襄陽源創(chuàng)電氣有限公司小王告訴我們： 在能源日益緊張的今天，交流調(diào)速技術(shù)作為節(jié)約能源的一種重要手段，受到世界各國的重視。變壓變頻控制可以平滑變速，調(diào)速范圍廣，效率高，功率因數(shù)高，還能降低起動沖擊電流，獲得較高的起動轉(zhuǎn)矩，負(fù)載減速時可實(shí)現(xiàn)能量回饋的再生制動，使電動機(jī)快速逆轉(zhuǎn)，并具有軟起動、軟停止，簡單可編程，易構(gòu)成自控系統(tǒng)。交流變頻調(diào)速技術(shù)是集電力電子、自動控制、微電子、電機(jī)學(xué)等技術(shù)之大成的一項(xiàng)高技術(shù)。它以其優(yōu)異的調(diào)速性能、顯著的節(jié)電效果和在國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域的廣泛的適用性而被國內(nèi)外公認(rèn)為是世界上應(yīng)用廣、效率高、理想的電氣傳動方案，是電氣傳動的發(fā)展方向。它為提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量，節(jié)約能源、降低消耗，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益提供了重要的新手段。

 

　　變頻器是將通用電源轉(zhuǎn)換成電壓可變，頻率可變的適合交流異步電機(jī)調(diào)速需求的變換裝置。

 

　　變頻器是變頻調(diào)速系統(tǒng)為重要的設(shè)備。

 

　　對高壓變頻器工作原理進(jìn)行分析，異步電動機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速為: 1160/nfp=，式中1

 

　　n為同步轉(zhuǎn)速/minr，1f為電源頻率Hz，p為磁極對。異步電動機(jī)輸出軸的轉(zhuǎn)速為：

 

　　11(1)60(1)/nnsfsp=-=-，式中s為異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率，11()/snnn=-。由

 

　　此公式可看出:在保證轉(zhuǎn)差率s和磁極對數(shù)p不變時，轉(zhuǎn)速n與電源頻率成正比，通過改變異步電動機(jī)的供電頻率，就能改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速。

 

　　高壓變頻器應(yīng)用：

 

　　交流變頻傳動裝置現(xiàn)已在我國各行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，特別在石化、冶金、汽車、造紙、熱電、食品、紡織、包裝等領(lǐng)域。它主要應(yīng)用是節(jié)能調(diào)速和特大容量和極高轉(zhuǎn)速的交流調(diào)速。節(jié)能調(diào)速目前普遍使用在控制精確度不高、動態(tài)性能要求低的平方率負(fù)載上，如風(fēng)機(jī)和水泵。目前城市供水、供熱系統(tǒng)的離心泵、循環(huán)泵、風(fēng)機(jī)已普遍使用變頻器調(diào)速，在煤礦、化工、食品、冶金、有色、建材行業(yè)中的泵類和風(fēng)機(jī)也開始大量使用變頻器，并取得了較好的節(jié)能效果。由于控制要求不高，只要選型正確，各類變頻器都可用于泵類和風(fēng)機(jī)中。特大容量的傳動如鋼板軋機(jī)、礦井主皮帶機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)，以采用交流變頻調(diào)速為宜。采用變頻方法調(diào)速時，可以提高低速時的效率和功率因數(shù)，達(dá)到節(jié)能目的。

 

　　在電廠中的應(yīng)用：

 

　　采用高壓變頻器對電廠高能耗用電設(shè)備如送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、給水泵、循環(huán)水泵等進(jìn)行技術(shù)改造，不僅能收到直接的降低廠用電、降低供電煤耗、增大上網(wǎng)電量帶來的直接經(jīng)濟(jì)效益，而且設(shè)備至機(jī)組的安全可靠性也有了提高，高壓變頻器技術(shù)在發(fā)電廠有值得推廣應(yīng)用的廣闊空間。在發(fā)電廠中，風(fēng)機(jī)和水泵是主要的耗能設(shè)備，通常情況下其輸入能量的15%～20%被電機(jī)和風(fēng)機(jī)或水泵本身所消耗，約35%～50%的輸入能量被檔板或閥門節(jié)流所消耗，因此對發(fā)電廠的風(fēng)機(jī)和水泵進(jìn)行節(jié)能改造具有很大的潛力，采用變頻調(diào)速是好的選擇。

 

