的多机同步控制、全部监控以及单机控制的集成是由总监控台来实现，而单独对每一台变频器进行控制可由各分控台来实现。
参考文献
[1] 吴海东.变频器控制技术在平衡机中的应用[J].风机技术，2009，(1)：57-58.
[2] 刘美林，吴万荣.基于变频器控制的复合变量泵的研究与仿真[J].机床与液压，2006，(2)：130-132.
