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变频调速的原理及电机系统节能改造

日期: 2019-01-09
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  变频器能量回馈装置供应商提醒您:在现代工业中,电机是一种应用量大、使用范围广的高耗能动力设备。据统计,我国的总装机容量约为4亿千瓦,年耗电量约为6000亿kwh,约占工业用电的70—80%。我国以中小型电机为主,约占80%,而中小型电机耗损的电量却占总损耗量的90%。电机在我国的实际应用中,同国外相比差距很大,机组效率为75%,比国外低10%;系统运行效率为30—40%,比国际先进水平低20—30%。因此在我国中小型电机具有极大的节能潜力,推行电机节能势在必行。


  由于异步电机结构简单、制造方便、价格低廉、坚固耐用、运行可靠,可用于恶劣的环境等优点,在工农业生产中得到了广泛的应用。特别是对各行各业的泵类和风机的拖动上非彼莫属,因此,拖动泵类和风机的电机节能工作倍受重视。


  随着科学技术的飞速发展,特别是电力电子技术、微电子技术、自动控制技术的高度发展和应用使变频器的节能效果更为显著。它不但能实现无级调速,而且在负载不同时,始终高效运行,有良好的动态特性,能实现高性能、高可靠性、高精度的自动控制。相对于其它调速方式(如:降压调速、变极调速、滑差调速、交流串级调速等),变频调速性能稳定、调速范围广、效率高,随着现代控制理论和电力电子技术的发展,交流变频调速技术日臻完善,它已成为交流电机调速的潮流。变频调速装置(变频器)已在工业领域得到广泛应用。


  使用变频器调速信号传递快、控制系统时滞小、反应灵敏、调节系统控制精度高、使用方便、有利于提高产量、保证质量、降低生产成本,因而使用变频器是厂、矿企业节能降耗的力推产品。


  变频电机节电器是一种革命性的新一代电机专用控制产品,基于微处理器数字控制技术,通过其内置的专用节电优化控制软件,动态调整电机运行工程中的电压和电流,在不改变电机转速的条件下,保证电机的输出转矩与负荷需求精确匹配,从而有效避免电机因出力过度造成的电能浪费。


  交流电动机是当前应用最广泛的电机,约占各类电动机总数的85%,它具有结构简单、价廉、不需维护等优点,但它的弱点是调速困难,因而在许多应用场合受到限制或借助机械方式来实现调速。


  变频器就负载类型而言主要有两方面的典型应用:1、恒转矩应用;2、变转矩应用。就应用的目的而言主要有:1、以改进工艺为主要目的,确保工艺过程中的转速、不同负载下的转速以及准确定位等。以其优良的调速性能,提高生产率、提高产品质量、提高舒适性,使设备合理化,适应或改善环境等。2、以节能为主要目的——以流量或压力需要调节的风机、泵类机械的转速控制来实现节能改造效果非常显著。


  变频调速的原理


  在企业所使用的耗电设备中风机、水泵、空压机、液压油泵、循环泵等电机类负载占绝大多数。由受到技术条件限制,这类负载的流量、压力或风量控制系统几乎全部是阀控系统,即电机由额定转速驱动运转,系统提供的流量、压力或风量恒定,当设备工作需求发生变化时,由设在出口端的溢流、溢压阀或比例调节来调节负载流量、压力或风量、从而满足设备工况变化的需要。而经溢流溢压阀或比例调节阀溢流溢压后,会释放大量的能量,这部分耗散的能量实际上是电机从电网吸收能量中的一部分,造成了电能极大的浪费。从这类负载的工作特性可知,其电机功率与转速立方成正比,而转速又与频率成正比。如果我们改变电机的工作方式,让它不总是在额定工作频率下运转,而是改由变频调整控制系统进行启停控制和调整运行,则其转速就可以在0~2900r/min的范围内连续可调,即输出的流量、压力或风量也随之可在0~100%范围内连续可调,使之与负载的工作需要求精确匹配,从而达到节能降耗的目的。


  交流电机转速如下:n=60f(1-s)/p

  式中:n=电机转速

  f=电源频率

  p=电机的极对数

  s=转差率

  由式可见,交流电动机的同步转速n与电源频率f成正比,所以改变电源频率就能改变电机转速,从而实现调速的目的。


  变频调速节电原理


  变频调速节电,顾名思义,变频调速才能节电。下面主要对两类典型负载应用的节电原理作一下分析。


  (1)、恒转矩负载类应用

  恒转矩负载即不管转速如何变化,负载转矩是恒定的。

  如下公式:P=K*T*N

  K=系数

  P=轴功率

  T=负载转矩

  N=转速

  从上述公式可以看到,轴功率与电机的转速成正比,当由于工艺的需要而调整电机速度时,自然可以达到相应比例节电的目的。


  (2)、变转矩负载类应用

  离心风机、泵类是属于典型的变转矩负载,其工作特点是:大多数是长期连续运行,由于负载转矩与转速的平方成正比,所以一旦转速超过额定转速,就会造成电机的严重过载,因此风机、泵类一般不超过额定频率运行。


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