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高压变频器的功用

        高压电动机利用高压变频器可以实现无极调速，满足生产工艺过程对电动机调速控制的要求，以提高产品的产量和质量，又可大幅度节约能源，降低生产成本，减少环境污染。同时，高压变频器还具有减少启动电流的功能，能够延长机组的使用寿命。因此，高压变频器在生产实际中，产生了巨大的社会效益和经济效益，其功用表现为以下几个方面。

1.***的节能效益

高压变频器被广泛应用于风机、水泵类负载设备，根据这类设备在生产工艺中通常具有的流量或压力变化，通过调节变频器调节电动机的转速，可以节约大量的能量。很多用户实践的结果证明，使用高压变频器后，节电率一般在10%~30%，有的高达 60%。

         为什么在风机、水泵类负载设备上使用高压变频器后，可以节约大量的能量呢？风机和水泵，前者工作介质为气体，后者工作介质为液体，均属流体机械设备。

由流体力学的原理可知，在风道阻力特性不变的情况下，有

式中：N—电动机的转速;

              Q—流量

              H—压力

              P—轴功率

上式说明,负载的流量与电动机的转速成正比，负载的压力与电动机的转速平

方成正比，负载的功率与电动机的转速立方成正比。

由上式可知,通过调速方式改变风机风量，当风量下降20%时，风机轴功率将

下降49%；风量下降一半时，风机轴功率将下降87.5%。这就是变频调速在风机应用上节能十分***的原因。而且，风机、泵类设备在设计选型时要考虑留有各种裕量，因此其出力裕度往往较大，而流量的调节方式采用挡板阀门调节时，挡板或阀门节流产生压力损失，能量损失也很大；而应用变频器后，挡板或阀门全开，减少了由于节流阻力产生的能量损失，又由于转速较低，功率消耗按转速的三次方规律下降，所以耗电量大大减少，可以节约能量。从节能的效果来看，对节流调节的变频改造，产生的节能效果并非仅仅是当前所改造的电动机系统的节能效果，而是并行工作的多台电动机系统的节能效果。如果两台风机并联运行，一台运行风量不足，两台运行时则需要进行节流调节，往往是两台风机同时都进行风门调节，对其中一台进行变频改造后，则两台风机都可以运行在风门全开的状态下，这样产生的节能效果即为节流调节时两台风门的能耗。利用高压变频器实现调速运行，是变频器应用的一个典型的优点，也成为节约能源的有效措施。在能源消费结构中，我国产业的能源消费占78.3%，而发达国只占30%~40%；我guo主要工业产品的能源单耗比世界***水平高出30%~90%。这是摆在我们面前亟待解决的实际问题。根据有关部门的统计，我国发电量的60%~70%用于推动电动机做功，其中90%的电动机是交流电动机，大部分400~40000KW、3~10kV的大功***压交流电动机。由于采用直接恒速拖动，每年都造成大量的能源浪费。占工业用电30%以上的各种风机、泵类负载全国约4700万台，总功率为1.3亿千瓦。由于此类负载工况变化较大，如采用交流调速技术实现变速

运行，节能效果明显。以平均节电20%计算，对全国来说年节电可达到500亿度，同时可以相应减少2000万吨发电用煤，50万吨二氧化硫和1200万吨二氧化碳的排放。

2.优化运行工艺

当前的调速传动大致分为工艺型调速传动和节能型调速传动两类。工艺型调速传动是指生产工艺要求必须进行调速的传动，例如轧机、造纸机、提升机、牵引机车传统上用直流电动机驱动的机械传动场合，以及化工、炼油工艺流程中传统上用机械阀门控制物料流量的场合。应用高压变频器可以提高工艺要求，提升产品质量，同时减轻了人工的劳动强度，提高了生产效率。可以说，高压变频器在造纸、冶金等行业的应用前景和发展潜力都不可小觑。比如应用在传送带上的变频工艺控制系统，它采用一台变频器驱动生产线上的多台传送带电动机，根据所生产的产品，通过调整传送带的速度来提高生产率。在传送带上应用变频工艺控制系统具有以下优点：

