電動(dòng)機(jī)是工業(yè)生產(chǎn)中最主要的動(dòng)力提供裝置,而這些動(dòng)力是從消耗電能所產(chǎn)生的。在提倡建立節(jié)約型社會(huì)的今天,降耗節(jié)能成為生產(chǎn)生活中必不可少的一部分。這就要求我們使用最少的電能讓電機(jī)提供最可靠的動(dòng)力。在這其中,變頻器扮演了相當(dāng)重要的角色。本論文介紹變頻器在工業(yè)生產(chǎn)中的具體應(yīng)用。
    變頻器
    變頻器,它產(chǎn)生于上世紀(jì)60年代,伴隨著大功率晶體管的問世和集成電路的迅速發(fā)展,使得變頻器的性能有了很大的提高。因?yàn)樽冾l器擁有能夠?qū)崿F(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)的恒轉(zhuǎn)矩和恒功率的無級(jí)調(diào)速,其調(diào)速范圍廣、平滑性好、機(jī)械特性較硬,而且節(jié)能效果明顯,有利于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制等這些優(yōu)點(diǎn)使得變頻器的應(yīng)用也越來越廣,基本上涵蓋了所有領(lǐng)域。
    變頻器在生產(chǎn)中的應(yīng)用
    總體來說,變頻器在工業(yè)生產(chǎn)中主要來對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速。那么變頻調(diào)速和傳統(tǒng)的調(diào)速相比有哪些優(yōu)點(diǎn)呢?主要有兩點(diǎn):一是便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。變頻器是電力技術(shù)與電子技術(shù)的結(jié)合,也是強(qiáng)弱電的有機(jī)整體,在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制方面有著先天的優(yōu)勢(shì);二是能夠節(jié)能降耗。下面以恒壓循環(huán)水系統(tǒng)為例進(jìn)行分析說明。
    變頻器在自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用
    在循環(huán)水系統(tǒng)中,由于各個(gè)車間和部門用水時(shí)間和用水量的不同,使得系統(tǒng)內(nèi)的水壓會(huì)經(jīng)常變化,這就要求,根據(jù)不同的用水量,使得整個(gè)系統(tǒng)中的水壓保持恒定不變。解決這個(gè)問題一般有以下幾種做法。
    第一，采用水閥限制水流量,從而達(dá)到限制水壓的目的。此方法有幾個(gè)缺點(diǎn)。首先,水閥的調(diào)節(jié)精確度不夠,水壓的波動(dòng)范圍較大;其次,不易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制,也不便于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
    第二，修建水塔,利用液體壓強(qiáng)定律來保持水壓的恒定。相對(duì)于前一種方法,該法的壓力較恒定,但仍不便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),且占地面積較大,通用性差。
    我們?cè)谘h(huán)水系統(tǒng)的管路中裝上壓力傳感器做為反饋信號(hào)的采樣,然后將采樣得來的水壓與給定的水壓相比較,根據(jù)比較所得到的誤差來調(diào)節(jié)變頻器的頻率,從而達(dá)到控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速,最終控制整個(gè)循環(huán)水系統(tǒng)的壓力保持恒定。
    從以上分析來看,利用變頻器的閉環(huán)控制系統(tǒng),由于變頻器的響應(yīng)特性好,所以使得控制更加方便,精確,通用性好,操作界面也更加友好。
    變頻器在節(jié)能降耗中的作用
    關(guān)于變頻器在節(jié)能降耗中的作用,一直存在著爭(zhēng)論。我認(rèn)為,不能一概而論,要視具體的情況而定。
    對(duì)于紡織加工、軋鋼等,負(fù)載基本恒定的場(chǎng)合,電機(jī)一般工作在額定功率,主要是利用了變頻器在平滑加減速、高精度力矩控制、運(yùn)行可靠性好等方面表現(xiàn)出來的優(yōu)異性能。在這些場(chǎng)合中,非但不節(jié)能,且因?yàn)樽冾l器本身造價(jià)成本高,其自身也有能耗,從而使得整個(gè)系統(tǒng)更加昂貴和耗能。
    但是,在風(fēng)機(jī)、水泵等應(yīng)用場(chǎng)合,節(jié)能降耗特性就顯得十分明顯。在這些場(chǎng)合中,負(fù)載經(jīng)常變化,如果采用多臺(tái)電機(jī)并聯(lián)工作,勢(shì)必增加設(shè)備成本,而采用傳統(tǒng)的調(diào)速方式,也不易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。因此有很多廠家為這類場(chǎng)合生產(chǎn)專用的變頻器。由于這類變頻器不需要很高的速度和力矩控制特性,其成本也較低。
    4.1.通過變頻調(diào)節(jié)軸功率來節(jié)能
    在使用水閥控壓的系統(tǒng)中,電機(jī)始終工作在額定功率,對(duì)系統(tǒng)壓力的控制方式是通過調(diào)整進(jìn)水閥門的開合大小來調(diào)節(jié)的,電機(jī)多余的功率所產(chǎn)生的能量全部消耗在克服閥門的阻力上,最終轉(zhuǎn)化為熱能被系統(tǒng)吸收。而當(dāng)采用變頻器后,每當(dāng)用水量變化時(shí),若電機(jī)保持原來的轉(zhuǎn)速不變,則系統(tǒng)壓力必然變化,此時(shí)在系統(tǒng)中的壓力傳感器將檢測(cè)到的壓力信號(hào)反饋給控制器,當(dāng)系統(tǒng)壓力與給定壓力的差超過允許范圍后,控制器給變頻器下達(dá)指令,改變電機(jī)的工作頻率,從而調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。由流體力學(xué)的知識(shí)我們可知流量W轉(zhuǎn)速、壓力W轉(zhuǎn)速C2、軸功率W轉(zhuǎn)速C3。若在最大用水量時(shí),電機(jī)工作在額定功率下,當(dāng)用水量下降到最大用水量的80%時(shí),則轉(zhuǎn)速變成額定功率的80%,此時(shí),軸功率可下降到額定功率時(shí)的51.2%。由此可見,采用變頻器時(shí)的節(jié)能效果是相當(dāng)明顯的。
    4.2.采用再生制動(dòng)單元或變頻器間直流母線并聯(lián)可以將電機(jī)制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的電能反饋給電網(wǎng)供其他器件使用
    除此之外,采用變頻器進(jìn)行調(diào)速,隨著電機(jī)的加速相應(yīng)提高頻率和電壓,起動(dòng)電流被限制在150%額定電流以下(根據(jù)機(jī)種不同,為125%~200%)。而用工頻電源直接起動(dòng)時(shí),起動(dòng)電流為額定電流的6~7倍,因此,將產(chǎn)生機(jī)械電氣上的沖擊。所以采用變頻器傳動(dòng)可以平滑地起動(dòng)(起動(dòng)時(shí)間變長(zhǎng)),也減小了起動(dòng)時(shí)大電流對(duì)電機(jī)的沖擊,同時(shí)也保證了電網(wǎng)電流的平穩(wěn)。
    總之，通過以上分析,可以看出,變頻器在生產(chǎn)中有著很廣闊的應(yīng)用空間,只要我們合理的配置,精心的設(shè)計(jì),就可以得到一套高效、智能的系統(tǒng)。