变频调速的方法及节能原理

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1、变频调速的方法及节能原理　变频调速的方法　　变频调速就是通过改变输入到交流电机的电源频率，从而达到调节交流电动机的输出转速的目的。交流异步电动机的输出转速由下式确定：　　n=60f(1—S)/p（1）　　式中n——电动机的输出转速；　　f——输入的电源频率；　　S——电动机的转差率；p——电机的极对数。　　由公式(1)可知，电动机的输出转速与输入的电源频率、转差率、电机的极对数有关系，因而交流电动机的直接调速方式主要有变极调速(调整p)、转子串电阻调速或串级调速或内反馈电机(调整S)和变频调速(调整f)等。　　变

2、频调速器从电网接收工频50Hz的交流电，经过恰当的强制变换方法，将输入的工频交流电变换成为频率和幅值都可调节的交流电输出到交流电动机，实现交流电动机的变速运行。　　将工频交流电变换成为可变频的交流电输出的变换方法主要有两种：一种称为直接变换方式，又称为交—交变频方式，它是通过可控整流和可控逆变的方式，将输入的工频电直接强制成为需要频率的交流输出，因而称其为交流—交流的变频方式。另一种称为间接变换方式，又称为交-直-交变频方式，它是先将输入的工频交流电通过全控/半控/不控整流变换为直流电，再将直流电通过逆变单元变换

3、成为频率和幅值都可调节的交流电输出。　　调速节能的原理　　通过流体力学的基本定律可知：风机（或水泵）类设备均属平方转矩负载，其转速n与流量Q、压力（扬程）H以及轴功率P具有如下关系：　　Q1/Q2＝n1/n2（2）　　H1/H2＝（n1/n2）2（3）　　P1/P2＝（n1/n2）3　（4）　　式中Q1、H1、P1——风机（或水泵）在n1转速时的流量、压力（或扬程）、轴功率；　　Q2、H2、P2——风机（或水泵）在n2转速时的相似工况条件下的流量、压力（或扬程）、轴功率。　　由公式(2)、(3)、(4)可知，风机

4、（或水泵）的流量与其转速成正比，压力（或扬程）与其转速的平方成正比，轴功率与其转速的立方成正比。　　由公式(4)可知，在其它运行条件不变的情况下，通过下调电机的运行速度，其节电效果是与转速降落成立方的关系，节电效果非常明显。例如工况只需要50％的风量或水量，则可以将电机的转速调节为额定的一半，此时电机消耗的功率仅为额定的12.5％，即理论上节能可达87.5％。　　高压变频调速系统与液力偶合器的比较　　液力偶合器存在的主要缺陷　　火力发电厂一般采用液力偶合器进行风机调速的居多，由于液力偶合器本身具有如下技术缺陷，在

5、电厂中将无法较好地满足安全生产的要求。　　a．液力偶合器调速属耗能型调速方式，在调速范围较大时，产生机械损耗和转差损耗，消耗能量，效率较低，节能效果一般。　　b．液力偶合器是一种以液体为介质，靠液体动量矩的变化传递能量的装置，工作时是通过一导管调整工作腔的充液量，从而改变传递扭矩和输出转速来满足工况要求。因此，对工作腔及供油系统需经常维护及检修。　　c．液力偶合器故障时，无法再用其它方式使其拖动的风机运行，必须停电检修。　　d．采用液力偶合器时，在低速向高速运行过程中，延迟性较明显，不能快速响应，同时这时候的电流

6、较大，如整定不好会引起跳闸，影响系统稳定性。　　e．液力偶合器本身控制精度差，调速范围窄，通常在40％～90％之间。　　f．电机启动时，冲击电流较大，影响电网的稳定性。　　g．在高速运行时，液力偶合器有丢转现象，严重时会影响工作的正常进行。　　从以上情况来看，如果继续使用液力偶合器，将会制约电厂节能降耗、降低生产成本、提高生产效率、增加企业竞争力的目的。　　高压变频器具有的优点　　现在有很多电力企业已经采用新型的高压大功率变频调速装置拖动风机，取得了良好的应用效果。同传统的液力偶合器比较，高压变频器具有以下优点：

7、　　a．采用先进的拓扑结构与输入变压器副边多级绕组移相整流技术，减少了输出侧的电流谐波，提高了功率因数，解决了对电网的谐波污染，无需任何滤波或功率因数的补偿。　　b．电动机实现了真正的软启动、软停运，变频器提供给电机的无谐波干扰的正弦波电流，峰值电流和峰值时间大为减少，可消除对电网和负载的冲击，避免产生操作过电压而损伤电机绝缘，延长了电动机和风机、水泵的使用寿命。同时，变频器设置共振点跳转频率，避免了风机、水泵处于共振点运行的可能性，使风机、水泵工作平稳，轴承磨损减少，启动平滑，消除了机械的冲击力，提高了设备的使

8、用寿命。　　c．变频器自身保护功能完善，同原来继电保护比较，保护功能更多，更灵敏，瞬间过流保护(超过200%额定电流峰值)10μs,动作有效过流保护(150%额定电流)3s动作，过载保护(120%额定电流)1min动作，大大加强了对电动机的保护。　　d．调速工段内的设备调节和优化控制由机组DCS完成，DCS负责采集模拟量、开关量等信号，变频器输出的模拟量、开关量信号全部进