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，交流調速技術作為節(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，獲得較高的起動轉矩，負載減速時可實現(xiàn)能量回饋的再生制動，使電動機快速逆轉，并具有軟起動、軟停止，簡單可編程，易構成自控系統(tǒng)。交流變頻調速技術是集電力電子、自動控制、微電子、電機學等技術之大成的一項高技術。它以其優(yōu)異的調速性能、顯著的節(jié)電效果和在國民經濟各領域的廣泛的適用性而被國內外公認為是世界上應用廣、效率高、理想的電氣傳動方案，是電氣傳動的發(fā)展方向。它為提高產品質量和產量，節(jié)約能源、降低消耗，提高企業(yè)經濟效益提供了重要的新手段。

 

　　變頻器是將通用電源轉換成電壓可變，頻率可變的適合交流異步電機調速需求的變換裝置。

 

　　變頻器是變頻調速系統(tǒng)為重要的設備。

 

　　對高壓變頻器工作原理進行分析，異步電動機旋轉磁場的轉速為: 1160/nfp=，式中1

 

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

 

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

 

　　此公式可看出:在保證轉差率s和磁極對數(shù)p不變時，轉速n與電源頻率成正比，通過改變異步電動機的供電頻率，就能改變電機的轉速，從而實現(xiàn)調速。

 

　　高壓變頻器應用：

 

　　交流變頻傳動裝置現(xiàn)已在我國各行業(yè)得到廣泛應用，特別在石化、冶金、汽車、造紙、熱電、食品、紡織、包裝等領域。它主要應用是節(jié)能調速和特大容量和極高轉速的交流調速。節(jié)能調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載上，如風機和水泵。目前城市供水、供熱系統(tǒng)的離心泵、循環(huán)泵、風機已普遍使用變頻器調速，在煤礦、化工、食品、冶金、有色、建材行業(yè)中的泵類和風機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機中。特大容量的傳動如鋼板軋機、礦井主皮帶機、卷揚機，以采用交流變頻調速為宜。采用變頻方法調速時，可以提高低速時的效率和功率因數(shù)，達到節(jié)能目的。

 

　　在電廠中的應用：

 

　　采用高壓變頻器對電廠高能耗用電設備如送風機、引風機、給水泵、循環(huán)水泵等進行技術改造，不僅能收到直接的降低廠用電、降低供電煤耗、增大上網電量帶來的直接經濟效益，而且設備至機組的安全可靠性也有了提高，高壓變頻器技術在發(fā)電廠有值得推廣應用的廣闊空間。在發(fā)電廠中，風機和水泵是主要的耗能設備，通常情況下其輸入能量的15%～20%被電機和風機或水泵本身所消耗，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)電廠的風機和水泵進行節(jié)能改造具有很大的潛力，采用變頻調速是好的選擇。

 

　　變頻系統(tǒng)首先將電網中的交流電整流成直流電，再通過逆變器逆變?yōu)轭l率可調的交流電，供給交流電動機，從而改變電機的轉速。這種方法具有高效率、寬范圍和高精度的調速性能規(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，對電網電壓波動的適應能力，即能夠在較大的電網電壓波動范圍內正常工作。這個范圍一般是-20%～10%；電網重合閘后繼續(xù)運行的能力，即在電網瞬時失電，恢復供電后變頻器不能停止運行，要能夠記憶并快速恢復至失電前的運行狀態(tài)；具備冗余設計，即允許變頻裝置局部故障，不影響其它部分的運行， 能夠在局部故障的狀態(tài)下繼續(xù)運行；能夠在線維護，即在變頻裝置連續(xù)運行的情況下排除局部故障；諧波小，這包括變頻器對電網的影響即輸入電流諧波和變頻器對電動機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體器件，使用時的溫度限制很嚴格，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和降溫措施。

 

　　在煤礦中的應用：

 

　　文中主要介紹變頻器在礦井提升機和風機中的應用。

 

　　交流調速系統(tǒng)轉子串電阻調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速方案淘汰。

 

　　高壓變頻調速在礦井提升機中以期達到的目標有：提高主井提升機的效率，實現(xiàn)節(jié)電的目的；提高系統(tǒng)的運用可靠性、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。

 

　　變頻調速提升系統(tǒng)的優(yōu)點：

 

　　(1) 提升機系統(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計的提升速度圖控制提升速度，極大地降低了提升機的操縱難度;減速時電力制動自動減速，提升機司機無需再用施閘手段控制提升機減速，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 %。變頻調速時轉子電阻被短接，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)將從轉子串電阻調速的018 左右提高到0195 以上，大大提高了設備對電網容量資源的利用率，減少了因無功電流引起的線路損耗。

 

　　(4) 生產效率進一步提高

 

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

 

　　(5) 電機發(fā)熱大幅減輕

 

　　與轉子串電阻調速相比電機定子溫度平均下降了10 ℃左右，轉子溫度平均下降了20 ℃左右，使電機運行的故障率大幅度減少。

 

　　(6) 系統(tǒng)維修量大幅度減少

 

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

 

　　變頻器在風機的應用中的優(yōu)點：

 

　　(1) 變頻器對電網的沖擊達到了國家有關標準的規(guī)定。由于采用變頻器后啟動風機時可以實現(xiàn)變頻軟啟動，避免了啟動電流對電網及控制設備的沖擊，可以有效地延長電氣設備的使用周期。

 

　　(2) 按需調節(jié)風量，避免浪費。進行變頻改造后，風機的風量不再需要通過改變葉片角度來調節(jié)，而是由變頻器通過變頻調節(jié)電機的轉速來實現(xiàn)，因而可以根據(jù)生產需要隨意調節(jié)風量，減少了浪費。

 

　　(3) 變頻器實現(xiàn)了節(jié)能運行，節(jié)約了大量能源。經過測算節(jié)能率高達36 %以上。

 

　　(4) 降低了風機的工作強度，延長了使用壽命。進行變頻改造后，風機的大部分時間工作在低速狀態(tài)下，因而大大降低了風機的機械強度和電氣沖擊，大大延長了風機壽命。

 

　　(5) 傳動效率高，采用30 脈沖整流方式可以大大改善網側的電流波形，使其負載下的網側功率因數(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，提高了風機的安全運行系數(shù)和運行周期。

 

　　諧波分析：

 

　　評價高壓變頻調速技術的指標主要有: 成本、可靠性、對電網的諧波污染、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注，高壓變頻器的容量一般較大，占整個電網的比重較為顯著，所以高壓變頻器對電網污染的諧波問題已不容忽視，變頻器對電網的影響主要取決于整流電路的結構和特性。

 

　　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撲結構，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。多重化結構作為變頻器整流側普遍采用的拓撲結構， 能夠滿足不同場合、不同電壓等級的需要。但當重數(shù)增加時，裝置的結構會變復雜， 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阻抗、調節(jié)輸出電壓調制比，載波頻率和逆變電路開關滯時等參數(shù)都可以在一定程度上抑制諧波干擾。

 

　　結語：

 

　　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，輸入諧波對電網的影響和輸出諧波對電機的影響問題，使其應用受到極大的限制。總體來說，高壓變頻技術以其良好的特性正被廣泛地應用。變頻調節(jié)技術是比較先進、理想的調節(jié)技術，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，因而其綜合經濟效益還是較高的。

 

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