電動機是一種將電能轉化成機械能的設備,應用量多、使用范圍廣的高耗能動力設備。據統(tǒng)計在工業(yè)生產中,我國的總裝機容量約為4億千瓦,年耗電量約為6000億kwh,約占工業(yè)用電的70%—80%。我國以中小型電機為主,約占80%,而中小型電機耗損的電量卻占總損耗量的90%。電機在我國的實際應用中,同國外相比差距很大,機組效率為75%,比國外低10%;系統(tǒng)運行效率為30%—40%,比國際先進水平低20%—30%。因此在我國中小型電機具有極大的節(jié)能潛力,推行電機節(jié)能勢在必行。
1、電動機的工作原理
三相異步電動機定子鐵芯上按一定的規(guī)律均勻布置著三組繞組,接通三相電源時定子繞組中產生旋轉磁場,磁場切割轉子導條,導條中產生感應電動勢,在感應電動勢的作用下,閉合導條中就會產生感應電流,旋轉磁極的磁場對該電流作用,產生電磁力,轉子便產生電磁轉矩,順著旋轉磁極方向轉動起來。當轉子速度和旋轉磁場速度相同時,導條不發(fā)生相對切割,而沒有力的作用,導致永遠趕不上旋轉磁場速度而叫異步電動機。三相異步電動機運行平穩(wěn),可靠,結構簡單,結實耐用,便于制造,價格低廉等優(yōu)點使之廣泛應用于各個領域。
單相異步電機一般有兩副或四副繞組,通過電容移相,把相位相差90°,從而產生脈動磁場,使電動機轉子旋轉起來,但與同容量的三相電動機相比較,體積較大,運行性能差,效率低。因此,只制造成小功率系列。
2、變頻調速的工作原理
變頻器是將固定頻率的交流電變換成頻率連續(xù)可調的交流電,由三相交流電動機轉速公式n=(1-s)60f/p可知,調節(jié)電動機轉差率s和磁極對數(shù)p和改變頻率f,一個量或者多個量變化時,電動機轉速也隨之變化。
2.1 調節(jié)轉差率調速
1)給異步電動機轉子引入其他電動勢來調節(jié)異步電動機的轉速稱為串級調速,引入電動勢的方向與轉子電動勢不同或相同,但頻率相同,通過改變引入電動勢的大小可改變異步電動機的轉速。
2)給繞線異步電動機的轉子串聯(lián)電阻來調節(jié)異步電動機的轉速,引入電阻越大,轉速越低。上述兩種方法沒有改變同步轉速,只改變轉差率,原因在轉子回路的電流發(fā)生了變化,從而使電動機轉子轉矩發(fā)生改變而引起電動機轉速的變化。
3)給電動機的電源電壓發(fā)生改變,同步轉速沒有改變,但電動機轉矩因電壓的降低而降低,使得電動機轉速而降低。
2.2 改變磁極對數(shù)調速
磁極對數(shù)的改變直接使電動機的轉速發(fā)生改變,但電動機的磁極對數(shù)只能是正整數(shù),所以不能無級調速。
2.3 改變頻率調速
通過改變電動機電源的頻率使電動機的轉速發(fā)生改變。由上述都可以使電動機的轉速發(fā)生改變,轉差率調速一般會有效率低、發(fā)熱、平滑性差等缺點,而變頻調速恰好可以改變這些,使得電動機效率高、性能好、無級變速等。
3、變頻調速的特點
1)保護功能完善。具有過載、過流、過電壓和欠電壓等功能,在這些保護中,保證負載在正常情況下避免出現(xiàn)故障而引起的電能浪費。
2)控制功能簡單。具有面板、外部兩方面整體控制,正反轉、多段速、外部信號給定等,使其操作簡單,效率提升。
3)參數(shù)設置多樣化。加減速、制動、頻率跳變、程序運行等,從根本上調節(jié)啟動電流,啟動轉矩等,減少對電網的沖擊,能量的浪費。
4)控制方式多樣。
①U/f控制,在實現(xiàn)調頻的同時改變電壓,這樣,在不損壞電動機的情況下,利用鐵芯發(fā)揮轉矩的能力,補償電壓的大小可調節(jié),便可應用于不同負載。
②矢量控制,該控制使電動機有很硬的機械特性,有很好的動態(tài)響應。
4、變頻器調速的經濟效益
我國經濟持續(xù)高速增長了25年。黨的十六大提出2020年全面建成小康社會的目標,要求GDP年均增長7.2%,這在世界工業(yè)化國家中是前所未有的,是人類歷史上空前的社會實踐。2005年,國內生產總值已達到182321億元,經濟總量已達到22 500億美元(按匯率),占世界第四位,國內生產總值、工業(yè)增加值、固定資產投資都在高速增長,但在增長的同時也要減少損失,通過變頻調速系統(tǒng)后,節(jié)能效果使經濟效益得到全面提高。
4.1 故障率的減少提高經濟效益
在直流系統(tǒng)中,調速性能好,但故障多。1)每次在加工中零件的損失。2)修理過程中耽擱的時間造成的損失。3)本身修理的損失等。
4.2 設備壽命的延長提高經濟效益
1)有些設備全速運行時阻矩大,摩損嚴重,使用變頻調速后,運行平穩(wěn),磨損大大減少,壽命延長。
2)在電動機直接啟動和停止過程中,設備沖擊大而使壽命減少,變頻調速后啟動停止過程得到改善而使壽命延長。
3)在水力管網中,水泵直接控制而導致水錘效應減少水泵和管網的壽命,變頻的恒壓控制使壓力變化平穩(wěn)而提高壽命。
4.3 質量的提升提高的經濟效益
1)變頻器無極調速能使質量提升。2)接受反饋能使質量提升。3)檢測的準確是質量提升。
節(jié)能是我國的基本國策其中之一。經濟的發(fā)展離不開能源,能源的緊缺是世界性問題。
近20年來變頻調速的發(fā)展,普及應用大約10年的時間,在這期間,變頻調速在節(jié)能中發(fā)揮著重要的作用,已成為交流電動機調速必不可少的控制方式,所以節(jié)能貫穿于以后的經濟生活當中,如軋鋼、紡織、空調、洗衣機等,在各個領域都得到廣泛應用。
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