變頻技術
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變頻技術范文第1篇
傳統的變頻器控制技術是以I/O方式為基礎，在控制器以及變頻器的I/O端口上以功能需求來進行控制線的相應連接。傳統的I/O控制方法功能較為單一，布線也較為繁瑣，并且可靠性和通信效率也不高，在工業拖動現場時也存在較多的障礙，不利于工業拖動的現場。而現場總線的變頻器控制技術則在技術上實現創新，現場總線是一項新技術，其順應了工業控制系統以及信息技術智能化、分散化。在變頻器控制以現場總線為基礎的系統中，一條總線電纜便可完成變頻器及控制器的全部通信，與上層網絡相結合，實現了更加高效、智能以及全面的監控，也實現了更加高速的監控。信息系統集成在企業級別中的實施也更加便捷。
一、傳統I/O技術于變頻器控制的弊端
在變頻器控制中本機控制是最為簡單的，也稱作面板控制。在進行變速、啟動、點動、以及復位、停止的控制時，面板控制是通過變頻器的鍵盤來進行的，鍵盤在控制面板上。雖然方法較為簡單，也需要變頻器控制面板有專人負責控制，面板控制效率較低，功能也較為簡單，外部功能開關也可以用PLC控制器來進行控制，相關邏輯也得以實現，對變頻器I/O端子進行輸出，對變頻器進行控制。并進行PLC編程用以不同功能的實行，其功能包括輸入其他各種和外部故障的信號以及多級變速控制。
變頻器的控制方法以I/O端口作為基礎，在進行功能的擴展時，則只能采取較為簡單的擴展，也難以改善傳統I/O變頻器控制方法所存在的缺點。工業拖動現場隨著時代在發展，傳統I/O技術已不能適應現代的施工要求。而現場總線技術作為新技術，在信息傳輸中只需要一條總線電纜，便可以實現傳輸所有信息，現場總線技術在維修成本、布線成本以及調試成本上也極大的降低了，并且全數字化，通信速度快和結構開放互連，現場總線控制技術的效率也較高。
二、以現場總線為基礎的變頻器控制系統
（一）以設備層為基礎的變頻器控制系統
3層網絡結構體系是Rockwell對現場總線提出的標準之一，其組成包括了信息層、設備層以及控制和自動化層。其中，設備層是以現場總線技術工業標準為基礎來進行網絡開放，起到高層設備和底層工業裝置的連接作用，高層設備則包括了計算器以及PLC控制器等，底層工業裝置則包括了傳感器、開關、以及拖動裝置，還包括了閥門等。設備層采用的供電方式是總線供電，網絡的電纜結構采用主干線結構和支線結構，并對本質安全技術進行提供，通信采用用戶模式和生產者模式，在網絡通信效率上較為優異，提供了兩種報文類型，包括顯示報文和I/O報文。
變頻器控制以設備層為基礎，其系統結構包括了，裝有組態軟件的一臺RSlinx，并將其接入到設備層的總線之上，監控軟件RSView32以及PLC編程軟件RSlogix500的計算機，RSNetworx，與設備層相連的接口使用1770-KFD，而設備層與6臺AB1336Plusll變頻器則使用設備層通信模塊1203-GK5來連接，網絡主設備使用MicroLogix1500PLC控制器，對于網絡設備信息的獲取則使用掃描模塊1769-SDN來進行，監測設備和控制設備。
連接現場設備和PLC，是以掃描模塊1769-SDN作為接口，用作設備數據格式轉換以及設備數據采樣。在運行包含SDN的PLC處理器中，SDN對設備進行了依次掃描，采樣參數，并對數據格式進行了轉換，轉換成PLC能夠接受的數據格式，進而使PLC處理器能夠進行讀取，經PLC處理器進行處理，對其輸出數據也進行了轉換，轉換成不同種類的設備能接受的格式。
變頻器數據通信以及PCL數據通信的實現可以通過映射的方式來進行，Word 0至9 共10個字包括在接口定義格式之中，其中使用通信模塊將Word 0和Word 直接輸送至變頻器，將其固化為變頻器頻率狀態（或設定值）以及邏輯狀態（或命令）。在進行映射的輸出時，Word 0包含了系統的停止、故障復位和啟動控制位以及系統的正反向、頻率源和減速等控制位，設定工作頻率則由Word1進行存放。在進行映射輸出時，Word 0則反饋給PLC變頻器狀態信息，包括了變頻器運行、使能和出錯狀態信息以及變頻器達速、加減速狀態信息，實際工作頻率則由Word 1 進行存放。而Word 2至Word 9共8個字的通信內容設定則是以用戶需求來進行，變頻器中的DataIn/Out A至DataIn/Out D則與通信模塊中的Datalink A至Datalink D相對應，常用的變頻器監控參數設定至DataIn/Out之上，包括了故障代碼、實際輸出和加減速時間，以及電流電壓和多個預置頻率等。分別占用其中（Word 2至Word 9）一個字映射至掃描器。Word 1與Word 0相結合，使PLC實現監控變頻器的大部分功能。
