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变频技术在电力传动节能领域的应用

发布时间:2019/7/17 10:36:47 点击量:

  摘要:分析电力传动节能领域的电机电能消耗问题,以及变频调速技术在电力传动节能领域的应用。基于变频技术在电力传动领域的应用,研究变频技术的谐波影响,功率构件的耐高压影响,变频器接地的对策。


  关键词:电力传动;电机消耗;变频技术;谐波影响;节能。


  中图分类号:TM921.51   文章编号:


  DOI:


  中文引用格式:陈灏。变频技术在电力传动节能领域的应用[J].集成电路应用Abstract —


  Index Terms —


  1  引言


  变频技术是当代高新科技的产物,该项技术中充分融合了微电子技术、自动化技术以及电力电子技术等多项技术,一般常用于交流电机运行控制、空调制冷系统的控制等工作中。变频技术在实际应用过程中具有运行稳定、能源消耗量小等优势,并逐渐在社会的更多行业中得到应用和推广。现如今,该项技术已经十分成熟,在实际应用过程中能够有效延长设备的生命周期,而且能够起到显著节能的作用[1]。


  2  变频技术在电力传动节能领域的应用


  2.1 电力传动节能领域的电机电能消耗问题


  工业领域的电动机轻载现象也加剧了我国电能的损耗。电动机轻载现象产生的主要原因是由于三相异步交流电机的广泛应用。该项交流电机在实际应用过程中为了能够确保设备的稳定运行,通常都会在设备选型过程中,预留出足够的功率空间。这就造成了生产设备在电动机型号选择上会留有富裕度,甚至一些生产企业会选用大功率非恒定负载的电动机配型[2-3]。这样一来,在实际生产过程中对于电能的消耗量十分巨大。从长远的角度来分析,这非常不利于企业的长久发展。通过分析三相异步电动机转子运行过程中的电压平衡公式能够得出:当三相异步电动机处于轻载运行时,此时额定功率励磁电流小于励磁电流。这就造成定子上的励磁电流在运行过程中电能的无功消耗量升高,进而使得企业电力损耗量增加。除此之外,当三相异步电动机处于轻载运行时,由于受到电机额定功率的影响,致使三相异步电动机电能转换利用能力减弱,这也会增加企业生产的电能消耗。当前,在电力传动节能领域,相关的节能技术应用较少,而变频技术在电力传动领域的应用还有待进一步研究。


  2.2 变频调速技术在电力传动节能领域的应用


  变频调速技术在电力传动节能领域发挥出实际作用,首先应对变频调速技术进行矢量控制。这也是变频调速技术在电力传动节能领域应用的第一步。通过转换交流电,从而实现对三相坐标定子进行转换,进能够对异步电动机转矩进行有效控制。模拟电流控制滞留电动机,对异步电动机电流流量进行控制,能够实现对异步电动机转矩目标进行精准把控。在这一步骤中,由于矢量控制缺乏计算的过程,在实际计算参数时可能会出现失误。但矢量控制能够实现对控制目标的连续性操控,而且控制效果较为良好[4]。图 1 为变频技术的应用。


  变压变频控制技术的应用也比较常见。变频调速计算在电力传动节能领域应用的第二步骤。在电机运行过程中,电动机额定相电压始终与主磁通连接紧密。因此,在对电机进行调速时,若将主磁通进行提高,则电机运行会损耗更多的电流。但若将主磁通降低,此时无功率消耗下功率因数变小,则会造成电动机机身发热的情况,需要额外对其进行散热。此种控制方法在实际应用中也存在问题,由于电动机转矩调节过程中,对于电动机转速难以精准调控,这就造成了电动机电压损耗数值过高,电动机精准性控制较差等问题的产生。


  变频调速技术中的转矩控制技术能够将反馈参数与给定参数的对比结果进行结合,从而对照转矩偏差与磁通量的差值,能够展开具有针对性的电压矢量作业。通过对磁通量进行控制,能够使磁通量与电动机转矩进行相应转矩。在这一过程中,若定电动机的转矩高于电动机转矩,则此时电动机转矩有所提高;若定电动机的转矩低于电动机转矩,则此时电动机转矩有所减少。转矩控制技术一般在风机、水泵等大功率设备运行过程中较为常见。除了以上这三种常用的变频调速技术,转差频率控制技术的应用也具有一定的节能作用。该项技术也属于变频调速技术范畴,在实际应用过程中,主要是借助三相异步交流电动机运行过程中的转差频率,对其进行控制,从而实现对电动机功率调节。该项技术的应用不同于以上三种变频调速技术,需满足转差频率调整输出的前提,才能够实现电动机功率进行控制。但由于该项技术缺乏控制必须要对定子电压补充,因此一般企业都不将之列入应用范围之内。


  3  变频技术应用问题与解决对策分析


  3.1 变频技术的谐波影响问题


  由于变频器中包含大量的电子元件,其中不仅敷设各类控制电路,而且还包括逆变器、整流器等等器件。这些电子元件在实际应用过程中难以避免的会产生大量电磁波,对电机运行以及电机功率控制产生一定的干扰。而变频器内部的逆变器以及整流器在瞬间开关时也会产生高次谐波。与此同时,由于变频器输入呈现出非线性整流电路特点,因此也会对电网产生较大的干扰。特别是一些大型的机电设备,由于这些大型机电设备接入的都是高压电网,此时设备运行过程中的高次谐波更会对电网造成干扰。除此之外,机电设备在运行过程中,由于受到谐波影响,致使设备的UPS电源输出较高,机电设备需要额外接入散热装置进行机身散热,否则在高负荷的运行状态之下,设备很有可能出现故障,造成损毁。当前,我国机电设备运行过程中应对变频器谐波影响的方法主要有两种。其一就是在机电设备基础上额外安装滤波器等抗干扰的电力设备,从而降低高压谐波对于机电设备的影响。另一种则是对变频器的线路进行总体的更改,并连接其他的其他设备线路。图 2 为整流逆变器的结构示意图。


  3.2 功率构件耐高压影响


  电力传动节能领域中,变频技术的应用还面临着功率构建耐高压的影响。现阶段,我国工业生产中,6 kV 电源电压的电动机较为常见。但是,现阶段我国大部分变压器内功率构件都存在高压耐受问题,变频器抗压性较差,在实际应用过程中无法与电动机进行有效结合,进而造成设备运行不稳的情况。此外,由于变压器的成本投入较大,不利于企业的经济效益。因此,当前我国变频技术在电力传动节能领域的应用,提升变频器构建的抗压水平成为相关技术人员应该重点攻克的一项难题。


  3.3 变频器接地的注意事项


  变频技术在电力传动节能领域的实际应用过程中还面临着变频器接地的问题。在进行变频器接地这一过程中,首先应保证接地导线深入地下的范围在 10 mm/m2 以下。此外,还应确保机电设备的电源线横断面与接地线路的部分相同。若多台变频器共同运行,此时对于变频器的接地保护工作更应注意,保证变频器接地设置满足主电路系统要求以及回路适应系统要求。


  


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