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變頻器的7大應(yīng)用誤區(qū)

誤區(qū)1、使用變頻器都能節(jié)電
   一些文獻(xiàn)宣稱變頻調(diào)速器是節(jié)電控制產(chǎn)品,給人的感覺是只要使用變頻調(diào)速器都能節(jié)電。
   實際上,變頻調(diào)速器之所以能夠節(jié)電,是因為其能對電動機(jī)進(jìn)行調(diào)速。如果說變頻調(diào)速器是節(jié)電控制產(chǎn)品的話,那么所有的調(diào)速設(shè)備也都可以說是節(jié)電控制產(chǎn)品。變頻調(diào)速器只不過比其它調(diào)速設(shè)備效率和功率因數(shù)略高罷了。
   變頻調(diào)速器能否實現(xiàn)節(jié)電,是由其負(fù)載的調(diào)速特性決定的。對于離心風(fēng)機(jī)、離心水泵這類負(fù)載,轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比,功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。只要原來采用閥門控制流量,且不是滿負(fù)荷工作,改為調(diào)速運(yùn)行,均能實現(xiàn)節(jié)電。當(dāng)轉(zhuǎn)速下降為原來的80%時,功率只有原來的51.2%??梢姡冾l調(diào)速器在這類負(fù)載中的應(yīng)用,節(jié)電效果最為明顯。對于羅茨風(fēng)機(jī)這類負(fù)載,轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的大小無關(guān),即恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。若原來采用放風(fēng)閥放走多余風(fēng)量的方法調(diào)節(jié)風(fēng)量,改為調(diào)速運(yùn)行,也能實現(xiàn)節(jié)電。當(dāng)轉(zhuǎn)速下降為原來的80%時,功率為原來的80%。比在離心風(fēng)機(jī)、離心水泵中的應(yīng)用節(jié)電效果要小得多。對于恒功率負(fù)載,功率與轉(zhuǎn)速的大小無關(guān)。水泥廠恒功率負(fù)載,如配料皮帶秤,在設(shè)定流量一定的條件下,當(dāng)料層厚時,皮帶速度減慢;當(dāng)料層薄時,皮帶速度加快。變頻調(diào)速器在這類負(fù)載中的應(yīng)用,不能節(jié)電。
   與直流調(diào)速系統(tǒng)比較,直流電動機(jī)比交流電動機(jī)效率高、功率因數(shù)高,數(shù)字直流調(diào)速器與變頻調(diào)速器效率不相上下,甚至數(shù)字直流調(diào)速器比變頻調(diào)速器效率略高。所以,宣稱使用交流異步電動機(jī)和變頻調(diào)速器比使用直流電動機(jī)和直流調(diào)速器要節(jié)電,理論和實踐證明,這是不正確的。
誤區(qū)2、變頻器的容量選擇以電動機(jī)額定功率為依據(jù)
   相對于電動機(jī)來說,變頻調(diào)速器的價格較貴,因此在保證安全可靠運(yùn)行的前提下,合理地降低變頻調(diào)速器的容量就顯得十分有意義。
   變頻調(diào)速器的功率指的是它適用的4極交流異步電動機(jī)的功率。
   由于同容量電動機(jī),其極數(shù)不同,電動機(jī)額定電流不同。隨著電動機(jī)極數(shù)的增多,電動機(jī)額定電流增大。變頻調(diào)速器的容量選擇不能以電動機(jī)額定功率為依據(jù)。同時,對于原來未采用變頻器的改造項目,變頻調(diào)速器的容量選擇也不能以電動機(jī)額定電流為依據(jù)。這是因為,電動機(jī)的容量選擇要考慮最大負(fù)荷、富裕系數(shù)、電動機(jī)規(guī)格等因素,往往富裕量較大,工業(yè)用電動機(jī)常常在50%~60%額定負(fù)荷下運(yùn)行。若以電動機(jī)額定電流為依據(jù)來選擇變頻調(diào)速器的容量,留有富裕量太大,造成經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi),而可靠性并沒有因此得到提高。
