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变频器的基本原理与优点
发布时间:2020-10-10
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随着智制造2025的提出,实现生产智能化,制造自动化,已经逐渐成为生产制造业的主要目标。


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智能制造驾驶舱


这直接推动了各类型的电磁驱动器(以下简称电机)在生产中的使用,各行业都投入巨资将生产流程打造的更智能、更精密、更准确、更快速、更节能,也使电机一跃成为真正的全球用电大户,在10年内从占全球总用电量的40%提升到70%左右。其中,在家庭用电中制热与制冷设备占用了家庭总用电量的70%以上[1],在生产企业中更是达到了90%以上的能耗。

但是,制造业的进步,也进一步加剧了能源消耗,如何降低能源消耗,减少碳排放是智能制造面临的新课题,现阶段这个课题最优的求解方式就是直接降低电机的能源消耗。

技术的进步,使电机在制冷、供暖、空气循环、民用汽车、工业运输、原油等领域得到了广泛应用,而变频器是电机节能与性能控制的核心。

变频器可以在保证满足使用需求的前提下,匀速调整电机运行速度,将电机运行速度降到最低,低转速能直接降低电机耗电量。

与传统的电机定速运行模式相比,变频器在满足电机转速的同时能将能耗降低30-70%左右,其中使用最多的风扇和水泵类可降低30%-50%左右,抽油机约35%,压缩机可达40%,运输载具在50-70%左右(配合优秀的电脑控制,某些运行阶段可达90%以上)[2]。

接下来我们将由浅入深了解什么是变频器,变频器在各行业中的应用以及变频器在使用中可能遇到的问题以及解决方案。

1.什么是变频器‍

变频器是一种额外接入电机电力系统中的电气设备,通过调节提供给电动机的电流频率来控制电机的转速,也可称为脉宽调制控制器、可调速驱动器、变频驱动器、交直流电机控制器、交流电机控制器、交直交电机控制器、逆变电流电机控制器、可变电压可变频率驱动器等。

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常见的变频器外观

2. 变频器的基本原理

如下图所示,变频器通过整流器将输入的交流电转换为直流电,然后将经过滤波的电压平滑输入到逆变器,最后输出给电机。

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变频器的基本原理

3. 使用变频器的好处

在使用变频器后,主要优势有如下几点:

1)       提供软启动功能,降低电机启动电流,使之不会产生浪涌,从而减少电机的机械应力并提高电机的稳定性;

2)       降低了电网搭建难度,无需考虑电机启动时电流对电网的冲击;

3)       降低了电机运行时对电网产生的谐波干扰;

4)       实现无级调速(实际使用中可搭配速度感应器、PLC等做到自动无级调速);

5)       按需降速,降低功耗;

6)       可以提高整个电力系统的功率因数;

7)       有序的监控系统性能,将能耗比做到量化;

     

      下一次我们将谈到变频器在供暖系统、制冷系统、空压机、抽油机中的应用,最终我们会探讨到变频器在各行业中应用与可能产生的一些问题,并且提出一些解决方案,感谢您的阅读。


本节参考资料:

[1] Waide P , Brunner C U . Energy-Efficiency Policy Opportunities for Electric Motor-Driven Systems[J]. Iea Energy Papers, 2011.

[2] Goetzler, William, Sutherland,等. Energy Savings Potential and Opportunities for High-Efficiency Electric Motors in Residential and Commercial Equipment[J]. 2013. 

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