1、變頻器介紹

  變頻器技術(shù)是從60年代開始的一門電機應(yīng)用技術(shù)，從電力電子器件中的SCR（晶閘管）、GTO（門極關(guān)斷晶閘管）等開始發(fā)展，在今天更有IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）、HVIGBT（耐高壓絕緣柵雙極型晶閘管）等新型電力變換器件。同時，在70年代脈寬調(diào)制變壓變頻（PWM-VVVF)調(diào)速開始得到了應(yīng)用。在80年代，以PWM模式優(yōu)化問題為變頻器技術(shù)核心的技術(shù)得到了更廣泛的應(yīng)用，并且得到了市場的廣泛推廣。

  我國在90年代開始，隨著大功率晶體管技術(shù)的成熟和成本的降低，同時控制技術(shù)也在計算機的扶助下有了更強大的支持，在各個行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。變頻呂技術(shù)在工業(yè)以外也得到了更多的應(yīng)用，在促進(jìn)民用建筑節(jié)能的今天，變頻器技術(shù)作為可以大量節(jié)能省能源的技術(shù)更得到建設(shè)者和設(shè)計者的青睞。

      

1.1變頻調(diào)速器

  變頻調(diào)速器也稱變頻器，全稱為變頻變壓器VVVFI(variablevoltage&variablefrequencyinverter).變頻器主要采用晶體管GTR作為功率元件，以單片機和集成電路為控制部件，采用正弦脈寬調(diào)制方式的機電一體化產(chǎn)品。隨著功率元件的發(fā)展和計算技術(shù)的優(yōu)化，結(jié)構(gòu)上體積小，重量輕的變頻器無論在成本和節(jié)能上都優(yōu)于傳統(tǒng)的變極調(diào)速，串阻調(diào)速，滑差電機調(diào)速等電機調(diào)速方式，這種電機調(diào)速的應(yīng)用正從交流電機向直流電機延伸。

   在建筑設(shè)備系統(tǒng)中，風(fēng)機的風(fēng)量控制和水泵的流量控制，在傳統(tǒng)電機中很少采用轉(zhuǎn)速控制方式的，多數(shù)是以恒速運轉(zhuǎn)，當(dāng)需要進(jìn)行風(fēng)量、流量調(diào)節(jié)時，主要以調(diào)節(jié)擋板或節(jié)流閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，這種控制簡單但是會浪費大量的能源，采用變頻器對風(fēng)機和水泵進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制來調(diào)節(jié)風(fēng)量、流量可以節(jié)絕能源、提高運營成本。

1.2基本原理

  以新風(fēng)機為例，調(diào)速運行節(jié)電的理論之一是風(fēng)機學(xué)比例律。由風(fēng)機學(xué)比例可知，風(fēng)量與轉(zhuǎn)速成正比，風(fēng)壓與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。因此，降低水泵或風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，就有可能使單位供量或風(fēng)量的電耗減少，水泵也遵循這個規(guī)律，對于一臺水泵，當(dāng)以不同轉(zhuǎn)速運行時，水泵的流量Q，揚程H，軸功率P與轉(zhuǎn)速N有如下關(guān)系：流量與轉(zhuǎn)速成正比，揚程與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，由此可見，當(dāng)降低轉(zhuǎn)速時，功率的減少量比流量的減少量大得多。

   變頻器通過改變電機頻率而達(dá)到無級調(diào)速的目的。對于風(fēng)機來說，變頻調(diào)節(jié)風(fēng)量，就是通過壓力變器檢測風(fēng)壓，并將風(fēng)壓信號轉(zhuǎn)化為電流信號，反饋給變頻器內(nèi)單片機，單片機根據(jù)風(fēng)壓情況調(diào)整風(fēng)機電機輸入頻率，從而使水泵轉(zhuǎn)速改變。例如：在非人流高峰時，風(fēng)機減速運行，從而使風(fēng)機輸入功率減少，達(dá)到節(jié)能的目的。這就是變頻器調(diào)節(jié)節(jié)能的基本原理。

