电动机是工业生产中最主要的动力提供装置,而这些动力是从消耗电能所产生的。在提倡建立节约型社会的今天,降耗节能成为生产生活中必不可少的一部分。这就要求我们使用最少的电能让电机提供最可靠的动力。在这其中,变频器扮演了相当重要的角色。本论文介绍变频器在工业生产中的具体应用。
    变频器
    变频器,它产生于上世纪60年代,伴随着大功率晶体管的问世和集成电路的迅速发展,使得变频器的性能有了很大的提高。因为变频器拥有能够实现异步电动机的恒转矩和恒功率的无级调速,其调速范围广、平滑性好、机械特性较硬,而且节能效果明显,有利于实现自动控制等这些优点使得变频器的应用也越来越广,基本上涵盖了所有领域。
    变频器在生产中的应用
    总体来说,变频器在工业生产中主要来对电动机进行调速。那么变频调速和传统的调速相比有哪些优点呢?主要有两点:一是便于实现自动控制。变频器是电力技术与电子技术的结合,也是强弱电的有机整体,在实现自动控制方面有着先天的优势;二是能够节能降耗。下面以恒压循环水系统为例进行分析说明。
    变频器在自动控制系统中的应用
    在循环水系统中,由于各个车间和部门用水时间和用水量的不同,使得系统内的水压会经常变化,这就要求,根据不同的用水量,使得整个系统中的水压保持恒定不变。解决这个问题一般有以下几种做法。
    第一，采用水阀限制水流量,从而达到限制水压的目的。此方法有几个缺点。首先,水阀的调节精确度不够,水压的波动范围较大;其次,不易实现自动控制,也不便于实时监测。
    第二，修建水塔,利用液体压强定律来保持水压的恒定。相对于前一种方法,该法的压力较恒定,但仍不便于实现自动控制和实时监测,且占地面积较大,通用性差。
    我们在循环水系统的管路中装上压力传感器做为反馈信号的采样,然后将采样得来的水压与给定的水压相比较,根据比较所得到的误差来调节变频器的频率,从而达到控制电机的转速,最终控制整个循环水系统的压力保持恒定。
    从以上分析来看,利用变频器的闭环控制系统,由于变频器的响应特性好,所以使得控制更加方便,精确,通用性好,操作界面也更加友好。
    变频器在节能降耗中的作用
    关于变频器在节能降耗中的作用,一直存在着争论。我认为,不能一概而论,要视具体的情况而定。
    对于纺织加工、轧钢等,负载基本恒定的场合,电机一般工作在额定功率,主要是利用了变频器在平滑加减速、高精度力矩控制、运行可靠性好等方面表现出来的优异性能。在这些场合中,非但不节能,且因为变频器本身造价成本高,其自身也有能耗,从而使得整个系统更加昂贵和耗能。
    但是,在风机、水泵等应用场合,节能降耗特性就显得十分明显。在这些场合中,负载经常变化,如果采用多台电机并联工作,势必增加设备成本,而采用传统的调速方式,也不易实现自动控制。因此有很多厂家为这类场合生产专用的变频器。由于这类变频器不需要很高的速度和力矩控制特性,其成本也较低。
    4.1.通过变频调节轴功率来节能
    在使用水阀控压的系统中,电机始终工作在额定功率,对系统压力的控制方式是通过调整进水阀门的开合大小来调节的,电机多余的功率所产生的能量全部消耗在克服阀门的阻力上,最终转化为热能被系统吸收。而当采用变频器后,每当用水量变化时,若电机保持原来的转速不变,则系统压力必然变化,此时在系统中的压力传感器将检测到的压力信号反馈给控制器,当系统压力与给定压力的差超过允许范围后,控制器给变频器下达指令,改变电机的工作频率,从而调节电机的转速。由流体力学的知识我们可知流量W转速、压力W转速C2、轴功率W转速C3。若在最大用水量时,电机工作在额定功率下,当用水量下降到最大用水量的80%时,则转速变成额定功率的80%,此时,轴功率可下降到额定功率时的51.2%。由此可见,采用变频器时的节能效果是相当明显的。
    4.2.采用再生制动单元或变频器间直流母线并联可以将电机制动时产生的电能反馈给电网供其他器件使用
    除此之外,采用变频器进行调速,随着电机的加速相应提高频率和电压,起动电流被限制在150%额定电流以下(根据机种不同,为125%~200%)。而用工频电源直接起动时,起动电流为额定电流的6~7倍,因此,将产生机械电气上的冲击。所以采用变频器传动可以平滑地起动(起动时间变长),也减小了起动时大电流对电机的冲击,同时也保证了电网电流的平稳。
    总之，通过以上分析,可以看出,变频器在生产中有着很广阔的应用空间,只要我们合理的配置,精心的设计,就可以得到一套高效、智能的系统。