小编精心整理了《变频器制动技术分析论文(精选3篇)》的相关内容，希望能给你带来帮助!摘要 据估算,我国电动机总装机容量约5.8亿千瓦,占全国总耗电量的60%～70%。其中,交流电动机占90%左右。目前各类电机的运行效率加权平均比国外低3%～5%,风机和泵的效率要比发达国家低2%～3%,整体在用的电机驱动系统运行效率比国外低近20%。
变频器制动技术分析论文 篇1：
变频器在煤矿提升系统中的应用研究
摘要：在煤矿提升系统中，变频器作为特殊的低频电源，在保持输出频率不变的情况下，根据外部控制信号的要求和实际的运行速度，控制输出电压的大小，实现了矿井提升机高压电机减速段的平稳制动和稳定爬行。文章对变频器在我矿提升系统中的应用进行阐述。
关键词：变频器；提升系统
矿井提升电机优越的制动性能可以使提升机获得平稳、安全、可靠的制动运行状态，避免严重的机械磨损，防止较大的机械冲击，减少机械部分维修的工作量，延长提升机械的使用寿命。随着矿井提升系统自动化，改善提升系统的性能，以及提高提升设备的提升能力等的要求，对矿井交流高压电机制动的要求也越来越高。传统的矿井提升机的制动，几乎都采用动力制动或低频发电机制动的方式，动力制动方式只能解决制动问题，不能较好地解决爬行问题，低频发电机虽然可以较好地解决上述问题，其整个控制系统比较复杂，使用的设备也比较多，给系统的维护和检修带来一定的不便。普通的变频器虽然可以输出较低的频率，但其系统的建模和设计都是针对低压电机的，所以其输出频率和输出电压间始终存在一定的比例关系，因此将其直接使用在矿井提升电机的低频制动和爬行中，也将造成在刚开始低频投入时，变频器的输出电压太高，制动力矩太大，这时电机的发电状态所反馈回变频器的能量较大，如果变频器的制动电阻选择得不太恰当，也将造成变频器过压的危险，长时间使用，将导致变频器的直流桥电容烧毁，同时在较低的频率爬行时，为了兼顾制动，将导致爬行时电机的力矩较小。
为此，我矿根据矿井提升的实际使用要求，利用ABB公司的变频器技术，模拟低频发电机系统的运行方式，采用特殊的软件编程，达到了在整个制动和爬行阶段，变频器的输出频率都保持不变，根据预先设置的制动曲线和实际的运行速度，直接控制变频器的输出电压，达到了理想的制动效果。采用该特殊软件的低频系统，也能在低频爬行时输出较高的电压，并且还兼顾脚踏、验绳等功能，完全满足了矿井提升机的要求。
1 系统的控制方式
①闭环控制。闭环控制应用在低频制动阶段，此时变频器的模拟输入信号为高压电机的模拟速度信号，正(或反)转信号闭合，低频电压输出信号闭合，其他信号断开。变频器将根据低频电压输出信号闭合瞬间，模拟电压输入信号的值折算为高压电机高压断开时的瞬间速度，以及预先设置的减速曲线斜率和制动时间，生成高压电机低频制动时的速度曲线，在保持频率不变的情况下，根据实际的速度反馈和生产的速度曲线，控制变频器的输出电压，达到良好的制动效果。
②开环控制。开环控制方式分为低频爬行、脚踏制动和脚踏验绳方式。低频爬行方式：低频爬行是在低频制动完成，达到爬行点速度后，低频爬行信号输入，低频制动完成，变频器根据预先设定的低频电压输出。脚踏制动方式和脚踏验绳方式：在该两种方式下，变频器的输出电压都跟踏板带动的自整脚机输出的信号成比例，由司机确定变频器需要输出的低频电压。
2 低频运行系统控制
