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变频器调速论文范文

摘要：变频器是运动控制系统中的频率变换器.变频调速器的出现为交流调速方式带来了一场革命.变频调速用于交流异步电机调速,其性能远远超过以往任何交、直流调速方式.而且结构简单,调速范围宽、调速精度高、安装调试使用方便、保护功能完善、运行稳定可靠、节能效果显著,已经成为交流电机调速的最新潮流.本论文中简单的介绍了变频器原理、功能、节电、保护方式及在我公司600吨水泵房控制水泵中应用的可行性及运行经济分析.

关键词：变频器工作原理；水泵工艺要求：变频器节能原理；改造可行性：运行经济分析

中图分类号：TS20

1.引言

目前在我国各行各业的各类机械与电气设备中与风机水泵配套的电机约占全国电机装机量的60%,耗用电能约占全国发电总量的三分之一.特别值得一提的是,大多数风机、水泵在使用过程中都存在大马拉小车的现象,加之因生产、工艺等方面的变化,需要经常调节气体和液体的流量、压力、温度等.目前,许多单位仍然采用落后的调节档风板或阀门开启度的方式来调节气体或液体的流量、压力、温度等.这实际上是通过人为增加阻力的方式,并以浪费电能和金钱为代价来满足工艺和工况对气体、液体流量调节的要求.这种落后的调节方式,不仅浪费了宝贵的能源,而且调节精度差,很难满足现代化工业生产及服务等方面的要求,负面效应十分严重.

2.变频器工作原理

变频器是利用电力电子半导体器件的通断作用,将工频变换为另一频率的电能控制装置.现在使用的变频器主要采用交变直、直变交方式（改变电压、改变频率VVVF变频或矢量控制变频）,先把工频电流通过整流器转换成直流电源,然后再把直流电源转换成电压、频率均可控制的交流电源以供给电动机.变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制,四个部分组成.整流部分为三相桥式不可控整流器,逆变部分为IGBT三相桥式逆变器,且输出为PWM波形,中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率.通常把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”,如下图所示.

根据交流电动机的工作原理中的转速关系,n等于60f（l-s）／p式中n等于电机转速；f等于电源频率；p等于电动机极对数；s等于电机转差率.从公式中得出：均匀改变电动机定子绕组的电源频率,就可以平滑的改变电动机的同步转速,当电机转速变慢时,轴功率相应减少,电动机输入功率也随在减少,这就是变频器对电动机的调速的节能作用.交流电动机转速物性为一条向下的曲线,如图A所示调速时的特性为稍向下倾斜曲线,是在不同频率时相互平行的一组曲线,如图B所示

上述的原理基本适用于水泵,因此对流量调节范围较大的水泵,采用调速控制来代替阀门调节,是实现节能的有效途径.驱动水泵,大多数为交流异步电机（大功率的多数为同步电机）,异步电动机或同步电动机的转速与电源的频率f成正比,改变定子供电频率就改变了电动机的转速,变频调速装置,是将电网50Hz的交流电,变成频率可调电压可调的交流电去驱动交流电动机实现调节速度的. 变频调速的特点是效率高,没有因调速带来的附加转差损耗,调速的范围大、精度高、无级调速,容易实现直接控制和闭环控制.由于可以利用原鼠笼式电动机,所以特别适合于对旧设备的技术改造,它既保持了原电动机结构简单、可靠耐用、维护方便的优点,又能达到节电的显著效果,是水泵节能的较理想的方法.

在采用变频调速时,需从工艺要求、节约效益、投资回收期等各方面考虑.如果仅从工艺要求、节约效益考虑,下面几种情况选用变频调速较有利：

①根据工艺要求,生产线或单台设备需要按程序或按要求调整电机速度的.如：包装机传送系统,根据不同品种的产品,需要改变系统传送速度,使用变频调速可使调速控制系统结构简单,控制准确,并易于实现程序控制.

②用变频调速代替机械变速.如：机床,不仅可以省去复杂的齿轮变速箱,还能提高精度、满足程序控制要求.

③用变频调速代替用闸门或挡板调整流量适于风机、水泵、压缩机等.例如：锅炉上水泵、鼓风机、引风机实行了变频调速控制,不仅省去了伺服放大器、电动操作器、电动执行器和给水阀门（或挡风板）,而且使得整个锅炉控制系统得到了快速的动态响应、高的控制精度和稳定性.

④变频器容量的确定.变频调速是通过变频器来实现的,对于变频器的容量确定至关重要.合理的容量选择本身就是一种节能降耗措施.根据现有资料和经验,比较简便的方法有三种：(1)电机实际功率确定.首先测定电机的实际功率,以此来选用变频器的容量.(2)公式法设安全系数取1. 05, 则变频器的容量Pb为Pb等于l. 05Pm/hm×cosy (kW)式中,Pm为电机负载；hm为电机功率.计算出Pb后,按变频器产品目录可选出具体规格.In为第n台电动机的额定电流,n为电机的台数.在任何情况下,都不能在连续使用时超过额定电流I,当一台变频器用于多台电机时,应满足此要求.(3)电机额定电流,变频器容量选定过程,实际上是一个变频器与电机的最佳匹配过程,最常见、也较安全的是使变频器的容量大于或等于电机的额定功率,但实际匹配中要考虑电机的实际功率与额定功率相差多少,通常都是设备所选能力偏大,而实际需要的能力小,因此按电机的实际功率选择变频器是合理的,避免选用的变频器过大,使投资增大.

3.投资回报与节能

变频系统的初次投资容易给投资者一种投资高风险大的感觉,这主要是因为对变频调速节能效果不很了解,或将变频系统的初次投资与传统的一些调速方式,如：液力耦合、滑叉电机、变级调速等等调速装置的初次投资在未充分考虑节能效果及变频器功能的情况下进行比较,以及对变频器的质量、稳定性、售后服务等还不太了解产品的错觉；变频节能系统（装置）在各类调速系统中使用时其节能效果对于单台设备可做到20%-75%,在风机水泵这类设备的一般应用的节能效果平均也可做到20-50%,在未受到其它因素的影响的情况下一般可取上限.这些节能效果平均值是由实际应用中得到,通过这些数据再进行一些简单的投资回收率的计算可知：变频节能系统（装置）的投资回收期一般为15个月.而水泵电机基本上是线性恒功率输出.l台55KW冷却水泵靠调整阀门来改变流量,虽然能满足生产运行要求,但对于电机来讲节电意义不大,阀门的全开和全闭,电流从107A-97A之间变化,平均节电不足7%.通过改造采用液位控制为主,进行闭环变频控制水泵电机,水泵电机平均节电率都在20%以上；为什么会有这么大节电空间呢,因为系统设计时的最大容量是以生产最大工艺、气温、空间散热三项极限指标为依据计算的.