摘要：变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，其电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制四个部分组成。现在我们使用的变频器主要采用交-直-交控制方式（VVVF变频或矢量控制变频）。在现代工业领域, 变频调速普遍使用于各种调速系统中，为实现能源的充分利用和生产工艺的需求。
关键词：变频器；IGBT；恒压供水；节能
一、变频器工作原理
变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。主要由主电源进线回路、整流器、直流环节、逆变器、控制回路构成。变频器的结构形式如图所示:
我们现在使用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。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率。
二、变频器控制方式
通用变频输出电压为380～650V，输出功率为0.75～400kW，工作频率为0～400Hz，它都的主电路采用交—直—交电路。其控制方式有以下几种。
（1）U/f=C的正弦脉宽调制（SPWM）控制方式
其特点是控制电路结构简单、成本较低，机械特性硬度也较好，能够满足一般传动的平滑调速要求，已在产业的各个领域得到广泛应用。但是，这种控制方式在低频时，由于输出电压较低，转矩受定子电阻压降的影响比较显著，使输出最大转矩减小。另外，其机械特性终究没有直流电动机硬，动态转矩能力和静态调速性能都还不尽如人意，且系统性能不高、控制曲线会随负载的变化而变化，转矩响应慢、电机转矩利用率不高，低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而性能下降，稳定性变差等。因此人们又研究出矢量控制变频调速。
（2）电压空间矢量（SVPWM）控制方式
它是以三相波形整体生成效果为前提，以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的，一次生成三相调制波形，以内切多边形逼近圆的方式进行控制的。经实践使用后又有所改进，即引入频率补偿，能消除速度控制的误差；通过反馈估算磁链幅值，消除低速时定子电阻的影响；将输出电压、电流闭环，以提高动态的精度和稳定度。但控制电路环节较多，且没有引入转矩的调节，所以系统性能没有得到根本改善。
（3）电流矢量控制（VC）方式
矢量控制变频调速的做法是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流Ia、Ib、Ic通过三相－二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1、Ib1，再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1、It1（Im1相当于直流电动机的励磁电流；It1相当于与转矩成正比的电枢电流），然后模仿直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变换，实现对异步电动机的控制。其实质是将交流电动机等效为直流电动机，分别对速度，磁场两个分量进行独立控制。通过控制转子磁链，然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量，经坐标变换，实现正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有划时代的意义。
三、变频器在恒压供水系统中的应用
（1）恒压供水
在工厂恒压供水系统中,采用电动机调速装置作为控制系统，利用变频器内部的PID功能实现工业过程的闭环控制，在管网流量变化时达到稳定供水压力和节约电能的目的。系统的控制目标是泵站总管的出水压力，系统设定的给水压力值与反馈的总管压力实际值进行比较，其差值经过运算处理后，发出控制指令，控制泵电动机的投运台数和运行变量泵电动机的转速,从而达到给水总管压力稳定在设定的压力值上。PID控制原理如图所示:
水泵供水系统具有管网特性曲线，即通道管网的流量与所消耗的能量之间的关系曲线，它同时表明水泵的能量用来克服泵系统的水位及压力差，液体在管道中流动的阻力。
水泵运行工作点位置与水泵负载有关，在水泵负载经常变化的情况下，水泵不能总处在高效区域里工作。为使水泵适应外界负载变化的要求。我们可采用变速调节，即在管网特性曲线基本不变时，采用改变水泵转速来改变泵的Q—H特性曲线。从而改变它的工作点，达到即改变流量又能保证水泵恒定和输入功率减少的目的。
（2）系统优点:
1、恒压供水技术因采用变频器改变电动机电源频率，而达到调节水泵转速改变水泵出口压力，比靠调节阀门的控制水泵出口压力的方式，具有降低管道阻力大大减少截流损失的效能。
2、电机循环软启动，避免了在频繁启动时，较大的启动电流对供电系统、配电设备和电机的冲击，延长了电气设备、水泵及管网的使用寿命，减少了检修维护费用及工作量，提高了供水安全。
3、因实现恒压自动控制，不需要操作人员频繁操作，降低了人员的劳动强度，节省了人力。
4、水泵电动机采用软启动方式，按设定的加速时间加速，避免电动机启动时的电流冲击，对电网电压造成波动的影响，同时也避免了电动机突然加速造成泵系统的喘振。
5、由于变量泵工作在变频工作状态，在其运行过程中其转速是由外供水量决定的，故系统在运行过程中可节约可观的电能，其经济效益是十分明显的。由于其节电效果明显，所以系统具有收回投资快，而长期受益，其产生的社会效益也是非常巨大。
四、结束语:
作为大型现代化炼油化工企业, 在生产过程中我们更应该广泛应用变频技术,满足生产工艺,提高生产效率,节能降耗,为国家,社会做出应有的贡献。
参考文献：
吴忠智，吴加林《变频器原理及应用指南》
韩安荣《通用变频器及其应用》（第２版）
论文作者:王海英,董伶
论文发表刊物:《电力设备》2019年第8期
论文发表时间:2019/9/18
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