電動機是工業生產中最主要的動力提供裝置,而這些動力是從消耗電能所產生的。在提倡建立節約型社會的今天,降耗節能成為生產生活中必不可少的一部分。這就要求我們使用最少的電能讓電機提供最可靠的動力。在這其中,變頻器扮演了相當重要的角色。本論文介紹變頻器在工業生產中的具體應用。
    變頻器
    變頻器,它產生于上世紀60年代,伴隨著大功率晶體管的問世和集成電路的迅速發展,使得變頻器的性能有了很大的提高。因為變頻器擁有能夠實現異步電動機的恒轉矩和恒功率的無級調速,其調速范圍廣、平滑性好、機械特性較硬,而且節能效果明顯,有利于實現自動控制等這些優點使得變頻器的應用也越來越廣,基本上涵蓋了所有領域。
    變頻器在生產中的應用
    總體來說,變頻器在工業生產中主要來對電動機進行調速。那么變頻調速和傳統的調速相比有哪些優點呢?主要有兩點:一是便于實現自動控制。變頻器是電力技術與電子技術的結合,也是強弱電的有機整體,在實現自動控制方面有著先天的優勢;二是能夠節能降耗。下面以恒壓循環水系統為例進行分析說明。
    變頻器在自動控制系統中的應用
    在循環水系統中,由于各個車間和部門用水時間和用水量的不同,使得系統內的水壓會經常變化,這就要求,根據不同的用水量,使得整個系統中的水壓保持恒定不變。解決這個問題一般有以下幾種做法。
    第一，采用水閥限制水流量,從而達到限制水壓的目的。此方法有幾個缺點。首先,水閥的調節精確度不夠,水壓的波動范圍較大;其次,不易實現自動控制,也不便于實時監測。
    第二，修建水塔,利用液體壓強定律來保持水壓的恒定。相對于前一種方法,該法的壓力較恒定,但仍不便于實現自動控制和實時監測,且占地面積較大,通用性差。
    我們在循環水系統的管路中裝上壓力傳感器做為反饋信號的采樣,然后將采樣得來的水壓與給定的水壓相比較,根據比較所得到的誤差來調節變頻器的頻率,從而達到控制電機的轉速,最終控制整個循環水系統的壓力保持恒定。
    從以上分析來看,利用變頻器的閉環控制系統,由于變頻器的響應特性好,所以使得控制更加方便,精確,通用性好,操作界面也更加友好。
    變頻器在節能降耗中的作用
    關于變頻器在節能降耗中的作用,一直存在著爭論。我認為,不能一概而論,要視具體的情況而定。
    對于紡織加工、軋鋼等,負載基本恒定的場合,電機一般工作在額定功率,主要是利用了變頻器在平滑加減速、高精度力矩控制、運行可靠性好等方面表現出來的優異性能。在這些場合中,非但不節能,且因為變頻器本身造價成本高,其自身也有能耗,從而使得整個系統更加昂貴和耗能。
    但是,在風機、水泵等應用場合,節能降耗特性就顯得十分明顯。在這些場合中,負載經常變化,如果采用多臺電機并聯工作,勢必增加設備成本,而采用傳統的調速方式,也不易實現自動控制。因此有很多廠家為這類場合生產專用的變頻器。由于這類變頻器不需要很高的速度和力矩控制特性,其成本也較低。
    4.1.通過變頻調節軸功率來節能
    在使用水閥控壓的系統中,電機始終工作在額定功率,對系統壓力的控制方式是通過調整進水閥門的開合大小來調節的,電機多余的功率所產生的能量全部消耗在克服閥門的阻力上,最終轉化為熱能被系統吸收。而當采用變頻器后,每當用水量變化時,若電機保持原來的轉速不變,則系統壓力必然變化,此時在系統中的壓力傳感器將檢測到的壓力信號反饋給控制器,當系統壓力與給定壓力的差超過允許范圍后,控制器給變頻器下達指令,改變電機的工作頻率,從而調節電機的轉速。由流體力學的知識我們可知流量W轉速、壓力W轉速C2、軸功率W轉速C3。若在最大用水量時,電機工作在額定功率下,當用水量下降到最大用水量的80%時,則轉速變成額定功率的80%,此時,軸功率可下降到額定功率時的51.2%。由此可見,采用變頻器時的節能效果是相當明顯的。
    4.2.采用再生制動單元或變頻器間直流母線并聯可以將電機制動時產生的電能反饋給電網供其他器件使用
    除此之外,采用變頻器進行調速,隨著電機的加速相應提高頻率和電壓,起動電流被限制在150%額定電流以下(根據機種不同,為125%~200%)。而用工頻電源直接起動時,起動電流為額定電流的6~7倍,因此,將產生機械電氣上的沖擊。所以采用變頻器傳動可以平滑地起動(起動時間變長),也減小了起動時大電流對電機的沖擊,同時也保證了電網電流的平穩。
    總之，通過以上分析,可以看出,變頻器在生產中有著很廣闊的應用空間,只要我們合理的配置,精心的設計,就可以得到一套高效、智能的系統。