我矿主井提升系统所采用的ACS6000系列产品，根据提升机低频制动的特殊要求内置了特殊的应用宏。该特殊应用软件的低频输出频率可以在变频器的面板上直接设置，输出电压根据提升机的运行和外部信号输入，自动调节变频器的输出电压。实际运行时，当提升机高压投入，根据提升机的运行方向输入正、反转运行信号，此时变频器根据面板设置的频率，输出所需的低频频率，低频电压输出处于“等待”状态，同时变频器根据模拟电压的输入值，实时记录和监视高压电机的速度，当高压断开瞬间，低频输出信号输入，变频器将根据此瞬间记录的高压电机速度，生成高压电机低频制动到爬行速度的速度曲线，变频器输出端交流接触器将再延时约0.5s后闭合，变频器输出的低频电压开始接入高压电机。由于刚开始时变频器生成的制动曲线和电机的实际速度相差较小，变频器输出的电压也较低，制动反馈的能量也较小。同时外部的速度检测器也将根据提升机的实际速度，逐级切除高压电机转子上的电阻，确保具有足够的制动力矩。制动阶段，变频器将实时检测和监视高压电机的速度，根据所生成的制动曲线和实际速度之间的偏差，模拟低频发电机制动系统的运行状态，调节变频器输出的低频电压。当高压电机的制动速度达到爬行速度时，爬行信号输入，变频器将根据预先设置的爬行电压，直接输出爬行所需低频电压。脚踏制动和脚踏验绳方式时，变频器的低频频率也始终保持变频，低频输出电压将根据模拟电压输入值的大小成比例输出，达到所需的制动和爬行力矩。
3 应用效果
提升机变频操控系统的技术优势主要体现在：①实现了电动机的软启动；②实现了无级平滑调速，可在静态或动态任意调整电动机转速；③运行平稳，元转差冲击；④响应迅速，便于实现集中控制和系统集成；⑤集信号处理、运行控制、电子制动、机械制动、安全保护为一体，提高了设备的整体功能；⑥操作直观简便；⑦节能率高。
我矿所采用的ABB公司的变频器在主井(ACS6000系列产品)及副井(DCS600系列产品)提升机中得到了较佳的使用效果。在提升机下行制动时，高压切除，低频电源未投入前，提升机由重物牵引自由滑行，此时提升机有少许飞速，当低频电压投入后，制动转矩迅速加大，使下行和上行一样，均能在低频电源投入后，提升机的制动能完全按照预先设置的曲线运行，达到良好的制动效果。采用该低频制动方式后，与以前的动力制动和低频发电机制动相比，具有如下优点：提升效率提高，由于制动所需时间大为缩小，所以可以提高系统的运行效率；系统运行安全可靠，转爬行速度平稳；由于该变频器的硬件为通用的变频器硬件，同时低频制动投入时，变频器的输出电压从最低开始，根据预先生成的曲线和实际运行速度，缓慢提高，使低频投入瞬间对变频器和机械的冲击都大为缩小，因此提高了系统运行的可靠性。
4 结语
因为采用变频器的提升系统制动曲线非常平滑，转爬行无任何冲击，该变频器置的特殊软件是根据提升机的实际运行工矿特殊设计，因此对于不同的提升机系统，只需根据前述方式接线后，设置所需的参数即可，维修调试非常方便，推广容易，同时减少了以后系统改造的成本，对煤矿企业的发展有着很大的推动作用，并更好的保证了煤矿的安全生产。
参考文献：
[1]刘文杰,白晓东，薛忠和，交一交变频器在矿井提升机的应用及分析[J]，矿山机械,2001,(4).
[2]冯垛生，变频器的应用与维护[M]，广州：华南理工大学出版社,2002.
