四象限变频器产品介绍1.doc

四象限变频器

产品介绍

武汉市晶鑫新能源技术有限公司

前 言

我国的新能源的开发利用与节能减排新技术的推广应用相对滞后，加之环境的压力，使得党和政府对新能源的开发利用和节能减排新技术的推广应用倍加重视。2012年6月16日国务院印发的《“十二五”节能环保产业发展规划》中指出节能环保产业是指为节约能源资源、发展循环经济、保护生态环境提供物质基础和技术保障的产业，是国家加快培育和发展的7个战略性新兴产业之一。加快发展节能环保产业，是调整经济结构、转变经济发展方式的内在要求，是推动节能减排，发展绿色经济和循环经济，建设资源节约型环境友好型社会，积极应对气候变化，抢占未来竞争制高点的战略选择。

节能减排是我国环保政策的主要目的，从相关数据来看，电机系统是我国重要的工业耗能设备之一，每年的耗电量可以达到1.2万千瓦，占据工业耗电的60%-70%，是全国总耗电量的50%，提高我国电机系统的效率迫在眉睫，如果将我国所有电机系统节能改造的效率提高5%则每年可以节省一个三峡的发电量，由于电机的能耗巨大，我国也出台了多项关于电机节能的政策，其中包含了技术开发和电机领域节能产品应用的相关政策。

我司自2009年开始进行四象限变频器开发和研制工作。目前为止已经形成380V 、660V 两个系列功率等级的成熟的产品和技术，并广泛应用于钢铁和油田等领域，2014年8月在国家电网中国电科院检测中测试一次性通过，成为国内第一家通过检测的四象限变频器，填补了国内此类产品的空白。

目 录

公司简介················································3 四象限变频器介绍········································4

一、 四象限变频器概述···································4

二、 四象限变频器应用领域·······························4

三、 四象限变频器工作原理·······························5

四、 四象限变频器系统构成·······························7

五、 我公司四象限变频器—施姆特四象限变频器·············8

六、 我公司与国外四象限变频器比较·······················8 传统变频器与四象限变频器的对比分析······················9

一、 传统变频器概述·····································9

二、 四象限变频器概述···································9

三、 传统变频器与四象限变频器对比·······················10 施姆特四象限变频器权威鉴定······························12

一、国家电网检测报告····································12

二、江汉油田节能测试报告································14 施姆特四象限变频器技术专利······························16

一、 两项发明专利·······································16

二、 一项实用新型·······································18

三、 一项软件著作权·····································19 施姆特四象限变频器用户使用报告··························20

一、 武汉市恒瑞控制系统工程有限公司用户使用报告·········20

二、 武汉市中威德机电科技发展有限公司用户使用报告·······21

公司简介

武汉市晶鑫新能源技术有限公司成立于1990年，注册资金为600万，是一家以国外最新节能技术为核心、制造和推广工业节能产品的高科技企业，公司于上海、深圳、 武汉等地设立分支机构，产品销售覆盖整个亚太地区。

公司依托华中科技大学电气与电子工程学院，拥有一批包括博导在内的工业控制专家和节能专业技术人才，秉承“专业人作专业事”的理念，为国内外客户厂商提供最前沿的技术和最优质的服务。公司旨在通过其在国外的市场机构，掌握了解国际最新技术资讯及市场动态，结合国内丰富的人力资源（包括科技人才及劳动力），最大可能的发挥其在技术、生产、营销、国际贸易等方面的优势。

公司现主要产品系列有：四象限变频器、变频器、微机控制柜、远程监控单元等主要产品。产品覆盖油田、电梯、起重、制药等行业节能市场，以及太阳能、风能等节能领域。

公司研发中心设立于武汉市，生产、销售中心设立于深圳。由深圳市艾尼柯尔节能科技有限公司利用深圳信息传播快及市场适应强等特点, 建设产品网络销售体系, 拓展国内和国外销售市场, 策划和完成公司拟订的销售目标。

提高变频器的节电率成为现代工业节能领域迫切需求，我司根据这一需求研究开发出四象限变频器以高效率、高功率因数，高回馈以及优异的调速和启制动性能而广受用户青睐，在众多领域开始发挥着重要作用。

