90年代以来,随着大功率晶体管技术发展、大规模集成电路和计算机技术的突飞猛进,交流电机的变频调速技术已日趋完善,在各行各业得到了广泛的应用.尤其在暖通空调领域,这一新技术在我国也开始推广应用,实践证明节能效益显著.
1 变频调速器
变频调速器也称变频器,全称为变频变压调速器VVVFI(variable voltage & variable frequency inverter).它采用大功率晶体管GTR作为功率元件,以单片机为核心进行控制,采用SPWM正弦脉宽调制方式,是电力电子与计算机控制相结合的机电一体化产品.它将随着功率元件和计算机技术的发展控制工程网版权所有,结构上做到体积小,重量轻;性能上优于以往的变极调速、串阻调速、串极调速、滑差电机调速等交流电机调速方式,并且将会逐步以这种崭新的调速技术取代直流电机调速.用交流异步电机取代直流电机,将使调速系统更加简单.
1.1 用途与功能
变频调速器已形成了与电机相配合的不同功率、不同用途的系列化产品控制工程网版权所有,目前产品已经广泛地应用于石油、石化、钢铁、冶金、矿山、机械、纺织、建筑、造纸等行业,适用于水泵、风机、压缩机、机床等产品的电机调速
1.2 性能与优点 2 变频调速节能原理 2.1 变频调速节能的基本原理 Q1/Q2=n1/n2 ,(1) H1/H2=(n1/n2)2 ,(2) P1/P2=(n1/n2)3 .(3) 流量与转速成正比,扬程与转速的平方成正比,轴功率与转速的立方成正比.由此可见,当降低转速时CONTROL ENGINEERING China版权所有,功率的减少量远比流量的减少量大得多.风机也遵循这个规律,即风量与转速成正比,风压与转速的平方成正比CONTROL ENGINEERING China版权所有,轴功率与转速的立方成正比.因此,降低水泵或风机的转速,就有可能使单位供水量或风量的电耗减少.由电工学可知,电机的转速与输入频率有如下关系 n=60f(1-s)/p ,(4) 式中:f为电源频率;s为滑差率;p为极对数;n为电机的转速. 变频器通过改变电机频率而达到无级调速的目的 .对于水泵来说,变频调速供水,就是通过压力变送器检测管网水压,并将水压信号转化为电流信号,反馈给变频器内单片机,单片机根据水压情况调整水泵电机输入频率,从而使水泵转速改变.例如,在非高峰供水时,水泵减速运行,从而使水泵输入功率减少,达到节能的目的.这就是变频调速供水节能的基本原理. 2.2 变频调速器的自动控制 图1 变频调速器自动控制示意图 2.3
采用SPWM控制方法,使电机的旋转磁场为理想的圆形磁场,转矩脉动小,电机运转平稳,特别是克服了电压型逆变器控制中电机低速运行时转距脉动大的缺点.变频调速器优点很多,比如操作简便、精确可调、数字显示、在线无级调速等,但其主要的优点在于节能.变频调速器 普通鼠笼式异步电机=新的高性能调速系统节能装置.
在暖通空调系统中,风机、水泵类机械的风量、流量控制,过去很少有采用转速控制方式的,多是由鼠笼式异步电机拖动,进行恒速运转,当需要调节风量、流量时www.cechina.cn,实际采用的办法是调节挡板或节流阀,这种控制虽然简单,但从节省能源的观点来看,是很不经济的.采用变频器对风机、水泵类机械进行转速控制来调节风量、流量的方法,对节约能源、提高经济效益具有重要意义.变频调速器用于水泵、风机、压缩机等的调速,比如近年出现的变频调速的VRV(变冷剂)系统,它们的节能原理都是相同的.
以水泵为例,水泵调速运行节电的理论之一是水泵学比例律.由水泵学比例律可知,对于同一台水泵,当以不同转速运行时,水泵的流量Q,扬程H,轴功率P与转速n有如下关系
变频调速器可以手动控制也可以自动控制.自动控制信号采用4~20 mA电流信号或0~5 V电压信号;采用闭环控制的方法可以更好地满足自动控制的要求(如图1).流量仪表的气动信号经气电转换器变换为4~20 mA的电流信号,由变频调速器的控制端进而来控制电动机的转速以改变流量.如果采用的是电动仪表,变频调速器试用又证明是可靠的,那么图中的气电转换器、三通气开关以及气动调节阀都可省去,从而控制系统大为简化.而且流量控制的精度比已往的气动调节阀控制高.根据要求,变频调速器也可采用温度控制、压力控制或各种信号的综合控制.
Fig.1 Scheme of VVVFI control