（二） Rockwell 3層網絡系統平臺
ControlNet作為中間層于3層網絡結構中，具有高速確定性，也是開放型網絡，其能夠滿足的要求較多，包括了連接PLC處理器，計算機和I/O用要求以及其他智能設備、操作員界面應用的要求，并且滿足要求的高信息吞吐量和實時。經使用用戶模式和生產者模式，控制網絡具備對等網絡功能和I/O網絡功能，并且提供其高速性能。EtherNet通過工業以太網的使用，集成信息管理和控制系統，利用以太網監控生產場信息，包括了用于監控的工業PC工作站和PLC生產現場信息，還包括了可在計算機系統進行存取的ControlNet生產現場信息和DeviceNet生產現場信息，進而實現工廠級的統計質量控制、計劃管理和生產流程的進行，以及實現物料跟蹤、監視控制和遠程設備維護的進行。
基于DeviceNet平臺建立的Rockwell 3層網絡對系統的集成更加的全面， ControlnNet與DeviceNet的連接可通過ControlLogix來實現，并且可接入至其網絡適配器。DeviceNet節點掃描模塊使用1756-DNB，ControlnNet節點掃描模塊使用1756-CNB。兩者中的ControlLogix、PL以及計算機與最高層EtherNet的連接則可使用以太網模塊或者使用網卡來進行。經掃描器，在該層運行的計算機工作站可實現整個網絡節點的掃描和管理，對設備層生產現場信息以及控制層生產現場信息進行存取，實現全方位信息調度以及集成的企業級運行，并在連接InterNet相連接時更為便捷。
（三）監控平臺
對于監控變頻器網絡的任務的實現，可使用以RSView32軟件為基礎的計算機監控，或者使用PanelView人機界面來實現。RSView32可以與控制器實現通信功能，其中控制器的系列包括了與MicroLogix、PLC-5以及SLC500。還能與ControlLogix實現通信，并且網絡層次也可以使用兩種，包括ControlNet和DeviceNet。平臺移植于連接兩種計算機之間也更為便捷，網絡可根據種類進行驅動器種類的選擇。系統的多機同步控制、全部監控以及單機控制的集成是由總監控臺來實現，而單獨對每一臺變頻器進行控制可由各分控臺來實現。
參考文獻
變頻技術范文第2篇
變頻器的主要電路通常是“交一直一交”的模式，從外部輸入的電源是1140V/50Hz，經過三相橋式無控制電流完成之后變成直流的信息。在整流的電路中，輸入電流的形態是沒有規則的長方形電波，電流按照特定的級數來進行分配，分別為基波和諧波，諧波分為多種，其中高次諧波將對輸入供電路線產生影響。在逆變輸出電流時，輸出的電流會受到PWM承載電波信號的脈沖波形的影響，針對GTR大功率的逆行變化原件，其PWM在電流中承載的電波頻率為2KHz~3KHz。而IGBT大功率逆流變化原件的PWM最大的承載頻率可以達到15KHz。統一到輸出電流時，其電流的信號可以被分解成僅包含正弦波的基礎波形和其他雷系的諧波，其中高次諧波其電流對承載的電波形成直接的干擾。除此之外，高次諧波其電流還會通過電纜的途徑向各個空間傳遞輻射，同時也會讓其他的電氣設備受到干擾。
2抑制諧波干擾的方法
我們都知道，諧波的傳播的方法有兩種，分別是傳導和輻射。對于傳導的干擾問題，重點是要把傳導在電路中的高端頻率的電流進行過濾；對于輻射干擾的解決，主要是對輻射的源頭和受到干擾的路線完全的隔斷。以下是經常用到的5種方法。1）讓變頻裝置的供電源頭與其他供電電源的設備進行隔離，或者將變頻器與其他的輸入兩側安裝隔離其控制變壓，同時讓諧波的電流斷開。2）可以選擇在變頻器的輸入兩側與輸出的兩側進行串聯，安裝合適的電抗器，也可以選擇安裝諧波變壓器。其安裝的濾波器的構成一定要是LC型的濾波器，這樣可以讓濾波器盡可能的吸收諧波，同時也可以增強電源和電流的地塊能力，從而可以讓諧波在干擾中可以達到較好的抑制。3）電動機和逆變器中間存在的電纜要穿過鋼管的設備，或者穿過運用鎧裝置的電纜，相對比與其他較弱的信號，要使用不同的電纜進行分開，分別設置敷設，更好的避免諧波的干擾。4）對于設備的信號線，要采用較好的屏蔽線，在不知屏蔽線時變頻器的主干回路控制的路線要相互錯開保持一定的距離，其距離一般要少于20cm，可以有效的阻斷敷設的干擾。5）變頻器在使用時，要選用專業的接地線，并且要用粗短線來接地。針對其周邊的電氣設施所使用的接地線，一定要注意和變頻器的配線隔開，同時也可以使用短線。通過這樣的方式，就可以使電流諧波對周邊的電氣進行輻射時有效的抑制。
