關(guān)于變頻調(diào)速節(jié)能的分析

1、關(guān)于變頻調(diào)速節(jié)能的分析     關(guān)鍵詞變頻調(diào)速；節(jié)能；工頻；給料皮帶機(jī)中圖分類號(hào)TN      文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A      文章編號(hào) 1008-1151（2005）04-收稿日期 2005-作者簡(jiǎn)介王瓊（1972-），男，廣東湛江人，廣東紅海灣發(fā)電有限公司助理工程師，研究方向：火電廠電氣檢修。 異步電動(dòng)機(jī)是電力生產(chǎn)企業(yè)最主要的動(dòng)力設(shè)備。作為高能耗設(shè)備，其輸出功率不能隨負(fù)荷按比例變化，大部分能量消耗在節(jié)流損失中，從而造成很大的能量損耗。近年來(lái)，隨著變

2、頻器生產(chǎn)技術(shù)的成熟以及變頻器應(yīng)用范圍的日益廣泛，使用變頻器對(duì)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行技術(shù)改造成為電力企業(yè)節(jié)能降耗、提高效率的重要手段。以廣東湛江電廠4×30MW機(jī)組為例，機(jī)組自投產(chǎn)以來(lái)，年平均廠用電率在8%左右，以2004年發(fā)電量75.26億kW·h計(jì)算，廠用電消耗高達(dá)6億kW·h?？梢?jiàn)加強(qiáng)火力發(fā)電廠的節(jié)能工作，是提高起經(jīng)濟(jì)效益、優(yōu)化社會(huì)資源分布、增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的有效手段。變頻調(diào)速原理由電機(jī)學(xué)可知：n=60 f (1s ) / p     （）式中nT異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；fT異步電動(dòng)機(jī)的頻率；sT異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率；pT異步電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)。由式（）可

3、知，轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率f在50HZ的范圍內(nèi)變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻調(diào)速就是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的。變頻器主要采用交直交方式，變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制個(gè)部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲(chǔ)能和緩沖無(wú)功功率。先把工頻交流電源通過(guò)整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成不同頻率的交流電供給電動(dòng)機(jī)。使電動(dòng)機(jī)獲得無(wú)極調(diào)速所需要的電壓電流和頻率。2傳統(tǒng)調(diào)速方法與變頻調(diào)速方法能耗比較2.1異步電動(dòng)機(jī)的功率損失如圖1所示（以

4、拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載為例），曲線為異步電動(dòng)機(jī)的自然機(jī)械特性；直線10為負(fù)載的機(jī)械特性，拖動(dòng)系統(tǒng)的工作點(diǎn)Q1，轉(zhuǎn)矩為T1，轉(zhuǎn)速為n1，電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速為n01。在拖動(dòng)系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)的負(fù)載功率為P=T B n9550。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子功率分配如下：  電動(dòng)機(jī)的電磁功率為：PM1=T1n019550；  電動(dòng)機(jī)的軸上的輸出功率：PL1=T1n19550 ；  電動(dòng)機(jī)的功率損失：P1=PM1PL1=T1（n01n1）9550=T1n19550=s PM1  （忽定子側(cè)的功率損失），s =n1n01為異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率。可見(jiàn)，電動(dòng)機(jī)的功率損失與轉(zhuǎn)差率的大小成正。2.2各種調(diào)速方

5、法的功率損失繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)通過(guò)改變?cè)谵D(zhuǎn)子回路中串入電阻的大小來(lái)調(diào)速，串入電阻后的機(jī)械特性如圖中的曲線所示（曲線為自然機(jī)械特性）。拖動(dòng)系統(tǒng)的工作點(diǎn)移至Q2，轉(zhuǎn)矩為T1，轉(zhuǎn)速則下降為n2 。這時(shí)，由于同步轉(zhuǎn)速n01未變，故電磁功率PM1=T1B n019550；電動(dòng)機(jī)軸上輸出功率PL2=T1B n29550；電動(dòng)機(jī)功率損失P2=PM1PL2=T1B ( n01n2 )9550=T1Bn29550，由于轉(zhuǎn)差n2=n01n2>>n1所以P2>>P1。事實(shí)上，轉(zhuǎn)速的下降是通過(guò)在轉(zhuǎn)子的外接電阻中消耗能量來(lái)實(shí)現(xiàn)的。電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)所得到的機(jī)械特性和功率損失與繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)十分相

6、似，只是其功率損失主要消耗在“第二級(jí)轉(zhuǎn)子”中。異步電動(dòng)機(jī)在改變頻率后，其機(jī)械特性基本上與自然機(jī)械特性平行（在不同轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)差大致相等），如圖所示。異步電動(dòng)機(jī)在變頻調(diào)速過(guò)程中，其功率損失的大小基本不變。變頻調(diào)速技術(shù)在火電廠輸煤系統(tǒng)的給料皮帶機(jī)應(yīng)用的節(jié)能分析以廣東湛江電廠# 鏈斗式卸船機(jī)給料皮帶機(jī)為例，原來(lái)采用三相380V變頻驅(qū)動(dòng)，為了能達(dá)到設(shè)備互為備用和檢修方便的要求，增加K3接觸器對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行工頻（恒頻）控制，如圖所示。    我們?cè)怨ゎl和變頻分別對(duì)給料皮帶機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行多次實(shí)用性試驗(yàn)，A、B、C三相的線電壓值分別為387V，388V，386V。對(duì)空載和負(fù)載條件下工

7、頻和變頻工作時(shí)的線電流進(jìn)行測(cè)試，其結(jié)果如表和表所示?？蛰d試驗(yàn)時(shí)，皮帶上無(wú)煤，工頻為50HZ，變頻分別取50HZ，40HZ，30HZ。負(fù)載試驗(yàn)時(shí)，根據(jù)皮帶上的裝煤量分為輕載、中載和重載，工頻和變頻都為50HZ。表空載時(shí)工頻和變頻工作的線電流頻率HZ相別線電流A工頻變頻50A13.95.6B13.25.2C13.45.240A 4.7B4.3C4.4 30A4.1B3.8C3.8 表負(fù)載時(shí)工頻與變頻工作的線電流頻率HZ相別線電流工頻變頻輕載中載重載輕載中載重載50A16.318.720.68.910.012.4B15.817.920.38.59.712.2C15.91

8、7.620.28.59.712.1    在同頻率工作時(shí)，變頻時(shí)的線電流小于工頻時(shí)的線電流。線電流的減小使電動(dòng)機(jī)的銅損、鐵損及電網(wǎng)線路損失都減少，輸煤系統(tǒng)的效率得到提高。變頻工作時(shí)，在給料皮帶空載的情況下，線電流隨頻率的減小而減小，可見(jiàn)降頻使用具有明顯的節(jié)能效果。另外，空載情況下頻率為50HZ時(shí)電動(dòng)機(jī)的最大啟動(dòng)電流由工頻時(shí)的81.7 A降為變頻時(shí)的8.6 A ，因此采用變頻器驅(qū)動(dòng)可以頻繁啟動(dòng)而不損傷電動(dòng)機(jī)，而且啟動(dòng)平穩(wěn)，對(duì)電網(wǎng)沖擊也大大減小。結(jié) 論通過(guò)與傳統(tǒng)調(diào)速方法節(jié)能原理及能耗比較，結(jié)合實(shí)例分析，變頻調(diào)速不僅有良好的調(diào)速性能、調(diào)節(jié)精度高、啟動(dòng)電流小等特點(diǎn)，更具有顯著的節(jié)能效果。隨著變頻調(diào)速技術(shù)越來(lái)越成熟，變頻器自身保護(hù)功能齊