變頻器在電廠轉機上的應用

摘要：變頻器除了用于交流電動機轉速的調節，在我國更多的是用于節能方面。本文主要介紹了變頻器的工作原理，以及在電廠轉機上應用，并對變頻器的發展進行了簡單的分析。

關鍵詞：變頻器電廠 轉機 應用

中圖分類號：TN773文獻標識碼：A文章編號：1674-098X(2012)03(c)-0000-00

*作者簡介：張曉峰，男，漢族，1980年出生，碩士，工程師，內蒙古烏蘭察布人，內蒙古華電包頭發電廠集控機組長，主要從事集控運行專業。

作者簡介：趙則飛，男，漢族，1983年出生，學士，工程師，山東菏澤人，內蒙古華電包頭發電廠集控單元長，主要從事集控運行專業。

自從上世紀80年代變頻器商業化以來，變頻器得到了快速的發展。變頻器主要用于交流電動機轉速的調節，除此之外，變頻器還具有顯著地節能作用，特別是在我國節能減排的大環境下，更是得到了大力的發展。

1 變頻器的工作原理

變頻器的主要作用就是改變異步電動機的供電頻率，也就是改變異步電動機的軸轉速，實現對軸的調速運行。異步電動機的轉速公式如下：

n＝（60f/P）×（1－S） r/min …

式中：n——電動機轉速；f——電動機定子供電頻率；P——電動機極對數；S——電動機轉差率。

從上式可以看出：在電動機極對數、轉差率不發生變化的情況下，電動機轉速與供電頻率呈線性關系。工業中常用的變頻器為交—直—交形式變頻器，變頻器經接觸器串接于電源與被控三相異步電動機之間，變頻器內部控制系統主要有整流器(整流模塊)、濾波器(濾波電容)和逆變器(大功率晶體管模塊)三個主要部件和以單片機。其工作原理是主回路先將工頻交流電通過整流器變成直流電，經濾波后，再經過逆變器通過給定輸入控制量，將直流電變成可控頻率的交流電，供給三相交流異步電動機，實現電動機調速運行。

同時，變頻器在降低頻率的同時還可以實現頻率與電壓的協調控制。對異步機調速時，總是希望主磁通Φ恒定，因為Φ太小，對鐵磁材料的利用不充分，在同樣電流的條件下產生的轉矩小；Φ太大，定子電流中激磁電流分量加大，在同樣電流的情況下，轉矩電流分量將減小，電機負載能力也會隨之下降）。而變頻器在一定條件下保持E/f為常數，實現恒轉矩調速。

2 變頻器在電廠節能方面的應用

變頻器最初的用途是對速度的控制，在我國當前節能的大環境下，變頻器在節能方面的應用得到了極大地發展，國務院甚至將高壓變頻器作為全國電廠節能減排重要產品予以推薦。

比如當水泵水壓、流量需要調節時，傳統的方法就是通過調節閥門或啟停電機來實現，損耗隨之增大，同時降低了水泵的總效率，電能損失是相當可觀的。然而當采用變頻調速時，可以按需要升降電機轉速，改變水泵的性能曲線，使水泵的額定參數滿足工藝要求。根據流體力學的公式我們知道流速與轉速成正比，水壓與轉速的平方成，功率與轉速的立方成正比，因此，通過變頻調速可以極大地節約能源。例如一臺功率為55 kW的水泵電機，當其轉速下降到原轉速的4/5時，其耗電量為28．16 kW，省電48．8％；當轉速下降到原轉速的1/2時，其耗電量為6．875 kW，省電87．5％。因此，采用變頻器精確調速來調節流量、風量，節電效果非常可觀，節電率為20％～50％。在實際設計負載電機時，一般按最大需求來生產電動機的容量，故設計容量偏大。但是在實際運行中，大多數時間都不可能慢負荷運行，存在著嚴重的“大馬拉小車”的現象，效率低下，造成電能的大量浪費。

再比如，鍋爐在正常運行中的燃料構成、熱負荷、電負荷以及季節等變化因數較大，因此，在各個不同的燃燒情況下，所需要的空氣量也是不同的，且變化極大，然而，鍋爐配置的風機是按鍋爐最大出力時所需最大風量來設計，并必須考慮鍋爐在事故情況下一定的風量裕度，所以，風機電機功率設計一般都較大。在使用檔板進行調節控制時，大量的電能浪費在了克服擋板的阻力上面，造成用電率高，影響機組的經濟運行。在進行了變頻節能技術改造后，提高其經濟效益。但在技術選擇上，并不能盲目的使用，而是要根據不同的生產設備，選擇相應特性的變頻器，如在對鍋爐風機進行變頻器改造中，注意除必須考慮變頻器的提速、降速特性是否滿足燃燒工藝的要求以外，還必須在技術上要考慮其它的問題，如：變頻器的散熱問題、是否會與設備發生共振現象、在發生意外時是否可以保證生產的繼續等等。

3 變頻器的發展方向

隨著技術的進步以及在工業中的應用越來越多，如今變頻器的總的發展趨勢是：驅動的交流化、功率變換器的高頻化、控制的數字化、智能化和網絡化。以交—直—交變頻器為例：1. 主電路功率開關元件的自關斷化、模塊化、集成化、智能化，開關頻率不斷提高，開關損耗進一步降低；2. 采用正弦波脈寬調制控制、電流跟蹤控制、電壓空間矢量控制；3. 以DSP(數字信號處理器)為基礎的內核，確保系統有更優越的控制性能。4. 用電力電子變流器取代了直流電機的機械換向器，開發無轉子位置傳感器的系統。

在電廠中，風機水泵類負荷較多，應充分應用變頻器進行節能改造。隨著高壓變頻器的迅速發展，性能價格比的大大提高，變頻器進行節能技術改造將會擁有更加廣闊的前景。

參考文獻

[1] 變頻器在節能領域的應用[OL]. 道客巴巴：http://www.doc88.com/p-31275724218.html

[2] 變頻器的現狀及發展前景[OL]. 生意寶：http://china.toocle.com/cbna/item/2011-03-24/5710040.html