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变频器
   
变频器的控制方案

传统控制方案中,风机、泵类设备多数采用异步电动机直接驱动的方式运行,存在启动电流大、机械冲击、电气保护特性差等缺点。不仅影响设备使用寿命,而且当负载出现机械故障时不能瞬间动作保护设备,时常出现泵损坏同时电机也被烧毁的现象。

近年来,出于节能的迫切需要和对产品质量不断提高的要求,加之采用变频调速器(简称变频器)易操作、免维护、控制精度高,并可以实
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现高功能化等特点;因而采用变频器驱动的方案开始逐步取代风门、挡板、阀门的控制方案。

为了提高地铁环控系统的控制质量、降低能耗以及提高管理的自动化水平和系统的综合可靠性,目前国内地铁大功率风机的驱动系统一般采用全数字交流变频器实施控制,提高环控系统中交流传动电控系统的可靠性和稳定性及系统的可维护性,从而达到提高整个系统的综合运行性能和降低能耗的目的。为了达到上述目的,一般有如下的要求:

■ 对一般性故障变频器必须采用降低载波频率或降容运行等技术处理手段,尽可能维持系统的不间断运行。

■ 一般要求变频器内置滤波器,使其无线电发射、传导性发射水平能够满足国家和国际标准。

■ 由于国内的电网质量不尽理想,需要变频器的用电范围越大越好确保电网出现波动时保证地铁中主要环控设备能够正常工作。

■ 由于变频器故障多发生在电机的启动和停车过程中,所以变频器必须具有自动调节加减速时间的功能,变频器加减速时间应大范围连续可调。

■ 所有的设定参数应能根据地铁运行的不同工况进行自动的参数整定,确保变频器风机在不同工况下自动按照相应的整定参数运行。

■ 对于大功率风机还要考虑共振点,需要变频器在某个特定的频率运行时能够自动躲过共振点。这样对于保护风机本体以及减少噪音,提高运行效率都是非常有好处的。

■ 变频器一般采用矢量控制方式,可以通过对电机参数的输入,对电机进行自整定调节,给电机建立相应的数据模型,以计算理想的电机特性, 达到变频器与电机的理想匹配。

■ 变频器在整流,逆变过程中产生电源谐波和电磁干扰是不可避免的。变频器应合理有效的降低或抑制谐波和电磁干扰是必须具备的功能,使之不得影响周围其它电器设备,而且变频器的输出容量不会因此而降低。

■ 为到达最佳的节能效果、变频器应该具有自动能量优化功能。

■ 变频器可以由监控系统或变频器局部自动控制平稳地转到手动控制方式,切换时不得导致系统的停机、失控、振荡和故障。

■ 考虑到现场使用、维护人员基本情况及使用维护需要,每台变频器一般配有独立操作面板,最好是中文界面,方便使用和维护。面板可以同时监视变频器状态、电机电流、电机电压、电机转速、输出频率、速度给定、电机力矩和运行过程量,用户也可根据需要改变显示参数。

变频器的节能原理

1. 风机、泵类设备均属平方转矩负载,其转速n与流量Q,压力H以及轴功率P具有如下关系:Q∝n ,H∝n2,P∝n3;即,流量与转速成正比,压力与转速的平方成正比,轴功率与转速的立方成正比。

2. 采用风机定速运行出口阀门控制流量。当流量从Q1减小至Q2时,阀门开度减小使管网阻力特性由r0变为r1,系统工作点沿方向I由原来的A点移至B点;受其节流作用压力H1变为H2。则风机由A点移至B点工作时,电机节省的功耗为AQ1OH1和BQ2OH2的面积差。

3. 如果采用调速手段改变风机的转速n,当流量从Q1减小50%至Q2时,那么管网阻力特性为同一曲线r0,系统工作点将沿方向II由原来的A点移至C点,此时,电机节省的功耗为AQ1OH1和CQ2OH3的面积差。

4. 比较采用阀门开度调节和风机转速控制,显然使用风机转速控制更为有效合理,采用转速调节将比原来的阀门调节节省BCH3H2所对应的功率大小。