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摘要：近年来, 随着我国自动化技术的迅速发展, 工业自动化取得了长足的进步。变频器由于性能稳定、节能环保、性价比高, 在工业各个领域得到了广泛的应用, 它为交流异步电动机驱动的设备大范围、高质量地调速提供了全新的方案, 所以, 采用交流变频调速是现代工业技术发展的主流。
关键词：变频器;工业应用;
虽然党和国家一直致力于工业的节能环保, 但是从现实角度看工业能源的消耗依然很高、浪费依然很大、利用效率比起西方发达国家还是比较低的。因此要真正的推进节能环保, 不仅仅要有节能环保的意识, 更要有节能环保的思路, 最主要的是有节能环保的先进技术作为支撑, 而变频器技术适应了时代发展的要求, 是工业节能环保最匹配的一门技术, 因此在工业上能够持续的节能环保就要研究变频器技术、应用变频器技术, 使变频器技术成为工业节能环保的真正依靠。
1 变频器的原理与安装方式
1.1 变频器的工作原理
通过电力半导体器件的通断作用, 实现将工频电源转换成需要频率的电能控制装置即为变频器。现阶段主流的变频器都是采用矢量控制变频或VVVF变频的方式, 能够通过整流器将工频交流电源转换成为直流电源, 再将直流电源转换为电压、频率均可以自行控制的交流电源提供给电动机。变频器的电路由四个部分组成, 分别是控制、逆变、中间直流环节以及整流构成。其中:逆变部分为三相桥式逆变器, 输出为PWM波形;中间直流环节为缓冲无功功率、直流储能以及滤波;整流部分为三相桥式不可控整流器。
1.2 变频器的安装方式
变频器的安装方式主要有两种, 分别是柜式安装和墙挂式安装。
首先, 在环境条件较好的条件下, 应尽量采取柜外冷却方式;在采取柜内冷却时, 应尽量在单台变频器的正上方安装抽风式冷却风扇;多台变频器应尽量采取并列安装的方式, 如果条件有限必须采取纵向方式安装时, 应在每两台变频器的中部安装隔板, 将其分隔开, 但是无论何种安装方式, 都不能垂直安装。
此外还有一种墙挂式的安装方式, 这种方法只需要保证变频器周围有足够的空间即可, 变频器两侧应有100 mm以上的空隙, 上下两侧则至少有150 mm的间隙。
1.3 变频器的使用环境条件
虽然变频器能够在绝大多数的条件下正常运转, 但是为了保证其安全可靠, 至少需要保证工作环境满足下述几项条件, 分别是:环境温度应控制在0~40℃的范围内;相对湿度应控制在90%以下;安装位置没有冲击和振动;不受阳光直射, 周围无易燃易爆气体, 海拔高度低于1 000 m等条件。
2 变频器技术在工业节能领域的应用思路
2.1 变频器技术的节能关键是在启动功能上
变频器技术从本质上看就是一种改善运行环境和节约能源的一种手段, 启动功能因为包含了变频器技术的主要原理, 因此显得格外重要, 而且也受到了很多用户的欢迎。变频器的启动功能以前大多都是硬启动, 但是这样的直接启动的电流比较高, 实际上对整个电网系统的容量和输配电设施造成了严重的冲击, 从某种程度上讲不利于整个系统的节能减排。软启动功能实际上最符合变频器技术的原理, 也是最优的一种启动功能, 有利于节能减排, 因为软启动一切都是电流都是从零开始的, 是按需逐步增加的, 就算产生很大电流, 它的最大值也不会超过额定电流的, 因此可以进一步减轻对整个电网系统的冲击、也能最有效的符合供电容量的要求、在一定程度上延长了整个工业设备的使用寿命、促进了工业领域的节能减排, 因此在工业节能领域的思路就是首先在启动功能上有所突破, 要加强对启动功能的改造, 实现变频器技术的软启动。
2.2 优化电机运行是变频器技术的前提和基础
优化电机运行时变频器技术的前提和基础, 因为变频器技术的应用实际上在很大程度上得益于电机运行的优化。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆一些系统比如中央空调、风机等系统很多都是采用传统的供水方式, 也就是水塔、气压罐、高位水箱等, 但是这些虽然应用的范围比较广、应用的时间比较长, 但是因为外界条件的影响经常出现各种各样的问题, 比如由于受水箱高度和储水量因素的影响水压就会受到影响。而恒压才是保证和维护节能减排的条件, 因此为了实现恒压, 为了能有效的调节给水量就要从电机的优化方面入手, 也就是通过对电机运行的优化设定各个系统泵站的出水压力。而且设定值一定要符合电机运行的实际, 不能过小也不能过大, 而且要随时和反馈的实际出水压力值进行比较, 比较完毕后要对差值进行运算和处理, 这样系统就会发出控制的指令, 也就能真正控制水泵电动机的运台数和转速, 这样就会达到压力恒定的目标, 也就在一定程度上减少了节流损失的效能。而且由于是电机的自行运行也降低了人工的劳动强度, 真正的提高了整个系统的效率, 所以变频器的应用还是要从电机的运行方面入手, 并且要把优化电机运行当成变频器技术的亮点去推广。
