在選用節能變頻器時,應該遵守以下10條原則,作為決定方案的前提。當地電費價格高的,在同樣節電量時,經濟收益就更大,這也是必然要考慮的事。
1)變頻器要節電是有**條件的。在不影響使用的條件下,適當改變工況參數后,把不合理運行參數所消耗電能節省下來,就可做到從一般運行轉變成經濟運行。
2)要節能**要降低頻率,下降值越大,節電越多。不降低頻率,變頻器原則上是不能節電的。
3)與負載率有關。負載率在10%~90%時,節電率***多約8%~10%,負載率低相應節電率高些。但無功節電率大約40%~50%,是不計電費的。
4)與原來的運行的工況參數值的合理程度有關。例如,與壓力、流量、轉速等可調節的量值大小有關,可調整量大,則節電率就高,否則相反。
5)與原來采用的調整方式有關。采用進口或出口閥門方式來調整運行參數的,很不經濟,若改為變頻器調速,則經濟合理。使用變頻器調速后,比用人工閥門調整運行方法,能多節電達20%~30%.
6)與原來采用的調速方式有關。例如,原來用滑差電動機調速,因調**率低,尤其在中、低速時,效率只有50%以下,很不經濟,改為變頻器調速后,把這部分電能節省下來了。目前輕工、紡織、造紙、印染、塑料、橡膠等行業中,大多還在使用滑差電動機,故使用變頻器來實現節能,技術改造工作是當務之急的事。
7)與電動機工作方式有關。例如,連續運轉、短時運轉、間歇運轉的節電量是不同的。
8)與電動機開動時間長短有關。例如,一天開機24h,一年開365天的節電量就大,反之則小。
9)與電動機本身功率大小有關。同樣節電率下,功率大的節電量值大,經濟效益就大,哪怕節電率相對小功率電動機低些,但實際收益較大。
10)與本單位生產工藝設各重要性有關。首先要選產品電耗大的、產品成本高的、現用的調速方式是不夠經濟合理的設各加以改造,改用變頻器后就能有立竿見影、事半功倍的效果。
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變頻器高次諧波抑制措施對小容量的通用,高次諧波很少成為問題,但當使用的變頻器容量大或數量多時,往往就會產生高次諧波電流和高次諧波干擾問題,因此對于高次諧波先采取適當的對策和預防措施是非常重要的。
1、改善變頻器結構
可以從變頻器自身硬件結構或者整個變頻系統的構建方式和設備選擇等方面考慮,從根本上減少變頻系統注入電網的諧波、無功等污染。
(1)變頻系統的供電與其他設備的供電電源相互獨立,或在變頻器和其他用電設備的輸入側安裝隔離變壓器;
(2)在整流環節采用多重化技術,提高脈波數,可以有效地提高特征諧波次數,降低特征諧波幅值。對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,直流電壓可調節;
(4)逆變環節采用高開關頻率高的器件,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)在逆變環節采用多重化技術,提高脈波數,使輸出的電流電壓波形更加接近正弦波。但重數越多電路越復雜,可靠性會隨之降低,三重化電路可以兼顧輸出波形質量和設備可靠性,較理想。
2、采用合適的控制策略
從變頻器控制器這一點出發,可采用更合適的控制策略或者在原來的控制策略基礎上作點優化和改進,試驗方法上更大限度地減少諧波的產生。以實際應用中常用的正弦脈寬調制法(SPWM)法和特定消諧法(SHE)法為例。
根據SPWM基本理論,當調制波頻率為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生N-3次以上的諧波,雙極性SPWM控制在輸出電壓中產生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候,由于受到元件開關頻率的限制,N值不可能大,SPWM控制的優勢就不太明顯了,這個時候選擇SHE法可以在開關次數相等的情況下輸出質量較高的電壓、電流,降低了對輸入、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的特征諧波以及個別變頻器的特有非特征諧波特性,制訂濾波方案對污染源進行治理。也即通常說的先污染,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效。
(1)若變頻器輸入側沒有裝設專用變壓器,可在輸入側接入交流電抗器(ACL)使整流阻抗增大,抑制高次諧波電流。
(2)在變頻器和電網系統間的電力回路中使用交流濾波器。交流濾波器有調諧濾波器和二次型濾波器,調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高次諧波的吸收,一般兩者組合使用,**某個單次諧波同時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PWM的上升沿,減小dV/dt,從而抑制變頻輸出過電壓。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,避免零序電壓經定子繞組與定、轉子邊的寄生產生的電流對電機等設備造成損失。