摘要:變頻器除了用于交流電動機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié),在我國更多的是用于節(jié)能方面。本文主要介紹了變頻器的工作原理,以及在電廠轉(zhuǎn)機(jī)上應(yīng)用,并對變頻器的發(fā)展進(jìn)行了簡單的分析。
關(guān)鍵詞:變頻器電廠 轉(zhuǎn)機(jī) 應(yīng)用
中圖分類號:TN773文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1674-098X(2012)03(c)-0000-00
*作者簡介:張曉峰,男,漢族,1980年出生,碩士,工程師,內(nèi)蒙古烏蘭察布人,內(nèi)蒙古華電包頭發(fā)電廠集控機(jī)組長,主要從事集控運(yùn)行專業(yè)。
作者簡介:趙則飛,男,漢族,1983年出生,學(xué)士,工程師,山東菏澤人,內(nèi)蒙古華電包頭發(fā)電廠集控單元長,主要從事集控運(yùn)行專業(yè)。
自從上世紀(jì)80年代變頻器商業(yè)化以來,變頻器得到了快速的發(fā)展。變頻器主要用于交流電動機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié),除此之外,變頻器還具有顯著地節(jié)能作用,特別是在我國節(jié)能減排的大環(huán)境下,更是得到了大力的發(fā)展。
1 變頻器的工作原理
變頻器的主要作用就是改變異步電動機(jī)的供電頻率,也就是改變異步電動機(jī)的軸轉(zhuǎn)速,實(shí)現(xiàn)對軸的調(diào)速運(yùn)行。異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速公式如下:
n=(60f/P)×(1-S) r/min …
式中:n——電動機(jī)轉(zhuǎn)速;f——電動機(jī)定子供電頻率;P——電動機(jī)極對數(shù);S——電動機(jī)轉(zhuǎn)差率。
從上式可以看出:在電動機(jī)極對數(shù)、轉(zhuǎn)差率不發(fā)生變化的情況下,電動機(jī)轉(zhuǎn)速與供電頻率呈線性關(guān)系。工業(yè)中常用的變頻器為交—直—交形式變頻器,變頻器經(jīng)接觸器串接于電源與被控三相異步電動機(jī)之間,變頻器內(nèi)部控制系統(tǒng)主要有整流器(整流模塊)、濾波器(濾波電容)和逆變器(大功率晶體管模塊)三個主要部件和以單片機(jī)。其工作原理是主回路先將工頻交流電通過整流器變成直流電,經(jīng)濾波后,再經(jīng)過逆變器通過給定輸入控制量,將直流電變成可控頻率的交流電,供給三相交流異步電動機(jī),實(shí)現(xiàn)電動機(jī)調(diào)速運(yùn)行。
同時,變頻器在降低頻率的同時還可以實(shí)現(xiàn)頻率與電壓的協(xié)調(diào)控制。對異步機(jī)調(diào)速時,總是希望主磁通Φ恒定,因?yàn)棣堤?,對鐵磁材料的利用不充分,在同樣電流的條件下產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩??;Φ太大,定子電流中激磁電流分量加大,在同樣電流的情況下,轉(zhuǎn)矩電流分量將減小,電機(jī)負(fù)載能力也會隨之下降)。而變頻器在一定條件下保持E/f為常數(shù),實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。
2 變頻器在電廠節(jié)能方面的應(yīng)用
變頻器最初的用途是對速度的控制,在我國當(dāng)前節(jié)能的大環(huán)境下,變頻器在節(jié)能方面的應(yīng)用得到了極大地發(fā)展,國務(wù)院甚至將高壓變頻器作為全國電廠節(jié)能減排重要產(chǎn)品予以推薦。