　　變頻系統(tǒng)首先將電網(wǎng)中的交流電整流成直流電，再通過逆變器逆變?yōu)轭l率可調(diào)的交流電，供給交流電動機(jī)，從而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。這種方法具有高效率、寬范圍和高精度的調(diào)速性能規(guī)格系列齊全可以滿足各種不同需求，因而被廣泛采用，是具發(fā)展前途的理想調(diào)速方法。特別是電流源型高壓變頻器在動態(tài)精度要求高的地方具有明優(yōu)勢。

 

　　電力的生產(chǎn)對于高壓變頻系統(tǒng)有很多要求。主要包含以下方面： 首先，對電網(wǎng)電壓波動的適應(yīng)能力，即能夠在較大的電網(wǎng)電壓波動范圍內(nèi)正常工作。這個范圍一般是-20%～10%；電網(wǎng)重合閘后繼續(xù)運(yùn)行的能力，即在電網(wǎng)瞬時失電，恢復(fù)供電后變頻器不能停止運(yùn)行，要能夠記憶并快速恢復(fù)至失電前的運(yùn)行狀態(tài)；具備冗余設(shè)計(jì)，即允許變頻裝置局部故障，不影響其它部分的運(yùn)行， 能夠在局部故障的狀態(tài)下繼續(xù)運(yùn)行；能夠在線維護(hù)，即在變頻裝置連續(xù)運(yùn)行的情況下排除局部故障；諧波小，這包括變頻器對電網(wǎng)的影響即輸入電流諧波和變頻器對電動機(jī)的影響即輸出的電壓、電流諧波；要有合適的共模電壓和/dvdt，變頻器的共模電壓和/dvdt會使電機(jī)的絕緣受到“疲勞”損害，影響到使用壽命，如處理不好，還會損壞變頻器本身。另外，高壓變頻器選用的功率元器件都是半導(dǎo)體器件，使用時的溫度限制很嚴(yán)格，過溫的情況下很容易損壞元器件，因此使用環(huán)境要求充分考慮通風(fēng)和降溫措施。

 

　　在煤礦中的應(yīng)用：

 

　　文中主要介紹變頻器在礦井提升機(jī)和風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用。

 

　　交流調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方式是以前較多采用的方式，由于此種方式存在很多問題，現(xiàn)已逐漸被變壓變頻調(diào)速方案淘汰。

 

　　高壓變頻調(diào)速在礦井提升機(jī)中以期達(dá)到的目標(biāo)有：提高主井提升機(jī)的效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)電的目的；提高系統(tǒng)的運(yùn)用可靠性、安全性；提升系統(tǒng)改造后單次提升循環(huán)時間小于現(xiàn)有單次提升循環(huán)時間。

 

　　變頻調(diào)速提升系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：

 

　　(1) 提升機(jī)系統(tǒng)安全得以提高，操縱更加容易

 

　　系統(tǒng)能自動高精度地按設(shè)計(jì)的提升速度圖控制提升速度，極大地降低了提升機(jī)的操縱難度;減速時電力制動自動減速，提升機(jī)司機(jī)無需再用施閘手段控制提升機(jī)減速，避免了超速、過卷的發(fā)生，杜絕了人工操作失誤。

 

　　(2) 提升系統(tǒng)電能消耗明顯下降

 

　　每年可節(jié)約電能消耗約20 %～50 %。變頻調(diào)速時轉(zhuǎn)子電阻被短接，加、減速階段消耗在電阻上的大量電能被節(jié)約。

 

　　(3) 功率因數(shù)顯著增加

 

　　功率因數(shù)將從轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速的018 左右提高到0195 以上，大大提高了設(shè)備對電網(wǎng)容量資源的利用率，減少了因無功電流引起的線路損耗。

 

　　(4) 生產(chǎn)效率進(jìn)一步提高

 

　　能可靠的按系統(tǒng)設(shè)計(jì)的短時間加、減速，顯著縮短了一次提升時間，提高了生產(chǎn)效率。徹底解決了傳統(tǒng)系統(tǒng)中用制動閘施閘或電機(jī)斷電自然減速來操控低速運(yùn)行時速度波動大、難于控制又不安全的難題。

 

　　(5) 電機(jī)發(fā)熱大幅減輕

 

　　與轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速相比電機(jī)定子溫度平均下降了10 ℃左右，轉(zhuǎn)子溫度平均下降了20 ℃左右，使電機(jī)運(yùn)行的故障率大幅度減少。

 

　　(6) 系統(tǒng)維修量大幅度減少

 

　　由于實(shí)現(xiàn)了提升全過程的電力牽引與電力制動，機(jī)械閘只有在停車和安全回路保護(hù)動作時才起作用，因此閘瓦的磨耗大幅度減少，可減少設(shè)備的維修量和維修費(fèi)用。