3抑制諧波措施的應用
羊場灣煤礦的機泵依靠自耦降壓的方式來進行啟動，為了讓變頻控制系統能更好的服務，對其進行改造后，讓其在調頻減速的功能有所提高，并且在節約省電的方面起到良好的作用。但是在變頻輸出部位和電動機之間存在的輸出線頻繁的出現發熱現象，造成電動機的外殼隨著溫度的升高不斷的發熱，并且會經常性的出現保護裝置跳閘，經檢測，其原因是變頻器在輸出電壓和電流在輸出攜帶的信號中含有PWM高次諧波造成感染。諧波電流在輸出時攜帶的電流和電動機在繞線中形成其功率的嚴重缺損。解決的辦法：通過把變頻器的輸入線和輸出線進行分離，分別在輸出輸入時走不同的電纜溝，采用大號的電纜，來取代以前的電纜。把輸出部分和電動機相隔的電纜的長度盡可能的縮短。通過采取這些措施，其發熱問題得到較好的解決，對出現的各種變頻器受到高次諧波干擾的問題大部分得到解決。但對諧波的組成以及其自身的幅度都有嚴格要求的設施來說，想徹底的抑制高次諧波的干擾，在實行上難度很大。2005年12月，羊場灣煤礦的二煤軌道絞車有SQ-3的型號，改為PJT-3的型號。絞車在安裝運行的過程中，南二S528機巷傳感器顯示其運作正常，分區一地面的檢查中心頻繁的出現“冒大數”的現象，并得出瓦斯超出限定值達到2.5%。根據數據的顯示，對瓦斯超限的現象信以為真，但當經過調查發現，原來是絞車的變頻系統在運作時產生的諧波干擾而導致。對于干擾的出現，如果不進行計算的處理，將會給煤礦井下的安全造成嚴重的困擾，同時對管理也會造成一些影響，同時也會讓瓦斯在實地進行監控的意義不復存在。KJ66型監控系統其瓦斯的感應器所向外傳輸的頻率為200~1000Hz，其相應的瓦斯含有的濃度達到0~4.0%。高次諧波其污染的源頭來著對電源和其他傳播路徑輻射到瓦斯感應器的傳輸路線中，讓瓦斯傳感器的傳輸路線中攜帶著兩個甚至兩個以上的頻率信息。當兩個或兩個以上的頻率信號在在線路中傳播時，在他們中間會存在著幾百甚至幾千赫茲的低頻差拍。低頻差拍在積滿能量時會對瓦斯傳感器的殊榮路線形成干擾，讓傳感器在傳輸的頻率會隨著幅度的增加而是瓦斯的超出限制部分出現虛假的數值。經過對實地的考察，當絞車在工作時，其變動的電流以及其挖掘迎頭電源線對其線路的干擾頻率會在6.8KHz~20KHz左右。絞車其在提升中產生的負荷大，在全速運行的時候，其傳感器在傳輸信號的路線干擾達到780Hz，造成相對于的瓦斯在2.9%CH4的假值。通過對以上的分析，可以采用下列措施，消除諧波干擾：變頻絞車在運行時選用單獨干式變壓器進行供電，從而解決電網在污染方面的問題；變頻絞車的供電路線要選用隱蔽專用的電流，解決頻率輻射減弱的問題；將監控路線的敷設由原本的軌道式上山改為人力上山，防止傳輸的過程中受到干擾；建立特有的監控室，將監控站的電源分布導入一臺隔離變壓器，防止電網對分站的影響；將頻率傳感器更換為電流型的傳感器，這樣可以減少干擾頻率的傳播。
4結束語
變頻技術范文第3篇
關鍵詞：變頻調速技術 節水 節能 城鄉供水 農業灌溉 自動控制裝置
1 立項背景及技術創新點
水資源及能源緊缺是制約我國經濟發展的重要因素，節水節能是我國社會經濟持續發展的基本國策.美國從20世紀90年代將變頻節水節能技術應用于平移式、軸轉動式噴灌機及管道灌溉等系統，經測試其節能率為39％～56％，節水率為15％～30％，既穩定了管網壓力，提高了灌溉質量，又節水節能，便于自動化管理，但其價格昂貴.當時，在我國城鄉供水及水泵抽灌系統中，水泵一旦開始工作，電機便以額定轉速運行，并以額定出水量供水，當用水量減少或在用水低谷時，管網壓力過高，水龍頭（或噴頭）和輸水管道往往被損壞，使水白白流掉，電能白白耗掉；有些系統通過閥門控制出水量，來減少供水管網壓力升高，這樣也造成電能與水資源的浪費.
