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在礦山、隧道、輕紡工業(yè)中,使用了大量機械設備,這些機械設備需要消耗大量的電能,因此需要功率高的發(fā)電機。交流大功率電機的啟動和平滑調(diào)速問題,也一度影響著工業(yè)生產(chǎn),所以,要解決該問題,使機械設備發(fā)揮其作用,以促進我國工業(yè)的發(fā)展。變頻器的出現(xiàn)有效解決了該問題,利用變頻器可以調(diào)整機械設備的電壓和頻率,以促進礦山電機控制系統(tǒng)的發(fā)展,從而節(jié)約了大量電能[1]。
變頻器是一種電流轉(zhuǎn)換儀器,它可以運用到小型家電到大型發(fā)電儀器上,應用較為廣泛,最新研制的變頻器更為便利,更加智能化、網(wǎng)絡化,同時應用更為廣泛,廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)中。變頻器是利用高電壓大功率電力電子器件的通斷控制,將常規(guī)工頻電源變換為另一頻率和幅值均可控的電源的電能控制裝置,從而實現(xiàn)對交流異步電機的軟啟動、變頻調(diào)速、改變功率因數(shù)等功能[2]。
從結(jié)構(gòu)上分類,變頻器可分為交-交變頻器和交-直-交變頻器2大類,前者可以將電流由交流電轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌愋偷碾?,更易于電力?jié)能環(huán)保,后者可以將電流由交流電轉(zhuǎn)為直流電再轉(zhuǎn)為交流電;從變頻電源的性質(zhì)上,又可分為電壓型和電流型變頻器2大類,這二者存在明顯的不同,前者是利用電壓的變化進行改進的,后者則是調(diào)整電流,不管是調(diào)節(jié)電壓還是電流,最終目的都是降低額定功率,減輕電能消耗。下面以交-直-交變頻電路為例進行簡要介紹。
交-直-交變頻器是在其他變頻器的基礎上進行的改造,它可以將電流由交流電轉(zhuǎn)為直流電最后再轉(zhuǎn)為交流電,可以運用該變頻器調(diào)整電流變速,該變頻器利用交流電源等進行電流調(diào)整,轉(zhuǎn)化為耗能較小的交流電,然后再經(jīng)過機器將電流轉(zhuǎn)化為交流電,可以為機械設備等提供穩(wěn)定的供電[3]。
礦山行業(yè)中廣泛使用鼓風機、水泵等各種機械設備,有利于提高工作效率,同時,由于礦山行業(yè)所處的條件惡劣,所以存在一些問題:(1)一些機械設備長時間使用,因此容易出現(xiàn)故障,還容易造成功率浪費(因為其長時間使用);(2)由于電力設備長期使用,也容易導致短路等問題;(3)一些設備長期使用,因此,使用壽命受限,往往存在電力設備啟動問題。變頻器的使用可以有效解決這些問題。
三相交流電動機可以在恒定電壓下直接啟動,由于一開始電力啟動階段耗能較小,所以使用的電流量較小,電阻也較小,因此,開始階段無需變頻器就可以實現(xiàn)自啟動。但是隨著使用時間的延長,消耗的電能越來越多,同時轉(zhuǎn)速越來越快,消耗的電壓也更多,電阻帶來的阻力也更大,所以該階段需要變頻器來調(diào)節(jié),以增強電力設備的承受能力,增強電力設備的負荷能力。如果在礦山電機控制系統(tǒng)中未能使用變頻器,很可能會造成整個電路系統(tǒng)出現(xiàn)故障,造成短路等現(xiàn)象,因為電力系統(tǒng)承載能力使有限的,如果不使用變頻器進行調(diào)節(jié),則會導致電路負荷過重,最終電流承受不住,就會導致短路來緩解電路系統(tǒng)的壓力。為了解決電力系統(tǒng)中啟動出現(xiàn)的問題,可以使用一些限壓方法,以保證電力系統(tǒng)的正常運行。如:抗壓器、變壓器、變阻器等,通過這些方法,限制電流速度,從而緩解電力系統(tǒng)壓力,但是這些方法也存在缺陷,所以仍然需要不斷研發(fā)新技術(shù)。在使用過程中,如果使用變壓器等也有一定的缺陷,變壓器成本高、體積大,而且安裝和維修都較為困難,更重要的是啟動過程緩慢,承受壓力也受限[4]。
變頻節(jié)能主要表現(xiàn)在以下兩方面:(1)補償功率因數(shù)節(jié)能,在電力控制系統(tǒng)中由于使用了大量電氣設備,因此需要較穩(wěn)定的恒定電壓來保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行,因此需要恒定功率,但是電力設備在運轉(zhuǎn)過程中消耗大量的電能,導致設備出現(xiàn)發(fā)熱等情況,從而會造成設備損壞,因此,可以用電氣設備來調(diào)整額定功率,將電壓調(diào)節(jié)在一定范圍之內(nèi),從而使整個電力運輸系統(tǒng)能承擔額外電壓,增強該系統(tǒng)的穩(wěn)定性。(2)調(diào)速節(jié)能,可以使用變頻器來進行調(diào)整,變頻器可以用來調(diào)整設備轉(zhuǎn)速等,減輕其額定功率。為了保證設備正常運行,各個電力設備(如鼓風機、發(fā)電機、水泵等)都需要進行整修和休息,在使用過程中加入變頻器來增強其使用時間,更重要的是來緩解電力系統(tǒng)的壓力。對這些電力設備進行調(diào)速,有利于幫助其延長使用壽命,可以在出口處設置屏障,從而降低其轉(zhuǎn)速,但是這不利于水泵等設備節(jié)約資源,往往會用大量水力資源來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速,因此,要想改變這種狀態(tài),節(jié)約水力資源,就需要使用變頻器,變頻器在調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速時,節(jié)約了資源,它僅僅是將電流發(fā)生轉(zhuǎn)變,將電阻等進行調(diào)節(jié),無需使用大量水力資源,所以更為方便快捷[5]。
通過變頻器可以保護電路,主要表現(xiàn)在以下方面:(1)發(fā)現(xiàn)電路異常時及時修理,可以通過變頻器調(diào)節(jié)電壓和電流,以防設備出現(xiàn)故障。(2)可以使用變頻器進行電壓電流等的調(diào)節(jié),避免電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障,可以增強電力系統(tǒng)的承受能力,遇到電阻過高時,可以通過斷電等保護電力設備。
變頻器以其優(yōu)越的性能和靈活的控制方式在交流電機的控制中得到廣泛應用,解決了很多生產(chǎn)實際問題。但是變頻器在使用過程中也有局限性,所以仍然需要不斷研制新技術(shù),以促進其發(fā)展,在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮其作用。