在選用節(jié)能變頻器時(shí),應(yīng)該遵守以下10條原則,作為決定方案的前提。當(dāng)?shù)仉娰M(fèi)價(jià)格高的,在同樣節(jié)電量時(shí),經(jīng)濟(jì)收益就更大,這也是必然要考慮的事。
1)變頻器要節(jié)電是有**條件的。在不影響使用的條件下,適當(dāng)改變工況參數(shù)后,把不合理運(yùn)行參數(shù)所消耗電能節(jié)省下來(lái),就可做到從一般運(yùn)行轉(zhuǎn)變成經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
2)要節(jié)能**要降低頻率,下降值越大,節(jié)電越多。不降低頻率,變頻器原則上是不能節(jié)電的。
3)與負(fù)載率有關(guān)。負(fù)載率在10%~90%時(shí),節(jié)電率***多約8%~10%,負(fù)載率低相應(yīng)節(jié)電率高些。但無(wú)功節(jié)電率大約40%~50%,是不計(jì)電費(fèi)的。
4)與原來(lái)的運(yùn)行的工況參數(shù)值的合理程度有關(guān)。例如,與壓力、流量、轉(zhuǎn)速等可調(diào)節(jié)的量值大小有關(guān),可調(diào)整量大,則節(jié)電率就高,否則相反。
5)與原來(lái)采用的調(diào)整方式有關(guān)。采用進(jìn)口或出口閥門方式來(lái)調(diào)整運(yùn)行參數(shù)的,很不經(jīng)濟(jì),若改為變頻器調(diào)速,則經(jīng)濟(jì)合理。使用變頻器調(diào)速后,比用人工閥門調(diào)整運(yùn)行方法,能多節(jié)電達(dá)20%~30%.
6)與原來(lái)采用的調(diào)速方式有關(guān)。例如,原來(lái)用滑差電動(dòng)機(jī)調(diào)速,因調(diào)**率低,尤其在中、低速時(shí),效率只有50%以下,很不經(jīng)濟(jì),改為變頻器調(diào)速后,把這部分電能節(jié)省下來(lái)了。目前輕工、紡織、造紙、印染、塑料、橡膠等行業(yè)中,大多還在使用滑差電動(dòng)機(jī),故使用變頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能,技術(shù)改造工作是當(dāng)務(wù)之急的事。
7)與電動(dòng)機(jī)工作方式有關(guān)。例如,連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)、短時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)、間歇運(yùn)轉(zhuǎn)的節(jié)電量是不同的。
8)與電動(dòng)機(jī)開(kāi)動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān)。例如,一天開(kāi)機(jī)24h,一年開(kāi)365天的節(jié)電量就大,反之則小。
9)與電動(dòng)機(jī)本身功率大小有關(guān)。同樣節(jié)電率下,功率大的節(jié)電量值大,經(jīng)濟(jì)效益就大,哪怕節(jié)電率相對(duì)小功率電動(dòng)機(jī)低些,但實(shí)際收益較大。
10)與本單位生產(chǎn)工藝設(shè)各重要性有關(guān)。首先要選產(chǎn)品電耗大的、產(chǎn)品成本高的、現(xiàn)用的調(diào)速方式是不夠經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)各加以改造,改用變頻器后就能有立竿見(jiàn)影、事半功倍的效果。