[3]陈湘楚，矿山运输与提升设备[M]，北京：煤炭工业出版社，2004
作者：郭孝和
变频器制动技术分析论文 篇2：
变频器节能市场分析
摘要 据估算,我国电动机总装机容量约5.8亿千瓦,占全国总耗电量的60%～70%。其中,交流电动机占90%左右。目前各类电机的运行效率加权平均比国外低3%～5%,风机和泵的效率要比发达国家低2%～3%,整体在用的电机驱动系统运行效率比国外低近20%。如果按电动机总容量的10%进行调速改造,按年平均运行4000时、节电率20%～25%计算,年节电潜力为320亿～400亿千瓦时。加上为改善工艺流程而进行调速改造的电动机可带来的节电潜力,总节电潜力约为500亿千瓦时,相当于10000兆瓦装机容量的火力发电厂的年发电量。由此可见,电机系统节能是目前中国节能市场上最具商业潜力的领域。
关键词 变频器;制动电阻;热能消耗;节能
1 节能是变频器的重要领域和潜力市场之一
电机系统节能是国家发改委启动的十大重点节能工程之一,国家发展规划要求,当前应推广变频调速节能技术,即风机、水泵、压缩机等通用机械系统采用变频调速节能措施,工业机械采用交流电动机变频工艺调速技术。在“十一五”期间,我国将实现电机系统运行效率提高2个百分点,形成年节电能力达200亿千瓦时的目标。众所周知,风机和水泵是变频器节能的重要领域和潜力市场领域,其使用量占据变频器市场份额的半壁江山。
2 节能及能量反馈
通用变频器大都为电压型交—直—交变频器,三相交流电首先通过二极管可控硅整流桥得到脉动直流电,再经电解电容滤波稳压,最后经无源逆变输出电压、频率可调的交流电给电动机供电。这类变频器功率因数高、效率高、精度高、调速范围宽,所以在工业中获得广泛应用。但是通用变频器不能直接用于需要快速起、制动和频繁正、反转的调速系统,如高速电梯、矿用提升机、轧钢机、大型龙门刨床、卷绕机构张力系统及机床主轴驱动系统等。因为这种系统要求电机四象限运行,当电机减速、制动或者带位能性负载重物下放时,电机处于再生发电状态。由于二极管可控硅整流器能量传输不可逆,产生的再生电能传输到直流侧滤波电容上,产生泵升电压。而以GTR、IGBT为代表的全控型器件耐压较低,过高的泵升电压有可能损坏开关器件、电解电容,甚至会破坏电机的绝缘,从而威胁系统安全工作,这就限制了通用变频器的应用范围。
2.1 将反馈到直流回路的能量以制动电阻的热能消耗掉的缺点
在这种情况下,要实现四象限运行只能通过外接制动单元和制动电阻来实现,也就是说将反馈到直流回路的能量以制动电阻的热能消耗掉。所以说,这种制动方式又称为能耗制动。该方法虽然简单,但有如下严重缺点:
1)浪费能量,降低了系统的效率;
2)电阻发热严重,影响系统的其他部分正常工作。
简单的能耗制动有时不能及时抑制快速制动产生的泵升电压,限制了制动性能的提高(制动力矩大,调速范围宽,动态性能好)。正是由于能量反馈在实现上的难度系数大,很多用户甚至将此不作为节能看待,这是一个危险的信号。
2.2 能量回馈系统的特点
能量反馈系统在实际运行中主要有二种方式:单独的能量反馈装置和能量回馈技术的新发展——双PWM控制技术。
所谓能量反馈装置,就是把有源逆变单元从变频器中分离出来,直接作为变频器的一个外围装置,可并联到变频器的直流侧,将再生能量回馈到电网中。能量回馈单元的作用,就是取代原有的能耗电阻式制动单元,消除发热源,改善现场电气环境,可减少高温对控制系统等部件的不良影响,延长了生产设备的使用寿命。同时由于能量回馈单元,能有效的将变频器电容中储存的电能回馈20%～40%左右。