四象限变频器介绍

一、 四象限变频器概述

“四象限变频器”是一种能实现电机四象限（正向电动状态，正向发电（制动）状态，反向电动状态，和反向（制动）发电状态）运行的变频器技术，这一技术使得变频器网侧对的电流接近正弦，与网侧相电压同相或反向，即功率因数为1。那么带来的经济效益是非常大的。一方面，可以实现能量回馈的作用，原来消耗在制动电阻上的能量，现可回送至电网。另一方面，功率因数达到0.9998大大提高减小了无功电流分量，以至于在线路上的损耗明显减小。

二、 四象限变频器应用领域

四象限变频器应用领域非常广泛，主要应用在煤炭、石油行业；冶金行业；建材、采矿行业；食品、医药行业；造纸、水泵行业等，特别适用在起重提升、油田、矿井等大惯量负载设备，设备的转动惯量较大，又要强力制动效果的场合或者需要长时间重载电气制动的场合。为了提高节电效果，减少制动过程的能量损耗，将从电机侧回馈的能量反馈到电网，以达到节能、环保的效果。在以下行业的设备上，使用回馈制动更为迫切：

1）油田抽油机（俗称“磕头机”）

2）制药厂内的葡萄糖结晶用的高速分离机。

3）民用食糖-砂糖结晶用的高速分离机

4）混料厂用的涂料混合机、搅拌机

5）塑料常用的染色机、配料机、混合机

6）洗涤厂用的中大型清洗机、脱水机、甩干机

7）各专业离心机械厂的中高速离心机、分离机

8）各种倾倒设备如转炉、钢水包等

9）起重机械如桥式、塔式、门吊的起重主吊钩，当重物下降时的运转状态

10）一切高承载的输送带（例下运物料）

11）矿井中的吊笼（载人或装料），斜井矿车

12）各种闸门的启闭装置

13）造纸的纸辊电动机、化纤机械的牵伸机

14）钢铁企业的辊轧机，翻转机等

三、 四象限变频器工作原理

图1 四象限变频器的电路原理图

如图1所示，四象限变频器的电路有电动状态和发电状态。当电机工作在电动状态的时候，整流控制单元的DSP 产生6路高频的PWM 脉冲控制整流侧的6个IGBT 的开通和关断。IGBT 的开通和关断与输入电抗器共同作用产生了与输入电压相位一致的正弦电流波形，这样就消除了二极管整流桥产生的6K ±1谐波。功率因数高达0.9998。消除了对电网的谐波污染。如图2所示，当能量从电网经由整流回路

和逆变回路流向电机，输入的电压和输入的电流波形图呈正弦波状态。

图2 输入电压和输入电流的波形图

如图3所示，当电动机工作在发电状态的时候，电机产生的能量通过逆变侧的二极管回馈到直流母线，当直流母线电压超过一定的值，整流侧能量回馈控制部分启动，将直流逆变成交流，通过控制逆变电压相位和幅值将能量回馈到电网，

