變頻器節(jié)能技術(shù)原理及應(yīng)用研究

周偉

【摘 要】隨著我國科技的發(fā)展，變頻技術(shù)在我國社會生產(chǎn)生活中廣泛的應(yīng)用，使我國變頻器技術(shù)水平越來越嫻熟，應(yīng)用也日益靈活，熟練掌握變頻器技術(shù)的節(jié)能原理以及應(yīng)用方式，可以有效提高電氣設(shè)備的工作效率，保證電氣設(shè)備的正常運行，從而為企業(yè)創(chuàng)造經(jīng)濟效益。本文就簡單分析一下變頻器技術(shù)的節(jié)能原理以及應(yīng)用情況。

【關(guān)鍵詞】變頻器技術(shù)；節(jié)能原理；應(yīng)用

變頻器技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用徹底改變了傳統(tǒng)的直流調(diào)速、變極調(diào)速以及滑差調(diào)速等調(diào)速技術(shù)，它與可編程控制器以高效率、高功率因數(shù)、其優(yōu)良的調(diào)速及起/停性能等優(yōu)點被公認(rèn)為這個時代最為恰當(dāng)合適的調(diào)速控制裝置。

1.變頻器的基本構(gòu)成

變頻器基本構(gòu)成根據(jù)其工作方式可分為兩種，即：交—交、交—直—交。交—交變頻器是將工頻交流電轉(zhuǎn)化為頻率、電壓都能夠控制的交流電，所以，這種變頻器亦被稱為直接式變頻器；交—直—交變頻器是將工頻交流電通過整流器轉(zhuǎn)化為直流電，然后再把直流電轉(zhuǎn)化為頻率、電壓都能夠控制的交流電，所以，這種變頻器亦被稱為間接式變頻器。就目前來看，我國生產(chǎn)中普遍用的是間接式變頻器。

1.1整流器

我國整流器一般都采用二極管變流器，二極管變流器的主要作用是將工頻交流電轉(zhuǎn)化為直流電源，也可采用兩組晶體管變流器組建可逆變流器，由于其功率方向的可逆性，所以可再生運轉(zhuǎn)。

1.2濾波電路

經(jīng)過整流器的處理，在直流電壓中會含有等于電源六倍頻率的脈動電壓，而且逆變器所生產(chǎn)出的電流也會造成直流電壓有所變動，所以，為有效對電壓波動加以控制，可使用電感及電容對所產(chǎn)生的脈動電壓進行吸收處理，如裝置的容量較小，主電路及電源的構(gòu)成器件還有雨量，就能省去電感，直接使用濾波電路。

1.3逆變器

逆變器和整流器正好相反，逆變器是將整流器處理完成的直流電源轉(zhuǎn)化為頻率及電壓均滿足異步電動機運行要求的直流電。

1.4控制電路

控制電路用來為電動機主電路提供及時的信號回路，其包括有電流和電壓監(jiān)測電路、轉(zhuǎn)速檢測電路、頻率和電壓運算電路、電動機與逆變器保護電路及運算電路信號放大驅(qū)動電路等?？刂齐娐肥歉鶕?jù)線路的回饋信息從而對整理器以及逆變器的輸出進行控制，以使電壓及頻率都能夠滿足電動機的正常變頻運行。

2.水泵變頻器的節(jié)能原理

水泵屬于平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，根據(jù)其工作原理，我們可設(shè)其轉(zhuǎn)速為n，設(shè)流量為Q，其揚程設(shè)為H，泵的軸功率設(shè)為N，所以，其關(guān)系式可如下所示：

Q1=Q2（n1/n2），H1=H2（n1/n2）2，N1=N2（n1/n2）3

根據(jù)以上關(guān)系式可以看出，泵流量與轉(zhuǎn)速成正比，揚程與轉(zhuǎn)速平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速立方成正比，而當(dāng)電動機驅(qū)動水泵時，電動機軸功率P可按下面的公式表示：

P=ρQH/ηcηF×10-2

公式中：ρ表示礦井水的重度，η C 表示工況點時效率，η F表示傳動效率。

據(jù)下圖我們可以看出泵流量Q和揚程H的曲線關(guān)系圖，其中①曲線為泵在n1轉(zhuǎn)速下?lián)P程--流量的特性曲線，⑤曲線為泵在n2轉(zhuǎn)速下?lián)P程--流量的特性曲線；②曲線為泵在n1轉(zhuǎn)速下功率--流量的特性曲線；③、④曲線為管阻特性曲線。

泵的揚程--流量曲線

假設(shè)水泵在A點工作效率最高，水流輸出量Q達到100%，則該點的軸功率P1與A H1Q Q 1的面積成正比，根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，當(dāng)輸出流量需要從Q1縮減到Q2時，若直接調(diào)節(jié)閥門，會使管阻從曲線③轉(zhuǎn)變到曲線④，整個系統(tǒng)都會由原先的最佳工作效率A轉(zhuǎn)變到新的最佳工作效率點B，水泵揚程隨之增加，軸功率P2與BH2QQ2成正比。如果使用變頻器進行控制，水泵轉(zhuǎn)速會從n1降到n2，在滿足同等流量Q2的前提下，水泵揚程H3大幅度降低，軸功率P3則與CH3OQ2的面積成正比。通過對比，我們可以看出，P3顯著減小，所節(jié)省的功率損耗與BH2H3C成正比，因此，節(jié)能效果非常顯著。

3.變頻器節(jié)能應(yīng)用

目前，變頻器節(jié)能技術(shù)主要應(yīng)用于我國泵類和風(fēng)機等設(shè)備，較好的實現(xiàn)了生產(chǎn)中安全高效、節(jié)能降耗的目的，這種技術(shù)成為我國實現(xiàn)節(jié)能降耗的重點推廣技術(shù)，我國能源法中的第39條將其列為通用技術(shù)并進行推廣。通過實踐表明，變頻器技術(shù)應(yīng)用于我國的泵類及風(fēng)機設(shè)備中的驅(qū)動控制，能夠取得優(yōu)秀明顯的節(jié)能效果，所以，變頻器技術(shù)是現(xiàn)代生產(chǎn)中經(jīng)濟合理的一種調(diào)速控制技術(shù)。

隨著變頻器技術(shù)越來越成熟，該技術(shù)更靈活的在我國泵類、風(fēng)機、空調(diào)器、數(shù)控機床以及傳送給料系統(tǒng)等領(lǐng)域得到運用，而且現(xiàn)在正在我國的煤礦采煤機和礦井提升機等設(shè)備中嘗試推廣應(yīng)用。變頻器技術(shù)應(yīng)用在我國煤礦行業(yè)，可起到節(jié)約企業(yè)電力能源，提升機械設(shè)備自動化程度的作用，進而為提高煤炭生產(chǎn)效率、提高煤炭產(chǎn)品質(zhì)量提供了有力的技術(shù)保證。

4.結(jié)束語

變頻器技術(shù)應(yīng)用于電機設(shè)備，可滿足電機運行中的軟啟軟停要求，從而使電機設(shè)備對配電網(wǎng)的沖擊度降低，并能有效降低電機啟動時線路損耗，從而降低機械的磨損以及設(shè)備的維護維修所產(chǎn)生的費用。變頻器技術(shù)的恰當(dāng)運用，能夠直接為企業(yè)和社會帶來經(jīng)濟效益。所以該領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該縝密分析，積極探索，使變頻器技術(shù)能夠更好的服務(wù)于我國的節(jié)能降耗事業(yè)。

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