变频器的发展及在电厂运行中的应用

王虎

摘要：变频器对电机控制节能在发电厂主要表现在风机、水泵的应用上。发电厂各种生产机械在设计配用动力驱动时，都留有一定的富余量。当电机不能在满负荷下运行时，除达到动力驱动要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成电能的浪费。风机、泵类等设备传统的调速方法是通过调节入口或出口的挡板、阀门开度来调节给风量和给水量，其输入功率大，且大量的能源消耗在挡板、阀门的截流过程中。当使用变频调速时，如果流量要求减小，通过降低泵或风机的转速即可满足要求。

关键词：节能;工作原理;变频控制;PLC

引言

在我厂各类机械和电气设备中与风机配套的电机约占全厂电机装机量的65%，耗用电能约占全厂发电总量的三分之一。特别值得一提的是，大多数风机在使用过程中都存在大马拉小车的现象。变频调速器的出现为交流调速方式带来了一場革命。我厂对厂内部分风机及水泵进行了改造，大大减少了厂用电率，为我厂带来了可观的经济效益，同时推动了我厂生产的自动化进程。

一、变频器的概述

1、交流调速的发展概况

随着电力电子技术的不断发展，性能可靠、匹配完善、价格便宜的变频器会不断出现，这一技术会得到更为广泛、普遍的应用。对于可调速的电力拖动系统工程上往往根据电动机电流形式分为直流调速系统和交流调速系统两类。交流调速系统大致经历了异步电动机调压调速系统和串联调速系统两个阶段。

2、变频器技术的发展趋势

电力电子器件的基片已从S（i硅）变换为SiC（碳化硅），使电力电子新元件具有耐高压、低功耗、耐高温的优点;并制造出体积小、容量大的驱动装置;永久磁铁电动机也正在开发研制之中。随着IT技术的迅速普及，以及人类思维理念的改变，变频器相关技术的发展迅速，未来主要朝网络智能化;专门化和一体化;环保无公害;适应新能源等几个方面发展。

二、变频器的构成及功能

变频器实际上就是一个逆变器.它首先是将交流电变为直流电.然后用电子元件对直流电进行开关.变为交流电.一般功率较大的变频器用可控硅.并设一个可调频率的装置.使频率在一定范围内可调.用来控制电机的转数.使转数在一定的范围内可调.变频器广泛用于交流电机的调速中.变频调速技术是现代电力传动技术重要发展的方向，随着电力电子技术的发展，交流变频技术从理论到实际逐渐走向成熟。

三、异步电动机变频调速原理

交流异步电动机是电气传动中使用最为广泛的电动机类型。因此了解异步电动机的调速原理十分重要。交流调速是通过改变电定子绕组的供电的频率来达到调速的目的的，但定子绕组上接入三相交流电时，定子与转子之间的空气隙内产生一个旋转的磁场，它与转子绕组产生感应电动势，出现感应电流，此电流与旋转磁场相互作用，产生电磁转矩。使电动机转起来。电机磁场转速称为同步转速，用表示：

（3-1）式中：为三相交流电源频率，一般是50Hz;为磁极对数。当=1是，=3000r/min;=2时，=1500r/min。

由上式可知磁极对数越多，转速就越慢，转子的实际转速比磁场的同步转速要慢一点，所以称为异步电动机，这个差别用转差率表示：

（3-2）

四、对发电厂锅炉风机，水泵的变频改造

热电厂机组必须配备的水泵主要有锅炉给水泵、循环水泵和凝结水泵，射水泵、工业水泵等。这些水泵数量多，总装机容量大。现以我厂凝结泵转速的节电原理为例：公式：P∝n3，其中P为功率，n为转速;可见用变频调速的方法来减少水泵流量的经济效益是十分显著的，当所需流量减少，水泵转速降低时，其电动机的所需功率按转速的三次方下降。例如：

A.  当水泵流量下降10%（跟踪输出频率为45Hz）则电动机节电率为：[1-（45/50）3]×100%=27.1%

B.  当水泵流量下降30%（跟踪输出频率为35Hz）则电动机节电率为：

[1-（35/50）3]×100%=65.7%在实际应用中，节能量根据不同情况与理论值有一定偏差。

负载类型及相关参数如下表所示：

水泵、风机变频调速后如下表所示：

n1-代表电机在额定转速运行时的特性;n2-代表电机降速运行在n2转速时的特性;R1-代表风机、泵类管路阻力最小时的阻力特性;R2-代表风机、泵类管路阻力增大到某一数组时的阻力特性。

若采用变频调速，风机转速由n1下降到n2，这时工作点由A点移到C点，流量仍是Q2，压力由H1降到H3，这时变频调速后风机所需的功率正比于H3与Q2的乘积，即正比于CH3OQ2的面积，由图可见功率的减少是明显的。对于风机、泵类设备采用变频调速后的节能效果，通常采用以下两种方式进行计算：若采用变频调速，风机转速由n1下降到n2，这时工作点由A点移到C点，流量仍是Q2，压力由H1降到H3，这时变频调速后风机所需的功率正比于H3与Q2的乘积，即正比于CH3OQ2的面积，由图可见功率的减少是明显的。

总结

随着电力电子技术的不断发展完善，交流变频调速技术日益显现出优异的控制及调速性能，高效率、以维护方便等特点，加之他的价格不断下降，在电厂运行设备中得到广泛应用，降低发电厂厂用电率的同时也提高了运行设备的安全性和稳定性。

参考文献：

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