“九五”期間，我國在工業上將交流變頻調速技術列為新技術推廣項目，但當時水利行業在灌溉方面未應用.為改善上述資源浪費狀況，生產出價格低廉，農業能夠接受的變頻節水節能控制裝置，水利部西北水利科學研究所承擔了水利部“948”計劃項目“變頻節水節能技術”，本項目的關鍵技術為交流變頻調速技術.1998年12月，我們引進了德國的8210和8220系列變頻器標準規范、技術指標、性能參數檢測方法和部分樣機.交流變頻技術大致可分為直—交變頻與交—交變頻兩種，我們引進的為直—交變頻技術，即通常所見的變頻器大多采用的變頻技術.我們的技術路線是引進關鍵技術，并對其消化吸收，在此基礎上，開發外圍技術，研制并生產變頻節水節能產品，并重點進行推廣應用.
該項技術引進后，我們對進口樣機的性能參數進行了全面測量和記錄，在消化吸收的基礎上研制開發出了四個系列的變頻調速節水節能裝置，這些變頻節水節能產品除了變頻調速器和PLC外，其他已全部國產化.本文介紹CX-B系列變頻恒壓供水自動控制裝置和CX-D系列變頻恒壓節水灌溉自動控制裝置.
本項目的技術創新點：（1）把交流變頻調速技術應用于城鄉供水及農業灌溉中，達到節水節能效果；（2）根據項目需要，自己研制出水位顯示控制器，提高自動化程度；（3）根據實際需要，研制出多段壓力設置轉換電路，適應農業多種灌溉方式；（4）將變頻調速技術、可編程序控制技術、水位顯示控制技術、壓力傳感技術等進行了集成.
2 變頻調速的基本原理
交流異步電動機的轉子轉速n可以用下式表示
式中 f——定子供電電源的頻率；
p——電動機的極對數；
s——異步電動機的轉差率.
由式（1）可見，當平滑地改變異步電動機的供電頻率f時，即可改變電動機轉子的轉速n..
根據水泵的相似原理
式中的Q、H、P、n分別為水泵的流量、揚程、軸功率和轉速.
由式（2）、式（3）、式（4）可知，基于轉速控制比基于流量控制可以大幅度降低軸功率.
3 CX-B系列變頻恒壓供水自動控制裝置
3.1 基本構成
整個恒壓供水系統由CX-B系列變頻恒壓供水自動控制裝置與水泵電機組合而成（見圖1）.該裝置由變頻器（內含PID調節器）、可編程時控開關、可編程控制器（PLC）、水位顯示控制器、遠傳壓力表、水位傳感器及相關電氣控制部件構成，是一種具有變頻調速和全自動閉環控制功能的機電一體化智能設備（見圖2），它可同時對一臺或多臺三相380V，50Hz的水泵電機進行自動控制.
圖1 變頻恒壓供水系統組成
圖2變頻恒壓供水自動控制裝置結構原理框圖
3.2 工作原理
CX-B系列變頻恒壓供水自動控制裝置以變頻方式工作時，水泵電機以軟啟動方式啟動后開始運轉，由遠傳壓力表檢測供水管網實際壓力，管網實際壓力與設定壓力經過比較后輸出偏差信號，由偏差信號控制調整變頻器輸出的電源頻率，改變水泵轉速，使管網壓力不斷向設定壓力趨近.這個閉環控制系統通過不斷檢測、不斷調整的反復過程實現管網壓力恒定，從而使水泵根據需水量自動調節供水量，達到節能節水的目的.