3 能量反馈单元具有如下特点
1)降低运行成本,包括减少电能损耗、提高功率因数、改善电网运行质量等;
2)提高制动能力,如果以传统的标准制动电阻器与变频器的组合,制动力矩大约为120%额定力矩/10s,10%ED;而VS-656RC5与变频器的组合,制动转矩则提高到150%额定转矩/30s或者100%额定转矩/1min(25%ED)或者80%额定转矩/连续再生。送给交流电网,供周边其他用电设备使用,则可节约生产用电,一般节电率可达20%。
4 双PWM控制技术
双PWM控制技术的工作原理:当电机处于拖动状态时,能量由交流电网经整流器中间滤波电容充电,逆变器在PWM控制下降能量传送到电机;当电机处于减速运行状态时,由于负载惯性作用进入发电状态,其再生能量经逆变器中开关元件和续流二极管向中间滤波电容充电,使中间直流电压升高,此时整流器中开关元件在PWM控制下降能量馈如到交流电网,完成能量的双向流动。同时由于PWM整流器闭环控制作用,使电网电流与电压同频同相位,提高了系统的功率因数,消除了网侧谐波污染。双PWM控制技术打破了过去变频器的统一结构,采用PWM整流器和PWM逆变器提高了系统功率因数,并且实现了电机的四象限运行,这给变频器技术增添了新的生机,形成了高质量能量回馈技术的最新发展动态。无论是能量反馈单元和双PWM控制方式都能将能量反馈会电网,形成节能降耗、清洁生产的良好局面,其在变频器节能领域的占有率将从目前不到3%快速上升到15%。
5 变频器的工艺调速市场分析
目前,中国的设备控制水平与发达国家相比还比较低,制造工艺和效率都不高。但随着中国加入WTO,产品质量和生产效率都需要面临国际竞争,因此提高设备控制水平至关重要。由于变频调速具有调速范围广、调速精度高、动态响应好等优点,在许多需要精确速度控制的应用中,变频器正在发挥着提升工艺质量和生产效率的显著作用,其市场容量占到整个变频器市场容量的1/3左右。应用变频器可以提高工艺要求、提升产品质量,同时减轻了人工的劳动强度、提高了生产效率,可以说,变频器在纺织、食品、饮料、包装、造纸、机床、电梯等行业的应用前景和发展潜力都不可小觑。比如应用在传送带上的变频工艺控制系统,它采用一台变频器驱动生产线上的多台传送带电机,根据所生产的产品,通过调整传送带的速度来提高生产率。在传送带上应用变频工艺控制系统具有以下3个优点:
1)提高生产率,通过设定变频器的频率,可控制传送带生产线的速度,从而达到了提高生产率达目的;
2)可利用现有设备,可利用现有传送带上的齿轮马达和现有的传送带进行改动;
3)可用一台变频器来控制多数电动机的驱动,这些电动机均并接到一台变频器上,通过变频器的频率设定可以保证多台电动机的同步运行。
6 结束语
众所周知,采用变频调速技术是工业企业中节能降耗、保证工艺的重要途径,在实际应用中取得的效果和效益有目共睹,以上试图从市场的角度剖析变频器的容量、占有率和主要的应用领域,与广大读者一同探讨变频器的发展。
参考文献
[1]木合亚提·伊克山.变频器闭环控制实验系统.实验技术与管理,2010,(03):65-67.
[2]李冠男.多层电梯控制系统电路的设计.中国新技术新产品,2010,(10):140.
[3]许志荣,朱俊,邓志辉.基于SINUMERIK802C的经济型机床电气元件的分析.常州信息职业技术学院学报,2010,(02):26-29.
