西门子模块6ES7231-7PD22-0XA8规格齐全

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   异步电动机是电力、化工等生产企业*主要的动力设备。作为高能耗设备，其输出功率不能随负荷按比例变化，大部分只能通过挡板或阀门的开度来调节，而电动机消耗的能量变化不大，从而造成很大的能量损耗。近年来，随着变频器生产技术的成熟以及变频器应用范围的日益广泛，使用变频器对电动机电源进行技术改造成为各企业节能降耗、提率的重要手段。

1　变频调速原理

  n＝60 f（1－s）/p        （1）
式中　n———异步电动机的转速；
      f———异步电动机的频率；
      s———电动机转差率；
  　p———电动机极对数。
由式（1）可知，转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速，当频率f在0～50Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频调速就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的。
变频器主要采用交—直—交方式，先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再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。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。

2　谐波抑制

变频器使用的突出问题就是谐波干扰，当变频器工作时，输出电流的谐波电流会对电源造成干扰。虽然各变频器厂家对变频器谐波的治理均采取了措施且基本达到国家标准要求，但谐波仍然是变频器选型和使用中*需要关注的问题。

变频器的输出电压中含有除基波以外的其他谐波。较低次谐波通常对电机负载影响较大，引起转矩脉动，而较高的谐波又使变频器输出电缆的漏电流增加，使电机出力不足，故变频器输出的高低次谐波都必须抑制。

由于变频器的整流部分采用二极管不可控桥式整流电路，中间滤波部分采用大电容作为滤波器，所以整流器的输入电流实际上是电容器的充电电流，呈较陡的脉冲波，其谐波分量较大。为了谐波，主要采用以下对策：

a.增加变频器供电电源内阻抗　通常情况下，电源设备的内阻抗可以起到缓冲变频器直流滤波电容的无功功率的作用。这种内阻抗就是变压器的短路阻抗。当电源容量相对变频器容量越小，内阻抗值相对越大，谐波含量越小；电源容量相对变频器容量越大，则内阻抗值相对越小，谐波含量越大。所以选择变频器供电电源变压器时，*好选择短路阻抗大的变压器。
    b.安装电抗器　安装电抗器实际是从外部增加变频器供电电源的内阻抗。在变频器的交流侧或变频器的直流侧安装电抗器或同时安装，可抑制谐波电流。
c.变压器多相运行　通常变频器的整流部分是6脉波整流器，所以产生的谐波较大。应用变压器的多相运行，如使相位角互差30°的Y－△、△－△组合的2台变压器构成相当于12脉波整流器，则可减小谐波电流，起到谐波抑制作用。
d.调节变频器的载波比　提高变频器载波比，可有效抑制低次谐波。
e.应用滤波器　滤波器可检测变频器谐波电流的幅值和相位，并产生与谐波电流幅值相同、相位相反的电流，从而有效地吸收和谐波电流。

3　负载的匹配

3.1　平方转矩负载

风机类、泵类负载是工业现场应用*多的设备，变频器在这类负载上的应用*多。它是一种平方转矩负载。一般情况下，具有U/f＝const控制模式的变频器基本都能满足这类负载的要求，下面根据这类变频器的主要特点介绍选型时需要注意的问题。
3.1.1　避免过载
风机和水泵一般不过载，选择变频器的容量时保证其稍大于或等于电动机的容量即可；同时选择的变频器的过载能力要求也较低，一般达到120％，1min即可。但在变频器功能参数选择和预置时应注意，由于负载的阻转矩与转速的平方成正比，当工作频率高于电动机的额定频率时，负载的阻转矩会超过额定转矩，使电动机过载。所以，要严格控制*高工作频率不能超过电机额定频率。

3.1.2　启/停时变频器加速时间与减速时间的匹配

    由于风机和泵的负载转动惯量比较大，其启动和停止时与变频器的加速时间和减速时间匹配是一个非常重要的问题。在变频器选型和应用时，应根据负荷参数计算变频器的加速时间和减速时间来选择*短时间，以便在变频器启动时不发生过流跳闸和变频器减速时不发生过电压跳闸的情况。但有时在生产工艺中，对风机和泵的启动时间要求很严格，如果上述计算的时间不能满足需求时，应该对变频器进行重新设计选型。

