我是“節(jié)能先鋒”——變頻器的自白
文章來源： 閱讀：次 2011-07-13
我叫變頻器，在眾多節(jié)能新產(chǎn)品中，我以優(yōu)異性能被人們譽(yù)為“節(jié)能先鋒”。
當(dāng)今世界，極端災(zāi)害天氣頻頻發(fā)生，冰川融化、海平面上升、干旱持續(xù)、暴雨成災(zāi)……嚴(yán)重威脅著人類的生存。今天，節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境成為人類必須共同面對(duì)的重要課題。我，就在這種大氣候下應(yīng)運(yùn)而生。
變頻器，顧名思義，就是一種綜合應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，以改變電機(jī)工作電源頻率和幅度，來控制交流電動(dòng)機(jī)電力傳動(dòng)的元件。我的誕生，凝結(jié)著人類的智慧和汗水。
工程師們?yōu)榱孙L(fēng)機(jī)、水泵等設(shè)備安全可靠運(yùn)行，在設(shè)計(jì)配用動(dòng)力驅(qū)動(dòng)時(shí)，都留有一定的富余量。在電機(jī)不是滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成電能的浪費(fèi)。舉例來說，一匹半馬才能把一車貨物拉上高坡，人們通常會(huì)選擇兩匹馬來完成任務(wù)。這里不是還有半匹馬沒有發(fā)揮作用嗎？很顯然，如果根據(jù)馬的承載量來匹配貨物，就可以減少浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)效益最大化。同樣的道理，完全可以應(yīng)用在動(dòng)力驅(qū)動(dòng)富余量上。如果能使電機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到人們實(shí)時(shí)所需的要求，那么系統(tǒng)損耗的能量就自然而然減少了！
為實(shí)現(xiàn)電力傳動(dòng)裝置的有效控制，科學(xué)家們進(jìn)行了大膽的創(chuàng)新。1967年，世界上第一臺(tái)變頻器開發(fā)成功，并投入商業(yè)運(yùn)行。經(jīng)過四十多年的發(fā)展，交流電機(jī)變頻調(diào)速成為節(jié)約電能、改善生產(chǎn)工藝流程、提高產(chǎn)品質(zhì)量、以及改善運(yùn)行環(huán)境的一種主要手段。與之相對(duì)應(yīng)，我們變頻器以高效率、高功率因數(shù)，以及優(yōu)異的調(diào)速和啟制動(dòng)性能而廣受用戶青睞，在眾多領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。
首先是軟啟動(dòng)功能。電機(jī)硬啟動(dòng)，直接啟動(dòng)電流往往是其額定電流的3-5倍，忽然增高的電流不僅增加了電機(jī)的設(shè)計(jì)生產(chǎn)難度，而且對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)容量、輸配電設(shè)施造成嚴(yán)重沖擊，對(duì)擋板、閥門等設(shè)備的損害也極大。我的作用就是改變交流電機(jī)供電的頻率和幅值，從而改變其運(yùn)動(dòng)磁場的周期，達(dá)到平滑控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。這使電機(jī)啟動(dòng)電流從零開始，逐漸增加，最大值也不超過額定電流，減輕了對(duì)電網(wǎng)的沖擊和對(duì)供電容量的要求，延長了設(shè)備的使用壽命。
其次是優(yōu)化電機(jī)運(yùn)行。在風(fēng)機(jī)、中央空調(diào)等系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的供水方式是采用水塔、高位水箱、氣壓罐等設(shè)施來實(shí)現(xiàn)的。出水口水壓大小往往受水箱高度、儲(chǔ)水量等因素影響，時(shí)常發(fā)生變化，要真正實(shí)現(xiàn)恒壓并不容易。另外，風(fēng)機(jī)、泵類等設(shè)備傳統(tǒng)的調(diào)速方法是靠調(diào)節(jié)出入口的擋板、閥門開度來調(diào)節(jié)給風(fēng)量和給水量。當(dāng)輸入功率過大時(shí)，大量能源就消耗在擋板、閥門的截流過程中，造成了浪費(fèi)。這就像是人們?cè)跊]有準(zhǔn)確核算工程量的前提下就把大大超出需求量的磚塊運(yùn)上了高樓，造成人力和工時(shí)的浪費(fèi)。如今，工程師們組合變頻器、PID調(diào)節(jié)器、單片機(jī)、PLC等，形成一個(gè)控制系統(tǒng)，就可以調(diào)節(jié)水泵的輸出流量，減少無效勞動(dòng)。人們只要設(shè)定泵站總管的出水壓力，設(shè)定值與反饋的實(shí)際值進(jìn)行比較，其差值經(jīng)過運(yùn)算處理后，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出控制指令，控制水泵電動(dòng)機(jī)的投運(yùn)臺(tái)數(shù)和轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到給水總管壓力恒定的目標(biāo)。與調(diào)節(jié)閥門控制水壓相比，該系統(tǒng)降低了管道阻力，大大減少了截流損失的效能，而且不需要人工頻繁操作，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。如今，在自來水廠、生活小區(qū)、消防供水系統(tǒng)、污水提升及處理系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)排灌、音樂噴泉等場所，都有我忙碌的身影。
在中央空調(diào)、風(fēng)機(jī)等系統(tǒng)中，我們也有不俗的表現(xiàn)。中央空調(diào)是按照最大需要冷(熱)量再加10～20%來設(shè)計(jì)的，耗電量大，節(jié)能潛力也大。用我去對(duì)中央空調(diào)制冷壓縮機(jī)、冷凍泵、冷卻泵、冷卻塔風(fēng)扇、回風(fēng)裝置等進(jìn)行調(diào)速節(jié)能控制，就可以避免過大流量和過大壓力，保證系統(tǒng)正常有效運(yùn)行，可以節(jié)電20%～50%。又如，在“萬里長江第一隧”——上海長江隧道建設(shè)過程中，建設(shè)者需要確保長約8.9公里，內(nèi)徑13.7米的隧道內(nèi)通風(fēng)良好。為此，這個(gè)項(xiàng)目采用了德力西變頻器，根據(jù)用風(fēng)量大小直接給定電機(jī)轉(zhuǎn)速，精準(zhǔn)調(diào)節(jié)風(fēng)量，優(yōu)化了電氣設(shè)施的使用，節(jié)能達(dá)20%-45%。
產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，變頻器的社會(huì)效益也十分顯著。據(jù)測算，單單ABB集團(tuán)在全球范圍內(nèi)已經(jīng)生產(chǎn)并安裝的變頻器每年就能節(jié)電1150億度，相應(yīng)減少9700萬噸二氧化碳排放，超過芬蘭一年的二氧化碳排放量。
第三是對(duì)系統(tǒng)具有保護(hù)功能。在檢知系統(tǒng)中的異常狀態(tài)后，我可以自動(dòng)修正動(dòng)作或者封鎖電力半導(dǎo)體器件PWM控制信號(hào)，使電機(jī)自動(dòng)停車，如過電流失速防止、過電流切斷、半導(dǎo)體冷卻風(fēng)扇過熱和瞬時(shí)停電保護(hù)等。
聽完我的自白，您會(huì)認(rèn)為我是名副其實(shí)的“節(jié)能先鋒”吧，那么，就請(qǐng)您在生產(chǎn)生活中，給我充分發(fā)揮作用的機(jī)會(huì)！
