淺談變頻技術(shù)在節能工程上的應用

　　我們日常生產(chǎn)和生活所使用的電源，是固定頻率（50Hz）的交流電。變頻技術(shù)，就是通過(guò)技術(shù)手段，來(lái)改變用電設備的供電頻率，進(jìn)而達到控制設備輸出功率的目的。變頻技術(shù)隨著(zhù)微電子學(xué)、電力電子、計算機和自動(dòng)控制理論等的發(fā)展，已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)嶄新的時(shí)代，完全成熟的技術(shù)，也使其應用進(jìn)入了一個(gè)新的高潮。它是通過(guò)變頻調速改變軸輸出功率，達到減少輸入功率節省電能的目的。是感應式異步電動(dòng)機節能的重要技術(shù)手段之一。

　　自1956年世界上第一個(gè)晶閘管誕生到現在歷時(shí)近半個(gè)世紀，隨著(zhù)電子技術(shù)的飛速發(fā)展，變頻控制器從控制模塊、功率輸出和控制軟件都已完全成熟，在提高性能的同時(shí)，功能上也有較大的擴展，很多專(zhuān)用變頻設備附帶簡(jiǎn)易PLC功能，再加上產(chǎn)品價(jià)格的降低，為變頻器的應用打開(kāi)了廣闊的市場(chǎng)。

　　對于異步電動(dòng)機通過(guò)調速達到節能目的方法很多，如：調壓調速，又稱(chēng)為滑差調速；變極對數調速和品閘管串極調速等等，根據不同的負載性質(zhì)，有針對性的選擇。在各種調速節能中，利用變頻調速，是異步電動(dòng)機調速效果最好、最成熟、最有發(fā)展前途的節能技術(shù)。

　　一、常用的變頻器分為低、中、高壓變頻器。

　　1 、低壓變頻器是指400V工控變頻器。電子技術(shù)中將交流變成直流稱(chēng)順變，也稱(chēng)整流。交流變直流的變頻器通常稱(chēng)整流器。將直流變?yōu)轭l率可調的交流電流就稱(chēng)逆變。把工頻電源（50Hz）交流變成任意頻率、任意電壓的逆變裝置稱(chēng)為變頻器。從其電路的結構上分為交—直—交和交—交變頻器。交—直—交變頻器按照交流電機電源電壓的控制方法的不同，分為電壓型和電流型兩種。

　　改變變頻器的輸出電壓或輸出電流有二種不同的方法，即PAM脈沖幅值調制控制和PWM脈沖寬度調制控。

　　PAM因為受晶閘管換流時(shí)間的限制不能工作在高頻下，PWM輸出脈沖的幅值恒定，通過(guò)控制逆變器輸出電壓的導通脈沖頻率和寬度來(lái)同時(shí)改變輸出頻率和電壓，運用晶體管、可關(guān)斷晶閘管具有高速開(kāi)關(guān)特性和自關(guān)斷特性，來(lái)做逆變器開(kāi)關(guān)元件，采用PWM方式變得更容易實(shí)現，為此大多數逆變器都采用PWM控制方式。

　　2、中、高壓變頻器：所謂中高壓變頻器，指應用在600V以上的至10KV運轉調速設備上的變頻控制器。中壓有600V、1000V。3000V、6000V和10KV等屬于中高壓變頻器。因為其輸入輸出電壓等級較高，在結構上必需有整套高壓投入切換設備，采用功率單元串聯(lián)疊加的高壓輸出方式，借助計算機控制，經(jīng)高壓母線(xiàn)、斷路器移相變壓器、功率單元、控制器等組成完整的高壓變頻控制系統。