PLC的主要控制作用：（1）控制多臺水泵（包括備用泵）循環軟啟動，周期性地以變頻方式工作；（2）控制備用泵的自動啟動.當第一臺水泵電機以變頻方式運行，并達到額定功率（即變頻器輸出電源頻率達到50H），而供水管網壓力未達到設定壓力時，第二臺水泵電機會自動啟動，并以工頻方式運行，這時若管網壓力仍不能達到設定壓力時，第三臺水泵電機會自動啟動，第一臺水泵仍以變頻方式運行，達到保持管網恒壓的目的，投入運行的水泵數量由裝置根據管網壓力自動控制.
水位顯示控制器設有上、中、下3個水位控制限，當池水位從上限降到中限位置時，控制器輸出補水泵啟動信號，使補水泵向池內補水，補至上限時，控制器輸出補水泵停機信號，停止補水；當池水位降到下限時，控制器輸出取水泵停機信號，使取水泵停止取水，待水位上升到中限后，控制器使取水泵自動啟動，恢復取水.
3.3 控制功能
CX-B系列變頻恒壓供水自動控制裝置具有以下控制功能：（1）設有手動/自動切換電路，當切換至自動位置時，系統可根據出口壓力變化，自動調節變頻泵的轉速和自動啟動、停止備用泵，以維持出口壓力恒定，當變頻控制電路出現故障時，可切換至手動位置，使水泵直接在工頻下運行，保證正常供水；（2）能夠在1d內設置1～9個供水時間段，一周內各天的供水時間可以不同；（3）用PLC控制水泵（包括備用泵）全循環軟啟動，周期性地自動交換使用，以期水泵壽命基本一致；（4）地下蓄水池缺水后取水泵自動停機保護，補水泵自動開機補水，蓄滿水后補水泵自動停機，蓄水池水位以數字顯示；（5）故障顯示及報警，具有缺相、短路、過熱、過載、過壓、欠壓、漏電、瞬時斷電保護等電氣保護功能.
4 CX-D系列變頻恒壓節水灌溉自動控制裝置
4.1 基本構成
整個恒壓供水系統由CX-D系列變頻恒壓節水灌溉自動控制裝置與水泵電機組合而成（見圖1）.一些節水灌溉基地設計有噴灌、微噴灌、滴灌等多種灌溉方式，不同的灌溉方式所需的工作壓力不同.為使同一供水管網能為不同灌溉方式提供不同的工作壓力，在CX-B系列變頻恒壓控制裝置的基礎上增加了多段壓力設置轉換電路，它可同時對一臺或多臺三相水泵電機進行自動控制（見圖3）.
圖3變頻恒壓節水灌溉自動控制裝置結構原理框圖
4.2 工作原理
CX-D系列變頻恒壓節水灌溉自動控制裝置除多段壓力設置轉換電路外，其他部分的工作原理與CX-B系列變頻恒壓供水自動控制裝置相同.多段壓力設置轉換電路中設計了對應于噴灌、微噴灌、滴灌及管道灌溉4個壓力檔位，在進行灌溉時，PLC按灌溉方式輸出對應的控制信號，壓力設置轉換電路自動轉換到相應壓力檔位，該裝置就在這一設定壓力下以恒壓供水，實現節水灌溉.
4.3 控制功能
除具有CX-B系列變頻恒壓供水自動控制裝置的功能外，還具有壓力轉換功能.
5 加強變頻節水節能技術的應用和推廣
引進先進技術主要的目的在于推廣應用，把變頻調速技術應用于水利行業及農業，實現了節能節水.幾年來，通過向社會積極宣傳變頻節水節能技術的優越性，這一技術已逐步被水利行業及農業所接受.
在城鄉供水方面，我們已經推廣應用變頻恒壓供水自控裝置12套，根據對其中四套裝置運行數據的統計計算可知，可節約電能25％～50％，節水3％～10％.各臺裝置的節能率和節水率差異較大，其主要原因是各裝置的運行環境差異較大，用水高峰與低谷流量差值大的裝置節能率高，用水高峰與低谷流量差值小的裝置節能率低；供水管路完好率高的系統使用該裝置后，節水效果不顯著，供水管路完好率低的系統使用該裝置后，節水效果顯著（由于恒壓供水，減少了管網高壓所產生的漏水）.實踐證明，使用變頻恒壓供水自控裝置，不但能夠節水節能，而且提高了供水質量，保證了供水管網的安全運行.