   對于鼠籠式電動機(jī),變頻調(diào)速器的容量選擇應(yīng)以變頻器的額定電流大于或等于電動機(jī)的最大正常工作電流1.1倍為原則,這樣可以最大限度地節(jié)約資金。對于重載起動、高溫環(huán)境、繞線式電動機(jī)、同步電動機(jī)等條件下,變頻調(diào)速器的容量應(yīng)適當(dāng)加大。
   對于一開始就采用變頻器的設(shè)計中,變頻器容量的選擇以電動機(jī)額定電流為依據(jù)無可厚非。這是因為此時變頻器容量不能以實際運(yùn)行情況來選擇。當(dāng)然,為了減少投資,在有些場合,也可先不確定變頻器的容量,等設(shè)備實際運(yùn)轉(zhuǎn)一段時間后,再根據(jù)實際電流進(jìn)行選擇。
   內(nèi)蒙古某水泥公司Φ24m×13m水泥磨二級粉磨系統(tǒng)中,有1臺國產(chǎn)N-1500型O-Sepa高效選粉機(jī),配用電動機(jī)型號為Y2-315M-4型,電動機(jī)功率為132kW,卻選用FRN160-P9S-4E型變頻器,這種變頻器適用于4極、功率為160kW電動機(jī)。投入運(yùn)行后,最大工作頻率48Hz,電流只有180A,不到電動機(jī)額定電流的70%,電動機(jī)本身已有相當(dāng)?shù)母辉A?。而變頻器選用規(guī)格又比拖動電動機(jī)大1個等級,造成不應(yīng)有的浪費(fèi),可靠性不會因此而提高。
   安徽巢湖水泥廠3號石灰石破碎機(jī),其喂料系統(tǒng)采用1500×12000板式喂料機(jī),拖動電動機(jī)選用Y225M-4型交流電動機(jī),電動機(jī)額定功率45kW,額定電流為84.6A。在進(jìn)行變頻調(diào)速改造前,通過測試發(fā)現(xiàn),板式喂料機(jī)拖動電動機(jī)正常運(yùn)行時,三相平均電流僅30A,只有電動機(jī)額定電流的35.5%。為了節(jié)省投資,選用ACS601-0060-3型變頻器,該變頻器額定輸出電流為76A,適用于4極、功率為37kW電動機(jī),取得了較好的使用效果。
   這2個例子一反一正說明了,對于原來未采用變頻器的改造項目,變頻器的容量以實際工況為依據(jù)來選擇可大幅度減少投資。
誤區(qū)3、用視在功率計算無功補(bǔ)償節(jié)能收益
   用視在功率計算無功補(bǔ)償節(jié)能效果。如文獻(xiàn)[1]原系統(tǒng)風(fēng)機(jī)工頻滿載工作時,電動機(jī)運(yùn)行電流為289A,采用變頻調(diào)速時,50Hz滿載運(yùn)行時的功率因數(shù)約為0.99,電流是257A,這是由于變頻器內(nèi)部濾波電容產(chǎn)生改善功率因數(shù)的作用。節(jié)能計算如下:ΔS=UI=×380×(289-257)=21kVA
   因此該文認(rèn)為其節(jié)能效果約為單機(jī)容量的11%左右。
   實際分析:S即表示視在功率,即電壓與電流的乘積,電壓相同時,視在功率節(jié)約百分比與電流節(jié)約百分比是一回事。在有電抗的電路中,視在功率只是反映了配電系統(tǒng)的允許最大輸出能力,而不能反映電動機(jī)實際消耗的功率。電動機(jī)實際消耗的功率只能用有功功率表示。在該例中,雖用實際電流計算,但計算的是視在功率,而不是有功功率。我們知道,電動機(jī)實際消耗的功率是由風(fēng)機(jī)及其負(fù)載決定的。功率因數(shù)的提高并沒有改變風(fēng)機(jī)的負(fù)載,也沒有提高風(fēng)機(jī)的效率,風(fēng)機(jī)實際消耗的功率沒有減少。功率因數(shù)提高后,電動機(jī)運(yùn)行狀態(tài)也沒有改變,電動機(jī)定子電流并沒有減少,電動機(jī)消耗的有功功率和無功功率都沒有改變。功率因數(shù)提高的原因是變頻器內(nèi)部濾波電容產(chǎn)生無功功率供給了電動機(jī)消耗。隨著功率因數(shù)提高,變頻器的實際輸入電流減少,從而減少了電網(wǎng)至變頻器之間的線損和變壓器的銅耗。同時,負(fù)荷電流減小,給變頻器供電的變壓器、開關(guān)、接觸器、導(dǎo)線等配電設(shè)備可以帶更多的負(fù)載。需要指出的是,如果象該例一樣不考慮線損和變壓器銅耗的節(jié)約,而考慮變頻器的損耗,變頻器在50Hz滿載運(yùn)行時,不僅沒有節(jié)能,而且還費(fèi)電。因此,用視在功率計算節(jié)能效果是不對的。
