PDF《变频器的节能原理及在浮法玻璃生产线中的应用》

变频器的节能原理及在浮法玻璃生产线中的应用 谢健(南宁浮法玻璃有限责任公司动力分厂 ,南宁 530031) 摘要: 对变频器的功率因数问题、 变频器的节能原理进行了分析 ,简单介绍了变频器在浮法玻璃生产线中的应 用及经济效益分析.

关键词 : 变频调速 ;

功率因数 ;

软启动 ;

应用 ;

效益 Electricity Saving Principal of Converter and Its Application in Float Plate Glass Production Line XI E Jian (Power Branch Factory ,Nanning Float Plate Glass Company Ltd ,Nanning

630031 ,China) Abstract : This article analyzes converter for the power factor and the principleof electricity saving. It' s also concerned in the application of converter to float plate glass production line and the benefit by the application. Key words : speed regulation technique by frequence modulation ;

power factor ;

smooth start ;

application ;

benefit 随着电力电子技术的发展和与先进控制技术的 结合 ,以电力电子技术为核心的变频器获得了飞速 发展.目前 ,采用大功率全控型开关器件 (如GTO、 IGB T、 GTR、 MOSFET 等) 的SPWM 正弦脉宽调制 型变频器 ,已经成为通用变频器的主流.这种变频 器由于具有大容量化、 微型化、 高功率因数、 高效率、 低噪音、 低转矩脉动、 高可靠性、 低价格等优点 ,现已 在建材、 电力、 化工等行业的电机拖动系统中得到广 泛应用.该文主要介绍变频器的节能原理及其在浮 法玻璃生产线中的应用和经济效益分析.

1 变频调速的原理 交流异步电动机转子转速 n 由下式确定 n = n0 (1 - s) =

60 f p (1 - s) (r/ min) 式中 , n0 为同步转速 ;

f 为电源频率 ( Hz) ;

p 为磁极 对数 ;

s 为转差率. 由上式可知 ,改变电源频率 f ,改变电机磁极对 数p,改变转差率 s 均能改变电机的转速.通过改 变电源频率 f 可以实现电机的无级调速 ,这种方法 称为变频调速.变频调速因在调速过程中转差率几 乎保持不变故未增加额外损耗 ,是最节能的一种调 速方式.因此 ,变频调速是交流调速中用得最广、 效 率最高、 调速性能最优的调速方式.变频器就是一 种可以任意调节其输出电压频率 ,使三相交流异步 电动机实现无级调速的装置.

2 变频器的节能原理 变频器具有调速性能好、 功率因数高、 可实现软 启动等优点 ,这些优点使变频器在实际应用中具有 显著的节能效果.变频器的节能原理主要表现在以 下3个方面 : 2.

1 变频调速节能 当设备容量偏大 ,工频运行产生浪费即大马拉 小车的情况下 ,利用变频调速 ,使设备降速运行而产 生的节能效果是相当可观的.下面以风机泵类负载 说明变频调速的节能原理. 风机泵类负载属于典型的二次方律负载 ,主要 用于控制流体 (气体或液体) 的流量.在实际应用 中 ,风机水泵的容量往往偏大 ,并且流量需要根据工 艺要求来调节.流量的调节方法有

2 种 :一是控制 阀门开度 ,此法虽能减少部分输入功率 ,但却有相当

2 8 国外建材科技

2007 年第28 卷第4期一部分能量损失在调节阀门上 ,节能效果较差.二 是采用调速控制流量 ,可达到很好的节能效果.调 速的方法有多种 ,其中又以变频调速的节能效果最 好.风机水泵的工作特性曲线类似 ,下面就以风机 为例 ,说明风机泵类负载

2 种调节流量方法的节能 效果比较. 风机的特性曲线如图

1 所示. 图1风机调速节电示意图 如图

1 所示 ,曲线 p1 为额定转速下风压与流量 的特性曲线 ,与风阻特性曲线 R1 相交于额定工作 点A,对应的风量为 QA ,此时风机的轴功率为 PA = KQA pA , K = 1/

1 000η 式中 , PA 为交点 A 处风机轴功率 (kW) ;

QA 为交点 A 处风机风量 ( m3 / s) ;

pA 为交点 A 处风机风压 (Pa) ;

η为风机的效率. 如欲减小流量 ,采用调节阀门开度方法时 ,则新 的风阻特性曲线 R2 与曲线 p1 相交于 B 点 ,对应的 风量为 QB .此时风机轴功率为 PB = KQB pB 如采用调速方法 ,把风机转速由 n1 降到 n2 ,对 应的风压与流量曲线为 p2 ,曲线 p2 与曲线 R1 相交 于C点,风机的轴功率为 PC = KQCpC

2 种方法所消耗的功率差为 ΔP = PB - PC = KQC ( pB - pC) ΔP 大小见图中阴影部分 ,可见轴功率下降很多 ,节 能效果显著. 2.

2 提高功率因数节能 在不需要调速的场合 ,变频器的节能效果主要 体现在提高功率因数 ,降低线路功率损耗上. 2. 2.

1 变频器的功率因数分析 SPWM 正弦脉宽调制型变频器主电路由

4 部 分组成 :整流器、 中间平波环节、 逆变器和能耗制动 回路.图2为典型的 SPWM 型变频器的主电路. 由图

2 可知 ,整流器采用二极管三相桥式整流 方式.整流器电网侧的功率因素分析如下 : 在三相桥式

6 脉整流电路中交流侧输入电流波 形为非正弦波 ,其中含有

5 次及以上奇次谐波.输 入电流的表达式为 i =

2 3 π Idsin ωt +

2 3 π Id ∑ n =

6 k±

1 ( - 1) k

1 n sin n ωt k =

1 ,2 ,3 … (1) 因此功率因素的计算公式修正为 λ = ν cos