推廣變頻器的應(yīng)用意義重大
2009-06-18 00:00
假如有這樣一部汽車，它的油門開的很大，所以跑的很快，但它的油門是固定死的，要減速只能踩剎車，這種設(shè)想聰明嗎？現(xiàn)實(shí)只中絕不允許這樣的的車通行，以為它的調(diào)速太笨，耗油太多。
電廠發(fā)電，電網(wǎng)送電，電到了用戶身邊，這就是50HZ的電。風(fēng)機(jī)接上電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)，要想減少風(fēng)量，就關(guān)小風(fēng)門，這種調(diào)風(fēng)量的辦法比用剎車法調(diào)速的汽車高明嗎？然而成千上萬的風(fēng)機(jī)就這樣運(yùn)轉(zhuǎn)著，運(yùn)轉(zhuǎn)了幾十年，還在運(yùn)轉(zhuǎn)著，多么蠢笨的控制方式，多么可怕的能源浪費(fèi)呀！
其實(shí)很簡(jiǎn)單，我們能輕而易舉地把愚笨控制改為智能控制，把固定速度的電機(jī)變成快慢控制自如的節(jié)能電機(jī)。手段就是變頻器，市電經(jīng)過變頻器后就變成頻率大范圍連續(xù)可調(diào)的電源了，用這種電源給電機(jī)供電，就實(shí)現(xiàn)了交流電機(jī)的調(diào)速。
據(jù)1997年11月7日《中國機(jī)電日?qǐng)?bào)》報(bào)導(dǎo)，在我國應(yīng)用量大面廣的風(fēng)機(jī)、水泵，1996年裝機(jī)總?cè)萘恳赃_(dá)一點(diǎn)六億千瓦，年總耗電量3200億千瓦時(shí)，約占全國總耗電量的三分之一以上，成為目前耗電量最多的設(shè)備，于國外發(fā)達(dá)的國家比，我國風(fēng)機(jī)、水泵實(shí)際運(yùn)行效率相當(dāng)?shù)?，?jié)約潛力巨大。據(jù)專家測(cè)算，利用目前成熟的先進(jìn)調(diào)速技術(shù)對(duì)其進(jìn)行節(jié)能改造，一年可節(jié)約電量1100億千瓦時(shí)，相當(dāng)于三峽工程總發(fā)電量的1.3倍，直接經(jīng)濟(jì)效益500億元。
21世紀(jì)人類面臨三大難題：能源、資源、和環(huán)境，我國有12億人口，三大難題的壓力就比世界上任何一個(gè)國家更加突出。幸好我國的變頻技術(shù)已經(jīng)有了飛速發(fā)展，這種技術(shù)將是我們解決三大問題的有力武器。可以設(shè)想，如果火車、汽車等交通工具都變成了變頻調(diào)速的電車，大氣污染的治理就算拿大了金鑰匙。節(jié)約能源、節(jié)約資源對(duì)一個(gè)企業(yè)來說是節(jié)約資金的問題，對(duì)整個(gè)國家、整個(gè)人類來說則是利在當(dāng)代功在千秋的大事業(yè)。
把電源從50HZ中解放出來！使控制變成智能化！
一、變頻器的基本原理
變頻器的種類有多種，我公司生產(chǎn)的JD_BP系列變頻器是用途最廣泛市場(chǎng)上最多見的一種，即交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)用的變頻變壓調(diào)速器，習(xí)慣上稱VVVF變頻器。
由電機(jī)理論可知，異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速可表示為：
n=60·f s (1-s)/p
f s為電機(jī)定子頻率（也即是電網(wǎng)頻率），p電機(jī)定子的繞組極對(duì)數(shù)，s為轉(zhuǎn)差率。
由上式可知，只要轉(zhuǎn)差率不太大，可以近似認(rèn)為轉(zhuǎn)速n與f s成正比，這就意味著連續(xù)平滑的改變電源頻率，就可以實(shí)現(xiàn)交流電動(dòng)機(jī)大范圍的連續(xù)平滑調(diào)速。例如一個(gè)額定轉(zhuǎn)速3000轉(zhuǎn)/分的電動(dòng)機(jī)，由我變頻器供電，若啟動(dòng)頻率設(shè)定為5HZ，那么變頻器可以運(yùn)行在5-50HZ之間的任一頻率上，則電動(dòng)機(jī)可以運(yùn)行在300--3000轉(zhuǎn)/分之間的任一轉(zhuǎn)速上》電動(dòng)機(jī)由市電啟動(dòng)，啟動(dòng)平衡，力矩大又節(jié)能。
