胡俊偉

摘要：節(jié)能減排工業(yè)改造計劃已在我國大規(guī)模推行，工業(yè)企業(yè)為了適應低碳社會的需要，必須在動力節(jié)能方面進行改革，而變頻器在工業(yè)電機節(jié)能減排方面具有優(yōu)越性，被廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、紡織、建筑、煤炭等工業(yè)行業(yè)。

關(guān)鍵詞：變頻技術(shù);工業(yè)企業(yè);應用

前言

隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展和進步，各領(lǐng)域的運作模式與過去相比也發(fā)生了非常大的變化，而人們的物質(zhì)需求也變得越來越高。物質(zhì)需求的提升也促進了社會生產(chǎn)力的進步，也在這時誕生了自動化技術(shù)，并開始被廣泛應用到各領(lǐng)域中，其中的工業(yè)電氣自動化控制變頻調(diào)速技術(shù)的應用就是一較明顯的例子。變頻技術(shù)的使用不僅能起到資源節(jié)約的效果，而且還能提高整體的工作效率，這對工業(yè)發(fā)展來說無疑是一大優(yōu)勢。

1、高壓變頻器

高壓變頻系統(tǒng)主要由移相變壓器、功率單元和控制器等部分組成。移相變壓器是將進入變頻器的三相高壓電進行降壓和移相，轉(zhuǎn)變成可用電源;功率單元有若干，分成三組，每組功率單元串聯(lián)組成一相，共三相，相與相之間串聯(lián);控制器由控制單元組成，通過對功率卑元的控制，實現(xiàn)對變頻器工作過程的控制。

（1）功率單元結(jié)構(gòu)

隨著工業(yè)化的逐步發(fā)展，智能應用在生產(chǎn)和生活中越來越受歡迎。還需要在變頻器中應用智能設(shè)計，系統(tǒng)產(chǎn)生故障時，系統(tǒng)將大大增強及時響應的能力，不僅可以起保護作用，而且能夠定位故障的準確位置，將類別顯示在人機界面，用于快速識別和消除故障。為了確保單元模塊設(shè)計時結(jié)構(gòu)和功能的一致性，已考慮在一定的范圍內(nèi)電力標準化單元模塊。為了避免故障導致的停機現(xiàn)象，確保變頻設(shè)備的可靠性，當發(fā)生故障時，必須能夠在短時間內(nèi)故障信息確認使用備用設(shè)備來取代。

（2）輸入側(cè)結(jié)構(gòu)

輸入側(cè)由移相變壓器給每個單元供電，移相變壓器的副邊繞組分為三組。例如，3000V系列，為24脈沖整流方式;6000V系列，為30或42脈沖整流方式;10000V系列，為48脈沖整流方式;這種多級移相疊加的整流方式可以極大的改善網(wǎng)側(cè)的電流波形，使其負載下的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)接近1。此外，由于副繞組變器的獨立性，讓每個主電路功率的單位是相對獨立的，類似傳統(tǒng)的低壓變頻器，利便于采用現(xiàn)有的成熟技術(shù)。

（3）輸出側(cè)結(jié)構(gòu)

輸出側(cè)由每個單元的U、V輸出端子首尾相互串連成星型結(jié)構(gòu)給電機供電，對每個單元的PWM波形進行重組，可得到PWM階梯波形，這種dv/dt波形較小，正弦度較好，能夠減少對電纜和電機的絕緣損壞，無須輸出濾波器，電機無需降額使用，可直接用于舊設(shè)備的改造;同時，電機的諧波損耗大大減少，消除了由此引起的機械振動，減小了軸承和葉片的機械應力。

（4）控制器

由高速單片機組成控制器核心，精心設(shè)計的算法可以實現(xiàn)發(fā)動機的最優(yōu)性能?？刂破鬟€包括一個內(nèi)置PLC用以進行邏輯處理柜體內(nèi)位置開關(guān)信號，以及與各種信號和狀態(tài)的協(xié)調(diào)操作提高系統(tǒng)的靈活性。

2、變頻技術(shù)在工業(yè)企業(yè)中的應用

交流電機變頻調(diào)速成為節(jié)約電能、改善生產(chǎn)工藝流程、提高產(chǎn)品質(zhì)量、以及改善運行環(huán)境的一種主要手段。與之相對應，我們變頻器以高效率、高功率因數(shù)，以及優(yōu)異的調(diào)速和啟制動性能而廣受用戶青睞，在眾多領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。

