“變頻器”電力環(huán)保關(guān)鍵設備

1.變頻調速概念

1.1所謂變頻調速器——它將三相工頻(50Hz)交流電源(或任意電源)變換成三相電壓可調、頻率可調的交流電源，有時(shí)又將變頻調速器稱(chēng)為變壓變頻裝置VVVF。主要用于交流電動(dòng)機(異步機或同步機)轉速的調節。

1.2一個(gè)交流電動(dòng)機變頻調速系統由變頻調速器驅動(dòng)器交流電動(dòng)機和控制器三大部分組成。其中關(guān)鍵核心設備是變頻調速器，由它來(lái)實(shí)現電動(dòng)機電壓和頻率的平滑變化。

1.3變頻調速在調頻范圍、靜態(tài)精度、動(dòng)態(tài)品質(zhì)、系統效率、完善的保護功能、容易實(shí)現自動(dòng)控制和過(guò)程控制等諸方面是以往的調壓調速、變極調速、串級調速、滑差調速和液力耦合器調速等無(wú)法比擬的。它是公認的交流電動(dòng)機最理想最有前途的調速方案，代表今后電氣傳動(dòng)的發(fā)展方向。

1.4近三十多年來(lái)變頻調速已在鋼鐵、冶金、石油、化工、紡織、化纖、輕工、造紙、橡膠、塑料、電力、水務(wù)等行業(yè)中得到廣泛應用。低壓電動(dòng)機變頻調速應用已非常普及和成熟。高壓電動(dòng)機變頻調速也正在被人們關(guān)注和逐步應用。交流電動(dòng)機變頻調速除了有卓越的調速性能之外，還有顯著(zhù)的節約電能和保護環(huán)境等重大作用，是企業(yè)技術(shù)改造和產(chǎn)品更新?lián)Q代的理想調速裝置。

2、變頻調速與風(fēng)機水泵節能

2.1電力供應與需求矛盾(供不應求)存在較大電力缺口，需要節電。 2003年夏季持續高溫造成部分省市電力供應緊張，被迫采取拉閘限電措施。由于電力網(wǎng)負擔過(guò)重，造成局部電力系統不穩定現象。 以上說(shuō)明，我國電力供需不平衡，供小于求。因此，需要節約用電。

2.2風(fēng)機水泵變頻調速節能效益

因此如何實(shí)現電動(dòng)機節電就非常重要。一般電機節能有二個(gè)途徑：一是提高電機本身效率達到長(cháng)期高效運行，主要用于恒速機械;另一個(gè)是提高電機轉速的控制精度，使電機在最節能的轉速下運行。

2.2.3變頻調速是風(fēng)機水泵節能的最佳方案。根據流體理論，離心式風(fēng)機水泵的軸功率是轉速的三次方函數關(guān)系。當轉速降低后，其消耗功率會(huì )大幅下降，例如50%轉速時(shí)，軸機械功率僅為12.5%。當然不同，調速方案的效率相差很大，滑差后液力調速裝置效率不高，η≈(1-S)，在50%轉速時(shí)，ηvs≈50%，而變頻調速器效率，效率因數高，ηvvvF≈95%~98%，而且近似不變。所以在諸多調速方案中變頻調速節能效益最佳，理應為首選方案。 若采用擋板，閥門(mén)控制到50%流量，仍需從電網(wǎng)吸入70-80%的功率;若采用滑差低效調速到50%，則需從電網(wǎng)吸入≈25%的功率;若采用變頻高效調速到50%流量，僅需從電網(wǎng)吸入10%功率。

2.2.4風(fēng)機水泵調節流量方法多種多樣，各有特點(diǎn)，但歸納起來(lái)可分為三大類(lèi)型： (1)傳統的機械方法調節風(fēng)機的擋板，導流器以及水泵的閥門(mén)開(kāi)啟度; (2)采用電磁轉差離合器或液力耦合器調節風(fēng)機水泵的轉速(而電動(dòng)機恒速運轉); (3)交流電動(dòng)機變頻調速方案。 下表系三大類(lèi)型風(fēng)機水泵調節流量方法比較及結論意見(jiàn)。

2.2.5當今更應該在大容量高壓電動(dòng)機驅動(dòng)的風(fēng)機水泵和壓縮機上推廣應用高壓變頻調速節能。理由很簡(jiǎn)單，在節電率百分比相同的情況下裝機容量愈大，其絕對節電量也愈大。

3.變頻調速與環(huán)境保護：

3.1電動(dòng)機驅動(dòng)是電能消耗的大戶(hù)，過(guò)度的電力消耗使得煤炭和石油(天然氣)燃料枯竭，同時(shí)由于CO2和NO2的大量排放，造成污染環(huán)境，破壞臭氧層，影響甚至危及人類(lèi)的生存。 人類(lèi)不斷地從對生存環(huán)境的破壞和對能源資源的浪費過(guò)程中接受了慘痛的教訓，于是保護人類(lèi)生存環(huán)境成為全世界人民共同的呼聲，掀起了減少節約能源和環(huán)境保護，造福于社會(huì )的浪潮。充分說(shuō)明環(huán)境保護的重要性和全世界人民的關(guān)注。

3.2據估計，電氣產(chǎn)品對環(huán)境污染的影響約占30%左右，因此節省電能，減少浪費便成為履行京都協(xié)議承諾的重要因素，變頻調速和變頻技術(shù)能發(fā)揮些什么作用和貢獻呢?