比如當(dāng)水泵水壓、流量需要調(diào)節(jié)時,傳統(tǒng)的方法就是通過調(diào)節(jié)閥門或啟停電機(jī)來實(shí)現(xiàn),損耗隨之增大,同時降低了水泵的總效率,電能損失是相當(dāng)可觀的。然而當(dāng)采用變頻調(diào)速時,可以按需要升降電機(jī)轉(zhuǎn)速,改變水泵的性能曲線,使水泵的額定參數(shù)滿足工藝要求。根據(jù)流體力學(xué)的公式我們知道流速與轉(zhuǎn)速成正比,水壓與轉(zhuǎn)速的平方成,功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比,因此,通過變頻調(diào)速可以極大地節(jié)約能源。例如一臺功率為55 kW的水泵電機(jī),當(dāng)其轉(zhuǎn)速下降到原轉(zhuǎn)速的4/5時,其耗電量為28.16 kW,省電48.8%;當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到原轉(zhuǎn)速的1/2時,其耗電量為6.875 kW,省電87.5%。因此,采用變頻器精確調(diào)速來調(diào)節(jié)流量、風(fēng)量,節(jié)電效果非常可觀,節(jié)電率為20%~50%。在實(shí)際設(shè)計(jì)負(fù)載電機(jī)時,一般按最大需求來生產(chǎn)電動機(jī)的容量,故設(shè)計(jì)容量偏大。但是在實(shí)際運(yùn)行中,大多數(shù)時間都不可能慢負(fù)荷運(yùn)行,存在著嚴(yán)重的“大馬拉小車”的現(xiàn)象,效率低下,造成電能的大量浪費(fèi)。
再比如,鍋爐在正常運(yùn)行中的燃料構(gòu)成、熱負(fù)荷、電負(fù)荷以及季節(jié)等變化因數(shù)較大,因此,在各個不同的燃燒情況下,所需要的空氣量也是不同的,且變化極大,然而,鍋爐配置的風(fēng)機(jī)是按鍋爐最大出力時所需最大風(fēng)量來設(shè)計(jì),并必須考慮鍋爐在事故情況下一定的風(fēng)量裕度,所以,風(fēng)機(jī)電機(jī)功率設(shè)計(jì)一般都較大。在使用檔板進(jìn)行調(diào)節(jié)控制時,大量的電能浪費(fèi)在了克服擋板的阻力上面,造成用電率高,影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。在進(jìn)行了變頻節(jié)能技術(shù)改造后,提高其經(jīng)濟(jì)效益。但在技術(shù)選擇上,并不能盲目的使用,而是要根據(jù)不同的生產(chǎn)設(shè)備,選擇相應(yīng)特性的變頻器,如在對鍋爐風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻器改造中,注意除必須考慮變頻器的提速、降速特性是否滿足燃燒工藝的要求以外,還必須在技術(shù)上要考慮其它的問題,如:變頻器的散熱問題、是否會與設(shè)備發(fā)生共振現(xiàn)象、在發(fā)生意外時是否可以保證生產(chǎn)的繼續(xù)等等。
3 變頻器的發(fā)展方向
隨著技術(shù)的進(jìn)步以及在工業(yè)中的應(yīng)用越來越多,如今變頻器的總的發(fā)展趨勢是:驅(qū)動的交流化、功率變換器的高頻化、控制的數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化。以交—直—交變頻器為例:1. 主電路功率開關(guān)元件的自關(guān)斷化、模塊化、集成化、智能化,開關(guān)頻率不斷提高,開關(guān)損耗進(jìn)一步降低;2. 采用正弦波脈寬調(diào)制控制、電流跟蹤控制、電壓空間矢量控制;3. 以DSP(數(shù)字信號處理器)為基礎(chǔ)的內(nèi)核,確保系統(tǒng)有更優(yōu)越的控制性能。4. 用電力電子變流器取代了直流電機(jī)的機(jī)械換向器,開發(fā)無轉(zhuǎn)子位置傳感器的系統(tǒng)。
在電廠中,風(fēng)機(jī)水泵類負(fù)荷較多,應(yīng)充分應(yīng)用變頻器進(jìn)行節(jié)能改造。隨著高壓變頻器的迅速發(fā)展,性能價格比的大大提高,變頻器進(jìn)行節(jié)能技術(shù)改造將會擁有更加廣闊的前景。
參考文獻(xiàn)
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