变频器简介及应用(图文)

论文导读：目前全国各类电动机年耗电量约占全国发电量的65%。泵类等设备的耗电量对于节能降耗具有重要意义。交流电动机变频调速已成为当代电机调速的潮流。由于变频器的优异功能。
关键词：变频器，电动机，变频调速，节能降耗
 

随着能源问题日益突出，节能问题愈来愈受到重视。据统计，目前全国各类电动机年耗电量约占全国发电量的65%，而其中大功率风机，泵类是年耗电量约占工业总耗电量的50%，最大限度地降低风机，泵类等设备的耗电量对于节能降耗具有重要意义。

交流电动机变频调速已成为当代电机调速的潮流，它以体积小，重量轻，转矩大，精度高，功能强，可靠性高，操作简单，便于通信等功能，优于以往的任何调速方式。如：变极调速，调压调速，滑差调速等等。因而在各行各业如，有色、石油、石化、化纤、纺织、电力、机械、建材、煤炭、医药、造纸、注塑、卷烟、吊车、城市供水、中央空调及污水处理行业得到普遍应用。

由于变频器的优异功能，目前变频器的应用已由工厂扩展到社区酒店、商厦和写字楼。如音乐喷泉、无塔供水、中央空调都用了不少变频器，而且变频器的用量还将不断增加，有相当大的市场潜力。发表论文。

变频调速正在逐步地成为电气传动的中枢，它取代了以前的各种调速方式，除了节电（12%——70%）外，更重要的是产生增产、降耗、优质的效果，深受设计、工程、操作人员欢迎是工业设备改造产品更新换代的重要途径。社会效益非常显著，变频调速确定是节能、增产、降耗、优质的先进技术。

下面对变频调速作以简单介绍

1．基本原理

图1示意图

由式n=60f1/p(1-s),S=n-n1/n知，极对数P一定的异步电动机，在转差率S变化不大时，转速ｎ基本上与电源频率ｆ成正比。因此，只要能设计改变ｆ即可改变ｎ。基于这个原理，变频调速就是用晶闸管等变流元件组成的变频器作为变频电源，通过改变电源频率的办法，实现转速调节。如上图1所示：

2．变频器的分类及特点：

变频调速系统的主要设备是能提供变频电源的变频器，变频器的变流元件（电力开关元件）目前使用的主要有如下四种：晶闸管（可控硅）；大功率三极管（ GTR,动力晶体管）；可关断晶闸管（GTO可关断可控硅），二极管（IGBT）变频器可分为交流→直流→交流（简称为交→直→交）变频器和交流→交流（简称（交→交）变频器两类。交直交变频器是将工频交流电整流成直流，再把直流电经逆变器变成频率可调的交流电。交交变频器是将电网的交流电直接变为电压和频率都可调的交流电。由于交交变频器的输出频率一般最高只能达到电源频率的1/3——1/2。所以它只适用于低速大功率的传动，在泵与风机的调速节能中迄今很少使用。交直交变频器又分为电流型和电压型两种。二者的主要区别是中间滤波环节的滤波方式不同。电压变频器采用大电容的电容器进行滤波，直流回路的电压波形比较平直，输出呈低阻抗，类似于电压源。发表论文。逆变器中电子开关的通断作用实质上是将直流电压以一定的方向和次序分配给负载电动机的各个绕组，形成矩形或阶梯形波的交流电压。电流型变频器则采用大电感的电抗器进行滤波，直流回路的电流波形比较平直，输出呈高阻抗，类似于电流源。逆变器中的晶闸管等电子开关的通断作用实质上是将直流电流以一定的方向和次序分配给负载电动机的各个绕组，形成矩形波或阶梯形波的交流电流。电压型和电流型变频器的特性比较如下。

3．变频调速的优缺点：

优点：①调速效率高属于高效调速方式，这是由于频率变化后电动机仍在同步转速附近运行，基本上保持额定转差。②调速范围宽，一般可达20:1，并在整个调速范围内均具有高的调速效率，所以变频调速适用于调速范围宽，且经常处于低负荷状态下运行的场合。③机械特性较好。发表论文。在无自动控制时，转速波动率控制在0.5%——1%。④变频装置万一发生故障，可以退出运行，改由电网直接供电、泵与风机仍可继续保持运转。⑤能兼做启动设备。即通过变频电源将电动机启动到某一转速，再断开变频电源，电动机可直接接到工频电源使泵或风机加速到全速。

