變頻器在企業(yè)中的重要應(yīng)用

楊冰 楊萬軍

摘 要：變頻器是將工頻電變換為其他頻率電能的控制裝置。隨著變頻技術(shù)的不斷發(fā)展與完善，變頻器的功能和優(yōu)點不斷提升，它的節(jié)能效果、軟啟動功能、較強的調(diào)速功能、良好的保護(hù)功能等先進(jìn)的控制技術(shù)，在企業(yè)的發(fā)展中得到廣泛的應(yīng)用。文章分析了變頻器的工作原理和功能優(yōu)點，提出了變頻器在控制技術(shù)、轉(zhuǎn)矩提升功能、節(jié)能功能、軟啟動功能等四個方面技術(shù)在企業(yè)供電中的重要應(yīng)用。建議粗淺，僅供參考。

關(guān)鍵詞：變頻器；企業(yè)供電；重要應(yīng)用

引言

隨著電力電子技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)的迅速發(fā)展，變頻器技術(shù)逐漸發(fā)展成熟，它集成了高壓大功率晶體管技術(shù)和電子控制技術(shù)，其優(yōu)良的節(jié)電性能、良好的啟動性能和多樣的保護(hù)功能在企業(yè)供電中得到了廣泛的應(yīng)用，很大程度地提高了運行效率，降低了生產(chǎn)成本，又易于保養(yǎng)和維修。變頻器必將在大中型工業(yè)、企業(yè)中應(yīng)用得越來越廣泛。

1 變頻器的工作原理及功能優(yōu)點

變頻器是應(yīng)用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用，通過改變電機工作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設(shè)備。目前，在企業(yè)中變頻器通常采用交-直-交的方式將工頻交流電轉(zhuǎn)變頻率、電壓可控制的交流電。它先把工頻交流電通過變頻器整流轉(zhuǎn)換為直流電源，再把直流電源轉(zhuǎn)換成企業(yè)電動機所需的可控制交流電源。變頻器主要由整流、濾波、逆變、制動單元、驅(qū)動單元、檢測單元微處理單元等組成。

變頻器調(diào)速是當(dāng)今最有發(fā)展前景的調(diào)速技術(shù)，具有多項不可替代的優(yōu)點：一是具有良好的節(jié)能效果。節(jié)能可以達(dá)到50%以上；二是具有良好的制動與啟動效果，變頻器可以實現(xiàn)軟啟動、快速制動、自動平滑加速等操作；三是具有較好的調(diào)速性能。電機調(diào)速的方法一般采用調(diào)節(jié)控制變頻器的頻率可以實現(xiàn)，在變頻器頻率調(diào)整時也要注意相應(yīng)的電壓調(diào)整，否則在頻率低的情況下，電機就會因為過電壓而燒壞。變頻器具有較寬的調(diào)速范圍，其最大調(diào)速比可以實現(xiàn)20：1；四是具有良好的保護(hù)功能。變頻器能夠自動檢測出異常狀態(tài)，并可以自動修正異常狀況。當(dāng)出現(xiàn)異常狀態(tài)時，變頻器可以通過半導(dǎo)體器件PWM控制信號封鎖，實現(xiàn)電動機自動停止，保護(hù)儀器設(shè)備。能夠完成過壓、欠壓、過載、短路、過流等各種保護(hù)措施，并能顯示故障的診斷。五是變頻器可以實現(xiàn)計算機控制，能夠完成遠(yuǎn)距離實現(xiàn)措施。以上五點既是變頻器功能優(yōu)點，也是在企業(yè)供電中的應(yīng)用特點。

2 變頻器在企業(yè)供電中的重要應(yīng)用

2.1 變頻器控制技術(shù)的應(yīng)用

變頻器的控制技術(shù)應(yīng)用在電廠發(fā)電供電上非常廣泛。一是中心換熱站及外網(wǎng)控制。主要是在鍋爐系統(tǒng)中的應(yīng)用。鍋爐系統(tǒng)主要包括系統(tǒng)恒壓補水控制、系統(tǒng)燃燒控制、系統(tǒng)熱水循環(huán)控制和爐膛壓力控制。這些系統(tǒng)控制需要變頻器進(jìn)行控制。二是外網(wǎng)循環(huán)泵的控制。供熱系統(tǒng)要保證內(nèi)壓恒定是系統(tǒng)供熱穩(wěn)定的前提條件。變頻器應(yīng)用在補水泵對系統(tǒng)定壓，可以平滑地調(diào)節(jié)補水泵的轉(zhuǎn)速，及時進(jìn)行調(diào)補水量，保證系統(tǒng)內(nèi)水體積的穩(wěn)定。變頻器的變頻調(diào)速技術(shù)可以調(diào)節(jié)循環(huán)泵的流量，可以在系統(tǒng)壓力穩(wěn)定的條件下，對供水的流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證供熱系統(tǒng)的安全運行。

