變頻器在電廠轉(zhuǎn)機(jī)上的應(yīng)用

摘要：變頻器除了用于交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，在我國更多的是用于節(jié)能方面。本文主要介紹了變頻器的工作原理，以及在電廠轉(zhuǎn)機(jī)上應(yīng)用，并對變頻器的發(fā)展進(jìn)行了簡單的分析。

關(guān)鍵詞：變頻器電廠 轉(zhuǎn)機(jī) 應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TN773文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-098X(2012)03(c)-0000-00

*作者簡介：張曉峰，男，漢族，1980年出生，碩士，工程師，內(nèi)蒙古烏蘭察布人，內(nèi)蒙古華電包頭發(fā)電廠集控機(jī)組長，主要從事集控運(yùn)行專業(yè)。

作者簡介：趙則飛，男，漢族，1983年出生，學(xué)士，工程師，山東菏澤人，內(nèi)蒙古華電包頭發(fā)電廠集控單元長，主要從事集控運(yùn)行專業(yè)。

自從上世紀(jì)80年代變頻器商業(yè)化以來，變頻器得到了快速的發(fā)展。變頻器主要用于交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，除此之外，變頻器還具有顯著地節(jié)能作用，特別是在我國節(jié)能減排的大環(huán)境下，更是得到了大力的發(fā)展。

1 變頻器的工作原理

變頻器的主要作用就是改變異步電動(dòng)機(jī)的供電頻率，也就是改變異步電動(dòng)機(jī)的軸轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)對軸的調(diào)速運(yùn)行。異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式如下：

n＝（60f/P）×（1－S） r/min …

式中：n——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；f——電動(dòng)機(jī)定子供電頻率；P——電動(dòng)機(jī)極對數(shù)；S——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率。

從上式可以看出：在電動(dòng)機(jī)極對數(shù)、轉(zhuǎn)差率不發(fā)生變化的情況下，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與供電頻率呈線性關(guān)系。工業(yè)中常用的變頻器為交—直—交形式變頻器，變頻器經(jīng)接觸器串接于電源與被控三相異步電動(dòng)機(jī)之間，變頻器內(nèi)部控制系統(tǒng)主要有整流器(整流模塊)、濾波器(濾波電容)和逆變器(大功率晶體管模塊)三個(gè)主要部件和以單片機(jī)。其工作原理是主回路先將工頻交流電通過整流器變成直流電，經(jīng)濾波后，再經(jīng)過逆變器通過給定輸入控制量，將直流電變成可控頻率的交流電，供給三相交流異步電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)調(diào)速運(yùn)行。

同時(shí)，變頻器在降低頻率的同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)頻率與電壓的協(xié)調(diào)控制。對異步機(jī)調(diào)速時(shí)，總是希望主磁通Φ恒定，因?yàn)棣堤。瑢﹁F磁材料的利用不充分，在同樣電流的條件下產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩??；Φ太大，定子電流中激磁電流分量加大，在同樣電流的情況下，轉(zhuǎn)矩電流分量將減小，電機(jī)負(fù)載能力也會(huì)隨之下降）。而變頻器在一定條件下保持E/f為常數(shù)，實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。

2 變頻器在電廠節(jié)能方面的應(yīng)用

變頻器最初的用途是對速度的控制，在我國當(dāng)前節(jié)能的大環(huán)境下，變頻器在節(jié)能方面的應(yīng)用得到了極大地發(fā)展，國務(wù)院甚至將高壓變頻器作為全國電廠節(jié)能減排重要產(chǎn)品予以推薦。