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變頻器高次諧波抑制措施對(duì)小容量的通用,高次諧波很少成為問(wèn)題,但當(dāng)使用的變頻器容量大或數(shù)量多時(shí),往往就會(huì)產(chǎn)生高次諧波電流和高次諧波干擾問(wèn)題,因此對(duì)于高次諧波先采取適當(dāng)?shù)膶?duì)策和預(yù)防措施是非常重要的。
1、改善變頻器結(jié)構(gòu)
可以從變頻器自身硬件結(jié)構(gòu)或者整個(gè)變頻系統(tǒng)的構(gòu)建方式和設(shè)備選擇等方面考慮,從根本上減少變頻系統(tǒng)注入電網(wǎng)的諧波、無(wú)功等污染。
(1)變頻系統(tǒng)的供電與其他設(shè)備的供電電源相互獨(dú)立,或在變頻器和其他用電設(shè)備的輸入側(cè)安裝隔離變壓器;
(2)在整流環(huán)節(jié)采用多重化技術(shù),提高脈波數(shù),可以有效地提高特征諧波次數(shù),降低特征諧波幅值。對(duì)于大容量晶閘管變頻器可以采取這種方法,利用多重化抑制流向電源側(cè)的高次諧波;
(3)采用高頻整流電路,改善整流波形,提高功率因數(shù),直流電壓可調(diào)節(jié);
(4)逆變環(huán)節(jié)采用高開(kāi)關(guān)頻率高的器件,如MOSFET,IGBT等,可以提高載波頻率比,抑制變頻器輸出端的高頻諧波。
(5)在逆變環(huán)節(jié)采用多重化技術(shù),提高脈波數(shù),使輸出的電流電壓波形更加接近正弦波。但重?cái)?shù)越多電路越復(fù)雜,可靠性會(huì)隨之降低,三重化電路可以兼顧輸出波形質(zhì)量和設(shè)備可靠性,較理想。
2、采用合適的控制策略
從變頻器控制器這一點(diǎn)出發(fā),可采用更合適的控制策略或者在原來(lái)的控制策略基礎(chǔ)上作點(diǎn)優(yōu)化和改進(jìn),試驗(yàn)方法上更大限度地減少諧波的產(chǎn)生。以實(shí)際應(yīng)用中常用的正弦脈寬調(diào)制法(SPWM)法和特定消諧法(SHE)法為例。
根據(jù)SPWM基本理論,當(dāng)調(diào)制波頻率為fr,載波頻率為fc,載波頻率比N=fc/fr,單極性SPWM控制在輸出電壓中產(chǎn)生N-3次以上的諧波,雙極性SPWM控制在輸出電壓中產(chǎn)生N-2次以上的諧波。比如,N=25,采用單極性SPWM控制,低于22次的諧波全被**,采用雙極性SPWM控制,低于23次的諧波全被**。
但輸出電壓頻率較高的時(shí)候,由于受到元件開(kāi)關(guān)頻率的限制,N值不可能大,SPWM控制的優(yōu)勢(shì)就不太明顯了,這個(gè)時(shí)候選擇SHE法可以在開(kāi)關(guān)次數(shù)相等的情況下輸出質(zhì)量較高的電壓、電流,降低了對(duì)輸入、輸出濾波器的要求。
3、采取濾波電路
在變頻器外部采取措施,綜合考慮變頻器注入電網(wǎng)的特征諧波以及個(gè)別變頻器的特有非特征諧波特性,制訂濾波方案對(duì)污染源進(jìn)行治理。也即通常說(shuō)的先污染,后治理。只用濾波器效果并不理想,與上述二類方法配合作用更見(jiàn)效。
(1)若變頻器輸入側(cè)沒(méi)有裝設(shè)專用變壓器,可在輸入側(cè)接入交流電抗器(ACL)使整流阻抗增大,抑制高次諧波電流。
(2)在變頻器和電網(wǎng)系統(tǒng)間的電力回路中使用交流濾波器。交流濾波器有調(diào)諧濾波器和二次型濾波器,調(diào)諧濾波器用于單次諧波的吸收,而二次型濾波器則適用于多個(gè)高次諧波的吸收,一般兩者組合使用,**某個(gè)單次諧波同時(shí)濾除某次及以上的諧波。
(3)在變頻器輸出端加LC濾波器可以濾除變頻器輸出的高次諧波,且可以延長(zhǎng)PWM的上升沿,減小dV/dt,從而抑制變頻輸出過(guò)電壓。如果采用LC濾波器接外殼,還可以濾除變頻器輸出的零序分量,避免零序電壓經(jīng)定子繞組與定、轉(zhuǎn)子邊的寄生產(chǎn)生的電流對(duì)電機(jī)等設(shè)備造成損失。