50HZ380V的市電經(jīng)過整流濾波環(huán)節(jié)后成為直流電，再經(jīng)過逆變環(huán)節(jié)變成了頻率和幅度都可調(diào)的交流電。在變頻器主回路中電能經(jīng)過了交流--直流--交流的變換，所以這類變頻器稱作交--直--交類變頻器。
變頻器內(nèi)部的控制是用微軟電腦實(shí)現(xiàn)的，對(duì)變頻器的操作有兩個(gè)途徑，其一是用面板上的鍵盤，其二是外控，即從機(jī)內(nèi)控制端子上引出線來，在一個(gè)合適的地方對(duì)變頻器進(jìn)行控制。操作細(xì)節(jié)見使用說明書。
二、變頻器的適應(yīng)場(chǎng)合和技術(shù)水平。我公司生產(chǎn)的JD_BP系列變頻器從1、5到400KW，計(jì)有22個(gè)型號(hào)，在以下場(chǎng)合特別合適：
1、多臺(tái)電動(dòng)機(jī)的同步拖動(dòng)，如輥道、化纖工業(yè)中的紡絲機(jī)等。
2、由于環(huán)境所限，必須采用封閉式鼠籠型電動(dòng)機(jī)又要求有較大調(diào)速范圍者，如化工企業(yè)中的某些設(shè)備。
3、高速傳送機(jī)械，如如某些磨床。
4水泵、風(fēng)機(jī)空氣壓縮機(jī)類負(fù)載，這類負(fù)載節(jié)能極為明顯。
5、提升類負(fù)載，如礦山用提升機(jī)。
其實(shí)凡是交流電動(dòng)機(jī)需要調(diào)速的場(chǎng)合都就變頻器的用武之地：列如鋼廠喂絲機(jī)，塑料行業(yè)的擠塑機(jī)，建材行業(yè)的帶肋拔絲機(jī)，輸送帶起重機(jī)，卷取機(jī)，機(jī)床主軸，等等不勝枚舉。
買變頻器是進(jìn)口機(jī)還是國產(chǎn)機(jī)？
過去人們青睞進(jìn)口機(jī)，尤其是有錢的大企業(yè)?，F(xiàn)在人們觀念在轉(zhuǎn)變，國產(chǎn)機(jī)售后服務(wù)周全，機(jī)器出了問題不會(huì)找不到維修單位，修不好可以換新的，再說，價(jià)格上國產(chǎn)機(jī)也有明顯優(yōu)勢(shì)。
就普通變頻器（高壓大容量、精密控制的除外）而言，國產(chǎn)機(jī)的技術(shù)性能已經(jīng)與進(jìn)口機(jī)相近或相同。
首先是技術(shù)指標(biāo)相近或相同，如頻率范圍和頻率精度，控制方式，保護(hù)功能等等，與進(jìn)口機(jī)差不多。列如在供水方面我機(jī)與世界名牌ABB進(jìn)口機(jī)性能一樣，操作方便程度一樣。
其次是關(guān)鍵器件相同或相近。
最重要的關(guān)鍵器件有二，其一是功率開關(guān)管，其二是控制系統(tǒng)的核心--單片機(jī)，這兩器件我們用的世界最好品牌。
與國產(chǎn)變頻器相比，我們屬于先進(jìn)水平。首先我機(jī)的軟件是先進(jìn)的，它是根據(jù)用戶實(shí)際情況自主開發(fā)的，例如為礦山提升機(jī)寫的軟件具有極好的低頻性能，敢說技?jí)喝悍肌?/DIV>
其次是電路板的制作講究，電路板就找著名廠家加工的，焊接是在國家一級(jí)企業(yè)的波峰焊生產(chǎn)線上進(jìn)行的，質(zhì)量完全有保證。
三、變頻器驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)的節(jié)能原理
流體力學(xué)知識(shí)給出了流量Q轉(zhuǎn)速n電動(dòng)機(jī)功率P，流體壓力H之間的關(guān)系表達(dá)式：Q1/Q2=N1/N2； H1H2=（N1/N2）2 P1/P2＝（N1／N2）3
