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變頻器節能技術的工作原理及其應用分析

發布時間:2020-05-18

在産品的加工制造業以及工業生産中,泵類、風機等設備的應用範圍越來越廣泛,其在電能上的消耗以及擋板、閥門等一些設備的節流損失,還有對它們的日常的維修和維護的費用幾乎占成本的20%,這是一筆不小的生産費用的開支,隨著經濟的發展,改革不斷深入,市場競爭不斷加劇,節能降耗也逐漸成爲了提高産品質量和降低生産成本的一個重要手段。


變頻技術使用的基本原理:在很長的一段時期內,電氣設備所使用的交流電的頻率都是維持在一個固定的狀態,變頻技術的運用就是使頻率變成了一種可以隨意的調節和利用的資源。現如今,變頻技術中最活躍以及最快發展的就是變頻的調速技術。


變頻技術包括計算機技術、電力電子技術、點擊傳動技術,是一種綜合性比較強的技術,結合了機械設備和強弱電。就是指在工頻電流的信號轉化成其他的頻率,這種轉化主要是通過半導體元件來完成的,之後再將交流電轉化成爲直流電,在逆變器對電流和電壓進行調控的同時使機電設備達到無極調速的程度。


AL t4518532232479744 變頻器節能技術的工作原理及其應用分析


總而言之,變頻技術就是通過電流改變頻率來對電機的轉速進行控制,從而使有效的控制電機設備,這些都是在電流頻率與電機轉速同比增長的基礎上來完成的。變頻技術的特點就是能夠使電機平穩的運行,可以進行自動的加速和減速的控制,在能夠提高工作效率的同時減小對于能源的消耗。


在變頻器的日常運用中,主要是運用轉矩直接控制和矢量控制的方式,在變頻器的今後發展中人工神經網絡以及模糊自優化的控制方式,而且,變頻器通過不斷地發展,其綜合性會越來越高,在完成基本調速的功能基礎上,還具有在內部設置的通信、可編程序以及參數辨識的功能。


根據流體力學,功率=壓力*流量,流量和轉速的一次方是成正比的,壓力與轉速的平方是成正比的,功率和轉速的立方成正比,如果說水泵效率固定的話,當調節流量下降時,轉速就會成比例下降,輸出的功率也就成立方關系下降,所以說,水泵的轉速與電機耗電功率是近似立方比關系。舉個例子,一台功率是55kW的水泵電機,將它的轉速調到原來轉速的80%的時候,它的耗電量是28kW/h,省電率是48%。但是如果將轉速調到原來的50%的時候,耗電量就變成了6千瓦每小時,省電率達到87%。


無功的功率不但會使設備發熱,增加電線的磨損,最重要的一點就是功率因數降低導致了電網的有功功率也隨之降低,所以,造成了大量無功電能在線路當中消耗掉,導致設備的使用效率降低,浪費現象非常嚴重,使用了變頻調速設備裝置之後,因爲變頻器內部的濾波電容作用,從而使無功損耗得到進一步減少,使電網有功功率得到增加。


由于電機是通過Y/D啓動或者直接啓動的方式進行的,啓動的電流是額定電流的四到七倍,這樣就會對供電電網和機電設備造成嚴重沖擊,而且這樣對電網的容量要求也是非常高的,在啓動的時候會産生比較大的電流,而且在震動的時候對閥門和擋板的損害也是非常大的,對管路和設備的使用壽命也是非常不利的。變頻裝置的使用,利用變頻器軟啓動的功能,使啓動的電流從零開始,最大的值也不會超過額定電流,所以使其對電網的沖擊以及對供電容量的要求也大大減輕了,使閥門和設備的使用壽命也大大延長了。


我們利用在160kW的循環水泵上安裝變頻調速器爲例子,對變頻節能設備進行改造,分別測試了改造前後的用電量,取得了非常滿意的效果。在循環水泵的工作中,當流量由于工藝的需要而改變時,就要運用調節水泵出口和入口的開度方式來對水泵的實際流量進行改變,這種調節方式被稱爲節流調節,在本次舉例中,出口和入口的閥門開度都是60%上下,從電能利用的方面來說,這是一種很不經濟的調節方式。


在循環水泵的工作中,當流量由于工藝的需要而改變時,入口和出口的閥門都完全打開,運用對電動機轉速進行調節的方式來尋找合適的、新的工作點,從而得到合適的流量。根據實際情況和現場的需要來實現手動控制或自動控制,在本例中,因爲不需要頻繁地對流量進行調整,所以根據現場的實際情況和需要,確定出電動機實際工作的頻率是40Hz,並且采取了手動控制的方式,主要目的就是爲了節約電能。


實現了完全意義的軟啓動,在電機進行啓動的時候,轉子的轉速隨著輸入電源的頻率增加而慢慢增加,使速度得到平穩提升,整個系統的啓動時間設爲20s左右,不會對系統造成沖擊,比原來的啓動方式更平穩。


電網所運用的電流也得到大幅度下降,使電氣設備的使用更加安全,同時也因爲頻率降低後,電機的轉速也隨之降低,對機械的磨損也就減少了,也使發生故障的概率大大降低,減少了維修經費。使爲水泵提供電能的變壓器節約出了大部分的供電容量,單純的有功負荷下降,節約出的容量大約是50千瓦,提高了設備的利用效率。電機功率的因數也相應得到提高,這樣就使電機的運行更加經濟。


變頻技術的使用提高了産品質量,降低了能耗,節約了能源,也進一步提高了企業的經濟效益,變頻調速技術的應用就是要對這些設備進行改造,從而達到節約能源的作用。


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