3.1.3　避免共振

由于变频器是通过改变电动机的电源频率来改变电机转速实现节能效果的，就有可能在某一电机 转速下与负荷轴系的共振点、共振频率重合，造成负荷轴系不能容忍的振动，有时会造成设备停运或设备损坏，所以在变频器功能参数选择和预置时，应根据负荷轴系的共振频率，通过设定跳跃频率点和宽度，避免系统发生共振现象。

3.1.4　憋压与水锤效应

泵类负载在实际运行过程中，发生憋压和水锤效应，所以变频器选型时，在功能设定时要针对这个问题进行单独设定。
a.憋压　泵类负载在低速运行时，由于关闭出口门使压力升高，从而造成泵汽蚀。在变频器功能设定时，通过限定变频器的*低频率来限定泵流量的临界点*低转速，可避免此类现象的发生。
b.水锤效应　泵类负载在突然断电时，由于泵管道中的液体重力而倒流。若逆止阀不严或没有逆止阀，将导致电机反转，因电机发电而使变频器发生故障或烧坏。在变频器系统设计时，应使变频器按减速曲线停止，在电机完全停止后再断开主电路，或者设定“断电减速停止”功能，可避免该现象的发生。

3.2　恒转矩负载

带式输送机是恒转矩负载的典型例子。恒转矩负载的基本特点为，在负荷一定的情况下，负载阻转矩取决于皮带与滚筒间的磨擦阻力和滚筒的半径。这类负载转矩和转速的快慢无关，所以在调节转程中，负载的阻转矩保持不变。
恒转矩负载在选择变频调速系统时，除了按常规要求外，应对变频器的控制方式进行选择。
a.负荷的调速范围。在调速范围不大的情况下，选择较为简易的V/F控制方式的变频器。当调速范围很大时，应考虑采用有反馈的矢量控制方式。
    b.恒转矩负载只是在负荷一定的情况下负载阻转矩是不变的，但对于负荷变化时其转距仍然随负荷变化。当转矩变动范围不大时，可选择较为简易的V/F控制方式的变频器，但对于转矩变动范围较大的负载，应考虑采用无反馈的矢量控制方式。
c.如果负载对机械特性的要求不高，可考虑选择较为简易的V/F控制方式的变频器，而在要求较高的场合，则必须采用有反馈的矢量控制方式。

变频调速技术有着很好的发展及应用前景。本文概述变频调速技术在我国的发展和应用及以后我们在此方面应做的工作。 

    近10年来，随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，电气传动技术面临着一场历史，即交流调速取代直流调速和计算机数字控制技术取代模拟控制技术已成为发展趋势。电机交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。变频调速以其优异的调速和起制动性能，率、高功率因数和节间效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为*有发展前途的调速方式。

    1 我国变频调速技术的发展概况

    电气传动控制系统通常由电动机、控制装置和信息装置3部分组成。电气传动关系到合理地使用电动机以节约电能和控制机械的运转状态（位置、速度、加速度等），实现电能-机械能的转换，达到优质、高产、低耗的目的。电气传动分成不调速和调速两大类，调速又分交流调速和直流调速两种方式。不调速电动机直接由电网供电，但随着电力电子技术的发展这类原本不调速的机械越来越多地改用调速传动以节约电能（节约15%～20%或更多），改善产品质量，提高产量。在我国60%的发电量是通过电动机消耗的，因此调速春传动是一个重要行业，一直得到国家重视，目前已有一定规模。

    近年来交流调速中*活跃、发展*快的就是变频调速技术。变频调速是交流调速的基础和主干内容。上个世纪变压器的出现使改变电压变得很容易，从而造就了一个庞大的电力行业。长期以来，交流电的频率一直是固定的，变频调速技术的出现使频率变为可以充分利用的资源。

    我国电气传动产业始建于1954年当时第一批该专业范围内的学生从各大专院校毕业，同时在机械工业部属下建立了我国第一个电气传动成套公司，这就是后来天津电气传动设计研究所的前身。我国电气传动与变频调速技术的发展简使见表1。现在我国已有200家左右的公司、工厂和研究所从事变频调速技术的工作。

    我国是一个发展中国家，许多产品的科研开发能力仍落后于发达国家。至今自行开发生产的变频调速产品大体只相当于国际上80年代水平。随着**，经济高速发展，形成了一个巨大的市场，它既对国内企业，也对外国公司敞开。很多*先进的产品从发达国家进口，在我国运行良好，满足了我国生产和生活需要。 国内许多合资公司生产当今国际上先进的产品，国内的成套部分在自行设计制造的成套装置中采用外国进口公司和合资企业的先进设备，自己开发应用软件，能为国内外重大工程项目提供一流的电气传动控制系统。虽然取得很大成绩，但应看到由于国内自行开发、生产产品的能力弱，对国外公司的依赖性严重。