   某水泥廠離心風(fēng)機(jī)拖動電動機(jī)型號為Y280S-4,額定功率為75kW,額定電壓380V,額定電流140A。在進(jìn)行變頻調(diào)速改造前,閥門全開,通過測試發(fā)現(xiàn),電動機(jī)電流70A,只有50%負(fù)荷,功率因數(shù)為0.49,有功功率為22.6kW,視在功率為4607kVA。在采用變頻調(diào)速改造后,閥門全開,額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行時,三相電網(wǎng)平均電流為37A,從而認(rèn)為節(jié)電(70-37)÷70×100%=44.28%。這樣計算,看似合理,實質(zhì)上仍是以視在功率計算節(jié)能效果。該廠在進(jìn)一步測試后發(fā)現(xiàn),此時功率因數(shù)為0.94,有功功率為22.9kW,視在功率為24.4kVA??梢?,有功功率增加,不但沒有節(jié)電,反而費(fèi)電。有功功率增加的原因是考慮了變頻器的損耗,而沒有考慮線損和變壓器銅耗的節(jié)約。產(chǎn)生這種錯誤的關(guān)鍵在于沒有考慮功率因數(shù)提高對電流下降的影響,默認(rèn)功率因數(shù)不變,從而片面夸大了變頻器的節(jié)能效果。因此,在計算節(jié)能效果時,必須用有功功率,不能用視在功率。
誤區(qū)4、變頻器輸出側(cè)不能加裝接觸器
   幾乎所有變頻調(diào)速器使用說明書都指出,變頻調(diào)速器輸出側(cè)不能加裝接觸器。如日本安川變頻器說明書就規(guī)定“切勿在輸出回路連接電磁開關(guān)、電磁接觸器”。
   廠家的規(guī)定是為了防止在變頻調(diào)速器有輸出時接觸器動作。變頻器在運(yùn)行中連接負(fù)載,會由于漏電流而使過電流保護(hù)回路動作。那么,只要在變頻調(diào)速器輸出與接觸器動作之間,加以必要的控制聯(lián)鎖,保證只有在變頻調(diào)速器無輸出時,接觸器才能動作,變頻調(diào)速器輸出側(cè)就可以加裝接觸器。這種方案對于只有1臺變頻調(diào)速器,2臺電動機(jī)(1臺電動機(jī)運(yùn)行,1臺電動機(jī)備用)的場合,具有重要的意義。當(dāng)運(yùn)行的電動機(jī)出現(xiàn)故障時,可以很方便地將變頻器切換到備用電動機(jī),經(jīng)過延時使變頻器運(yùn)行,實現(xiàn)備用電動機(jī)自動投入變頻運(yùn)行。并且還可以很方便地實現(xiàn)2臺電動機(jī)的互為備用。
誤區(qū)5、變頻調(diào)速器在離心風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用,可完全取代風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)閥門
   采用變頻調(diào)速器對離心風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速來控制風(fēng)量,與調(diào)節(jié)閥門控制風(fēng)量相比,具有明顯的節(jié)電效果。但在有些場合,變頻調(diào)速器不能完全取代風(fēng)機(jī)的閥門,在設(shè)計中要引起特別注意。為了說明這個問題,我們先從其節(jié)電原理談起。離心風(fēng)機(jī)的風(fēng)量與轉(zhuǎn)速的一次方成正比,風(fēng)壓與轉(zhuǎn)速的平方成正比,軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。
誤區(qū)6、 通用電動機(jī)只能在其額定轉(zhuǎn)速以下采用變頻調(diào)速器降速運(yùn)行
   經(jīng)典理論認(rèn)為,通用電動機(jī)頻率上限為55Hz。這是因為當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)速需要調(diào)到額定轉(zhuǎn)速以上運(yùn)行時,定子頻率將增加到高于額定頻率(50Hz)。這時,若仍按恒轉(zhuǎn)矩原則控制,則定子電壓將升高超過額定電壓。那么,當(dāng)調(diào)速范圍高于額定轉(zhuǎn)速時,須保持定子電壓為額定電壓不變。這時,隨著轉(zhuǎn)速/頻率的上升,磁通將減少,因此在同一定子電流下的轉(zhuǎn)矩將減小,機(jī)械特性變軟,電動機(jī)的過載能力大幅度減少。