1.3控制

  變頻調(diào)速器可以手動控制也可以自動控制。自動控制信號遵循國家標(biāo)準(zhǔn)采用4~20mA電流信號或0~5V電壓信號；采用閉環(huán)控制的方法可以更好地滿足自動控制的要求。在建筑設(shè)備自動化的今天，自動型號可以遠(yuǎn)傳到中央控制室，進(jìn)行中央控制。中央控制不僅可以做到監(jiān)控報警一體化，同時也可以在整體上減少系統(tǒng)的遲滯效應(yīng)和系統(tǒng)的抖動。  

2. 變頻器的應(yīng)用

2.1變頻器的應(yīng)用范圍

   變頻調(diào)速器已有了標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品，雖然廠家之間的參數(shù)有所出入，但是對應(yīng)不同的電機基本型號都可以進(jìn)行匹配。在建筑設(shè)備行業(yè)中水泵和風(fēng)機作為建筑能耗的主要部分，其節(jié)能應(yīng)用集中，是樓宇能的主要控制方向。在現(xiàn)代化賓館及辦公大樓中，風(fēng)機、水泵的用電量占整個建筑平時用電量的40%~50%，約占整個動力用電的50%~75%。

2.2變頻器的優(yōu)點

   采用正弦脈寬調(diào)制控制方式中，電機的旋轉(zhuǎn)磁場較為接近圓形磁場，轉(zhuǎn)矩脈動較小，電機運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，能克服電壓型逆變頻控制中電機低速運行時轉(zhuǎn)距脈動過大的缺點。一體化的變頻調(diào)速器主要優(yōu)點：節(jié)能省電、操作簡便、精確可調(diào)、數(shù)字顯示、在線無級調(diào)速、監(jiān)控一體化、遠(yuǎn)程監(jiān)控等優(yōu)點。

2.3選型原則

   在選型前，首先要根據(jù)電機對轉(zhuǎn)速（最高、最低）和轉(zhuǎn)矩（起動、連續(xù)及過載）的要求，確定最大輸入功率（即電機的額定功率最小值）。然后選擇電機的極數(shù)和額定功率。電機的極數(shù)決定了同步轉(zhuǎn)速，要求電機的同步轉(zhuǎn)速盡可能地覆蓋整個調(diào)速范圍，連續(xù)負(fù)載容量高一些。為了充分利用設(shè)備潛能，避免浪費，可允許電機短時超出同步速度，但必須小于電機允許的最大速度。轉(zhuǎn)矩取設(shè)備在起動、連續(xù)運行、過載或最高速等狀態(tài)下的最大轉(zhuǎn)矩。最后，根據(jù)變頻器輸出功率和額定電流稍大于電機的功率和額定電流確定變頻器的參數(shù)與型號。

2.4變頻器容量的選擇

   大多數(shù)變頻器容量可從三個角度表述：額定電流，可用電動機功率和額定容量。其中后兩項，變頻器生產(chǎn)廠家由本國或公司生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)電動機給出，或隨變頻器輸出電壓而降低，都很難確切表達(dá)變頻器的能力。選擇變頻器時，只有變頻器的額定電流是一個反映半導(dǎo)體變頻裝置負(fù)載能力的關(guān)鍵量。負(fù)載電流不超過變頻器額定電流的是選擇變頻器的基本原則。需要著重指出的是，確定變頻器容量前應(yīng)仔細(xì)了解設(shè)備的工藝情況及電動機參數(shù)，例如潛水電泵、繞線轉(zhuǎn)子電動機額定電流要大于普通鼠籠異步電動機額定電流，冶金工業(yè)常用的輥道電動機不僅額定電流大很多，同時它允許短時處于堵轉(zhuǎn)工作狀態(tài)，且輥道傳動大多數(shù)是多轉(zhuǎn)動機傳動。應(yīng)保持在無故障狀態(tài)下負(fù)載總流均不允許超過變頻器的額定電流。