作者简介
杨海霞(1977—),女,河南安阳人,本科,助理工程师,主要从事电气设计工作。
作者：杨海霞,王丽莉
变频器制动技术分析论文 篇3：
能量回馈装置在变频门机的应用
【摘 要】“十二五”时期，是加快转变经济发展方式，建设资源节约型、环境友好型港口的关键时期，应贯彻国家及部有关节能减排工作的方针、政策及相关要求，深化港口行业节能减排工作。交通运输部在《关于港口节能减排工作的指导意见》中对于减少电能消耗方面提出应充分利用港口装卸过程中产生的回馈能，减少能源浪费。现就能量回馈装置在变频门机的应用做了简要介绍。
【关键词】节能减耗;变频门机;能量回馈
1.引言
近年来，国内外对变频器的研究和应用取得飞速的进步，尤其是通用变频器在工业生产中得到了广泛的应用。当变频器驱动异步电动机在制动或者下放位能性负载过程中，电动机处于再生制动状态，传动系统中的机械能通过电动机转换成电能，变频器中续流二极管将这种能量回馈到变频器直流侧电容C 中，使直流侧电压升高，产生泵升电压。特别是要求快速起、制动和频繁正、反转的调速系统，短时间内有很大的能量回馈，在电容上产生很高的泵升电压，若不及时释放这部分能量，则势必会引起变频器过压保护动作或造成主回路大功率器件的过压损坏。对这种泵升能量的处理方法基本上有两种：（1）耗散到直流侧与电容器并联的“制动电阻”中，（2）通过能量回馈电路使之回馈到交流电网中。前一种方式比较简单，但经过电阻耗散能量，不仅浪费了能源，有时也会产生某些副作用，后一种方式虽然结构较为复杂，但提高了能源的利用率，尤其是对频繁起制动或长期带位能性负载下放的系统，会产生显著的节电效果。
2.门机负载特性及制动方式
起重机械的负载性质有两种，一种是对于行走机构、旋转机构和有平衡重的变幅机构，是属于反抗性负载。另一种是对于起升机构和没有平衡重的变幅机构，是属于位能性负载。反抗性负载要求电动机具有以原点为对称的特性，电动机的工作状态是电动状态，位能性负载要求电动机具有不对称特性，电动机的工作状态是当提升或空钩下降时为电动状态，负载下降时为制动状态。位能负载的一个特征是下放过程有大量的位能功率需要释放。下面以起升机构重载下降时，变频调速电动机的工作状态为例进行分析：
重载下降时，重物将因自身的重力而下降，电转方向是反转的，但其转矩的方向却与旋转方向相反。这时电动机的作用是防止重物由于重力加速度的原因而不断加速，达到使重物匀速下降的目的。在这种情况下，摩擦转矩将阻碍重物下降，故重物在下降时构成的负载转矩比上升时小。在一个下放行程中，重物的全部位能都将被释放出来除少量能量会损耗在电动机和变频器内部外，大部分位能都那么单位时间内回馈的总能量就很可观。当电动机处于制动状态时，传动系统中所储存的机械能经电动机转换成电能，通过逆变器的六个续流二极管回送到变频器的直流回路中，此时的逆变器处于整流状态。这时，如果变频器中没采取消耗能量的措施，这部分能量将导致中间回路的储能电容器的电压上升。如果当制动过快或机械负载为提升机类时，这部分能量就可能对变频器带来损坏。我港变频门机现有处理方式为通过设置在直流回路中的制动电阻吸收电机的再生电能。
3.门机起升能量回馈
门机起升能量回馈即为起升机构增加能量回馈装置，将回馈能量回收后反馈回电网。带来的收益是：（1）节约电能，降低单机能耗，节电率達到了19% - 35%;（2）再生能量回馈电网效率达到了97%，稳定电网总体电压，提高供电质量;（3）热损耗降低到能耗制动的3%以下，降低了电气房的温度。
具体实施内容是：保留原有起升机构的支持、开闭电气柜中制动单元、制动电阻回路，在变频器直流母线上，增加回馈单元，回馈单元输出侧通过智能电表后连接电网，用于统计回馈电量。支持、开闭变频器的直流母线接至回馈单元入口，回馈单元出口接至电源柜电网，实现能量回馈。在产生回馈能量时，回馈单元首先进行启动工作，将电能从直流母线回馈到电网，当瞬时回馈能量较大时，多余部分将从制动单元、制动电阻上消耗，保证系统的安全。