   由此可見,通用電動機(jī)頻率上限為55Hz是有前提條件的:
   1、定子電壓不能超過額定電壓;
   2、電動機(jī)在額定功率運(yùn)行;
   3、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。
   上述情況下,理論和試驗證明,若頻率超過55Hz,將使電動機(jī)轉(zhuǎn)矩變小,機(jī)械特性變軟,過載能力下降,鐵耗急增,發(fā)熱嚴(yán)重。 
   筆者認(rèn)為,電動機(jī)實際運(yùn)行狀況表明,通用電動機(jī)可以通過變頻調(diào)速器進(jìn)行提速運(yùn)行。能否變頻提速?能提多少?主要是由電動機(jī)拖動的負(fù)載來決定的。首先,要弄清負(fù)荷率是多少?其次,要搞清楚負(fù)載特性,根據(jù)負(fù)載的具體情況,進(jìn)行推算。簡單分析如下:
   1、事實上,對于380V通用電動機(jī),定子電壓超過額定電壓10%長期運(yùn)行是可以的,對電動機(jī)絕緣及壽命沒有影響。定子電壓提高,轉(zhuǎn)矩顯著增大,定子電流減少,繞組溫度下降。
   2、電動機(jī)負(fù)荷率通常為50%~60% 
   一般情況下,工業(yè)用電動機(jī)通常在50%~60%額定功率下工作。經(jīng)推算,電動機(jī)輸出功率為70%額定功率,定子電壓提高7%時,定子電流下降26.4%,此時,即使是恒轉(zhuǎn)矩控制,采用變頻調(diào)速器提高電動機(jī)轉(zhuǎn)速20%,定子電流也不但不會上升,反而會下降。盡管提高頻率后,電動機(jī)鐵耗急增,但由其產(chǎn)生的熱量與定子電流下降而減少的熱量相比甚微。因此,電動機(jī)繞組溫度也將明顯下降。
   3、負(fù)載特性各種各樣
   電動機(jī)拖動系統(tǒng)是為負(fù)載服務(wù)的,不同的負(fù)載,機(jī)械特性不同。電動機(jī)在提速后必須滿足負(fù)載機(jī)械特性的要求。經(jīng)推算恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載不同負(fù)荷率(k)時的允許最高運(yùn)行頻率(fmax)與負(fù)荷率成反比,即fmax=fe/k,其中fe為額定工頻。對恒功率負(fù)載,通用電動機(jī)的允許最高工作頻率主要受電動機(jī)轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)軸的機(jī)械強(qiáng)度限制,筆者認(rèn)為一般限制在100Hz以內(nèi)為宜。
   應(yīng)用實例:
   我廠鏈斗輸送機(jī)為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載,因產(chǎn)量提高,需將其電動機(jī)轉(zhuǎn)速提高20%。該電動機(jī)型號為Y180L-6,額定功率15kW,額定電壓380V,額定電流31.6A,額定轉(zhuǎn)速980r/min,效率89.5%,功率因數(shù)0.81,運(yùn)行電流18~20A,正常時最大運(yùn)行功率7.5kW,負(fù)荷率為50%。安裝CIMR-G5A4015型變頻調(diào)速器后,運(yùn)行頻率60Hz,提高轉(zhuǎn)速20%,變頻器輸出電壓最高設(shè)定為410V,電動機(jī)運(yùn)行電流12~15A,下降30%左右,電動機(jī)繞組溫度明顯下降。
誤區(qū)7、忽視變頻器的自身特點
   變頻調(diào)速器的調(diào)試工作一般由經(jīng)銷廠家來完成,不會出現(xiàn)什么問題。變頻調(diào)速器的安裝工作較簡單,一般由用戶來完成。一些用戶不認(rèn)真閱讀變頻調(diào)速器的使用說明書,不嚴(yán)格按照技術(shù)要求進(jìn)行施工,忽視變頻器自身特

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