變頻器在化纖生產(chǎn)線上的應(yīng)用分析

　　引言  

　　化纖生產(chǎn)線是粘膠紡絲類基礎(chǔ)行業(yè)，同時(shí)也是耗能大戶，其主要生產(chǎn)工藝都是通過各種泵、攪拌機(jī)、空氣壓縮機(jī)來完成。現(xiàn)在倡導(dǎo)節(jié)約型社會(huì)的今天，而能源的浪費(fèi)卻相當(dāng)?shù)捏@人。目前，這些粘膠泵、水泵和空氣壓縮機(jī)大都處于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)恒速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，還有企業(yè)在運(yùn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，容量選擇的較大，系統(tǒng)匹配不合理，往往是“大馬拉小車”，造成大量的資源浪費(fèi)。如將占絕對(duì)多數(shù)的非調(diào)速型電機(jī)改成調(diào)速運(yùn)行，使其耗電量實(shí)現(xiàn)隨負(fù)荷大小而變化，則可節(jié)約大量能源，將產(chǎn)生顯著的節(jié)能效果�，F(xiàn)代電力電子技術(shù)、交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展使得交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速在頻率范圍、動(dòng)態(tài)響應(yīng)、精度要求和使用效果等方面發(fā)生了巨大的發(fā)展�，F(xiàn)在凡是可變轉(zhuǎn)速的拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)都可以用變頻來調(diào)速從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的，據(jù)我們對(duì)生產(chǎn)耗電能統(tǒng)計(jì)，每季度可節(jié)電量34%以上。因此,交流調(diào)速技術(shù)在化纖行業(yè)中的應(yīng)用具有廣闊的發(fā)展空間。  

　　一、變頻器調(diào)速運(yùn)行的節(jié)能原理  

　　實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速的裝置稱為變頻器。變頻器一般由整流器、濾波器、驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路以及控制器（MCU／DSP）等部分組成。首先將單相或三相交流電源通過整流器并經(jīng)電容濾波后，形成幅值基本固定的直流電壓加在逆變器上，利用逆變器功率元件的通斷控制，使逆變器輸出端獲得一定形狀的矩形脈沖波形。在這里，通過改變矩形脈沖的寬度控制其電壓幅值；通過改變調(diào)制周期控制其輸出頻率，從而在逆變器上同時(shí)進(jìn)行輸出電壓和頻率的控制，而滿足變頻調(diào)速對(duì)U/f協(xié)調(diào)控制的要求。PWM的優(yōu)點(diǎn)是能消除或抑制低次諧波，使負(fù)載電機(jī)在近正弦波的交變電壓下運(yùn)行，轉(zhuǎn)矩脈沖小，調(diào)速范圍寬。  

　　采用PWM控制方式的電機(jī)轉(zhuǎn)速受到上限轉(zhuǎn)速的限制。如對(duì)壓縮機(jī)來講，一般不超過7000r/min。而采用PAM控制方式的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速可提高 1.5倍左右，這樣大大提高了快速增速和減速能力。同時(shí)，由于PAM在調(diào)整電壓時(shí)具有對(duì)電流波形的整形作用，因而可以獲得比PWM更高的效率。此外，在抗干擾方面也有著PWM無法比擬的優(yōu)越性，可抑制高次諧波的生成，減小對(duì)電網(wǎng)的污染。采用該控制方式的變頻調(diào)速技術(shù)后，電機(jī)定子電流下降64%，電源頻率降低30%，出膠壓力降低57%。  

　　異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速n可以表示為： 

　　公式中，n2為同步轉(zhuǎn)速，Δn1為轉(zhuǎn)差損失的轉(zhuǎn)速，p為磁極對(duì)數(shù)，s為轉(zhuǎn)差率，f為電源的頻率�？梢�，改變電源頻率就可以改變同步轉(zhuǎn)速和電機(jī)轉(zhuǎn)速。頻率的下降會(huì)導(dǎo)致磁通的增加，造成磁路飽和，勵(lì)磁電流增加，功率因數(shù)下降，鐵心和線圈過熱。顯然這是不允許的。為此，要在降頻的同時(shí)還要降壓。這就要求頻率與電壓協(xié)調(diào)控制。此外，在許多場合，為了保持在調(diào)速時(shí)，電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩不變，亦需要維持磁通不變，這亦由頻率和電壓協(xié)調(diào)控制來實(shí)現(xiàn)，故稱為可變頻率可變電壓調(diào)速VVVF（Variable Velocity Variable Frequency），簡稱變頻調(diào)速。采用變頻調(diào)速技術(shù)后，提高電機(jī)的功率因數(shù)，減少無功功率消耗。  

　　由變頻調(diào)速原理可知，調(diào)節(jié)供膠流量，原則上有二種方法；一是節(jié)流調(diào)節(jié)，開大供膠閥，流量上升；關(guān)小供膠閥 ，流量下降。調(diào)節(jié)流量的第二種方法是調(diào)速調(diào)節(jié)，膠泵轉(zhuǎn)速升高，供膠流量增加；轉(zhuǎn)速下降，流量降低，對(duì)于用膠流量經(jīng)常變化的場合，采用變頻調(diào)速調(diào)節(jié)流量。  

　　二、變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)  

　　變頻調(diào)速器的控制可以是自動(dòng)的，也可以是手動(dòng)的。目前，我們?cè)谡衬z泵控制系統(tǒng)中使用的調(diào)速技術(shù)，大部分是在開環(huán)狀態(tài)下，即人為地根據(jù)工藝或外界條件的變化來改變變頻器的頻率值，已達(dá)到調(diào)速的目的。部分采用閉環(huán)調(diào)速控制。  

　　異步電機(jī)調(diào)速有許多方法，如變極調(diào)速、變轉(zhuǎn)差率調(diào)速和變頻調(diào)速等。前兩種轉(zhuǎn)差損耗大，效率低，對(duì)電機(jī)特性來說都有一定的局限性。變頻調(diào)速是通過改變定子電源的頻率來改變同步頻率實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速的。在調(diào)速的整個(gè)過程中，從高速到低速可以保持有限的轉(zhuǎn)差率，因而具有高效、調(diào)速范圍寬（10～100％）和精度高等性能，節(jié)電效果可達(dá)到30～40％。變頻調(diào)速有兩種方法：一是交－直－交變頻（如圖1），適用于高速小容量電機(jī)；二是交－交變頻。適用于低速大容量拖動(dòng)系統(tǒng)。 

　　交－直－交電壓型變頻器主結(jié)線圖，見圖1： 

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