在農業灌溉方面，2001年6月為“99全國節水示范工程秦都項目區（咸陽市秦都區雙照鎮龍泉南村）節灌系統”設計并安裝了變頻恒壓節水灌溉自動控制裝置一套，使一條供水管網能夠在不同時間段提供兩種工作壓力，既滿足了微噴灌和滴灌的要求，又使灌溉管理大大簡化.據2001年7～12月資料統計，節電17％，節水19％.2001年12月同陜西省農墾農工商總公司簽訂了合作合同，為該公司華陰農場節水灌溉增效示范項目設計安裝6套變頻恒壓節水灌溉自動控制裝置.該示范項目實施完成后，變頻恒壓節水灌溉自控裝置與灌溉自動控制系統聯網，將形成目前我國較高標準的節水灌溉自動控制網絡，控制滴灌面積76hm2.
變頻技術范文第4篇
Abstract： The paper deseribes the classifications， performance， choices for product， and peripheral devices design need to be notices of inverter.
關鍵詞： 變頻器；種類；特點；選擇
Key words： inverter；classifications；feature；choices
中圖分類號：TM3 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2012）29-0040-03
0 引言
變頻調速技術近年來在我國得到了突飛猛進的發展，由于變頻調速技術在調速范圍、調速平滑性、靜差度、動態響應、功率因數、智能控制、節約電能等方面具有的優異性能，是目前交流電動機調速所采用的主要方式。它以體積小、重量輕、可靠性高、通用性強、適用范圍廣、操作簡便、保護功能完善等優點，廣泛應用于鋼鐵、化工、冶金、電力、石化、食品、醫藥、造紙、機械等領域。
1 變頻器的應用分類
變頻器應用非常廣泛，根據具體應用情況可分為以下幾種類型：
①節能、改善環境。風機、泵類、攪拌機、擠壓機、精紡機、注塑機、中央空調系統、洗衣機、抽油煙機等系統的調速；
②提高設備效率。機械加工設備中高速電動機的高速運行控制；
③自動化控制、減輕勞動強度。搬運機械、加工設備、生產流水線、多臺電動機聯動等系統進行正反轉控制、多段速度調節；
④提高產量、提高控制精度。機床、搬動機械、塑料機械、球磨機、研磨機、印刷機械等系統進行調速控制；
⑤減少設備維修、延長設備壽命。機床設備的主軸、紡紗機等系統進行無級調速；
⑥提高質量。切紙機、造紙機、拉絲機、纖維機械等輕工設備進行最佳速度控制、恒張力矢量控制；
⑦特殊要求的場合。恒壓供水、供氣、音樂噴泉等系統進行恒轉矩、多段速自動控制。
2 變頻器的選型
變頻器的正確選用對于機械設備的正常運行至關重要。選擇變頻器時，首先要根據生產機械的類型、負載轉矩的特性、調速范圍、靜差度、起動轉矩、使用環境及系統的特殊要求，然后決定選用哪種控制方式和防護結構的變頻器。當然所選用的變頻器一定要是最合適的。也就是說所選用的變頻器一定要能能夠滿足生產機械的實際工藝要求，并且具有最高的性價比。
2.1 生產機械的負載分類 由于生產機械的類型很多，根據生產機械的負載轉矩特性將其分為以下種類型：
2.1.1 恒轉矩負載 在這類負載中，負載轉矩T■=C，與轉速n 無關。而負載功率隨著負載轉速的升高而增加。如機床設備中的進給機構、傳送帶、攪拌機、擠壓機等機構和起重機、電梯、提升機等負載都屬于恒轉矩負載。
在變頻器驅動恒轉矩負載性質的生產機械時，低速時要有足夠大的輸出轉矩，并且要有足夠大的過載能力。如果電動機在低速下長期運行，還必須要考慮電動機的散熱問題，以防電動機溫升過高。
2.1.2 恒功率負載 恒轉矩負載的特點就是當轉速變化時，負載從電動機吸收的功率為恒定值。即：
P■=T■Ω=T■■=■T■n=C
就是說，負載轉矩與轉速成反比。如金屬切削機床中的主軸、造紙機、薄膜生產線中的卷取機、開卷機等都屬于恒功率負載。
負載的恒功率性質是在一定的速度范圍內而言，如果速度非常慢，在機械強度的限制下，T■無法一直增大，在低速下負載性質變為恒轉矩負載。負載的恒功率區和恒轉矩區在很大程度上影響著拖動系統方案的確定。直流電動機的弱磁調速就屬于恒功率調速。