2.2 變頻器轉(zhuǎn)矩提升功能的應(yīng)用

通用的變頻器輸出電壓為380-650伏，輸出功率為0.75-400千瓦，工作頻率為0-400赫茲，主要控制方式有五種，正弦脈調(diào)制控制方式，電壓空間矢量控制方式，電流矢量控制方式，直接扭矩控制方式和矩陣式交-交控制方式。常規(guī)的變頻器是由V/F控制，隨著電機速度的下降，電機的電壓增加，會造成勵磁不足，電機的旋轉(zhuǎn)力不夠大。針對這種現(xiàn)象，變頻器選擇電流矢量控制的類型，可以在電機速度低的時候，有效對轉(zhuǎn)矩不足進(jìn)行彌補，通過合理分配電機電流值，從而計算出產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電機電流分量以及其他電流分量的數(shù)值，達(dá)到電機端電壓降，進(jìn)行優(yōu)化補償，在電流增大時，電機可以輸出較大的轉(zhuǎn)矩，有效地改善電機低轉(zhuǎn)速的低溫狀況。這種提升轉(zhuǎn)矩功能應(yīng)用在供電企業(yè)中，主要是應(yīng)用補水泵電機和循環(huán)泵的外網(wǎng)控制。

2.3 變頻器節(jié)能原理的應(yīng)用

變頻器的節(jié)能降耗的作用主要應(yīng)用在引風(fēng)機和水泵上。傳統(tǒng)的風(fēng)機、水泵調(diào)速方法是通過調(diào)節(jié)出口或入口的閥門擋板開控制給水或給風(fēng)量，這種方法輸出功率大，大量的能量在閥門過程中消耗了，變頻器通過降低水泵、風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)流量，實現(xiàn)節(jié)能目的。引風(fēng)機高壓變頻器是一種串聯(lián)疊加性高壓變頻器，一般采用多臺單相三電平逆變器串聯(lián)鏈接，它的輸出的是變頻變壓的高壓交流電。通過調(diào)節(jié)變頻器的輸出功率，按照一定比例降低電動機的轉(zhuǎn)速，達(dá)到節(jié)能作用。流體力學(xué)公式：功率=壓力*流量，壓力和轉(zhuǎn)速的平方成正比，流量與轉(zhuǎn)速的一次方是正比，水泵和風(fēng)機的工作效率不變基礎(chǔ)上，流量下降，轉(zhuǎn)速也成比例下降，輸出功率成立方關(guān)系下降。在水泵、風(fēng)機使用變頻器來控制轉(zhuǎn)速能達(dá)到50%的節(jié)能效果。

2.4 變頻器啟動功能的應(yīng)用

變頻器的啟動有三種方式：一是正常啟動，按正常的方式進(jìn)行啟動，自動上升頻率，達(dá)到用戶設(shè)定的頻率穩(wěn)定運行；二是軟啟動，通過軟啟動，可以直接升速到系統(tǒng)參數(shù)提供的電網(wǎng)投切頻率，然后系統(tǒng)給出指令，進(jìn)行相應(yīng)的電氣連鎖控制，達(dá)到軟啟動效果；三是旁路啟動。旁路啟動是變頻器發(fā)生故障不能投入運行情況下，進(jìn)行手動旁路操作。電機直接啟動的時候，對電網(wǎng)沖擊非常嚴(yán)重，這就對電網(wǎng)的容量要求非常高，直接啟動，會產(chǎn)生瞬間的震動和電流，對風(fēng)機的閥門和擋板的造成很大的損害。所以，通常使用軟啟動功能，可以使啟動電流從零開始，逐漸加大，最大值也不會超過額定電流值，對發(fā)動機及擋板、閥門損害較小，對電網(wǎng)的沖擊力減小，實現(xiàn)延長閥門和設(shè)備的使用壽命，減少設(shè)備的維修費用。軟啟動一般用在水泵、風(fēng)機和帶有電機設(shè)備的產(chǎn)品上。

3 結(jié)束語

隨著變頻器及變頻技術(shù)的日益成熟，它的應(yīng)用越來越廣泛地深入到各行各業(yè)，正因為其優(yōu)越的軟啟動性能、靈活的控制方式以及節(jié)能減排方面的獨特優(yōu)勢，近年來我國變頻器市場一直保持著17%左右的增長率，可以預(yù)見，未來變頻器的市場空間和發(fā)展前景將更加廣闊。

參考文獻(xiàn)

[1]李平杰.變頻器的應(yīng)用選型及常見故障分析[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2008.

[2]王雪靈，許強.有源電力濾波器在大功率變頻器供電電網(wǎng)中的應(yīng)用[J].電源技術(shù)應(yīng)用，2008.

[3]占慶華.解決變頻器應(yīng)用對電力系統(tǒng)的干擾問題[J].科技與企業(yè)，2013.

[4]周偉.高壓變頻器在發(fā)電廠一次風(fēng)機調(diào)速中的應(yīng)用[J].華北電力技術(shù)，2007（11）.

[5]吳冬花，張瑞.應(yīng)用變頻器和軟啟動器后電動機繼電保護(hù)的新問題[J].華中電力，2003（6）.