①提高生产率。通过设定变频器的频率，可控制传送带生产线的速度，从而

达到了提高生产率的目的。

②可利用现有设备、传送带上的齿轮电动机和传送带进行改动。

③可用一台变频器来控制多数电动机的驱动，这些电动机均并接到一台变频

器上，通过变频器的频率设定可以***多台电动机的同步运行。

④可调的运行速度。运用变频调速功能可优化工艺过程，并能根据工艺过程

迅速改变运行速度，还能通过远程PLC或其他控制器来实现速度变化。

⑤可调的转矩极限。通过变频调速后，能够设置相应的转矩极限来保护机械不致损坏，从而***工艺过程的连续性和产品的可靠性。目前的变频技术使得不仅转矩极限可调，甚至转矩的控制精度都能达到3%~5%。在工频状态下，电动机只

能通过检测电流值或热保护来进行控制，而无法像在变频控制中一样设置准确的转矩值来动作

⑥可逆运行控制。在变频器控制中，要实现可逆运行控制无须额外的可逆控

制装置，只需要改变输出电压的相序即可，这样就能降低维护成本和节省安装空间。

⑦减少机械传动部件。目前，矢量控制变频器加上同步电动机就能实现高效

的转矩输出，从而节省机械传动部件，最终构成直接变频传动系统，能够降低成本和空间，提高稳定性。使用变频器进行工艺控制，其优点还有很多，根据不同的工艺控制选择不同的变频器运行方式，所产生的效果也不一样。

3.提高生产效率和机组自动化水平

提高生产效率是变频器传动的另一个重要目的。提高生产效率的措施有很多

种，利用变频器可以实现这些措施。可通过高精度的调节主动适应复杂多变的负荷工况，从而***提高生产效率和加工产品质量。利用变频器进行调速控制时，只需要改变变频器内部逆变电路换流期间的开关顺序即可以达到对输出进行换相的目的，很容易实现电动机的正反转切换而不需要专门设置正反转切换装置；而且可以通过改变输出频率来使电动机按照斜坡函数的规律进行减速，并且在电动机减速至低速范围内后再进行相序切换，进行相序切换时电动机的电流可以很小。同样，在电动机的加速过程中可以通过改变变频器的输出频率使电动机按照斜坡频率进行加速，从而达到限制加速电流的目的。因此，在利用变频器进行调速控制时变频器更容易和其他设备一起构成自动控制系统。而且，采用变频器之后，由于电动机的启停都是在低速区进行且加速过程都比较平缓，电动机的功耗和发热都比较小，可以进行比较高频度的启停运转。这些优势，都可以提高机组的自动化水平和生产效率，具体表现在以下几个方面。

① 证加工工艺中的较佳转速。

恰当地选择设备在工艺过程中的转速，可以收到缩短运行时间、稳定产品质量

的效果。工艺过程对具体的工作流程而言，往往具有固定的一种或几种工作模式，

利用变频器可以方便地设定这些工作模式。

②适应负载不同工况的较佳转速。

提升机、传送带等机械设备最恰当运行速度的确定，往往会遇到较快传送和准

确停车之间的矛盾。可采用两段 (或多段) 速度运行，高速运行可缩短传送时间，

低速运行速度虽慢但有利于提高定位停车的精度。

③设备的自动化程度提高。

变频器的使用，可以把诸如传送带、给料机、干燥机、风扇、泵等多种机械，

根据生产工艺的内在联系适当地组合起来，协调运行，实现自动化控制。应用变频器的某些生产过程已经实现了多机联动的自动化控制，生产设备实现了合理化，生产力大幅度提高。

④多台电动机的统一控制

用一台变频器同时控制多台电动机，是U/F控制型变频器的一大特长。例如：

轧钢厂中钢坯或成品的输送轨道就是用一台变频器传动多台异步电动机；而化纤厂中的计量泵，则是用一台变频器传动多台同步电动机同步旋转的例子。

⑤机械装置的简单化、标准化。

如果电网频率不同 (常见有50Hz和60Hz两种)，电动机的选用和机械装置的

设计都要有所区别。对于采用变频器传动的情况，则不必改变机械设备的结构和电动机的型号，即可在不同电网频率下实现可靠的调速传动运行，使机械设备的设计容易实现标准化。

⑥运行可靠性的提高。

变频调速传动装置的应用，不存在直流电动机传动情况下由电刷和换向器所引

起的故障，可靠性大大提高。

    目前的高压变频器，由于软件功能的充实，所以保护功能特别完善。对于电源瞬时停电和因噪声干扰引起的一次性异常，变频器可以自动诊断故障的来源，同时利用故障后再启动功能在不停车的情况下进行再启动。再启动成功后，故障的原因存储在内部存储器中，可随时调出，并显示故障原因以供分析和处理。

