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類型分類：: 科普知識

數(shù)據(jù)分類：: 汽車連接器

交流變頻調(diào)速技術(shù)的優(yōu)勢與應(yīng)用

發(fā)布日期：2022-04-27 點擊率：156

    對于可調(diào)速的電力拖動系統(tǒng)，工程上往往根據(jù)電動機電流形式分為直流調(diào)速系統(tǒng)和交流調(diào)速系統(tǒng)兩類。它們最大的不同之出主要在于交流電力拖動免除了改變直流電機電流流向變化的機械向器——整流子。
    20世紀(jì)70年代后，大規(guī)模集成電路和計算機控制技術(shù)的發(fā)展，以及現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用，使得交流電力拖動系統(tǒng)逐步具備了寬的調(diào)速范圍、高的穩(wěn)速范圍、高的穩(wěn)速精度、快的動態(tài)響應(yīng)以及在四象限作可逆運行等良好的技術(shù)性能，在調(diào)速性能方面可以與直流電力拖動媲美。在交流調(diào)速技術(shù)中，變頻調(diào)速具有絕對優(yōu)勢，并且它的調(diào)速性能與可靠性不斷完善，價格不斷降低，特別是變頻調(diào)速節(jié)電效果明顯，而且易于實現(xiàn)過程自動化，深受工業(yè)行業(yè)的青睞。
1. 交流變頻調(diào)速的優(yōu)異特性
    (1) 調(diào)速時平滑性好，效率高。低速時，特性靜關(guān)率較高，相對穩(wěn)定性好。
    (2) 調(diào)速范圍較大，精度高。
    (3) 起動電流低，對系統(tǒng)及電網(wǎng)無沖擊，節(jié)電效果明顯。
    (4) 變頻器體積小，便于安裝、調(diào)試、維修簡便。
    (5) 易于實現(xiàn)過程自動化。
    (6) 必須有專用的變頻電源，目前造價較高。
    (7) 在恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速時，低速段電動機的過載能力大為降低。
2. 與其它調(diào)速方法的比較
    交流電動機的調(diào)速方法有三種：變極調(diào)速、改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速和變頻調(diào)速。其中，變頻調(diào)速最具優(yōu)勢。這里僅就交流變頻調(diào)速系統(tǒng)與直流調(diào)速系統(tǒng)做一比較。
    在直流調(diào)速系統(tǒng)中，由于直流電動機具有電刷和整流子，因而必須對其進行檢查，電機安裝環(huán)境受到限制。例如：不能在有易爆氣體及塵埃多的場合使用。此外，也限制了電機向高轉(zhuǎn)速、大容量發(fā)展。而交流電機就不存在這些問題，主要表現(xiàn)為以下幾點：
    第一，直流電機的單機容量一般為12 - 14MW，還常制成雙電樞形式，而交流電機單機容量卻可以數(shù)倍于它。第二，直流電機由于受換向限制，其電樞電壓最高只能做到一千多伏，而交流電機可做到6 - 10kV。第三，直流電機受換向器部分機械強度的約束，其額定轉(zhuǎn)速隨電機額定功率而減小，一般僅為每分鐘數(shù)百轉(zhuǎn)到一千多轉(zhuǎn)，而交流電機的達(dá)到每分鐘數(shù)千轉(zhuǎn)。第四，直流電機的體積、重量、價格要比同等容量的交流電機大。最后，特別要指出的是交流調(diào)速系統(tǒng)在節(jié)約能源方面有著很大的優(yōu)勢。一方面，交流拖動的負(fù)荷在總用電量中占一半或一半以上的比重，這類負(fù)荷實現(xiàn)節(jié)能，可以獲得十分可觀的節(jié)電效益。另一方面，交流拖動本身存在可以挖掘的節(jié)電潛力。在交流調(diào)速系統(tǒng)中，選用電機時往往留有一定余量，電機又不總是在最大負(fù)荷情況下運行；如果利用變頻調(diào)速技術(shù)，輕載時，通過對電機轉(zhuǎn)速進行控制，就能達(dá)到節(jié)電的目的。工業(yè)上大量使用風(fēng)機、水泵、壓縮機等，其用電量約占工業(yè)用電量的50%；如果采用變頻調(diào)速技術(shù)，既可大大提高其效率，又可減少10%的電能消耗。
3. 合理應(yīng)用