2.1.3 通風機類負載 這一類負載的特點是負載的轉矩大小與轉速的二次方成正比。功率與轉速的三次方成正比。即：T■=kn■
各種風機、水泵、油泵都屬于通風機類負載。
通風機負載通過變頻器調速來調機的風量、流量，從而可以大幅度的節能。由于通風機類負載在高速時需要很大的功率，所以不應使這類負載超工頻運行。
2.2 根據負載特性選取適當控制方式的變頻器 變頻器具有以下四種控制方式：
2.2.1 v/f控制方式 它的變頻器可以同時控制變頻器輸出的電壓和頻率。在當v/f的值不變時，得到所需的轉矩特性。用這種方式的變頻器控制電路結構不復雜、成本也不高，多用于對精度要求較低的通用變頻器。
2.2.2 轉差率控制方式 這種控制方式要比v/f控制更先進，優點更多，它需要通過一個電動機上的速度傳感器測出電動機的轉速，構成閉環系統，速度調節器的輸出為轉差頻率，電動機的實際轉速與所需轉差率之和決定了變頻器的輸出頻率。用這種控制方式對電動機的電流進行控制，與前一種控制方式相比，在加減速特性和限制過電流的能力等方面都有明顯的改善。
2.2.3 矢量控制方式 矢量控制是一種高性能的控制方式。其操作原理是，將異步電動機的定子電流分為產生磁場的電流分量（勵磁電流）和與其垂直的產生轉矩的電流分量（轉矩電流），并加以控制。它的名稱的由來是因為它一定要同時控制異步電動機定子電流的幅值和相位，即定子電流的矢量，所以叫矢量控制方式。
變頻技術范文第5篇
關鍵詞：異步電機 變頻 調速 專利分布 專利分析
中圖分類號：M343 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）07（b）-0049-02
進入20世紀70年代，隨著電力電子技術、微電子技術及大規模集成電路的發展，使得采用電力電子變流器的交流拖動系統得以實現，特別是大規模集成電路、專用集成電路和計算機控制的出現，使高性能交流調速系統應運而生，交直流拖動按調速功能分工的格局終于被打破了[1]。交流調速性能完全達到了與直流調速性能相媲美的程度，而交流電機的優勢則轉化成為了其調速系統的優勢。于是，交流調速拖動取代直流調速拖動的呼聲日益高漲，交流調速控制系統已成為當前電力拖動調速控制的主要發展方向。目前，變頻調速技術受到交流調速技術和微機控制技術發展的影響，其研究和應用將朝著高性能交流變頻調速和特大容量、極高轉速的交流變頻調速方向發展[2]。
該文針對異步電機變頻技術進行檢索，以CNABS和DWPI專利數據庫中的檢索結果為分析基礎，從專利文獻的視角對異步電機變頻調速技術的發展進行了全面的統計，總結了異步電機變頻相關技術的國內和國外專利的申請趨勢、申請人分布，探討異步電機變頻技術研究現狀與發展趨勢，為相關技術研究人員的研發方向和專利戰略提供參考信息，也為相關企業科技管理人員對技術發展政策的制定提供參考。
1 異步電機變頻技術專利布局分析
該文分別在中國專利文摘數據庫CNABS和英文摘要數據庫DWPI中對異步電機變頻調速技術進行檢索，其中CNABS數據庫收錄了1985年以來中國所有的專利文摘信息，DWPI數據庫收錄了1948年至今47個國家和組織的專利文獻，并人工改寫了摘要等信息。
在這兩個數據庫中采用異步電機變頻技術領域通用的關鍵詞表述，將檢索結果進行人工瀏覽降噪，獲得國外發明專利申請345件，中國發明專利申請761件。
1.1 發明專利申請年度分析
圖1示出了異步電機變頻調速技術國外專利申請趨勢，大致可以分為三個時期，各時期劃分別以申請量增長率的變化為標準。
第一時期為技術萌芽期（1979年之前）。20世紀70年代以前，實用的靜止變頻器沒有問世，交流電機主要用于拖動場合，較少用于調速。高性能的交流調速技術還停留在理論上的期望階段。從圖1中可以看出，在1979年之前，異步電機變頻調速技術的發明專利申請量很少。1979至1991年，異步電機變頻技術相關發明專利申請量快速增長，在1983年的時候達到頂峰。1983年之后，國外的申請量總體有所下滑，但是仍然比1979年以前的申請量有較大的增長。在冷戰的國際背景下，到1991年，申請量達到最低值。1991年后，異步電機變頻調速技術專利申請再次逐漸增多。這一時期的發明專利技術主要集中在采用直接轉矩的方式進行異步電機變頻調速。主要原因為1985年德國學者Depenbrock提出了異步電動機的直接轉矩控制理論。從2001年起，關于異步電機變頻調速技術的專利的申請量處于穩定期。在這一時期，相關專利主要集中在基于矢量控制理論在變頻調速技術中的運用以及無位置傳感器的控制系統的相關研究方面。