达到节能的效果。此时能量由电机通过逆变侧、整流侧流向电网。输入电抗器的主要功能是电流滤波。

图3 回馈电流和电网测波形图

四、 四象限变频器的系统构成

1、 主回路的构成

预充电电路，输入电抗、智能功率模块，电解电容和输出电抗。各部分的功能列举如下：

1）预充电电路：由交流接触器、功率电阻组成及相应的控制回路。主要功能是系统上电时，完成对直流母线电容的预充电。避免上电时强大的冲击电流烧坏功率模块。

2）输入电抗器：电动状态下起储能作用，形成正弦电流波形。回馈状态下，起滤波作用，滤掉电流波形的高频成分。

3）智能功率模块（SkiiP ）:整流侧和逆变侧IGBT 、隔离驱动、电流检测以及各种保护监测功能。

4）电解电容：储能，滤波。

5）输出电抗：降低输出dv/dt，对电机起到一定的保护作用。

2、控制部分组成

系统辅助电源模块，预充电控制，功率接口板，DSP 控制板及人机接口板。

1）系统辅助电源产生系统控制所需的5V 、15V 和24V 电源；

2）预充电控制用于控制预充电交流接触器的动作；

3）功率接口板反馈系统控制所需的电流信号，电压信号及温度信号，并且传递PWM 控制波形到驱动板。接口板要对信号进行滤波处理；

4）DSP 控制板完成整流，逆变PWM 控制算法，系统的大脑。

5）人机接口板显示变频器运行的各种状况以及用户参数输入。

五、 我公司四象限变频器——施姆特四象限变频器

型号：SMT-M75-4

六、 我公司与国外四象限变频器比较

传统变频器与四象限变频器的对比分析

一、传统变频器概述

传统变频器利用固态电子器件的电力电子系统，输入及输出都是交流的电压，应用变频驱动技术改变交流电动机工作电压的频率和幅度，来平滑控制交流电动机速度及转矩，电机在两象限运行，输出是利用逆变器，用脉冲宽度调变（PWM ）的方式输出交流电压，其中弦波PWM （SPWM ）是最直接调整电动机电压及频率的方式，传统变频器的谐波大、对电网污染大、势能制动产生的电能浪费。

二、四象限变频器概述

四象限变频器于传统变频器相比，可明显减少对电网的影响，直流侧稳定可控文波小，逆变侧电机的启动完全没有冲击电流，运动控制可做到1s 内从正最高速到负最高速转变，速度精度在1rpm 以内。其特点在于：

（1）可减少谐波对电网影响

普通鼠笼式电动机直接接电网运行，或接通用变频器运行时，特别是接通用变频器运行，会对电网造成很大的谐波污染，通用变频器的二极管空整流是的电网侧的电流波形为双驼峰波形，畸变严重。若在网运行的通用变频器数目较大，有可能导致供电变压器发热加剧，最终可能导致供电电网的崩溃。而四象限变频器的输入电流接近于标准正弦波，其总谐波含量THD

（2）可减少无功电流以及线路损耗

鼠笼式异步电机直接挂网运行，或经过通用变频器变频运行时，

功率因数较低。这意味着，电机运行时会从电网吸收很大的无功功率。无功功率虽然没有真正消耗，但是它的存在使得电网和设备之间有较大的功率交换，在交换的过程中必然会造成线路损耗。四象限变频器的使用可以使得电网侧的电流和电压同相位，即功率因数为1。那么电机运行时的效率可明显提高。 （3）可实现对电机的有效控制

鼠笼式异步电机在运行时可能要面对各种工况，或快速的改变运动状态。为了使得电机能够游刃有余的面对这些工况和要求，所研制的四象限变频器具有，开环V/F运行模式、无功电流闭环的V/F运行模式、转子磁场定向的矢量控制模式、基于模型参考自适应的无速度传感器矢量控制模式。其动态性能的实现不在受到直流母线波动的制约，其动态特性可展现得淋漓尽致。

（4）可以将电动机的势能和制动产生的电能反送到电网达到节电目的，以达到彻底节能的效果。与国内外同内技术产品性能比较，优势十分明显。

三、传统变频器与四象限变频器对比

（四象限变频器波形图）

图4 传统变频器波形图 图5 四象限变频器波形图

施姆特四象限变频器权威鉴定

一、国家电网检测报告

二、江汉油田节能测试报告（第三方测试）

通过以上测试结果可以看出通过使用施姆特四象限变频器改造节能效果明显，性能优秀，完全能满足客户需求。

施姆特四象限变频器技术专利

一、

两项发明专利

1、一种用于四象限变频器的错相检测电路

2、一种双纤接口三方向光路传输方法及其适配器

二、一项实用新型

1、一种用于四象限变频器的错相检测电路

三、一项计算机软件著作权

1、四象限变频器控制系统软件著作权

施姆特四象限变频器用户使用报告

一、 武汉市恒瑞控制系统工程有限公司使用报告

对行车升降平台回馈功能明显，节能效果显著

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二、武汉市中威德机电科技发展有限公司

水泵恒压供水系统节能率高达30%

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