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                    臺工分享:交流變頻調速技術的優勢與應用

                    文章出處:   責任編輯:   發布時間:2018-06-05 17:51:00    點擊數:-   【


                    20世紀70年代后,大規模集成電路和計算機控制技術的發展,以及現代控制理論的應用,使得交流電力拖動系統逐步具備了寬的調速范圍、高的穩速范圍、高的穩速精度、快的動態響應以及在四象限作可逆運行等良好的技術性能,在調速性能方面可以與直流電力拖動媲美。在交流調速技術中,變頻調速具有絕對優勢,并且它的調速性能與可靠性不斷完善,價格不斷降低,特別是變頻調速節電效果明顯,而且易于實現過程自動化,深受工業行業的青睞。

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                    1.交流變頻調速的優異特性

                    (1) 調速時平滑性好,效率高。低速時,特性靜關率較高,相對穩定性好。

                    (2) 調速范圍較大,精度高。

                    (3) 起動電流低,對系統及電網無沖擊,節電效果明顯。

                    (4) 變頻器體積小,便于安裝、調試、維修簡便。

                    (5) 易于實現過程自動化。

                    (6) 必須有專用的變頻電源,目前造價較高。

                    (7) 在恒轉矩調速時,低速段電動機的過載能力大為降低。

                    2.與其它調速方法的比較

                    交流電動機的調速方法有三種:變極調速、改變轉差率調速和變頻調速。其中,變頻調速最具優勢。這里僅就交流變頻調速系統與直流調速系統做一比較。

                    在直流調速系統中,由于直流電動機具有電刷和整流子,因而必須對其進行檢查,電機安裝環境受到限制。例如:不能在有易爆氣體及塵埃多的場合使用。此外,也限制了電機向高轉速、大容量發展。而交流電機就不存在這些問題,主要表現為以下幾點:  第一,直流電機的單機容量一般為12 - 14MW,還常制成雙電樞形式,而交流電機單機容量卻可以數倍于它。

                    第二,直流電機由于受換向限制,其電樞電壓最高只能做到一千多伏,而交流電機可做到6 - 10kV。第三,直流電機受換向器部分機械強度的約束,其額定轉速隨電機額定功率而減小,一般僅為每分鐘數百轉到一千多轉,而交流電機的達到每分鐘數千轉。第四,直流電機的體積、重量、價格要比同等容量的交流電機大。

                    最后,特別要指出的是交流調速系統在節約能源方面有著很大的優勢。一方面,交流拖動的負荷在總用電量中占一半或一半以上的比重,這類負荷實現節能,可以獲得十分可觀的節電效益。另一方面,交流拖動本身存在可以挖掘的節電潛力。在交流調速系統中,選用電機時往往留有一定余量,電機又不總是在最大負荷情況下運行;如果利用變頻調速技術,輕載時,通過對電機轉速進行控制,就能達到節電的目的。工業上大量使用風機、水泵、壓縮機等,其用電量約占工業用電量的50%;如果采用變頻調速技術,既可大大提高其效率,又可減少10%的電能消耗。

                    3.合理應用

                    交流變頻調速技術在工業發達國已得到廣泛應用。美國有60% - 65%的發電量用于電機驅動,由于有效地利用了變頻調速技術,僅工業傳動用電就節約了15% - 20%的電量。

                    采用變頻調速,一是根據要求調速用,二是節能。它主要基于下面幾個因素:

                    (1) 變頻調速系統自身損耗小,工作效率高。

                    (2) 電機總是保持在低轉差率運行狀態,減小轉子損耗。

                    (3) 可實現軟啟、制動功能,減小啟動電流沖擊。

                    在采用變頻調速時,需從工藝要求、節約效益、投資回收期等各方面考慮。如果僅從工藝要求、節約效益考慮,下面幾種情況選用變頻調速較有利:

                    根據工藝要求,生產線或單臺設備需要按程序或按要求調整電機速度的。如:包裝機傳送系統,根據不同品種的產品,需要改變系統傳送速度,使用變頻調速可使調速控制系統結構簡單,控制準確,并易于實現程序控制。

                    用變頻調速代替機械變速。如:機床,不僅可以省去復雜的齒輪變速箱,還能提高精度、滿足程序控制要求。

                    用變頻調速代替用閘門或擋板調整流量適于風機、水泵、壓縮機等。例如:鍋爐上水泵、鼓風機、引風機實行了變頻調速控制,不僅省去了伺服放大器、電動操作器、電動執行器和給水閥門(或擋風板),而且使得整個鍋爐鍋爐控制系統得到了快速的動態響應、高的控制精度和穩定性。

                    4.變頻器容量的確定

                    變頻調速是通過變頻器來實現的,對于變頻器的容量確定至關重要。合理的容量選擇本身就是一種節能降耗措施。根據現有資料和經驗,比較簡便的方法有三種:

                    (1) 電機實際功率確定發 首先測定電機的實際功率,以此來選用變頻器的容量。

                    (2) 公式法 設安全系數取1.05,則變頻器的容量Pb為Pb = 1.05Pm/hm×cosy (kW)

                    式中,Pm為電機負載;hm為電機功率。計算出Pb后,按變頻器產品目錄可選出具體規格。

                    In為第n臺電動機的額定電流,n為電機的臺數。在任何情況下,都不能在連續使用時超過額定電流I。

                    (3) 電機額定電流法變頻器 變頻器容量選定過程,實際上是一個變頻器與電機的最佳匹配過程,最常見、也較安全的是使變頻器的容量大于或等于電機的額定功率,但實際匹配中要考慮電機的實際功率與額定功率相差多少,通常都是設備所選能力偏大,而實際需要的能力小,因此按電機的實際功率選擇變頻器是合理的,避免選用的變頻器過大,使投資增大。

                    雖然變頻調速有諸多優點,但也有其不利因素,主要問題是電流中含高次諧波較多,除對電網有污染外,也使電機自身增加損耗,引起電機發熱。再有,變頻器價格貴、投資回收器長、技術復雜、尤其在實現閉環自動控制時,還需進行技術處理。

                    此外,不是任何情況下變頻器都節電,如果電機負載變化不大,或深井泵配有水塔,節電、節水效果都不大,就不宜使用變頻調速。

                    5.評價

                    交流變頻調速的方法是異步電機最有發展前途的調速方法。隨著電力電子技術的不斷發展,性能可靠、匹配完善、價格便宜的變頻器會不斷出現,這一技術會得到更為廣泛、普遍的應用。目前,國外先進國家的變頻技術正向小型化、高可靠性、抗公害、多功能、高性能等方向發展,我國也在加快發展步伐。

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