　　交流變頻調速控制器是集電力電子、自動(dòng)控制、微電子學(xué)、電機學(xué)等各種技術(shù)于一身的高新技術(shù)，變頻的調速技術(shù)是現代IT產(chǎn)業(yè)尖端技術(shù)，涉及到光纖通訊、計算機、數據并行處理等是多種高新技術(shù)的結合，與傳統行業(yè)耗能大、應用最廣泛的電力拖動(dòng)、風(fēng)機、水泵等多種行業(yè)應用異步電動(dòng)機的設備，進(jìn)行節能改造實(shí)現完美結合。

　　二、變頻器控制對像

　　變頻器應用，可分為兩大類(lèi)：一種是用于傳動(dòng)調速，另一種是各種靜止電源（靜止電源暫且不講）。變頻傳動(dòng)調速，其應用目的就是通過(guò)對電機調速來(lái)達到節約能源?？刂茖ο缶褪窃趧?dòng)力設備上實(shí)現電—機轉換的電動(dòng)機。這是由感應式異步電動(dòng)機的性能和特征決定，其次是由于所帶的負載對電機調速的負荷適應性所決定。由電機轉速的數學(xué)公式我們知道，電機的實(shí)際轉速，主要取決于電機定子的旋轉磁場(chǎng)（ n1=t*f/p） 。

　　對一個(gè)繞制好的電機，其旋轉磁場(chǎng)轉速完全取決供電頻率，t 為時(shí)間常數，P為電機的極對數，n1正比電源頻率f，從電機的結構上我們看到定、轉子之間沒(méi)有任何電的連接，基于磁場(chǎng)感應和機械慣性，轉子的轉速和定子旋轉磁場(chǎng)的轉速總是不同步，差一個(gè)轉差數（一般為n1的1%——1.8%，）稱(chēng)為轉差率S，由此可見(jiàn)電機的轉速也正比于電源的頻率。n2=t*f（1-s）/p從異步電動(dòng)機變頻時(shí)機械特性曲線(xiàn)中，我們不難看出轉速的變化對電機的轉矩影響較小，對于傳動(dòng)機械功率要求完全可以滿(mǎn)足。變頻調速控制是在降低輸出頻率的同時(shí)輸出電壓也相應降低，轉矩正比輸出電壓。轉矩也會(huì )有些減少。這種純電氣調速系統是人為地改變電動(dòng)機的機械特性來(lái)獲得不同的轉速，直接與拖動(dòng)機械相連接不需原機械設備做任何調整，這對于節能改造成本，保持原有機械性能都大有好處。變頻傳動(dòng)調速的特點(diǎn)是：

　　1 、不用改動(dòng)原有設備包括電機本身；

　　2、可實(shí)現無(wú)級調速，滿(mǎn)足傳動(dòng)機械要求；

　　3、變頻器軟啟、軟停功能，可以避免啟動(dòng)電流沖擊對電網(wǎng)的不良影響，減少電源容量的同時(shí)還可以減少機械慣動(dòng)量，減少機械損耗；

　　4、不受電源頻率的影響，可以開(kāi)環(huán)、閉環(huán)手動(dòng)/自動(dòng)控制；

　　5、低速時(shí)，定轉矩輸出、低速過(guò)載能力較好；

　　6、電機的功率因數隨轉速增高功率增大而提高。使用效果較好。

　　三、風(fēng)機、水泵節能－－－－-變頻控制

　　機電設備配合設計原則：電機的最大功率必須滿(mǎn)足負載下的機械功率和轉矩，對于不同的負載，最大值并非時(shí)時(shí)刻刻都發(fā)生、負載的變化是非線(xiàn)性的，而電機的輸出功率卻是恒定的，這就意味著(zhù)在非最大負載時(shí)電機輸出了相當一部分多余功率，電能也就白白浪費掉了。風(fēng)機、水泵類(lèi)就是較典型例子。

