原创 变频器的应用场合

2020-1-20 18:11 1636 11 5 分类: 模拟

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我最近一份工作,是在变频器的组装与制造厂里做品质工程师。在这个行业里也混了几年,对变频器有了一个粗浅的认识。今天厚着脸,把我对变频器的理解,写出来,和大家交流。之前写了一些关于启动柜的文章,是变频器主题作铺垫。


1 为什么要变频器?


以交流电驱动的电机,它的转速与电机的结构有关(具体的说是绕组的磁极数),也与电源的频率有关。


同步电机为例,它的转速公式:60f/p

f:电源的频率  

p:磁极对数


异步电机的转速:60f(1-s)/p

s:转差率(slip), 异步电机转速n与同步转速n0之差对同步转速之比。S=(n0-n)/n0

异步电动机负载越大,转速就越低,其转差率就越大;反之,负载越小,转速就越高,其转差率就越小。异步电动机带额定负载时,其额定转速很接近同步转速,因此转差率很小,一般为0.01~0.06。


电机做好后,它的磁极数就定下来了,没有办法再变,即使有办法变,速度也是有“档”,无法实现无级变速。


想要变换电机的转速,就可以通过改变电源的频率来实现。


要变电源的频率,就得用到变频器。


具体怎么算磁极数,我想了很久,还没有想明白。(这个应是电机专业的人基本功,隔行了,我暂时不懂)



2 为什么要改变电机的速度?


A,节能/省钱 

电机的输出功率,与电机的转速有关。通过变频,就可以实现电机功率的可调。


比如:商用中央空调。白天,楼里办公的人多,需要的制冷量大。晚上下班了,但有人值班或上夜班,需要的制冷量就小,但空调不能关。这个时候,通过驱动空调的电机转速调整,就可以实现不同时段空调制冷量的需求,达到了节能的目的,也就省了电费。


在没有变频空调的时候,怎么办呢?有一个办法是:采用多个空调机组并联使用。当白天空调需求旺,就多开几部空调。晚上需求量小,就去停掉几部空调。这样麻烦。同时,多部空调机组的采购费用加起来,要超过一台同等制冷量的定频空调。同等的制冷量,变频空调要比定频空调价格贵,主要是驱动空调的启动柜贵。但可以通过节省电费把这个价格差赚回来,这就是变频空调的价格竞争优势。


B,实现低功率启动,减少对电网的冲击


用电器接入电网的一瞬间,电器内部的突变电流是正常工作电流的6-8倍,这种电流突变,如果功率大了,就会对电网有冲击。我们平时家庭用的电器,功率不大,这个问题不明显。当电器的功率太大的时候,比如商用中央空调,这个问题就明显了。


为了达到开机对电网冲击很少的目的,工程师们也想了好多办法,参考前面写的文章:“星三角启动柜,固态启动柜,变频启动柜的技术特点”,“MV(中压)启动柜的原理及特点”。


C,可以获得高转速


以我现在做的这个行业为例,现在有一种磁悬浮离心压缩机,它的旋转部分的轴承是利用强磁将轴顶起来,悬在空中。旋转部分高速转动时,对零件没有摩擦,阻力小,且没有磨损。驱动的电机就可以以很高的转速带动叶轮工作。为了让电机可以高速转,就用变频器提供200Hz的电源来驱动电机。


当然,为了让叶轮高速转,也有其它办法:利用齿轮多次变速,但这样一来,最后一级齿轮的寿命就不会久。传统的轴承在这么高速的旋转下,寿命也不会长。


采用磁悬浮结构的压缩机,可以有很高的转速,这样,同等制冷量的一台压缩机,采用50Hz电机驱动的普通轴承压缩机,个头要比磁悬浮的大很多。


D,电机的功率相对可以做得小一点


通过变频器将要高速的旋转部分,可以将由静止慢慢加速到最高转速。如果采用直接启动,电机的功率要做得很大很大很大,就是大牛拉小车的意思。这个很好理解,汽车由静止加速到100公里的时间。这个加速时间越短的汽车,它的发动机排量都是越大。


3  变频器的应用场景


应用场景很多,它的节能省钱的特点,导致了它的应用场景很多,大的应用场合有:


A,空调行业,主要是商用中央空调,节能效果明显。销售将这个作为卖点说服客户使用变频空调;


B,动车组,高铁,地铁,这个行业现在都是采用这个技术;


C,高层楼宇使用的高速电梯;


D,现在太阳能发电,输出的电是直流的。要并网发电,就得把它转成交流。这个转变,也得利用变频器的基本原理;


网上找到一个应用案例,可以看出它的应用之广。


焦化厂的除尘风机(这个是高压电机),这个是为了节能以及生产需要。因为生产工艺需要,每20分钟左右就需要除尘一次。风机功率560KW,如果从0启动需要1分钟才能加速到需要的速度,显然每次需要除尘时再开机、用完再停机是极其不合理的,跟不上生产的需要,高压电机也不允许短时间反复起停。高压变频器就解决了这个问题,不需要除尘的时候,就以15HZ的状态低速运转,一旦发出除尘指令,快速加速到50HZ以满足生产需要,然后继续低速待机以节能。


4,美国变频器的使用现状 (资料来源wiki百科“变频器”条目)


以美国为例,估计约60-65%的电能是用来驱动电动机,其中又有75%是用在负载特性为变动转矩的风扇、泵及压缩机。若使用变频器驱动,估计可节省四千万个电动机中所消耗能量的18%。所有已安装的交流电动机中,约只有3%是用变频器驱动。不过在新安装的交流电动机中.约有30%至40%会配合变频器使用。


可知,变频器的市场很大,也会成为未来使用的主流。


* * * * * * * * *

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文章评论 2条评论)

登录后参与讨论

curton 2020-1-22 14:29

要变电源的频率,就得用到变频器。

T.b.K 2020-1-21 14:30

博主一看就经验丰富的工程师
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