变频器在工业企业中的应用

变频器在工业企业中的使用姓名许政

单位电力厂

工种电工

申报级别高级技师

时间2010年10月15日

变频器在工业企业中的使用

电力厂许政

【摘要】：主要介绍了变频器的工作原理、调速性能和节能作用，指出变频器在工业企业的使用中取得了较好的经济效益和社会效益，具有广阔的使用前景。要根据现场情况做好变频器的选型、安装和日常维护工作。

【关键词】：变频器；节能；工业企业；使用

概述

由于变频器使用的广泛性，决定了变频器市场容量非常庞大据有关资料研究，2007年中国低压变频器规模达110亿元，2008年中国高压变频器市场规模达39亿元。广东一省而言；低压变频器市场规模就达35亿。此外，作为节能的公认产品，变频器在目前举国上下节能减排的大环境下，更将有更大的发展，国务院甚至将高压变频器作为全国电厂节能减排重要产品予以推荐。

我厂在风机和水泵设备上也广泛使用了变频器。比如：东方铜业公司、精锌冶炼厂、热电厂等单位的风机就使用了罗彬康完美无谐波高压变频装置；铅锌冶炼厂风机采用了施耐德中压变频器。全集团公司各个生产单位都广泛使用了低压变频器。

1．变频器技术的发展

变频器技术的发展，其中主要以变频器控制方式的发展和电力电子器件的发展作为基础的。很久以来，人们在交流电机调速方面进行了大量的研究。由脉宽调制到变频变压VVVF 技术，自20世纪80年代起，变频器进行了商业化；后来，随着磁场定向控制理论，异步电机转子磁场定向矢量控制方法等的出现，成为矢量控制型变频器的理论基础。1985年，德国迪普布罗克首先提出了直接转矩控制理论，1995年，ABB首先推出了直接转矩控制通用变频器，其动态转矩响应已达到小于2ms，不带速度传感器(PG卡)也可以达到±O．1％的速度控制精度。电子元器件的长足发展是变频器技术发展的现实基础，从第一代晶闸管(SCR)到门极关断晶闸管(GT0)、双极型电力晶体管(GTR)，再到半导体场效应管(MOSFET)、MOS控制晶体管(MCT)及目前普遍广泛使用的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。另外，集成功率模块(ISPM)的开发使用，将整流电路、逆变电路、控制回路、驱动和保护、电源电路全部整合在一个模块内，使变频器的体积大大缩小，成本大大降低。

2．变频器概况

变频器作为一种能源转换的节能设备，随着技术的发展，电力电子器件的自关断化、模块化、交流电路开关模式的高频化和控制手段的全数字化等促进了变频装置的小型化、多功能化，灵活性和适应性不断增强，使用领域不断扩大。

2．1变频调速的基本控制方式

异步电动机的同步转速，即旋转磁场的转速为

n=60f／P (1)

n——同步转速，r／min；

f——供电电源频率，Hz；

p——电机磁极对数。

由(1)式可知，改变异步电动机的供电频率，可以改变其同步转速，即可改变异步电动机的轴转速，实现调速运行。

2．2变频器的基本构成

变频器分为交一交和交一直一交两种方式。工业中常用的通用变频器为交一直一交形式，又称为间接式变频器，是先把工频交流电通过整流器变成直流电，然后再把直流电变换成频率可控制的交流电去驱动电动机。其基本构成如图（1）所示。

图（1）变频器的基本构成

变频器由主电路(包括整流器、中间直接环节、逆变器)和控制电路组成。整流器把三相交流电整流成直流电；逆变器是利用半导体主开关器件组成的三相桥式逆变电路，通过有规

律地控制逆变器中主开关器件的通和断，可以得到任意频率的三相交流电输出；中间直流环节作为储能环节来实现和感性负载的异步电动机交换无功功率，缓冲无功能量。控制电路由运算电路、检测电路、控制信号和驱动电路构成，实现对逆变器的开关控制和各项保护功能。2．3工作原理

控制系统由变频器主电路和外部二次控制电路组成。见变频器的主工作电路图(2)。变频器经接触器串接于电源和被控三相异步电动机之间，变频器内部由整流器(整流模块)、滤波器(滤波电容)和逆变器(大功率晶体管模块)三个主要部件和以单片机为核心的控制系统构成。主回路是先将工频交流电通过整流器变成直流电，经滤波后，再经过逆变器通过给定输入控制量，将直流电变成可控频率、电压的交流电，供给三相交流异步电动机，实现电动机调速运行。

图（2）变频器主工作电路图

2．4变频调速的优点

变频调速是调速性能最好且最具有发展前途的调速技术。变频调速产品是工业发达国家中用于三相异步电动机调速的主要产品，占90％左右。其主要优点是：节能效果好，可高

达55％以上；调速范围宽，调速比可达到20：1；启动及制动性能好，可实现软启动、自动平滑加减速及快速制动；保护功能完善，可实现过压、欠压、过载、过流、瞬间停电、短路、失速等多种保护方式，且能实现故障判断显示；易于在电子计算机系统中使用，可实现远距离控制。

3．变频器的使用

3．1变频器在泵类负载中的使用

变频调速技术通过改变电动机定子电源频率来改变电动机转速，相应地改变机泵的转速和工况，使其流量和扬程适应管网介质流量的变化。某工厂对装置内负载波动大，调节阀节流严重的机泵安装了65台变频器，总容量为3 600 kW，其中大部分是闭环控制系统，即现场一次表经变送器将信号通过屏蔽电缆送到PID调节器，调节后通地屏蔽电缆将4mA～20mA 直流信号送到变频器盼设定口，控制变频器的输出。余下部分是开环控制系统，即根据控制目标通过电位器给定来控制变频器输出，以使电动机工作在符合工艺要求的转速上，完全靠变频器输出控制电动机转速来控制流量，使机泵的出口阀达到全开状态，扬程和管网阻力特性曲线相吻合，泵出口扬程大幅度下降，电动机输出有功功率也明显降低，获得最佳的节能效果。变频器的使用，使节电率达到50％～70％，不但提高了工艺要求，实现了生产过程自动化，而且延长了设备的使用寿命，提升了产品质量，同时减轻了工人的劳动强度，提高了生产效率，取得了较好的经济效益和社会效益。

3．2变频器在风机上的使用

通常在工业生产、产品加工制造业中风机设备主要用于锅炉燃烧系统、烘干系统、冷却系统、通风系统等场合，根据生产需要对炉膛压力、风速、风量、温度等指标进行控制和调节以适应工艺要求和运行工况。而最常用的控制手段则是调节风门、挡板开度的大小来调整受控对象。这样，不论生产的需求大小，风机都要全速运转，而运行工况的变化则使得能量被风门、挡板的节流损失消耗掉了。在生产过程中，不仅控制精度受到限制，而且还造成大量的能源浪费和设备损耗。从而导致生产成本增加，设备使用寿命缩短，设备维护、维修费用居高不下。

在中央空调、炼钢厂、水泥制造、化纤等行业中都用到风机。在没有调速控制之前，一般采用降压启动，并且正常运行后，电动机全速运行，而风量的大小则通过风门来调节。一般情况下，风门的开度为50%--80%，电机只能是满负荷运行，电动机的工作效率很低，造