　　風(fēng)機、水泵類(lèi)風(fēng)量和流量的控制在過(guò)去很少采用轉速控制方式，基本上都是由鼠籠型異步電動(dòng)機拖動(dòng)，進(jìn)行恒速運轉，當需要改變風(fēng)量或流量時(shí)，事實(shí)上都采用調節擋風(fēng)板或節流閥。這種控制雖然簡(jiǎn)單易行，能滿(mǎn)足流量要求，但對電機來(lái)講，從節省能源的角度來(lái)看是非常不經(jīng)濟的。生產(chǎn)中很容易檢測出來(lái)。

　　這類(lèi)設備一般都是長(cháng)時(shí)間運行，甚至很久不停機。在實(shí)際檢測中發(fā)現，除在極短時(shí)間流量最大值外，近90％時(shí)間運行在中等或較低負荷狀態(tài)，總用電量至少有40％以上被浪費掉。采用變頻調速控制，對風(fēng)機、水泵類(lèi)機械進(jìn)行轉速控制來(lái)調節流量的方法，對節約能源，提高經(jīng)濟效益具有非常重要意義。

　　我們日常生產(chǎn)和生活所使用的電源，是固定頻率（50Hz）的交流電。變頻技術(shù)，就是通過(guò)技術(shù)手段，來(lái)改變用電設備的供電頻率，進(jìn)而達到控制設備輸出功率的目的。變頻技術(shù)隨著(zhù)微電子學(xué)、電力電子、計算機和自動(dòng)控制理論等的發(fā)展，已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)嶄新的時(shí)代，完全成熟的技術(shù)，也使其應用進(jìn)入了一個(gè)新的高潮。它是通過(guò)變頻調速改變軸輸出功率，達到減少輸入功率節省電能的目的。是感應式異步電動(dòng)機節能的重要技術(shù)手段之一。

　　自1956年世界上第一個(gè)晶閘管誕生到現在歷時(shí)近半個(gè)世紀，隨著(zhù)電子技術(shù)的飛速發(fā)展，變頻控制器從控制模塊、功率輸出和控制軟件都已完全成熟，在提高性能的同時(shí)，功能上也有較大的擴展，很多專(zhuān)用變頻設備附帶簡(jiǎn)易PLC功能，再加上產(chǎn)品價(jià)格的降低，為變頻器的應用打開(kāi)了廣闊的市場(chǎng)。

　　對于異步電動(dòng)機通過(guò)調速達到節能目的方法很多，如：調壓調速，又稱(chēng)為滑差調速；變極對數調速和品閘管串極調速等等，根據不同的負載性質(zhì)，有針對性的選擇。在各種調速節能中，利用變頻調速，是異步電動(dòng)機調速效果最好、最成熟、最有發(fā)展前途的節能技術(shù)。

　　一、常用的變頻器分為低、中、高壓變頻器。

　　1 、低壓變頻器是指400V工控變頻器。電子技術(shù)中將交流變成直流稱(chēng)順變，也稱(chēng)整流。交流變直流的變頻器通常稱(chēng)整流器。將直流變?yōu)轭l率可調的交流電流就稱(chēng)逆變。把工頻電源（50Hz）交流變成任意頻率、任意電壓的逆變裝置稱(chēng)為變頻器。從其電路的結構上分為交—直—交和交—交變頻器。交—直—交變頻器按照交流電機電源電壓的控制方法的不同，分為電壓型和電流型兩種。

　　改變變頻器的輸出電壓或輸出電流有二種不同的方法，即PAM脈沖幅值調制控制和PWM脈沖寬度調制控。

　　PAM因為受晶閘管換流時(shí)間的限制不能工作在高頻下，PWM輸出脈沖的幅值恒定，通過(guò)控制逆變器輸出電壓的導通脈沖頻率和寬度來(lái)同時(shí)改變輸出頻率和電壓，運用晶體管、可關(guān)斷晶閘管具有高速開(kāi)關(guān)特性和自關(guān)斷特性，來(lái)做逆變器開(kāi)關(guān)元件，采用PWM方式變得更容易實(shí)現，為此大多數逆變器都采用PWM控制方式。

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