  

3. 變頻器應(yīng)用問題分析

3.1容量與負(fù)荷之前的匹配問題

   電機負(fù)荷節(jié)能是最重要一環(huán)，考慮到匹配電機可以超負(fù)荷20%計算，變頻器一般設(shè)計預(yù)量應(yīng)控制在8%左右，這種從設(shè)備上提出流量時加系數(shù)，選泵時加系數(shù)，選 電動機時還加系數(shù)，以致競價系統(tǒng)的實際運行效率極低。在建筑設(shè)備中，由于負(fù)荷變化，季節(jié)變化等因素，負(fù)荷也不是恒定不變的，而且變化范圍還是很大的，這種對流量變化較大的負(fù)荷采用變頻器調(diào)速效果是顯而易見的，而且負(fù)荷變化范圍越大，節(jié)能效果越好。

3.2抑制高次諧波

   變頻器產(chǎn)生的高次諧波，并且引起電網(wǎng)電壓波形的畸變。在相同條件下電網(wǎng)有效容量超小，變頻器容量越大，這種影響越嚴(yán)重。這種對電網(wǎng)的污染，會使電力電容、電抗器、變壓器容易發(fā)熱，并產(chǎn)生電磁諧振，電動機、發(fā)電機產(chǎn)生附加損耗，繼電器產(chǎn)生誤動作等。各國對電壓畸變和諧波控制都有相應(yīng)的規(guī)定，我國GB12668-90中規(guī)定，電壓畸變率小于10%，任何奇次諧波均不超過5%，任何偶次諧波均不超過2%。使用變頻器后，在電網(wǎng)局部會超過國標(biāo)，所以一定要采取相應(yīng)措施。

3.3電動機選擇

  在變頻調(diào)速中，變頻載波頻率高，電動機繞組要有較高耐沖擊電壓。同時，由于電動機效率下降，轉(zhuǎn)速下降后產(chǎn)后的冷卻效果降低，這些都是必須注意的，在應(yīng)用變頻調(diào)速后，包括變頻器和電動機損壞情況較多。由通用變頻器構(gòu)成的交流調(diào)速傳動系統(tǒng)普遍采用標(biāo)準(zhǔn)異步電動機，采用PWM變頻器對異步電動機供電時，定子電流中不可避免的含有高次諧波，電動機空載運行時的功率因數(shù)和效率將會更低，負(fù)載運行時的鐵損也會有所增加。通用電動機的散熱功能是按額定轉(zhuǎn)速下且進(jìn)行自扇風(fēng)冷考慮的，當(dāng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載下電動機調(diào)速運行時，其發(fā)熱不變但低速下的散熱能力變差了，可采用另加恒速冷卻風(fēng)扇的辦法或采用較高絕緣等級的電動機。

3.4外部配置的配合問題

  選擇合適的熔斷器和空氣斷路器，以便保護(hù)因內(nèi)部短路時整流元件的損壞。變頻器的型號確定后，應(yīng)該在上級設(shè)置相應(yīng)的熔斷器和空氣斷路器作為保護(hù)開關(guān)，以保護(hù)保護(hù)硅元件。

  合理選擇變頻器的輸入和輸出電纜，根據(jù)變頻器的功率選擇導(dǎo)線截面合適的三芯或四芯動力電纜，但是不應(yīng)該一味追求屏蔽電纜，應(yīng)該視乎環(huán)境來決定，在輸入側(cè)裝交流抗器，根據(jù)變頻器安裝場所的其它設(shè)備對電網(wǎng)品質(zhì)的要求，若變頻器工作時已影響這些設(shè)備正常運行，可在變頻器輸入側(cè)裝交流電抗器來抑制由功率元件通斷引起的諧波畸變和傳導(dǎo)輻射。

    

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