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台工分享:交流变频调速技术的优势与应用

文章出处:   责任编辑:   发布时间:2018-06-05 17:51:00    点击数:-   【


20世纪70年代后,大规模集成电路和计算机控制技术的发展,以及现代控制理论的应用,使得交流电力拖动系统逐步具备了宽的调速范围、高的稳速范围、高的稳速精度、快的动态响应以及在四象限作可逆运行等良好的技术性能,在调速性能方面可以与直流电力拖动媲美。在交流调速技术中,变频调速具有绝对优势,并且它的调速性能与可靠性不断完善,价格不断降低,特别是变频调速节电效果明显,而且易于实现过程自动化,深受工业行业的青睐。

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1.交流变频调速的优异特性

(1) 调速时平滑性好,效率高。低速时,特性静关率较高,相对稳定性好。

(2) 调速范围较大,精度高。

(3) 起动电流低,对系统及电网无冲击,节电效果明显。

(4) 变频器体积小,便于安装、调试、维修简便。

(5) 易于实现过程自动化。

(6) 必须有专用的变频电源,目前造价较高。

(7) 在恒转矩调速时,低速段电动机的过载能力大为降低。

2.与其它调速方法的比较

交流电动机的调速方法有三种:变极调速、改变转差率调速和变频调速。其中,变频调速最具优势。这里仅就交流变频调速系统与直流调速系统做一比较。

在直流调速系统中,由于直流电动机具有电刷和整流子,因而必须对其进行检查,电机安装环境受到限制。例如:不能在有易爆气体及尘埃多的场合使用。此外,也限制了电机向高转速、大容量发展。而交流电机就不存在这些问题,主要表现为以下几点:  第一,直流电机的单机容量一般为12 - 14MW,还常制成双电枢形式,而交流电机单机容量却可以数倍于它。

第二,直流电机由于受换向限制,其电枢电压最高只能做到一千多伏,而交流电机可做到6 - 10kV。第三,直流电机受换向器部分机械强度的约束,其额定转速随电机额定功率而减小,一般仅为每分钟数百转到一千多转,而交流电机的达到每分钟数千转。第四,直流电机的体积、重量、价格要比同等容量的交流电机大。

最后,特别要指出的是交流调速系统在节约能源方面有着很大的优势。一方面,交流拖动的负荷在总用电量中占一半或一半以上的比重,这类负荷实现节能,可以获得十分可观的节电效益。另一方面,交流拖动本身存在可以挖掘的节电潜力。在交流调速系统中,选用电机时往往留有一定余量,电机又不总是在最大负荷情况下运行;如果利用变频调速技术,轻载时,通过对电机转速进行控制,就能达到节电的目的。工业上大量使用风机、水泵、压缩机等,其用电量约占工业用电量的50%;如果采用变频调速技术,既可大大提高其效率,又可减少10%的电能消耗。

3.合理应用

交流变频调速技术在工业发达国已得到广泛应用。美国有60% - 65%的发电量用于电机驱动,由于有效地利用了变频调速技术,仅工业传动用电就节约了15% - 20%的电量。

采用变频调速,一是根据要求调速用,二是节能。它主要基于下面几个因素:

(1) 变频调速系统自身损耗小,工作效率高。

(2) 电机总是保持在低转差率运行状态,减小转子损耗。

(3) 可实现软启、制动功能,减小启动电流冲击。

在采用变频调速时,需从工艺要求、节约效益、投资回收期等各方面考虑。如果仅从工艺要求、节约效益考虑,下面几种情况选用变频调速较有利:

根据工艺要求,生产线或单台设备需要按程序或按要求调整电机速度的。如:包装机传送系统,根据不同品种的产品,需要改变系统传送速度,使用变频调速可使调速控制系统结构简单,控制准确,并易于实现程序控制。

用变频调速代替机械变速。如:机床,不仅可以省去复杂的齿轮变速箱,还能提高精度、满足程序控制要求。

用变频调速代替用闸门或挡板调整流量适于风机、水泵、压缩机等。例如:锅炉上水泵、鼓风机、引风机实行了变频调速控制,不仅省去了伺服放大器、电动操作器、电动执行器和给水阀门(或挡风板),而且使得整个锅炉锅炉控制系统得到了快速的动态响应、高的控制精度和稳定性。

4.变频器容量的确定

变频调速是通过变频器来实现的,对于变频器的容量确定至关重要。合理的容量选择本身就是一种节能降耗措施。根据现有资料和经验,比较简便的方法有三种:

(1) 电机实际功率确定发 首先测定电机的实际功率,以此来选用变频器的容量。

(2) 公式法 设安全系数取1.05,则变频器的容量Pb为Pb = 1.05Pm/hm×cosy (kW)

式中,Pm为电机负载;hm为电机功率。计算出Pb后,按变频器产品目录可选出具体规格。

In为第n台电动机的额定电流,n为电机的台数。在任何情况下,都不能在连续使用时超过额定电流I。

(3) 电机额定电流法变频器 变频器容量选定过程,实际上是一个变频器与电机的最佳匹配过程,最常见、也较安全的是使变频器的容量大于或等于电机的额定功率,但实际匹配中要考虑电机的实际功率与额定功率相差多少,通常都是设备所选能力偏大,而实际需要的能力小,因此按电机的实际功率选择变频器是合理的,避免选用的变频器过大,使投资增大。

虽然变频调速有诸多优点,但也有其不利因素,主要问题是电流中含高次谐波较多,除对电网有污染外,也使电机自身增加损耗,引起电机发热。再有,变频器价格贵、投资回收器长、技术复杂、尤其在实现闭环自动控制时,还需进行技术处理。

此外,不是任何情况下变频器都节电,如果电机负载变化不大,或深井泵配有水塔,节电、节水效果都不大,就不宜使用变频调速。

5.评价

交流变频调速的方法是异步电机最有发展前途的调速方法。随着电力电子技术的不断发展,性能可靠、匹配完善、价格便宜的变频器会不断出现,这一技术会得到更为广泛、普遍的应用。目前,国外先进国家的变频技术正向小型化、高可靠性、抗公害、多功能、高性能等方向发展,我国也在加快发展步伐。