变频器与CST的比较

Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date变频器与CST的比较变频器与CST的比较变频器与CST的比较就皮带用变频器与CST的方案进行对比1、变频器变频器由调速的数学模型所致，为电机提供一个频率可调的电源，节能减耗，变频器大显身手。降低能耗不是单纯的节能，它涉及能源开采，加工到下游能源使用的各个环节。这就要求我们提高能源开发、生产、加工环节的效率、减少浪费；要采用节能、降耗、节水、环保的先进技术设备和产品，改造或淘汰消耗高、污染大的落后生产能力、工艺和产品。从上游的石油、天然气、煤炭开采，到能源输送以及发电，到下游的石化、钢铁、汽车生产直至后期的水处理、环保，无所不及。2、CST CST是一种机械系统、液压系统、冷却系统和电气系统的联合体，集油、水、电三能为一体。CST是利用调节二个调节阀片间的油膜间距来实现力矩的传递，达到软起动的效果。其优点是起动时能出大力矩，达到无级调速。其缺点一是价格贵，初期投资大；二是必须采用专用油，且油价昂贵，维护难度及成本相对较高；三是同可调性液力偶合器，其高位调节片不能长时间离开高位置，发热较严重；四是CST基本没有节能功效，达不到节能效果。由于机械原因，使用时间长，间隙增大，一年后便开始发生漏油现象。变频的同时也必须变压，V/f恒定控制的实质意义就是与直流调速相等，达到磁场恒定，电枢可逆的调速方式。因交流电动机是个多变量、强耦合和非线性被控对象，仅用电压/频率（V/f）恒定控制，不能满足对调速系统的要求，故一级调速均采用矢量控制，它以交流电机的双轴理论为依据，在同步旋转坐标中把定子电流矢量分解为两个分量，一个分量与转子磁链矢量重合，称为励磁电流分量；另一个分量与转子磁链矢量垂直，称为转矩电流分量，通过控制定子电流矢量在旋转坐标中的位置及大小，即可控制励磁电流分量和转矩电流分量的大小，达到直流电动机那样对磁场和转矩的解耦控制。目前煤矿用的变频器多般为这一类型的变频器。直接转矩控制避开了矢量控制中的两次坐标变换及求矢量的模与相角的复杂计算，直接在定子坐标系上计算电机的转矩与磁通，通过转矩控制，使转矩响应时间控制在一拍以内，且无超调，控制性能比矢量控制还好。2.2、控制方式和运行方式 控制方式有V/F恒定控制，适用于水泵、风机一类轻负载；矢量控制和直接转矩控制适用于重负载或需要恒转矩的工况。运行方式：有两相限和四象限运行。2.2.1、矢量控制 矢量控制的基本思想是仿照直流电动机的调速特点，是异步电动机的转速能通过控制两个相互垂直的直流磁场来进行调节。其主要依据：1) 产生旋转磁场。l 三相交流电的合成磁场；l 两相交流电的合成磁场以及本身旋转的直流磁场。2）以所产生的旋转磁场相同为原则，通过三相两相和同步等各种磁动势之间的旋转变换，把交流异步电动机在按转子磁链定向的同步旋转坐标上等效成直流电动机，从而模仿直流电动机进行控制，得到在静、动态性能上完全能够与直流调速系统相媲美的交流调速系统。矢量控制强调转子磁链与转矩的解耦，实现连续控制，调速范围较宽。2.2.2、直接转矩控制 直接转矩控制与矢量控制不同，直接转矩控制放弃了旋转坐标变换，而是在静止两相坐标系上控制转矩和定子磁链，以获得快速的转矩响应。直接转矩控制强调控制定子磁链，不受转子参数随转速变化而变化，避开了旋转坐标变换，简化了控制结构，动态响应快。以矢量控制的变频器为例，其特点是：a) 先进的矢量控制技术矢量控制技术将直流控制中的双闭环（速度环、电流环）调节控制通过三相两相变换和同步旋转变换，把交流异步电动机在按转子磁链定向的同步旋转坐标上等效成直流电动机，从而模仿直流电动机进行控制，得到在静、动态性能上完全能够与直流调速系统相媲美的交流调速系统。矢量控制强调转子磁链与转矩的解耦，实现连续控制，调速范围较宽，且控制用数学模型多为矩阵模型，由小到大渐进，噪声小。矢量控制技术中由于采用FORCE技术，当使用编码器反馈时，调速精度可达0.001%，转矩调整率为2%，其性能相当于大功率的直流调速装置；在无编码器反馈得精确的速度和转矩控制，使变频器应用范围更广泛。采用FORCE技术后，在零转速下可获得强大的、精确的输出转矩。变频器的这种“零转速时的满转矩输出”特性，应用在具有位能性负载的场合是非常适宜的。b) 先进的IGBT功率模块，功率损耗小c) 自动换向变频技术四象限运行，当电动机减速制动时，从逆变器反馈的再生功率使变频控制装置内直流母线电压升高，变频控制装置内控制芯片发出指令，使输入电流相位与电源电压相位相反将电动机再生能量反馈到电网中，实现电动机的能量再生制动。