圖2示出了關于異步電機變頻調速技術中國專利申請趨勢，與國外專利申請相比較，中國專利申請大致也可以分為三個階段，第一階段為萌芽期（1985-2001年），第二階段為發展期（2002-2007年），第三階段為快速增長期（2008-2013年）。1985-2001年，中國專利關于異步電機變頻調速領域的專利申請數量很少。而在這一時期，國外在異步電機變頻調速技術領域已經經過了兩次發展期，分別為基于電力電子技術和集成電路技術而發展起來的變頻調速技術，和以直接轉矩控制為基礎的變頻調速技術。2002-2007年，中國的專利申請總體呈現上升趨勢，且每年的申請量趨于平緩的上升趨勢。在該階段，中國申請的申請人主要分布在高校和個人申請，其中，個人申請占有很大部分。經過對這些個人的百度分析，發現他們大多是從國外留學回來的教師。從整個申請量和申請人分布上來看，一方面當時中國的專利申請意識還不強，另一方面反映了在這一階段中國對異步電機變頻技術的研究還很緩慢，生產應用也不足，因此企業申請量還很少。2008年開始，中國有關異步電機變頻調速技術的專利申請大量增多，這六年的申請量是前二十年申請總量的近兩倍。
1.2 重要申請人分布情況分析
本節從國內外專利申請重要申請人方面對異步電機變頻調速技術相關專利做進一步分析，主要考慮申請人歷年的申請總量，按照申請總量進行排名，取前10名申請人進行分析。
圖3示出了國外專利申請量排名前10名的申請人，分別是：（1）東芝照明技術株式會社（日本）；（2）株式會社日立信息通信工程 （日本）；（3）富士電機株式會社（日本）；（4）三菱電機株式會社（日本）；（5）西門子公司（德國）；（6）ABB公司（美國）；（7）株式會社明電舍（日本）；（8）通用電氣公司（美國）；（9）羅伯特?博世有限公司（德國）；（10）AS MOLD POWER CYBER（蘇聯）。排在前10名的申請人主要集中在美日德三個國家。而前四名均被日本公司占據。
圖4為中國專利申請量排名前10名的申請人，分別是：（1）浙江大學；（2）盧驥；（3）清華大學；（4）永濟新時速電機電器有限責任公司；（5）襄樊宇清電動汽車有限公司；（6）沈陽工業大學；（7）襄樊特種電機有限公司；（8）華南理工大學；（9）湘潭電機股份有限公司；（10）汪┥。
在中國關于異步電機變頻調速技術的申請主要為高校申請和企業申請。根據前面的分析可以知道，在異步電機變頻調速技術領域，國外的研究主要集中在1979-2001年。而中國在這個領域的發展明顯滯后于國外，主要是在2007年之后開始快速發展。總體而言，中國對于異步電機變頻調速技術領域的研究滯后于其他國家，尤其是日本、美國、德國這些變頻調速技術領域的強國。
2 結語
該文通過對國內外異步電機變頻調速領域的發明專利申請的分析，分別從申請的總體情況、申請量年度分析、申請人分布情況以及關鍵技術方面進行了分析。通過對異步電機變頻調速技術的國內外專利申請量的分析可以看出，中國在異步電機變頻調速技術領域研究遲緩，錯過了兩次發展熱潮，相關專利申請很少。隨著近年來人們專利意識的提高，以及市場對變頻器需要的增多，有關異步電機變頻調速技術的中國專利申請量快速增長。近年來，國內外對于變頻器的要求主要在于其節能性、產品質量的提高、設備合理化等方面。從技術角度看，變頻調速技術在平滑起動、力矩和定位控制、減噪等方面還需要提高，有學者提出了通用變頻器的研究，相關專利申請較少，相關企業可加大對這些領域的研究。通過對專利申請內容的分析可知，中國專利申請的整體技術有待提高，國內申請人專利撰寫的能力需要將強。同時，企業應加強對專利的布局，提高對異步電機變頻調速相關技術領域出現的新技術和新方法的敏感性，積極研究核心技術，防止國外相關領域的專利申請對我國企業的發展產生制約。同時，企業可加強與高校或研究機構的合作，利用高校或研究機構在理論研究上的優勢和企業自身產業制造的能力，將專利技術轉化到產業制造上。
參考文獻
[1]李春文，張愛芳，曹玲芝，等.交流異步電機變頻調速系統研究綜述[J].科技資訊，2009（33）：47.