    这些功能使运转可靠性大大提高，可以***生产的连续性，甚至可以实现夜间无人运转

     4.善控制品质

    在生产中引入变频器传动，可使装置机械性能提高，而装置机械性能的提高又可使生产过程中的产品质量提高，适应生产工艺的多方面要求和质量的例子很多。

① 精度的准确停车

提升机和自动仓库等在生产过程中间歇时间的缩短，对提高生产率起很大的作用。在预定位置的准确停车，对减少间歇时间来说十分必要。水平方向运转的机械，如果采用两段速度运行，即在到达预定停车位置之前以低速爬行一小段时间，再用直流制动进行制动，则可***准确的停在预定位置。提升机和自动仓库升降机构的位能性负载的情况与上述类似，也可以采用两段速度控制，但是停车时应配以机械制动器，以免重物自动滑落。

②平滑的加、减速。

以矿井提升机的运行为例，在加、减速过程中，根据所载重物的不同，加、减

速的规律也适当地改变，这样才能满足某些被传送的重物不允许倾斜或倒塌的要求。

③高精度的转速控制。

造纸、冷轧带钢等高性能的调速控制装置，对速度精度、转矩精度、动态响应

等都有较高的要求。目前，高性能的矢量控制型高压变频器已经取代直流调速系统。由于变频器内置有32位或16位的微处理器，具有多种算术逻辑运算和智能控制功能，输出频率精度高达0.01%~0.1%，还设置有完善的检测、保护环节，因此在自动化系统中获得了广泛的应用。例如：化纤工业中的卷绕、拉伸，电弧炉自动料，配料系统的智能控制等。

5。延长设备使用寿命

采用变频调速后，可以避免因通过阀门控制使泵过多偏离额定工作区而引起的

振动，这种振动严重时会引起悬臂泵轴头断裂。由于高压变频器所***的软启动、

精调节的功能，启动缓慢及转速的降低，相应地延长了许多零部件如密封、轴承的寿命，特别是减轻了启动机械转矩对电动机的机械损伤和启动冲击电流对设备的损害，有效地延长了电动机的使用寿命，降低了检修维护成本，节约了大量维护费用。

① 制电动机的启动电流

当电动机通过工频直接启动时，它将会产生7~8倍的电动机额定电流。这个

电流值将大大增加电动机绕组的电应力并产生热量，从而降低电动机的寿命。而变频调速系统则可以在零速零电压启动(当然可以适当加转矩提升)。一旦频率和电压的关系建立，变频器就可以按照U/F或矢量控制方式带动负载进行工作。使用变频调速系统能充分降低启动电流，提高绕组承受力，用户获得的直接的好处就是电动机的维护成本将进一步降低，电动机的寿命则相应增加。

    变频器对于传送带的启停控制、多段速控制尤其有效,由于电动机经常处于开

关或绕组切换状态、使用了变频器后、就可以***电动机的运行寿命。

 ②可控的加速功能

    变频调速系统能在零速启动并按照用户的需要进行光滑的加速,而且其加速曲

线也可以选择(直线加速、S形加速或者自动加速)。而通过工频启动时对电动机或相连的机械部分的轴或齿轮都会产生剧烈的振动。这种振动将进一步加剧机械磨损和损耗，减少机械部件和电动机的寿命。

    ③受控的停止方式。

    如同可控的加速一样，在变频调速系统中，停止方式可以受控，并且有不同的停止方式可以选择(减速停车、自由停车、减速停车+直流制动)，同样它能减少对机械部件和电动机的冲击，从而使整个系统更加可靠，寿命也会相应增加。

    ④平均转速下降而使设备寿命延长。

如风机、水泵、空气压缩机等在全速运行时,由于阻转矩很大，各部分磨损以

及主要部件所受到的应力都很大。采用变频调速系统后。由于平均转速的降低，应力和磨损都大为减小，使机器寿命得到延长。