2018-01-08
隨著工業(yè)化腳步的加快，節(jié)能降耗的形式越來越嚴(yán)峻，一些能降低工業(yè)損耗的電子產(chǎn)品都涌現(xiàn)出來。變頻器和軟啟動(dòng)器的應(yīng)用領(lǐng)域是越來越廣，使用也是越發(fā)頻繁。在電機(jī)和風(fēng)機(jī)的控制中，變頻調(diào)速和軟啟動(dòng)節(jié)能效果非常明顯。
一、 電力能耗分析
為了保證生產(chǎn)的可靠性，各種生產(chǎn)機(jī)械在設(shè)計(jì)配用動(dòng)力驅(qū)動(dòng)時(shí)，都留有一定的富余量。
電機(jī)不能在滿負(fù)荷下運(yùn)行，除達(dá)到動(dòng)力驅(qū)動(dòng)要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成電能的浪費(fèi)，在生產(chǎn)過程中，由于電機(jī)的負(fù)荷變化范圍很大，必須實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)水泵等的流量。目前調(diào)節(jié)流量的方式多為調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)，這種調(diào)節(jié)方式僅僅是改變了通道的通流阻抗，而電動(dòng)機(jī)的輸出功率并沒有多大改變，往往是電機(jī)在全速運(yùn)行，調(diào)節(jié)閥通過節(jié)流來控制生產(chǎn)的需要，實(shí)際上是人為增加阻力辦法達(dá)到調(diào)節(jié)目的，這種節(jié)流調(diào)節(jié)方法浪費(fèi)大量電能。當(dāng)風(fēng)量減少風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降時(shí)，其電動(dòng)機(jī)輸入功率迅速降低。
倍的電機(jī)額定電流，而大的啟動(dòng)電流即浪費(fèi)電力，對(duì)電網(wǎng)的電壓波動(dòng)損害也很大，增加了線損和變損。過大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生機(jī)械沖擊，對(duì)被帶動(dòng)的設(shè)備造成大的沖擊力，縮短使用壽命，影響精確度。如使連軸器損壞、皮帶撕裂等。造成機(jī)械傳動(dòng)部件的非正常磨損及沖擊，加速老化，縮短壽命從而增加維護(hù)工作量。電機(jī)硬啟動(dòng)對(duì)電網(wǎng)造成嚴(yán)重的沖擊，而且還會(huì)對(duì)電網(wǎng)容量要求過高，啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的大電流和震動(dòng)時(shí)對(duì)擋板和閥門的損害極大，對(duì)設(shè)備、管路的使用壽命極為不利。而使用軟啟動(dòng)裝置后，利用變頻器的軟啟動(dòng)功能將使啟動(dòng)電流從零開始，最大值也不超過額定電流，減輕了對(duì)電網(wǎng)的沖擊和對(duì)供電容量的要求，延長了設(shè)備和閥門的使用壽命。節(jié)省了設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用。
二、 變頻節(jié)能分析
如果水泵的效率一定，當(dāng)要求調(diào)節(jié)流量下降時(shí)，轉(zhuǎn)速N可成比例的下降，而此時(shí)軸輸出功率P成立方關(guān)系下降。即水泵電機(jī)的耗電功率與轉(zhuǎn)速近似成立方比的關(guān)系。所隊(duì)當(dāng)所要求的流量Q減少時(shí)，可調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n按比例降低。
1、動(dòng)態(tài)調(diào)整節(jié)能：
隨著電子技術(shù)的發(fā)展，變頻器技術(shù)的成熟，變頻器迅速適應(yīng)負(fù)載變動(dòng)，供給最大效率電壓。變頻調(diào)速器在軟件上設(shè)有5000次/秒的測控輸出功能，始終保持電機(jī)的輸出高效率運(yùn)行。
2、通過變頻自身的V/F功能節(jié)電：在保證電機(jī)輸出力矩的情況下，可自動(dòng)調(diào)節(jié)V/F曲線。減少電機(jī)的輸出力矩，降低輸入電流，達(dá)到節(jié)能狀態(tài)。
3、提高功率因數(shù)節(jié)能：電動(dòng)機(jī)由定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組通過電磁作用而產(chǎn)生力矩。繞組由于其感抗作用。對(duì)電網(wǎng)而言，阻抗特性呈感性，電機(jī)在運(yùn)行時(shí)吸收大量的無功功率，造成功率因數(shù)很低。采用變頻節(jié)能調(diào)速器后，在整流濾波后，負(fù)載特性發(fā)生了變化。鎮(zhèn)江偉創(chuàng)變頻器調(diào)速器對(duì)電網(wǎng)的阻抗特性呈阻性，功率因數(shù)很高，減少了無功損耗.
