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变频器在节电方面的应用


时间:2011-10-09   浏览量:587  来源:北京化学工业协会

以节能为目的的变频器的应用,在最近几十年来发展非常迅速,据有关方面统计,我国已经进行变频改造的风机、泵类负载的容量占总容量的5%以上,还有很大的改造空间。由于风机、泵类负裁在采用变频调速后可以节省大量的电能,所需的投资在较短的时间内就可以收回,因此在这一领域的应用最广泛。目前,应用较成功的有恒压供水、各类风机、中央空调和液压泵的变频调速。

变频器因其显著的节电效果、较高的调速精度和较高的调速范围、完善的保护功能以及容易实现自动控制,并且运行安全可靠,操作维护简单等优点,已被广泛的应用于各行各业,成为机泵电机调速节能的主流。

一、变频器工作原理

变频器电路基本工作原理为:三相交流电源经二级管整流桥输出恒定的直流电压,由六组大功率晶体管组成逆变器,利用其开关功能,由高频脉宽调制(PWM)驱动器按一定规律输出脉冲信号,控制晶体管的基极,使晶体管输出一组等幅而不等宽的矩形脉冲波形,其幅值为逆变器直流侧电压Vd而宽度则按正弦规律变化,这一组脉冲可以用正弦波来等效,此脉冲电压用来驱动电机运转,通过控制PWM驱动器输出波形的幅值和频率,即可改变晶体管输出波形的频率和电压,达到变频调速的目的。

二、节电原理

在生产中,许多设备的能耗都与机组的转速有关,其中油、水泵最为突出,这些设备一般都是根据生产中可能出现的最大负荷条件,如最大流量和扬程进行选择的,但实际生产中所需的流量往往比设计的最大流量小的多,如果所用的电动机是不能调速的,通常只能通过调节阀门的开度来控制流量其结果在阀门上会造成很大的能量损耗,如果不用阀门调节,而是让电机调速运行,那么,当需要的流量减少时,电动机的转数降低,消耗的能量将会明显减少。当转速下降1/2时,流量下降1/2,压力下降1/4,功率下降为1/8,即功率与转速成3次方的关系下降。如果不是用关小阀门的方法,而是把电机转速降下来,那么随着泵的输出压头的降低,在输出同样流量的情况下,原来消耗在阀门上的功率就可以完全避免,这就是调速节电的原理所在。简单地说,就是在不装变频调速装置时,泵的出口排量靠出口阀调节,电机易过负荷,流量小时,靠关小阀门调节,增加了管道阻力,使部分能量白白消耗在泵出口阀门上,安装变频调速器后,可以降低泵的转速,泵的扬程也相应降低,电机的电耗也相应降低,使原来消耗在泵出口阀上的能量,用变频调速方法得到了解决。由于采用恒转矩特性,变频降速后的电机转矩不变,拖动力矩恒定,可以保证排量,从而实现了节约电能的作用。

三、变频器的实际应用

应用变频器,虽然有明显的节点效果,能从根本上减少电耗。但又不能所有机泵都不加选择的加装变频器,那样节电效果会受到影响。

1、应用变频器的原则

1)装置设计负荷以实际负荷差异较大的。

2)机泵控制阀节流严重,控制阀前后压差较大的。

3)机泵流量变化频繁,设备易泄漏的。

4)输送介质含固体颗粒,控制阀容易堵塞的。

5)电机频繁启动,电气设备容易损坏的。

6)有特殊要求的,如有速度,或正反转要求的。

2、应用变频器的注意事项

应用变频器,使之达到较为完美的境地,需注意以下几点:

1)频调速技术要电气、仪表、工艺、设备各专业人员密切配合,才能得到高质量的应用方案。

2)带分支路的管路,并且有两个回路的机泵。增设变频器时,较难实现自动控制回路。一定要找出主要参数作为控制对象,即将复杂回路改为简单控制回路,这样可以避免互相干扰,使主参数和副参数都平稳。

3)应用变频器时,由于电压变化率du/dt增高,电机绕组的电压分布变得很不均匀,电机故障率增加,如ARGG原料油罐区P139泵应用变频后,电机曾发生烧毁。因此,在应用变频器后,要把绝缘等级较低的电机更换成绝缘等级较高的电机。这样,可以从根本上解决变频控制电机使用寿命短的问题。

4)仪表输出信号是否与变频器所需信号相符(注意原控制阀作用方向),单台泵安装变频器运行切换时要考虑控制阀作用方向。

5)最初投用变频器时,泵出口压力有所降低。应注意,泵出口单向阀如不严或操作不当会造成事故。

6)与电机匹配的变频器功率一定要选定稍高于或等于电机功率;选型要注意选用等级较高的,且能满足装置与仪表配套,并能够实行闭环控制的变频器。在目前国内技术条件下,一般不宜选用国产或国内部分件组装产品,以保证变频器使用寿命。

7)机泵应用变频器应采用一托一工、变频互相连锁,相互转换方便的电路设计方案。(8)大多数生产装置仪表控制阀大都采用风关阀,采用变频技术后,风关改为风开调节,需要在仪表盘上注明,或者加上电子模块使之统一,以免造成事故。

9)安放变频器的环境要满足要求。

10)变频器控制部分接地与配电系统接地要独立开。