首先是軟啟動功能。電機硬啟動，直接啟動電流往往是其額定電流的5～8倍，忽然增高的電流不僅增加了電機的設(shè)計生產(chǎn)難度，而且對電網(wǎng)系統(tǒng)容量、輸配電設(shè)施造成嚴重沖擊，對擋板、閥門等設(shè)備的損害也極大。變頻器的作用就是改變交流電機供電的頻率和幅值，從而改變其運動磁場的周期，達到平滑控制電動機轉(zhuǎn)速的目的。

其次是優(yōu)化電機運行。在風機、中央空調(diào)等系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的供水方式是采用水塔、高位水箱、氣壓罐等設(shè)施來實現(xiàn)的。出水口水壓大小往往受水箱高度、儲水量等因素影響，時常發(fā)生變化，要真正實現(xiàn)恒壓并不容易。另外，風機、泵類等設(shè)備傳統(tǒng)的調(diào)速方法是靠調(diào)節(jié)出入口的擋板、閥門開度來調(diào)節(jié)給風量和給水量。當輸入功率過大時，大量能源就消耗在擋板、閥門的截流過程中，造成了浪費。這就像是人們在沒有準確核算工程量的前提下就把大大超出需求量的磚塊運上了高樓，造成人力和工時的浪費。

如今，工程師們組合變頻器、PID調(diào)節(jié)器、單片機、PLC等，形成一個控制系統(tǒng)，就可以調(diào)節(jié)水泵的輸出流量，減少無效勞動。人們只要設(shè)定泵站總管的出水壓力，設(shè)定值與反饋的實際值進行比較，其差值經(jīng)過運算處理后，系統(tǒng)會發(fā)出控制指令，控制水泵電動機的投運臺數(shù)和轉(zhuǎn)速，從而達到給水總管壓力恒定的目標。另外，在中央空調(diào)、風機等系統(tǒng)中，變頻器也有不俗的表現(xiàn)。中央空調(diào)是按照最大需要冷（熱）量再加10%～20%來設(shè)計的，耗電量大，節(jié)能潛力也大。用變頻器去對中央空調(diào)制冷壓縮機、冷凍泵、冷卻泵、冷卻塔風扇、回風裝置等進行調(diào)速節(jié)能控制，就可以避免過大流量和過大壓力，保證系統(tǒng)正常有效運行，可以節(jié)電20%～50%。又如，在“萬里長江第一隧”——上海長江隧道建設(shè)過程中，建設(shè)者需要確保長約8.9km，內(nèi)徑13.7m的隧道內(nèi)通風良好。

3、變頻器技術(shù)發(fā)展態(tài)勢

由于國內(nèi)電機變頻調(diào)速產(chǎn)品日趨成熟，節(jié)能效果逐漸得到市場全面認可，工業(yè)企業(yè)對電動機的投資改造積極性日益提高，變頻器行業(yè)在中國的快速發(fā)展將是必然，今后技術(shù)和產(chǎn)品發(fā)展將呈現(xiàn)三大趨勢。

一是功率單元串聯(lián)多電平技術(shù)依然是市場的主流。目前，采用功率單元串聯(lián)多電平技術(shù)的高壓變頻器國內(nèi)市場份額已經(jīng)超過三分之二，包括利德華福、東方日立、山東風光等高壓變頻器生產(chǎn)廠商采用的都是這種技術(shù)。二是向大功率方向發(fā)展。大功率變頻器市場份額前些年基本掌握在國外廠商手中，隨著國內(nèi)企業(yè)技術(shù)水平的提高，國產(chǎn)變頻器產(chǎn)品的功率也隨之逐步提高。三是隨著高壓變頻技術(shù)的成熟，將大幅拓展工藝控制對于變頻調(diào)速的需求。如應用于軋鋼機、礦井提升機、電氣機車牽引系統(tǒng)等工業(yè)領(lǐng)域和高端軍事領(lǐng)域等，進一步拓展了高壓變頻調(diào)速技術(shù)的應用領(lǐng)域。

參考文獻：

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[2] ?朱娟娟.芻議工業(yè)電氣自動化控制中變頻調(diào)速技術(shù)的應用[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)（下半月），2014（18）：60-70.

（作者單位：中治葫蘆島有色金屬集團有限公司）