目前国内主要的产品状况如下:

    (1) 晶闸管交流器和开关断器件（DJT、IGBT、VDMOS）斩波器供电的直流调速设备。这类设备的市场很大，随着交流调速的发展，该时常虽在缩减，但由于我国旧设备改造任务多，以及它在几百至一千多kW范围内价格比交流调速低得多，所以在短期内市场不会缩减很多。国产设备能满足需要，部分出口。自行开发的控制器多为模拟控制，近年来主要采用进口数字控制器配国产功率装置。

    (2) IGBT或BJT PWM逆变器供电的交流变频调速设备。这类设备的市场很大，总容量占的比例不大，但台数多，增长快，应用范围从单机扩展到全生产线，从简单的V/f控制到高性能的矢量控制。约有50家工厂和公司生产，其中合资企业占很大比重。

    (3) 负载换流式电流型晶闸管逆变器供电的交流变频调速设备。这类产品在抽水蓄水能电站的机组起动，大容量风机、泵、压缩机和轧机传动方面有很大需求。国内只有少数科研单位有能力制造，目前容量*大做到12MW。功率装置国内配套，自行开发的控制装置只有模拟式的，数字装置需进口，自己开发应用软件。

    (4) 交-交变频器供电的交流变频调速设备。这类产品在轧机和矿井卷扬传动方面有很大需求，台数不多，功率大。主要靠进口，国内只有少数科研单位有能力制造。目前*大容量做到7000～8000kW。功率部分国产，数字控制装置进口，包括开发应用软件。

    变频调速技术在国民经济和日常生活中的重要地位是由以下因素决定的。

应用面广，是工业企业和日常生活中普遍需要的新技术; 
是节约能源的; 
是国际上技术更新换代*快的领域; 
是高科技领域的综合性技术; 
是替代进口，节约的*大领域之一。
    2 国内外技术现状对比

    2.1 国外现状

    在大功率交-交变频（循环变流器）调速技术方面，法国阿尔斯通已能提供单机容量达3万kW的电气传动设备用于船舶推进系统。在大功率无换向器电机变频调速技术方面，意大利ABB公司提供了单机容量为6万kW的设备用于抽水蓄能电站。在中功率变频调速技术方面，德国西门子公司Simovert A电流型晶闸管变频调速设备单机容量为10 ~ 2600 kVA和Simovert P GTO PWM变频调速设备单机容量为100 ~ 900 kVA，其控制系统已实现全数字化，用于电力机车、风机、水泵传动。在小功率交流变频调速技术反面，日本富士BJT变频器*大单机容量可达700 kVA，IGBT变频器已形成系列产品，其控制系统也已实现全数字化。

    国外交流变频调速技术高速发展有以下特点。

    (1) 市场的大量需求。随着工业自动化程度的不断提高和能源全球性短缺，变频器越来越广泛地应用在机械、纺织、化工、造纸、冶金、食品等各个行业以及风机、水泵等的节能场合，应取得显著的经济效益。

    (2) 功率器件的发展。近年来高电压、大电流的SCR、GTO、IGBT、IGCT等器件的生产以及并联、串联技术的发展应用，使高抵押、大功率变频器产品的生产及应用成为现实。

    (3) 控制理论和微电子技术的发展。矢量控制、磁通控制、转矩控制、模糊控制等新的控制理论为高性能的变频器提供了理论基础；16位、32位高速微处理器以及信号处理器（DSP）和专用集成电路（ASIC）技术的快速发展，为实现变频器高精度、多功能提供了硬件手段。

    (4) 基础工业和各种制造业的高速发展，变频器相关配套件社会化、专业化生产。

    2.2 国内现状

    从总体上看我国电气传动的技术水平较国际水平差距10 ~ 15年。

    在大功率-交、无换向器电机等变频技术方面，国内只有少数科研单位有能力制造，但在数字化及系统可靠性方面与国外还有相当差距。而这方面产品在诸如抽水蓄能电站机组起动及运行、大容量风机、压缩机和轧机传动、矿井卷场方面有很大需求。在中小功率变频技术方面，国内几乎所有的产品都是普通的V/f控制，仅有少量的样机采用矢量控制，品种与质量还不能满足市场需要，每年大量进口。