比如當(dāng)水泵水壓、流量需要調(diào)節(jié)時(shí)，傳統(tǒng)的方法就是通過調(diào)節(jié)閥門或啟停電機(jī)來實(shí)現(xiàn)，損耗隨之增大，同時(shí)降低了水泵的總效率，電能損失是相當(dāng)可觀的。然而當(dāng)采用變頻調(diào)速時(shí)，可以按需要升降電機(jī)轉(zhuǎn)速，改變水泵的性能曲線，使水泵的額定參數(shù)滿足工藝要求。根據(jù)流體力學(xué)的公式我們知道流速與轉(zhuǎn)速成正比，水壓與轉(zhuǎn)速的平方成，功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，因此，通過變頻調(diào)速可以極大地節(jié)約能源。例如一臺(tái)功率為55 kW的水泵電機(jī)，當(dāng)其轉(zhuǎn)速下降到原轉(zhuǎn)速的4/5時(shí)，其耗電量為28．16 kW，省電48．8％；當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到原轉(zhuǎn)速的1/2時(shí)，其耗電量為6．875 kW，省電87．5％。因此，采用變頻器精確調(diào)速來調(diào)節(jié)流量、風(fēng)量，節(jié)電效果非常可觀，節(jié)電率為20％～50％。在實(shí)際設(shè)計(jì)負(fù)載電機(jī)時(shí)，一般按最大需求來生產(chǎn)電動(dòng)機(jī)的容量，故設(shè)計(jì)容量偏大。但是在實(shí)際運(yùn)行中，大多數(shù)時(shí)間都不可能慢負(fù)荷運(yùn)行，存在著嚴(yán)重的“大馬拉小車”的現(xiàn)象，效率低下，造成電能的大量浪費(fèi)。

再比如，鍋爐在正常運(yùn)行中的燃料構(gòu)成、熱負(fù)荷、電負(fù)荷以及季節(jié)等變化因數(shù)較大，因此，在各個(gè)不同的燃燒情況下，所需要的空氣量也是不同的，且變化極大，然而，鍋爐配置的風(fēng)機(jī)是按鍋爐最大出力時(shí)所需最大風(fēng)量來設(shè)計(jì)，并必須考慮鍋爐在事故情況下一定的風(fēng)量裕度，所以，風(fēng)機(jī)電機(jī)功率設(shè)計(jì)一般都較大。在使用檔板進(jìn)行調(diào)節(jié)控制時(shí)，大量的電能浪費(fèi)在了克服擋板的阻力上面，造成用電率高，影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。在進(jìn)行了變頻節(jié)能技術(shù)改造后，提高其經(jīng)濟(jì)效益。但在技術(shù)選擇上，并不能盲目的使用，而是要根據(jù)不同的生產(chǎn)設(shè)備，選擇相應(yīng)特性的變頻器，如在對鍋爐風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻器改造中，注意除必須考慮變頻器的提速、降速特性是否滿足燃燒工藝的要求以外，還必須在技術(shù)上要考慮其它的問題，如：變頻器的散熱問題、是否會(huì)與設(shè)備發(fā)生共振現(xiàn)象、在發(fā)生意外時(shí)是否可以保證生產(chǎn)的繼續(xù)等等。

3 變頻器的發(fā)展方向

隨著技術(shù)的進(jìn)步以及在工業(yè)中的應(yīng)用越來越多，如今變頻器的總的發(fā)展趨勢是：驅(qū)動(dòng)的交流化、功率變換器的高頻化、控制的數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化。以交—直—交變頻器為例：1. 主電路功率開關(guān)元件的自關(guān)斷化、模塊化、集成化、智能化，開關(guān)頻率不斷提高，開關(guān)損耗進(jìn)一步降低；2. 采用正弦波脈寬調(diào)制控制、電流跟蹤控制、電壓空間矢量控制；3. 以DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)為基礎(chǔ)的內(nèi)核，確保系統(tǒng)有更優(yōu)越的控制性能。4. 用電力電子變流器取代了直流電機(jī)的機(jī)械換向器，開發(fā)無轉(zhuǎn)子位置傳感器的系統(tǒng)。

在電廠中，風(fēng)機(jī)水泵類負(fù)荷較多，應(yīng)充分應(yīng)用變頻器進(jìn)行節(jié)能改造。隨著高壓變頻器的迅速發(fā)展，性能價(jià)格比的大大提高，變頻器進(jìn)行節(jié)能技術(shù)改造將會(huì)擁有更加廣闊的前景。

參考文獻(xiàn)

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[2] 變頻器的現(xiàn)狀及發(fā)展前景[OL]. 生意寶：http://china.toocle.com/cbna/item/2011-03-24/5710040.html