回馈装置的起始动作电压需要与制动电阻起动电压相匹配，通过改变设置值来改变动作电压。动作电压应可以调节，范围至少应从620～680 V，我港门机可设定640 V，变频器制动电阻起动电压设定为710 V。当电机工作到发电状态时，直流母线电压升高，达到640 V时，回馈单元起动，进行能量回馈制动。当回馈量小于发电量，直流母线继续升高，超过710 V时，备用的制动电阻起动，实现能耗制动，使得系统在节能的同时保证可靠制动。同时，回馈单元的故障输出信号连接至门机的PLC系统的DI点，并将故障信号显示在司机室的故障指示灯，当回馈单元出现故障时，可以提示维护工程师进行维修，同时电阻能耗制动依然有效，不影响作业。
4.理论节能分析
我港门机典型的工作情况可以总结如下图。具体来说，门机一个循环过程包括：抓斗加速上升、抓斗匀速上升、抓斗减速上升、抓斗旋转、抓斗加速下降、抓斗匀速下降、抓斗减速下降、抓斗伸开卸掉物料、空斗加速上升、空斗匀速上升、空斗减速上升、空斗旋转、空斗加速下降、空斗匀速下降、空斗减速下降、闭斗抓料，一次循环78S。在满载加速上升阶段，转矩为额定转矩的150%，电机功率为145 kW;匀速上升阶段，负载转矩为额定转矩的90%，电机功率为81 kW;减速上升阶段，负载转矩为额定转矩的30%，电机功率为27 kW;大臂旋转阶段，抓斗水平运动，支持开闭电机停止工作，电机功率为0 kW;在满载加速下降阶段，转矩为额定转矩的10%，电机功率为9 kW;匀速下降阶段，负载转矩为额定转矩的70%，电机功率为63 kW;减速下降阶段，负载转矩为额定转矩的130%，电机功率为117 kW;至此，完成一次物料的取卸过程。同理，抓斗空载完成上升、旋转、下降的过程，实现抓斗的往复运动。
通过一个周期分析可以看出，原有的能耗制动，在抓斗下降过程中，物料势能转化为电能，电动机处于发电状态，导致直流母线电压升高，当直流回路储能器件达到保护电压时，制动电阻投入，电能瞬间在制动电阻以热能的方式消耗掉，直至直流母线电压降低到安全电压。若采用回馈制动，则在抓斗下降过程，直流母线电压升高后，回馈单元工作，电能通过逆变送回电网，实现电能回收的目的。
以起升电机2台90KW为例，可以计算出理论节能情况。我港门机的一个典型工作周期约78S，即正向加速时间2 s，正向恒速时间15 s，正向减速时间2 s，零速时间20 s，反向加速时间2 s，反向恒速时间15 s，反向减速时间2 s。根据该图，一个工作周期中，提升过程消耗能量20.65KW，下放时在电阻上释放的位能为11.74KW，因此，采用制动电阻能耗制动方式下的平均功率约为20.65KW，若采用回馈制动方式时，实际消耗的能量为20.65KW -11.74KW =8.91KW，假设回馈装置的效率为97%，则采用回馈制动的回馈率可以达到11.74KW*0.95/20.65KW=55%。门机上80%的电能均消耗在抓头的频繁提升与下降过程中，由于实际工作中各种因素的影响，再把回馈效率打个8折，可以推算出整机的理论节能率为55%*80%*80%=35%。
我港现有门座式起重机21台，其中11台为变频门机。2013年我港门机全年用电量约160万度，变频门机年均耗电约在12万度。按理论节能率为35%计算，对于变频门机，若能全部实现回馈，则每年可以回馈电能4.2万度，按我港2013年平均电价1.25元/度计算，可获得直接收益5.25万元。
5.结语
门机在货物装卸过程中存在着大量的能量再生利用，通过能量回馈装置能够将再生能量回馈到交流电网，达到节能减耗目的，且目前能量回馈装置技术较为成熟，在节能降耗的同时能够使回馈电网电流与电压同频同相位，有效地提高了系统的功率因素，减少了网侧谐波污染，目前在秦皇岛港股份有限公司杂货港务分公司（节电效率30%）、镇江港务局（节电效率19%）、天津港焦炭码头有限公司（节电效率35%）使用都有良好效果。
参考文献：
[1]张承慧、杜春水、李珂.变频驱动异步电机再生制动及馈电技术
[2]田微.基于嵌入式的桥式起重机能量回馈系统
[3]交通运输部.关于港口节能减排工作的指导意见
（作者单位：招商局港口集团股份有限公司）
作者：王凤兵