缺点：①从目前看变频器的初投资较高，是应用于泵或风机调速节能中的主要障碍。②因为变频器输出的电流或电压的波形为非正弦而产生的高次谐波，对电动机及电源会产生种种不良影响，但若采用PWM型变频器或采用多重化技术的电流型变频器，则这个问题可以得到大大的改善。

负载举例

( l ）风机类负载。风机类负载为量大面广设备，钢厂、电厂、有色、矿山、化工、制药、地铁、纺织、化纤、水泥、造纸等行业应用较多。多数采用调节档板开度来调节风量，浪费大量电能，采用变频调速，即可节电，又可减少机械磨损，延长设备寿命。。

( 2 ）泵类负载。泵类负载为量大面广设备，包括水泵、油泵、化工泵、泥浆泵、砂泵等，在同等工艺条件下，采用调节阀控制与采用变频控制相比较，节电率高达60%。而且采用变频控制时，电动机和泵转速下降，轴承等机械部件磨损降低，泵端密封系统不易损坏，电动机故障率降低，维护工作量大为减少。

( 3 ）中央空调类负载。由于都市化进展，中央空调的用量增加。在炎热季节，中央空调用电量几乎占酒店、商场、超市、写字楼、车站、机场用电量的50 % , 是需求侧用电的一个重要方面。采用变频技术的智能专家系统对中央空调的冷冻泵、冷却泵、风机调速，会取得30 ％以上的节电效果。

( 4 ）转炉类负载。用交流变频替代直流机组简单可靠，运行稳定。

( 5 ）辊道类负载。辊道类负载，多存在于钢铁冶金行业，数量较多，采用交流电动机变频控制，可提高设备可靠性和稳定性。

( 6 ）起重机类负载。起重机类负载在 工厂、矿山、铁路、码头广泛应用，传统的控制方式多采用绕线式电动机转子串电阻，故障多、振动大、冲击电流大。采用变频调速，可以满足“转矩大且要平稳，正反转频繁且要可靠”的要求，使起重机具有高可靠性、高适用性、高稳定性、并且控制灵活、运行平稳，节电 30 ％以上。

( 7 ）特种电源类负载。许多电源，如实验电源、飞机拖动电源（ 40OHz ）都可用变频装置来完成，好处是投资少、见效快、体积小、操作简单。

( 8 ）注塑机类负载。注塑机是塑料加工成型的关键设备，数量多，耗电大。据统计，全国有定量泵注塑机 80 万台。过去的节电方式多为通过△ 型转换 Y 型（星型）来节电的，效果一般。采用变频调速不改变注塑机原来的结构，控制油泵几个过程的压力或流量（如锁模、合模、射胶、保压、脱模、退模等），平均可节电 4D % 。

( 9 ）矿用电铲类负载。矿用电铲容量大、电铲提升机构、推压机构、回转机构、行车机构电动机容量大，我国目前采用共绕组发电机一电动机机组和磁放大发电机一电动机机组的直流调速系统，体积大、效率低、功率因数低。近年来，准格尔露天煤矿，南芬露天铁矿从美国 B 一 E 公司引进全交流 395 一 B 型大型电铲，打破了电铲传动直流电动机的一统天下。电铲交流变频化有诸多好处： ① 提高电铲重载起动能力。 ② 缩短起动时间，③ 提高了生产效率。 ④ 提高控掘速度，缩短了铲装周期。 ⑤ 功率因数 0 . 95 左右。变频调速正在逐步地成为电气传动的中枢它取代了变极调速、滑差调速、整流子电动机调速、液力偶合调速、串极调速及直流调速。除了节电（ 12 ％一 70 % ) 外，更重要的是产生增产、降耗、优质的效果，深受设计、工程、操作人员欢迎，社会效益非常显著。变频调速确实是节能、增产、降耗、优质的先进技术，是企业设备改造、产品更新换代的重要途径。