 

　　變頻器在風(fēng)機(jī)的應(yīng)用中的優(yōu)點(diǎn)：

 

　　(1) 變頻器對電網(wǎng)的沖擊達(dá)到了國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。由于采用變頻器后啟動風(fēng)機(jī)時可以實(shí)現(xiàn)變頻軟啟動，避免了啟動電流對電網(wǎng)及控制設(shè)備的沖擊，可以有效地延長電氣設(shè)備的使用周期。

 

　　(2) 按需調(diào)節(jié)風(fēng)量，避免浪費(fèi)。進(jìn)行變頻改造后，風(fēng)機(jī)的風(fēng)量不再需要通過改變?nèi)~片角度來調(diào)節(jié)，而是由變頻器通過變頻調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)，因而可以根據(jù)生產(chǎn)需要隨意調(diào)節(jié)風(fēng)量，減少了浪費(fèi)。

 

　　(3) 變頻器實(shí)現(xiàn)了節(jié)能運(yùn)行，節(jié)約了大量能源。經(jīng)過測算節(jié)能率高達(dá)36 %以上。

 

　　(4) 降低了風(fēng)機(jī)的工作強(qiáng)度，延長了使用壽命。進(jìn)行變頻改造后，風(fēng)機(jī)的大部分時間工作在低速狀態(tài)下，因而大大降低了風(fēng)機(jī)的機(jī)械強(qiáng)度和電氣沖擊，大大延長了風(fēng)機(jī)壽命。

 

　　(5) 傳動效率高，采用30 脈沖整流方式可以大大改善網(wǎng)側(cè)的電流波形，使其負(fù)載下的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)接近1 。

 

　　(6) 減少了工作人員，杜絕了工作人員的誤操作現(xiàn)象，提高了風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行系數(shù)和運(yùn)行周期。

 

　　諧波分析：

 

　　評價(jià)高壓變頻調(diào)速技術(shù)的指標(biāo)主要有: 成本、可靠性、對電網(wǎng)的諧波污染、輸入功率因數(shù)、輸出諧波、dv/dt、共模電壓、系統(tǒng)效率、能否四象限運(yùn)行等。

 

　　隨著電力電子裝置的投入，諧波的問題越來越引起人們的關(guān)注，高壓變頻器的容量一般較大，占整個電網(wǎng)的比重較為顯著，所以高壓變頻器對電網(wǎng)污染的諧波問題已不容忽視，變頻器對電網(wǎng)的影響主要取決于整流電路的結(jié)構(gòu)和特性。

 

　　對于變頻器輸出端頻率很高而幅值卻比較小的高次諧波，其在電纜傳輸中幅值將會大大地提高，且諧波次數(shù)越高，諧波電壓、電流放大倍數(shù)越大。電纜的傳輸線越長，諧波分量也越大，且諧波分量隨電纜長度增量呈指數(shù)增大。

 

　　抑制諧波干擾的方法也有多種，其中討論多的是要選擇合適的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如二極管鉗位式、飛跨電容式等。變流回路的多重化，可減小低次諧波電流，起到很好的諧波抑制作用。多重化結(jié)構(gòu)作為變頻器整流側(cè)普遍采用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)， 能夠滿足不同場合、不同電壓等級的需要。但當(dāng)重?cái)?shù)增加時，裝置的結(jié)構(gòu)會變復(fù)雜， 變壓器損耗也會增加。

 

　　除此之外，安裝合適的電抗器、采用無源功率濾波器或有源功率濾波器、增加變頻器供電電源內(nèi)阻抗、調(diào)節(jié)輸出電壓調(diào)制比，載波頻率和逆變電路開關(guān)滯時等參數(shù)都可以在一定程度上抑制諧波干擾。

 

　　結(jié)語：

 

　　高壓變頻器正向著高可靠、低成本、高輸入功率因數(shù)、高效率、低輸入輸出諧波、低共模電壓、低dv/dt等方向發(fā)展。但由于器件的均壓問題，輸入諧波對電網(wǎng)的影響和輸出諧波對電機(jī)的影響問題，使其應(yīng)用受到極大的限制?？傮w來說，高壓變頻技術(shù)以其良好的特性正被廣泛地應(yīng)用。變頻調(diào)節(jié)技術(shù)是比較先進(jìn)、理想的調(diào)節(jié)技術(shù)，雖然初期投資較大，但由于其節(jié)電效果明顯，投資回收周期較短，因而其綜合經(jīng)濟(jì)效益還是較高的。

 

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