d) 先进的机械制动应用技术在绞车控制系统中要求变频器在四个象限运行、200%力矩启动、启动次数频繁等苛刻条件下工作，变频器如果在没有力矩输出时就打开抱闸是很危险的，不符合煤矿提升绞车安全检验规范的要求。变频器的机械制动采用电流互感器检测输出电流，进行向量分解以检测电机定子磁场位置，经计算反馈给控制器处理电压、频率。整个过程在极短时间内循环完成一次。当输出力矩足够大（大于150%）时打开抱闸，运行时电机处理将自动保持在能够克服的摩擦力和运行的加速度上，不会溜车。e) 变频器能提供无温度传感器的温度自动补偿，保证转矩输出与期望的转矩一致；f) 具有PROFIBUS-DP通讯接口，便于和PLC及上位机通讯组网；g) 变频器具有以下诊断和保护功能：失压检测与脱扣；过压检测与脱扣；过流检测与脱扣；温度过高检测与脱扣；外部脱扣信号检测与脱扣；变频器输出端短路检测与脱扣；接地故障检测与脱扣；电动机失速保护；电子式I2t电动机保护；32条故障信息缓冲区；32条报警信息缓冲区；h) 与防爆变频器配套的进线电抗器、输出电抗器或滤波器和自耦变压器保证了电机反馈的再生能量接近正弦波，不会污染电网和干扰其他设备的正常工作。若采用ABB公司生产的变频器，则其控制方式为直接转矩控制。皮带机用变频器及CST技术方案对比 调速方式比较项目变频调速CST调速原理改变电源频率，实现无极调速改变油膜间距，实现软起动，它没有调速功能，故不是调速装置，仅是软起动器。适用电机异步鼠笼电机、同步机异步鼠笼电机最佳调速范围0100%30%70%n启动方式通过调节f，实现软起、软停和过程控制，即：可根据皮带的负载情况进行速度调节。通过调节油膜间距，实现软起动，不能实现过程控制。控制. 通过电气的参数和CPU的运算，结合软件的功能，实现对速度和转矩精确、快速的控制，精度远高于CST；. 通过电流与速度闭环，实现系统双闭环控制；. 通过通讯方式，实现主从联动，达到多台电机的功率平衡。. 改变油膜间距调节输出力矩，实现开环控制；. 靠液压传递力矩，增加中间环节，精度与效率较低；. 运行速度比变频器慢，变频器是ms级，CST为s级；. 油需要经常更换且更换油时需停车，造成设备运行时间的缩短，减少运行时间。停车变频器停车有自由停车和变频停车两种，真正意义上实现软停车，能解决下运及紧急停车的问题，并将多余的能量回馈到电网。CST的软停不是实际意义上的软停，同液力耦合器，下运时重载停车须用CSB实现软停，将能量消耗在油中。传动效率电的环节少，故传动效率可达95%以上。因CST是机械传动，在调速系统中增加了一个机械环节，故传动效率比变频器低，约在90%左右。多台电机空载运行电机空载运行时，变频器能有效的调节运行速度（可以低频运行），节能明显。CST的调节不能实现速度可调，它的速度输出是一个固定值，短时有点调节，但不节能，无意义。稳定性. 基本无故障；. 大功率变频器均采用12脉波以上调速，11次以下谐波过滤器，并通过EMC装置将13次以上高次谐波滤掉；. 变频器通过电气回路连接，在紧急情况下可以通过旁路应急，保证系统的不间断运行。. CST靠机械连接在电机和皮带之间，稳定性较差，一旦CST故障，整个系统都要停止，没有办法跨过CST运行；. 不受电压限制，无谐波，但机械噪声大；. 系统的复杂性决定了其故障率较高。节能变频器能在任意频率下，只要电机转速超过同步转速，就能将多余的能量回馈到电网，节能效果明显，达30%以上。基本无节能功效。土建工程量因能源单一，且模块化柜体设计，故工程施工量小。由于CST由机械传动系统，液压系统、冷却系统及电气系统四个部分组成，除电气外，其他几个部分庞大，故工程量较大，占地也大。技术维护基本免维护维护量较大，成本相对较高；须用专用油，据08年的价格：每桶油4万美金，650KW以上全年需用油3-4桶，且随机械运行时间的增加，机械间隙增大，连续运行一年后，CST开始漏油，发热严重。备品备件设备主要为模块化的电子元器件，备品备件充足，更换方便。备品备件成本较高，特别是油价浮动。故障率基本无故障。由于系统的复杂性，决定了其故障率较高。对电网污染较大，但通过12脉动处理及EMC滤波装置后可使谐波降至4%左右。无初期投资初期投资650KW以下;与CST相当，650KW2000KW比CST便宜;2500KW以上，比CST贵20%35%。初期投资高，660V 450KW-650KW与变频器价格相当，但650KW以上比变频器贵30%-60% 投资回报率比较节能效果好，维护量小，运行周期长，大大提高变频器的回报率，当年所节电费，可收回电控系统初期投资。节能效果不明显，基本没有节能功效，回报率低。-