    交流變頻調(diào)速技術(shù)在工業(yè)發(fā)達(dá)國已得到廣泛應(yīng)用。美國有60% - 65%的發(fā)電量用于電機驅(qū)動，由于有效地利用了變頻調(diào)速技術(shù)，僅工業(yè)傳動用電就節(jié)約了15% - 20%的電量。
    采用變頻調(diào)速，一是根據(jù)要求調(diào)速用，二是節(jié)能。它主要基于下面幾個因素：
(1) 變頻調(diào)速系統(tǒng)自身損耗小，工作效率高。
(2) 電機總是保持在低轉(zhuǎn)差率運行狀態(tài)，減小轉(zhuǎn)子損耗。
(3) 可實現(xiàn)軟啟、制動功能，減小啟動電流沖擊。
    在采用變頻調(diào)速時，需從工藝要求、節(jié)約效益、投資回收期等各方面考慮。如果僅從工藝要求、節(jié)約效益考慮，下面幾種情況選用變頻調(diào)速較有利：
    F根據(jù)工藝要求，生產(chǎn)線或單臺設(shè)備需要按程序或按要求調(diào)整電機速度的。如：包裝機傳送系統(tǒng)，根據(jù)不同品種的產(chǎn)品，需要改變系統(tǒng)傳送速度，使用變頻調(diào)速可使調(diào)速控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，控制準(zhǔn)確，并易于實現(xiàn)程序控制。
    F用變頻調(diào)速代替機械變速。如：機床，不僅可以省去復(fù)雜的齒輪變速箱，還能提高精度、滿足程序控制要求。
    F用變頻調(diào)速代替用閘門或擋板調(diào)整流量適于風(fēng)機、水泵、壓縮機等。例如：鍋爐上水泵、鼓風(fēng)機、引風(fēng)機實行了變頻調(diào)速控制，不僅省去了伺服放大器、電動操作器、電動執(zhí)行器和給水閥門（或擋風(fēng)板），而且使得整個鍋爐鍋爐控制系統(tǒng)得到了快速的動態(tài)響應(yīng)、高的控制精度和穩(wěn)定性。
4. 變頻器容量的確定
    變頻調(diào)速是通過變頻器來實現(xiàn)的，對于變頻器的容量確定至關(guān)重要。合理的容量選擇本身就是一種節(jié)能降耗措施。根據(jù)現(xiàn)有資料和經(jīng)驗，比較簡便的方法有三種：
    (1) 電機實際功率確定發(fā)  首先測定電機的實際功率，以此來選用變頻器的容量。
    (2) 公式法  設(shè)安全系數(shù)取1.05，則變頻器的容量Pb為
    Pb = 1.05Pm/hm×cosy (kW)
    式中，Pm為電機負(fù)載；hm為電機功率。
    計算出Pb后，按變頻器產(chǎn)品目錄可選出具體規(guī)格。
    In為第n臺電動機的額定電流，n為電機的臺數(shù)。在任何情況下，都不能在連續(xù)使用時超過額定電流I，當(dāng)一臺變頻器用于多臺電機時，應(yīng)滿足
    (3) 電機額定電流法變頻器  變頻器容量選定過程，實際上是一個變頻器與電機的最佳匹配過程，最常見、也較安全的是使變頻器的容量大于或等于電機的額定功率，但實際匹配中要考慮電機的實際功率與額定功率相差多少，通常都是設(shè)備所選能力偏大，而實際需要的能力小，因此按電機的實際功率選擇變頻器是合理的，避免選用的變頻器過大，使投資增大。
    雖然變頻調(diào)速有諸多優(yōu)點，但也有其不利因素，主要問題是電流中含高次諧波較多，除對電網(wǎng)有污染外，也使電機自身增加損耗，引起電機發(fā)熱。再有，變頻器價格貴、投資回收器長、技術(shù)復(fù)雜、尤其在實現(xiàn)閉環(huán)自動控制時，還需進行技術(shù)處理。
    此外，不是任何情況下變頻器都節(jié)電，如果電機負(fù)載變化不大，或深井泵配有水塔，節(jié)電、節(jié)水效果都不大，就不宜使用變頻調(diào)速。
5. 評價
    交流變頻調(diào)速的方法是異步電機最有發(fā)展前途的調(diào)速方法。隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，性能可靠、匹配完善、價格便宜的變頻器會不斷出現(xiàn)，這一技術(shù)會得到更為廣泛、普遍的應(yīng)用。目前，國外先進國家的變頻技術(shù)正向小型化、高可靠性、抗公害、多功能、高性能等方向發(fā)展，我國也在加快發(fā)展步伐。

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