由流體力學(xué)可知，傳輸管道給定之后，阻力R為某一常數(shù)C時(shí)，用轉(zhuǎn)速調(diào)整流量，壓力H與流量Q有函數(shù)關(guān)系。
H=F1（Q）|R=C
要求Q增加，H必然有更快的增加，
管道粗則阻力小，用R1表示。
管道細(xì)則阻力大，用R2表示。R2>R1
為得到流量QA,粗管壓力為H1,細(xì)管壓力為H2.同一個(gè)H2的壓力,在細(xì)管中對(duì)應(yīng)小流量QA,在粗管中則對(duì)較大的流量QB．
轉(zhuǎn)速n 一定時(shí)，用改變管了阻的辦法調(diào)整流量，壓力與流量也有一個(gè)固定函數(shù)關(guān)系。
H＝f2(Q)|n=c對(duì)同一轉(zhuǎn)速而言，流量增加，壓力必定下降；轉(zhuǎn)速下降，對(duì)應(yīng)同一流量的壓力也下降n1、 n2，所以 n2曲線在下，曲線n1在上。
現(xiàn)把圖2和圖3的曲線畫在同一張紙上，一個(gè)工作點(diǎn)由4個(gè)參數(shù)來確定：H 、Q、n、R。
現(xiàn)設(shè)風(fēng)機(jī)工作在A點(diǎn)上：管阻為R1，轉(zhuǎn)速為n1,流量為Q1，為了減小流量到Q2，有二個(gè)途徑供選擇。其一，把工作點(diǎn)移到B點(diǎn)，這就是轉(zhuǎn)速不變?cè)黾庸茏瑁ㄕ{(diào)風(fēng)門）的情況。
在這種情況電機(jī)的軸興功率為：
PB=H2·Q2/n n為風(fēng)機(jī)的效率 其二，把工作點(diǎn)移至C點(diǎn)，這是管阻不變降低轉(zhuǎn)速n 的辦法（轉(zhuǎn)速由n1減至n2），這時(shí)電機(jī)軸頭功率為:
Pc=H2·Q2/n n為風(fēng)機(jī)的效率
由于H2明顯的大于H1,所以PB明顯大于PC。
由此不難看出,用降低轉(zhuǎn)速的辦法可節(jié)省的功率是:
P=Pb-Pc=Q2·(H2-H1)/n
P通常達(dá)Pb的30%，甚至50%
這便是變頻器用到風(fēng)機(jī)上的節(jié)能原理用以上的方法也利用分析變頻器在水泵上的使用情況。
水泵系統(tǒng),風(fēng)機(jī)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)都留有足夠大的容量保險(xiǎn)系數(shù).從發(fā)展的觀點(diǎn),從有備無患(例如火災(zāi)用水)的觀點(diǎn)來看是十分必要的。可這就造成了平時(shí)出力不足,造成不必要的能源浪費(fèi)。用變頻器改造現(xiàn)有的供水\風(fēng)機(jī)系統(tǒng)便可很好的解決這個(gè)矛盾。
四、節(jié)能與負(fù)載類型的關(guān)系
使用變頻器的目的不外乎兩個(gè)：調(diào)速、節(jié)能。變頻器的負(fù)載是交流電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)的負(fù)載種類繁多，現(xiàn)按功率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系來進(jìn)行分類：
1、恒功率負(fù)載，例如：卷取機(jī)，軋機(jī)，機(jī)床主軸等這類負(fù)載使用變頻器的目的主要在于調(diào)速，節(jié)能效果不明顯。
2、功率正比于轉(zhuǎn)速負(fù)載，例如：輸送帶起重機(jī)、擠壓機(jī)、壓縮機(jī)等。這類負(fù)載用上變頻器節(jié)能效果明。
3、功率正比于轉(zhuǎn)速平方的負(fù)載，例如：各種水泵、油泵等，這類負(fù)載用上變頻器，節(jié)能效果更明顯。
4、功率正比小于轉(zhuǎn)速立方的負(fù)載，例如：各種風(fēng)機(jī)，風(fēng)扇，這類負(fù)載用上變頻器，節(jié)能效果最明顯
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