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1、变频器的工作原理及节能原理 变频器是电力电子科学的具体体现,是利用电力电子半导体器件的通断作用来实现电力电能大功率的变换及控制的电子电路装置,本文就变频器应用在电动机中的工作原理及节能原理进行了简要阐述。 知道变频调速的人已经相当的普遍了,但是大多数人一提起变频调速,总是能和节能挂起钩来。近年来,尽管我国在能源开发方面进展迅速,但还是跟不上需求的增长,节能问题始终处于相当突出的位置。宣钢炼钢厂经过多次理论考证,以及在五六号转炉的应用，在150T转炉除尘风机、水泵、振动给料采用了大量变频器,为我国的节能事业做出一定贡献。 1变频器的工作原理 变频器主要由模块
2、，CPU控制板，电源驱动板组成，见上图． 我们知道,交流电动机的同步转速表达式位:n＝60f(1－s)/p(1)式中n为异步电动机的转速;f为异步电动机的频率;s为电动机转差率;p为电动机极对数。由式(1)可知,转速n与频率f成正比,只要改变频率f即可改变电动机的转速,当频率f在0～50Hz的范围内变化时,电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的,是一种理想的高效率、高性能的调速手段,若什么时候都认为电动机只要用了变频器就可以节能,那就有些太牵强了。变频器是电力电子科学的具体体现,是利用电力电子半导体器件的通断作用来实现电力电能大功率的变
3、换及控制的电子电路装置,即电力电路实现电子化,可直观地进行控制和显示。由于变频器的这个优越性,使得其适用领域越来越宽广,所采用技术也不断拓宽,同时也为追求变频器的小型化,人们也一直在不断和减少元器件的发热做斗争。由于新一代的IGBT采用了漏极-控制极新技术,是集电极-射极简的饱和电压(Ucesat)大为降低,因而采用这种新器件损耗低,有降低发热消除损耗的效果。 380V小容量通用变频器目前应用较为广泛,但用电量比较大,节能效果较为显著的还是高压大容量变频器。随着变频调速技术的发展,作为大容量传动的高压变频调速技术得到了广泛的应用,使用范围基本上覆盖了我国各主要行业,如:
4、电力、冶金、石油、化工、造纸等。产品电压等级包括3kV、6kV和10kV以及油田专用潜油电泵使用的1,600V-2,400V产品,基本可拖动风机、水泵、压缩机等各类负载。高压电动机利用高压变频器可以实现无级调速,既可满足生产工艺过程对电动机调速控制的要求,又可大幅度的节约能源,降低生产成本。随着以GTO、IGBT、IGCT等为代表的自关断器件的发展,人们对各种适合高压变频的主电路拓扑结构的研究得到进一步深入,以ＤＳＰ为代表的智能控制芯片的迅速普及,为高压变频调速技术应用研究也打下了坚实的基础。高压变频器作为一个节约资源型的产品,随着电力电子技术的不断发展,产品的不断改进,概念
5、的深入,市场的拓展,将会显示出巨大的技术发展前景和市场需求量.相应地,对变频器的节能要求也相应地提高了。 www.pw0.cn 2变频器的节能原理 2.1变频节能 变频器节能主要表现在风机、水泵的应用上。宣钢炼钢厂有大量的风机类水泵类负载,这类负载由流体力学可知,p(功率)＝Q(流量)×H(压力),流量Q与转速N的一次方成正比,压力H与转速N的平方成正比,功率P与转速N的立方成正比,如果水泵的效率一定,当要求调节流量下降时,转速N可成比例的下降,而此时轴输出功率P成立方关系下降。即水泵电机的耗电功率与转速近似成立方比的关系。所以当所要求的流量Q减少时,可调节变
6、频器输出频率使电动机转速n按比例降低,转速控制方式在低速小流量时,仍可使泵机高效率运行。这时,电动机的功率p将按三次方关系大幅度地降低,比调节挡板、阀门节能40％～50％,从而达到节电的目的。为了保证生产的可靠性,各种生产机械在设计配用动力驱动时,都留有一定的富余量。当电机不能在满负荷下运行时,除达到动力驱动要求外,多余的力矩增加了有功功率的消耗,造成电能的浪费。风机、泵类等设备传统的调速方法是通过调节入口或出口的挡板、阀门开度来调节给风量和给水量,其输入功率大,且大量的能源消耗在挡板、阀门的截流过程中。当使用变频调速时,如果流量要求减小,通过降低泵或风机的转速即可满足要求。
7、例如:一台离心泵电机功率为55千瓦,当转速下降到原转速的4/5时,其耗电量为28.16千瓦,省电48.8％,当转速下降到原转速的l／2时,其耗电量为6.875千瓦,省电87.5％。 2.2功率因数补偿节能 无功功率不但增加线损和设备的发热,更主要的是功率因数的降低导致电网有功功率的降低,大量的无功电能消耗线路当中,设备使用效率低下,浪费严重,使用变频调速装置后,由于变频器内部滤波电容的作用,从而减少了无功损耗,增加了电网的有功功率。 2.3软启动节能 电机硬启动对电网造成严重的冲击,