三、軟啟動(dòng)節(jié)能特性：
電機(jī)額定電流，減少了啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊，節(jié)約了電費(fèi)，也減少了啟動(dòng)慣性對(duì)設(shè)備的大慣量的轉(zhuǎn)速?zèng)_擊，延長了設(shè)備的使用壽命。軟啟動(dòng)控制器可以根據(jù)電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)的高低，自動(dòng)判斷電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率。當(dāng)電動(dòng)機(jī)處于空載或負(fù)載率很低時(shí)，可通過相位控制使晶閘管的導(dǎo)通角發(fā)生變化，從而改變輸入電動(dòng)機(jī)的功率，以達(dá)到節(jié)能的目的。軟啟動(dòng)器采用三相反并聯(lián)晶閘管作為調(diào)壓器，將其接入電源和電動(dòng)機(jī)定子之間。這種電路如三相全控橋式整流電路。使用軟啟動(dòng)器啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，晶閘管的輸出電壓逐漸增加，電動(dòng)機(jī)逐漸加速，直到晶閘管全導(dǎo)通，電動(dòng)機(jī)工作在額定電壓的機(jī)械特性上，實(shí)現(xiàn)平滑啟動(dòng)，降低啟動(dòng)電流，避免啟動(dòng)過流跳閘。待電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)數(shù)時(shí)，啟動(dòng)過程結(jié)束，軟啟動(dòng)器自動(dòng)用旁路接觸器取代已完成任務(wù)的晶閘管，為電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供額定電壓，以降低晶閘管的熱損耗，延長軟啟動(dòng)器的使用壽命，提高其工作效率，又使電網(wǎng)避免了諧波污染。
軟啟動(dòng)控制模式：
1、限流軟起動(dòng)控制模式：電機(jī)起動(dòng)時(shí)，其輸出電壓從零迅速增加，直至輸出電流達(dá)到設(shè)定的電流限幅值Im，然后保證輸出電流在不大于該值的情況下，電壓逐漸升高，電動(dòng)機(jī)逐漸加速，當(dāng)電動(dòng)機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，旁路接觸器吸合，輸出電流迅速下降至額定電流Ie以下，完成起動(dòng)過程。
2、電壓斜坡起動(dòng)控制模式 :
當(dāng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，在電動(dòng)機(jī)電流不超出額定值400%的范圍內(nèi)，軟起動(dòng)器的輸出電壓迅速上升到整定值U1，然后按設(shè)定的速率逐漸增加，電動(dòng)機(jī)隨電壓的上升不斷平穩(wěn)加速，直至達(dá)到額定電壓后，達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，旁路接觸器吸合，起動(dòng)過程完成。一般而言，電壓斜坡起動(dòng)模式適用于對(duì)起動(dòng)電流要求不嚴(yán)對(duì)起動(dòng)平穩(wěn)性要求較高的場所。3、突跳+限流或突跳+電壓起動(dòng)模式：圖3給出了突跳起動(dòng)模式的輸出變化波形，在某些重載場合下，由于機(jī)械靜摩擦力的影響而不能起動(dòng)時(shí)，可選用此種起動(dòng)模式。在起動(dòng)時(shí)，先對(duì)電動(dòng)機(jī)施加一個(gè)較高的固定的電壓并持續(xù)有限的一段時(shí)間，以克服電動(dòng)機(jī)負(fù)載的靜摩擦力使轉(zhuǎn)動(dòng)，然后按限制電流或電壓斜坡的方式起動(dòng)。在選用此模式前，應(yīng)先用非突跳模式起動(dòng)，若因靜摩擦力太大不能轉(zhuǎn)動(dòng)，再選用此模式，否則應(yīng)避免用此模式起動(dòng)，以減少不必要的大電流沖擊。
4、電流斜坡起動(dòng)模式。圖4為電流斜坡起動(dòng)模式的輸出電流波形，其中I1為限流值，T1為設(shè)置的時(shí)間值。電流斜坡起動(dòng)模式具有較強(qiáng)的加速能力，適用與兩極電動(dòng)機(jī)，也可在一定范圍內(nèi)縮短起動(dòng)時(shí)間.
四、變頻節(jié)能使用誤區(qū)
變頻器在工頻下運(yùn)行，具有節(jié)電功能，是事實(shí)。但是他的前提條件是：第一,大功率并且為風(fēng)機(jī)/泵類負(fù)載第二，裝置本身具有節(jié)電功能（軟件支持）第三，長期連續(xù)運(yùn)行。這是體現(xiàn)節(jié)電效果的三個(gè)條件。除此之外，無所謂節(jié)不節(jié)電，沒有什么意義。一般交流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線是一定的，理論和實(shí)際都已證明，當(dāng)負(fù)載功率小于電動(dòng)機(jī)的額定功率時(shí)，其效率隨著負(fù)載轉(zhuǎn)矩的減少而降低，也就是說，電動(dòng)機(jī)輕載時(shí)會(huì)相對(duì)費(fèi)電。而變頻器會(huì)根據(jù)負(fù)載的大小自動(dòng)調(diào)整V/f值（其中V為電動(dòng)機(jī)定子繞組的電壓，f為定子繞組的電壓變化頻率），改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線，使其與負(fù)載相適應(yīng)，從而使效率得到提高，達(dá)到節(jié)能之目的。
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