變頻器的工作原理與作用是什么？

發(fā)布時(shí)間：

2024-07-23 10:48

變頻器，作為一種普遍應(yīng)用的電力設(shè)備，其主要功能是將輸入電源的頻率轉(zhuǎn)換為所需輸出頻率。這種轉(zhuǎn)換是通過(guò)調(diào)整頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的精確控制，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能減耗、精確調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速、控制扭矩、減少啟動(dòng)時(shí)的沖擊以及保護(hù)機(jī)械設(shè)備等多重目的。在眾多行業(yè)中，變頻器扮演著不可或缺的角色，尤其是在交通運(yùn)輸系統(tǒng)、制造業(yè)生產(chǎn)線、能源管理系統(tǒng)以及礦山和采石作業(yè)中，變頻器的應(yīng)用不僅廣泛而且至關(guān)重要。

一、變頻器的工作原理

變頻器的工作原理涉及對(duì)電源輸出頻率的精確控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。它主要由兩大部分構(gòu)成：輸入端（整流側(cè)）和輸出端（逆變側(cè)）。一個(gè)典型的變頻器結(jié)構(gòu)包括整流器、濾波電容、逆變器以及控制電路。

整流器的功能是將交流電轉(zhuǎn)換成直流電，為逆變器提供必要的直流電源。

濾波電容則負(fù)責(zé)消除直流電中的脈動(dòng)和紋波，確保輸出電壓的穩(wěn)定性和可靠性。

逆變器的核心作用是將直流電再次轉(zhuǎn)換為交流電，實(shí)質(zhì)上是一個(gè)電能逆向轉(zhuǎn)換的過(guò)程。

控制電路則扮演著檢測(cè)和控制的角色，它檢測(cè)輸入和輸出的電流及頻率，并通過(guò)調(diào)控逆變器中的開(kāi)關(guān)元件來(lái)調(diào)節(jié)輸出頻率。

二、變頻器的作用

節(jié)能降耗：通過(guò)降低轉(zhuǎn)速，變頻器可以降低電機(jī)的功率消耗，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。如果您的生產(chǎn)工藝過(guò)程未使用變頻器對(duì)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，您會(huì)由于過(guò)程效率低下而使每月能源成本高達(dá)上千萬(wàn)元。能源時(shí)代，選擇合適的變頻器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備更為精確、有效的控制，從而有助于降低運(yùn)行成本。

轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)：變頻器能夠精確地調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，適應(yīng)不同負(fù)載條件下的工作需求。例如，在制造業(yè)中，生產(chǎn)線上的機(jī)器往往需要根據(jù)產(chǎn)品類(lèi)型和生產(chǎn)速度變化來(lái)調(diào)整轉(zhuǎn)速，這時(shí)使用變頻器可以實(shí)現(xiàn)靈活的轉(zhuǎn)速控制。

扭矩控制：變頻器還可以控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的扭矩輸出，使其在不同負(fù)載條件下保持恒定的輸出功率。這對(duì)于某些需要精確控制扭矩的應(yīng)用場(chǎng)景尤為重要，比如電梯、卷簾門(mén)等。

減少起動(dòng)沖擊：由于變頻器可以實(shí)現(xiàn)漸進(jìn)式啟動(dòng)和停止，可以有效地減少起動(dòng)和停止時(shí)的沖擊和應(yīng)力，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。

保護(hù)設(shè)備：變頻器能夠通過(guò)監(jiān)測(cè)電流、溫度和振動(dòng)等參數(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，并在異常情況下及時(shí)停機(jī)或報(bào)警，變頻器通過(guò)控制電機(jī)的啟停，減少電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的沖擊和電壓波動(dòng)，延長(zhǎng)電機(jī)壽命。

三、變頻器的應(yīng)用領(lǐng)域

交通運(yùn)輸：變頻器在交通運(yùn)輸領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用，包括地鐵、高鐵、電動(dòng)車(chē)輛等。在電動(dòng)汽車(chē)中，變頻器用于調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和扭矩，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的高效運(yùn)行。

制造業(yè)：在制造業(yè)中，變頻器廣泛應(yīng)用于各種機(jī)器設(shè)備的驅(qū)動(dòng)，如風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)等。通過(guò)調(diào)整設(shè)備的工作頻率和轉(zhuǎn)速，可以提高設(shè)備的效率和可控性。

能源領(lǐng)域：在能源領(lǐng)域中-變頻器被用于發(fā)電廠內(nèi)的各種大功率風(fēng)機(jī)，水泵負(fù)載的節(jié)能控制，根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷的高低變化，動(dòng)態(tài)調(diào)整，以到達(dá)工藝調(diào)節(jié)和節(jié)能的目標(biāo)。此外，利用了變頻技術(shù)的光伏逆變器，可以將光伏電池板產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為交流電并注入電網(wǎng)。

礦山與采石場(chǎng)：在礦山與采石場(chǎng)中，變頻器廣泛應(yīng)用于驅(qū)動(dòng)運(yùn)輸設(shè)備、破碎機(jī)、給料機(jī)等。通過(guò)變頻器的精確控制，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的高效穩(wěn)定運(yùn)行，并減少能源消耗。

總之，變頻器在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。使用變頻器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速、輸出功率的控制，從而節(jié)約能源、提高生產(chǎn)效率和穩(wěn)定性。

四、以電力行業(yè)為例，分享高壓變頻器的應(yīng)用

2013年底，阿波羅機(jī)械計(jì)劃建設(shè)百萬(wàn)千瓦級(jí)核電主給水泵專(zhuān)用試驗(yàn)站，如果該試驗(yàn)站建成，將是國(guó)際上第一次實(shí)現(xiàn)在水泵廠對(duì)許多核電水泵進(jìn)行項(xiàng)目測(cè)試，開(kāi)創(chuàng)國(guó)際先例。該項(xiàng)目也對(duì)變頻器驅(qū)動(dòng)作出特殊要求。

1）變頻器不僅需要具有12000kW長(zhǎng)期運(yùn)行能力，而且需要10kV、6.6kV、6kV均可使用；

2）考慮水泵一定的破壞性試驗(yàn)工作，具有一定的過(guò)載能力；

3）水泵需要做長(zhǎng)期的耐久試驗(yàn)，考慮試驗(yàn)節(jié)能需要，變頻器必須具有無(wú)痕切換工頻能力（客戶電網(wǎng)總?cè)萘恐挥?6000kVA），所以要求切換時(shí)電流不能有一點(diǎn)沖擊。

根據(jù)客戶招標(biāo)要求，結(jié)合自身技術(shù)優(yōu)勢(shì)，新時(shí)達(dá)為用戶提供1套完備的高壓變頻器系統(tǒng)解決方案。該方案以變頻器為主體，外配客戶工頻旁路部分，客戶電機(jī)選擇的切換部分，以及現(xiàn)場(chǎng)電力監(jiān)視部分。

2014年7月2日，在上海阿波羅機(jī)械股份有限公司成功驗(yàn)收首臺(tái)具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的輔助給水泵組。該產(chǎn)品填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，對(duì)推動(dòng)我國(guó)核電站關(guān)鍵核心設(shè)備的自主化、國(guó)產(chǎn)化具有重要意義，徹底打破了國(guó)外廠家壟斷的局面。

下圖為該項(xiàng)目高壓變頻器室。