2.3 智能化和网络化是变频器技术的未来趋势和必然结果
现在的世界是一个网络极具发展的世界, 可以说人类已经步入了互联网的时代。互联网时代的工业发展就要有新的思路和新的途径, 智能化和网络化是当前工业发展的趋势, 也是目前变频器技术最主要的一个特征。因此要提高生产的效率、减少运行的成本, 实现工业的节能减排就要最大化的利用网络化和智能化, 也就是通过现在的高速通讯网络连接变频器系统, 从而实现在系统运行和系统维护的智能化。要通过对总线和分线进行模块化和智能化的管理, 对不同型号不同功率段的变频器用网络的变成语言进行操作、进行合适的组态, 这样就能更好的使变频器技术应用于工业领域。通过智能化和网络化的实现是变频器技术更能起到节约能源、保护环境的作用, 但是在智能化和网络化的道路中我们还有很多问题需要面对和克服, 因此要制定详细的计划和有效的策略使变频器技术在互联网时代中越走越顺、越走越快。
3 变频器在节能方面的效果
初期的变频器都被用作控制发电机的转速, 但是随着技术的不断进步, 现阶段已经具有更强的节能效果, 并且由于中国是一个能耗大国, 不仅能源储备量不足, 能源利用率也非常低。根据权威部门统计, 在中国的电网总负载中, 动力类消耗60%, 这其中有90%左右都是消耗在了异步电动机上, 中国整个工业用电的70%左右都消耗在了电动机上。因此说, 如果通过使用变频器来实现节能, 最少能减少2.1×108k W的能耗, 不仅给国家节省了大量的能源, 也给企业生产降低了成本。
变频器的应用, 能够大幅度提高控制精度与电机转速, 使电机在最节能的状态下运转。以风机水泵为例, 根据流体力学的原理, 在用风量减少时, 风机的转速会逐渐降低, 风机的功率则与转速的三次方的成正比下降;如果要保持水泵的效率, 在调节流量下降时, 转速也会按比例下降, 此时的轴输出功率会以三次方的正比关系下降, 即说明水泵电机的耗电功率与转速成三次方的正比关系。通过上述分析, 即可发现通过变频器的应用来进行风量、流量的调节, 能够获得更好的节电效果, 最高能够达到55%的节电率。与此相同的是, 很多变动负载电机都是以最大需求来进行电动机的生产, 这就造成了设计容量偏大, 而实际的使用过程中, 绝大多数的使用时间内都是保持在轻载运行状况下, 存在着效率低下, 电能大量浪费的情况。如果采用安装变频器的方式, 可以大大提高电动机轻载工况下的工作效率。因此说变动负载具有非常大的节能潜力。
化工行业作为中国的支柱性产业, 一直都是能耗大户, 特别是由于近年来自动化控制水平的不断提升, 大量的泵和压缩机应用在生产车间内, 能耗更是逐年上涨。由于化工企业中的绝大多数泵、和压缩机都处于电动机驱动恒速运转的状态下, 如果可以将这些非调速型电机改成调速运行, 则可以节省大量的电量, 最终实现不可再生能源的节约利用。
4 结语
由于变频器的使用具有非常多的优势, 应在加大应用力度的同时, 向技术研发方面倾斜足够的资金, 保证先进技术能够大量应用在变频器中, 特别由于中国工业能耗量巨大, 如果可以全部应用变频器, 将会给国家节省巨大的能耗, 并且为环境保护工作作出相应的贡献。
5 结束语
我国自从在采用变频器技术以后在工业领域上取得了长足的进步, 但是变频器技术随着互联网时代的到来, 又有了新的变化, 因此我们要在启动功能上下足功夫、优化电机的运行、而且最要的是实现变频器技术的智能化和网络化, 只有这样变频器技术才能真正实现节约能源、保护环境的作用。
参考文献:
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[3]宁志刚.浅谈变频器技术在工业节能领域的应用[J].中国新技术新产品, 2010 (09)
论文作者:彭立志
论文发表刊物:《防护工程》2018年第24期
论文发表时间:2018/11/30
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