关于变频调速节能的分析

1、关于变频调速节能的分析     关键词变频调速；节能；工频；给料皮带机中图分类号TN      文献标识码 A      文章编号 1008-1151（2005）04-收稿日期 2005-作者简介王琼（1972-），男，广东湛江人，广东红海湾发电有限公司助理工程师，研究方向：火电厂电气检修。 异步电动机是电力生产企业最主要的动力设备。作为高能耗设备，其输出功率不能随负荷按比例变化，大部分能量消耗在节流损失中，从而造成很大的能量损耗。近年来，随着变

2、频器生产技术的成熟以及变频器应用范围的日益广泛，使用变频器对电动机驱动进行技术改造成为电力企业节能降耗、提高效率的重要手段。以广东湛江电厂4×30MW机组为例，机组自投产以来，年平均厂用电率在8%左右，以2004年发电量75.26亿kW·h计算，厂用电消耗高达6亿kW·h。可见加强火力发电厂的节能工作，是提高起经济效益、优化社会资源分布、增强市场竞争力的有效手段。变频调速原理由电机学可知：n=60 f (1s ) / p     （）式中nT异步电动机的转速；fT异步电动机的频率；sT异步电动机转差率；pT异步电动机极对数。由式（）可

3、知，转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速，当频率f在50HZ的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频调速就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的。变频器主要采用交直交方式，变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成不同频率的交流电供给电动机。使电动机获得无极调速所需要的电压电流和频率。2传统调速方法与变频调速方法能耗比较2.1异步电动机的功率损失如图1所示（以

4、拖动恒转矩负载为例），曲线为异步电动机的自然机械特性；直线10为负载的机械特性，拖动系统的工作点Q1，转矩为T1，转速为n1，电动机的同步转速为n01。在拖动系统中，电动机的负载功率为P=T B n9550。电动机转子功率分配如下：  电动机的电磁功率为：PM1=T1n019550；  电动机的轴上的输出功率：PL1=T1n19550 ；  电动机的功率损失：P1=PM1PL1=T1（n01n1）9550=T1n19550=s PM1  （忽定子侧的功率损失），s =n1n01为异步电动机转差率。可见，电动机的功率损失与转差率的大小成正。2.2各种调速方

5、法的功率损失绕线转子异步电动机通过改变在转子回路中串入电阻的大小来调速，串入电阻后的机械特性如图中的曲线所示（曲线为自然机械特性）。拖动系统的工作点移至Q2，转矩为T1，转速则下降为n2 。这时，由于同步转速n01未变，故电磁功率PM1=T1B n019550；电动机轴上输出功率PL2=T1B n29550；电动机功率损失P2=PM1PL2=T1B ( n01n2 )9550=T1Bn29550，由于转差n2=n01n2>>n1所以P2>>P1。事实上，转速的下降是通过在转子的外接电阻中消耗能量来实现的。电磁调速电动机所得到的机械特性和功率损失与绕线转子异步电动机十分相

6、似，只是其功率损失主要消耗在“第二级转子”中。异步电动机在改变频率后，其机械特性基本上与自然机械特性平行（在不同转速下的转差大致相等），如图所示。异步电动机在变频调速过程中，其功率损失的大小基本不变。变频调速技术在火电厂输煤系统的给料皮带机应用的节能分析以广东湛江电厂# 链斗式卸船机给料皮带机为例，原来采用三相380V变频驱动，为了能达到设备互为备用和检修方便的要求，增加K3接触器对电动机进行工频（恒频）控制，如图所示。    我们曾以工频和变频分别对给料皮带机驱动进行多次实用性试验，A、B、C三相的线电压值分别为387V，388V，386V。对空载和负载条件下工

7、频和变频工作时的线电流进行测试，其结果如表和表所示。空载试验时，皮带上无煤，工频为50HZ，变频分别取50HZ，40HZ，30HZ。负载试验时，根据皮带上的装煤量分为轻载、中载和重载，工频和变频都为50HZ。表空载时工频和变频工作的线电流频率HZ相别线电流A工频变频50A13.95.6B13.25.2C13.45.240A 4.7B4.3C4.4 30A4.1B3.8C3.8 表负载时工频与变频工作的线电流频率HZ相别线电流工频变频轻载中载重载轻载中载重载50A16.318.720.68.910.012.4B15.817.920.38.59.712.2C15.91

8、7.620.28.59.712.1    在同频率工作时，变频时的线电流小于工频时的线电流。线电流的减小使电动机的铜损、铁损及电网线路损失都减少，输煤系统的效率得到提高。变频工作时，在给料皮带空载的情况下，线电流随频率的减小而减小，可见降频使用具有明显的节能效果。另外，空载情况下频率为50HZ时电动机的最大启动电流由工频时的81.7 A降为变频时的8.6 A ，因此采用变频器驱动可以频繁启动而不损伤电动机，而且启动平稳，对电网冲击也大大减小。结 论通过与传统调速方法节能原理及能耗比较，结合实例分析，变频调速不仅有良好的调速性能、调节精度高、启动电流小等特点，更具有显著的节能效果。随着变频调速技术越来越成熟，变频器自身保护功能齐