交流變頻調(diào)速技術(shù)的優(yōu)勢與應(yīng)用

 交流變頻調(diào)速的方法是異步電機(jī)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(jià)格便宜的變頻器會(huì)不斷出現(xiàn)，這一技術(shù)會(huì)得到更為廣泛、普遍的應(yīng)用?！　τ诳烧{(diào)速的電力拖動(dòng)系統(tǒng)，工程上往往根據(jù)電動(dòng)機(jī)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(dòng)免除了改變直流電機(jī)電流流向變化的機(jī)械向器--整流子。
 
20世紀(jì)70年代后，大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)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(dòng)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(dòng)態(tài)響應(yīng)以及在四象限作可逆運(yùn)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(dòng)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(jià)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(shí)現(xiàn)過程自動(dòng)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(shí)平滑性好，效率高。低速時(shí)，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(dòng)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(shí)現(xiàn)過程自動(dòng)化。 　　(6) 必須有專用的變頻電源，目前造價(jià)較高。 　　(7) 在恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速時(shí)，低速段電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)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?！　≡谥绷髡{(diào)速系統(tǒng)中，由于直流電動(dòng)機(jī)具有電刷和整流子，因而必須對其進(jìn)行檢查，電機(jī)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(jī)向高轉(zhuǎn)速、大容量發(fā)展。而交流電機(jī)就不存在這些問題，主要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：　　第一，直流電機(jī)的單機(jī)容量一般為12 - 14MW，還常制成雙電樞形式，而交流電機(jī)單機(jī)容量卻可以數(shù)倍于它。 　　第二，直流電機(jī)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(jī)可做到6 - 10kV。第三，直流電機(jī)受換向器部分機(jī)械強(qiáng)度的約束，其額定轉(zhuǎn)速隨電機(jī)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(jī)的達(dá)到每分鐘數(shù)千轉(zhuǎn)。第四，直流電機(jī)的體積、重量、價(jià)格要比同等容量的交流電機(jī)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(dòng)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(shí)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(dòng)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(jī)時(shí)往往留有一定余量，電機(jī)又不總是在最大負(fù)荷情況下運(yùn)行；如果利用變頻調(diào)速技術(shù)，輕載時(shí)，通過對電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)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(jī)、水泵、壓縮機(jī)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(jī)驅(qū)動(dòng)，由于有效地利用了變頻調(diào)速技術(shù)，僅工業(yè)傳動(dòng)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(gè)因素： 　　(1) 變頻調(diào)速系統(tǒng)自身損耗小，工作效率高。 　　(2) 電機(jī)總是保持在低轉(zhuǎn)差率運(yùn)行狀態(tài)，減小轉(zhuǎn)子損耗。　　(3) 可實(shí)現(xiàn)軟啟、制動(dòng)功能，減小啟動(dòng)電流沖擊。 　　在采用變頻調(diào)速時(shí)，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：　　根據(jù)工藝要求，生產(chǎn)線或單臺(tái)設(shè)備需要按程序或按要求調(diào)整電機(jī)速度的。如：包裝機(jī)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(shí)現(xiàn)程序控制?！　∮米冾l調(diào)速代替機(jī)械變速。如：機(jī)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。 　　用變頻調(diào)速代替用閘門或擋板調(diào)整流量適于風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)等。例如：鍋爐上水泵、鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)實(shí)行了變頻調(diào)速控制，不僅省去了伺服放大器、電動(dòng)操作器、電動(dòng)執(zhí)行器和給水閥門（或擋風(fēng)板），而且使得整個(gè)鍋爐鍋爐控制系統(tǒng)得到了快速的動(dòng)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(shí)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(yàn)，比較簡便的方法有三種：　　(1) 電機(jī)實(shí)際功率確定發(fā) 首先測定電機(jī)的實(shí)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，則變頻器的容量Pb為Pb = ×cosy (kW) 　　式中，Pm為電機(jī)負(fù)載；hm為電機(jī)功率。 　　計(jì)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(tái)電動(dòng)機(jī)的額定電流，n為電機(jī)的臺(tái)數(shù)。在任何情況下，都不能在連續(xù)使用時(shí)超過額定電流I。　　(3) 電機(jī)額定電流法變頻器 變頻器容量選定過程，實(shí)際上是一個(gè)變頻器與電機(jī)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(jī)的額定功率，但實(shí)際匹配中要考慮電機(jī)的實(shí)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(shí)際需要的能力小，因此按電機(jī)的實(shí)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?！　‰m然變頻調(diào)速有諸多優(yōu)點(diǎn)，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(jī)自身增加損耗，引起電機(jī)發(fā)熱。再有，變頻器價(jià)格貴、投資回收器長、技術(shù)復(fù)雜、尤其在實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動(dòng)控制時(shí)，還需進(jìn)行技術(shù)處理?！　〈送?，不是任何情況下變頻器都節(jié)電，如果電機(jī)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(jià) 　　
交流變頻調(diào)速的方法是異步電機(jī)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(jià)格便宜的變頻器會(huì)不斷出現(xiàn)，這一技術(shù)會(huì)得到更為廣泛、普遍的應(yīng)用。目前，國外先進(jìn)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。