(1)推廣風(fēng)機水泵變頻調速節能技術(shù)可達到20%~30%的節電率，這樣可以少建火電廠(chǎng)，少發(fā)電，即少排放SO2、SO、CO2及灰塵，減少大氣環(huán)境污染;

(2)牽引變頻機車(chē)應用，不用燃煤和燒油，減少排放污染;

(3)發(fā)展城市軌道交通(地鐵和磁懸浮列車(chē))和燃料電池汽車(chē)，減少CO2排放。

(4)提倡采用電動(dòng)自行車(chē)(無(wú)刷直流電機、自制式變頻調速)，停用燃油助動(dòng)車(chē)等。

4.變頻調速與制造業(yè)生產(chǎn)：

(1)變頻調速可提高產(chǎn)量

交流電動(dòng)機設計在氣隙磁通近似不變的條件下，電機允許超速5-10%長(cháng)期運行(20%短時(shí)試驗)。例如，某些國家電機可以在50/60Hz下長(cháng)期運行(當然應保證V/F=Cont)，只要電機軸承能夠承受，提高5-10%轉速是可行的。某化纖廠(chǎng)結合變頻調速改造，適當提高變頻器的輸出頻率，已帶來(lái)可觀(guān)的增產(chǎn)效果。

(2)變頻調速可提高產(chǎn)品質(zhì)量

變頻調速具有調速范圍廣、調速精度高、動(dòng)態(tài)響應好等優(yōu)點(diǎn)，對于化纖紡絲機、紡織印染聯(lián)合機、造紙機和注塑機等多單元同步傳動(dòng)或比例同步(牽伸)傳動(dòng)非常適用，既有之前直流機傳動(dòng)的性能，又有交流機堅固、可靠、維護簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，使得產(chǎn)品的質(zhì)量有較大的提升。自動(dòng)化程度提高，減輕工人勞動(dòng)強度。

(3)變頻調速與某些特殊加工設備 由于變頻技術(shù)進(jìn)步，變頻調速更適宜用于惡劣環(huán)境(爆炸、腐蝕、水下核輻射等)無(wú)升速齒輪的甚高速或無(wú)降速齒輪的甚低速，以及精確位置控制(變頻伺服系統，步進(jìn)系統，機械手和機器人)系統。

5、變頻調速與軟起動(dòng)、軟起動(dòng)、軟停止

5.1電力網(wǎng)和生產(chǎn)工藝需要電機軟起動(dòng)、軟停止

5.1.1交流電動(dòng)機的起動(dòng)電流一般為5-7倍額定電流，如果直接起動(dòng)會(huì )對電網(wǎng)引起沖擊，影響同一電網(wǎng)上其他電氣設備的正常運行。另外巨大的起動(dòng)電流對電動(dòng)機和機械設備也會(huì )造成嚴重的電磁應力和機械應力，縮短設備的使用壽命，因此電力系統希望能夠軟起動(dòng)(特別是高壓大容量電動(dòng)機)。

5.1.2某些加工機械，要求平穩起動(dòng)和停車(chē)以免相互碰撞倒歪;水泵為了防止水錘、喘振現象，也希望軟起動(dòng)和軟停止(最好是“泵控特性”專(zhuān)用的軟起動(dòng)和軟停止)。

5.2變頻器用作軟起動(dòng)器的特點(diǎn)

不同于電子固態(tài)電動(dòng)機軟起動(dòng)器，因為變頻器起動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機的電壓和頻率同時(shí)改變，可以維持電動(dòng)機的磁通不變(電子式軟起動(dòng)器只變壓不變頻，故電機在削弱磁通下起動(dòng))，因此變頻器軟起動(dòng)具有更大的起動(dòng)力矩。非常適合用于重負載、大慣性的設備，例如：高爐風(fēng)機等。這種場(chǎng)合電子式電動(dòng)機軟起動(dòng)器性能無(wú)法比擬或根本不能勝任的變頻器既可軟起動(dòng)又可調速，應用前景十分看好。目前因價(jià)格因素尚不能廣泛推廣，除非個(gè)別的重載起動(dòng)和大慣量起動(dòng)場(chǎng)合外，變頻器不單作軟起動(dòng)器來(lái)使用。也許若干年后，待變頻器進(jìn)一步降價(jià)會(huì )普遍地應用。

6、變頻調速(含變頻器技術(shù)與家用電器)

在普通家庭中，耗電比重最大的是空調器，其次是電熱器具，最后是照明和視聽(tīng)電器等，變頻調速(含變頻技術(shù))也能發(fā)揮節約電能和保護環(huán)境的作用。

6.1變頻空調器——由于配置了變頻器(有常規的它制式變頻器和自制式變頻器，即直流無(wú)刷電動(dòng)機調速兩種)，不停壓縮機能夠連續控制壓縮機的制冷量，實(shí)現有效的運轉，有利于節能。

另外，變頻空調器的快速性和舒適感非常好，也有利于環(huán)保。

6.2高頻電磁灶和電飯煲——利用變頻技術(shù)產(chǎn)生(20-30)KHZ高頻電源使電飯煲本身電磁感應(IH-Inductionheating)加熱方式，其烹調熱效率達80%左右(比早先的電阻加熱器的電飯煲效率提高30%)，有利于節能。