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浅谈变频技术在节能工程上的应用
发布时间: 2009-07-16 被读次数: 4060
 
我们日常生产和生活所使用的电源,是固定频率(50Hz)的交流电。变频技术,就是通过技术手段,来改变用电设备的供电频率,进而达到控制设备输出功率的目的。变频技术随着微电子学、电力电子、计算机和自动控制理论等的发展,已经进入了一个崭新的时代,成熟的技术,也使其应用进入了一个新的高潮。它是通过变频调改变轴输出功率,达到减少输入功率节省电能的目的。是感应式异步电动机节能的重要技术手段之一。


    自1956年世界上个晶闸管诞生到现在历时近半个世纪,随着电子技术的飞发展,变频控制器从控制模块、功率输出和控制软件都已成熟,在提高性能的同时,功能上也有较大的扩展,很多变频设备附带易PLC功能,再加上产品价格的降低,为变频器的应用打开了广阔的市场。
对于异步电动机通过调达到节能目的方法很多,如:调压调,又称为滑差调;变极对数调和品闸管串极调等等,根据不同的负载性质,有针对性的选择。在各种调节能中,利用变频调,是异步电动机调速的果好、成熟、有发展前途的节能技术。


    一、常用的变频器分为低、中、高压变频器。


    1 、低压变频器是指400V工控变频器。电子技术中将交流变成直流称顺变,也称整流。交流变直流的变频器通常称整流器。将直流变为频率可调的交流电流就称逆变。把工频电源(50Hz)交流变成任意频率、任意电压的逆变装置称为变频器。从其电路的结构上分为交—直—交和交—交变频器。交—直—交变频器按照交流电机电源电压的控制方法的不同,分为电压型和电流型两种。
改变变频器的输出电压或输出电流有二种不同的方法,即PAM脉冲幅值调制控制和PWM脉冲宽度调制控。
PAM因为受晶闸管换流时间的限制不能工作在高频下,PWM输出脉冲的幅值恒定,通过控制逆变器输出电压的导通脉冲频率和宽度来同时改变输出频率和电压,运用晶体管、可关断晶闸管具有高开关特性和自关断特性,来逆变器开关元件,采用PWM方式变得更容易实现,为此大多数逆变器都采用PWM控制方式。


    2、中、高压变频器:所谓中高压变频器,指应用在600V以上的至10KV运转调设备上的变频控制器。中压有600V、1000V。3000V、6000V和10KV等属于中高压变频器。因为其输入输出电压等级较高,在结构上需有整套高压投入切换设备,采用功率单元串联叠加的高压输出方式,借助计算机控制,经高压母线、断路器移相变压器、功率单元、控制器等组成整的高压变频控制系统。
交流变频调控制器是集电力电子、自动控制、微电子学、电机学等各种技术于一身的高新技术,变频的调技术是现代IT产业先进技术,涉及到光纤通讯、计算机、数据并行处理等是多种高新技术的结合,与传统行业耗能大、应用非常广泛的电力拖动、风机、水泵等多种行业应用异步电动机的设备,进行节能改造实现可靠结合。


二、变频器控制对像:


变频器应用,可分为两大类:一种是用于传动调,另一种是各种静止电源(静止电源暂且不讲)。变频传动调,其应用目的就是通过对电机调来达到节约能源。控制对象就是在动力设备上实现电—机转换的电动机。这是由感应式异步电动机的性能和特征决定,其次是由于所带的负载对电机调的负荷适应性所决定。由电机转的数学公式我们知道,电机的实际转,主要取决于电机定子的旋转磁场( n1=t*f/p) 。对一个绕制好的电机,其旋转磁场转取决供电频率,t 为时间常数,P为电机的极对数,n1正比电源频率f,从电机的结构上我们看到定、转子之间无任何电的连接,基于磁场感应和机械惯性,转子的转和定子旋转磁场的转总是不同步,差一个转差数(一般为n1的1%——1.8%,)称为转差率S,由此可见电机的转也正比于电源的频率。n2=t*f(1-s)/p从异步电动机变频时机械特性曲线中,我们不难看出转的变化对电机的转矩影响较小,对于传动机械功率要求可以满足。变频调控制是在降低输出频率的同时输出电压也相应降低,转矩正比输出电压。转矩也会有些减少。这种纯电气调系统是人为地改变电动机的机械特性来获得不同的转,直接与拖动机械相连接不需原机械设备任何调整,这对于节能改造成本,保持原有机械性能都大有好处。变频传动调的特点是:

1 、不用改动原有设备包括电机本身;
2、可实现无级调,满足传动机械要求;
3、变频器软启、软停功能,可以避免启动电流冲击对电网的不良影响,减少电源容量的同时还可以减少机械惯动量,减少机械损耗;
4、不受电源频率的影响,可以开环、闭环手动/自动控制;
5、低时,定转矩输出、低过载能力较好;
6、电机的功率因数随转增高功率增大而提高。使用效果较好。

三、风机、水泵节能-----变频控制

    机电设备配合设计原则:电机的额定功率满足负载下的机械功率和转矩,对于不同的负载,额定值并非时时刻刻都发生、负载的变化是非线性的,而电机的输出功率却是恒定的,这就意味着在非额定负载时电机输出了相当一部分多余功率,电能也就白白浪费掉了。风机、水泵类就是较典型例子。

    风机、水泵类风量和流量的控制在过去很少采用转控制方式,基本上都是由鼠笼型异步电动机拖动,进行恒运转,当需要改变风量或流量时,事实上都采用调节挡风板或节流阀。这种控制虽然易行,能满足流量要求,但对电机来讲,从节省能源的角度来看是非常不经济的。生产中很容易检测出来。

    这类设备一般都是长时间运行,甚至很久不停机。在实际检测中发现,除在极短时间流量额定值外,近90%时间运行在中等或较低负荷状态,总用电量至少有40%以上被浪费掉。采用变频调控制,对风机、水泵类机械进行转控制来调节流量的方法,对节约能源,提高经济效益具有非常重要意义。