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我是“節能先鋒”——變頻器的自白

文章來(lái)源: 閱讀:次 2011-07-13

        我叫變頻器,在眾多節能新產(chǎn)品中,我以?xún)?yōu)異性能被人們譽(yù)為“節能先鋒”。
        當今世界,極端災害天氣頻頻發(fā)生,冰川融化、海平面上升、干旱持續、暴雨成災……嚴重威脅著(zhù)人類(lèi)的生存。今天,節能減排、保護環(huán)境成為人類(lèi)必須共同面對的重要課題。我,就在這種大氣候下應運而生。
        變頻器,顧名思義,就是一種綜合應用變頻技術(shù)與微電子技術(shù),以改變電機工作電源頻率和幅度,來(lái)控制交流電動(dòng)機電力傳動(dòng)的元件。我的誕生,凝結著(zhù)人類(lèi)的智慧和汗水。
        工程師們?yōu)榱孙L(fēng)機、水泵等設備安全可靠運行,在設計配用動(dòng)力驅動(dòng)時(shí),都留有一定的富余量。在電機不是滿(mǎn)負荷運行時(shí),多余的力矩增加了有功功率的消耗,造成電能的浪費。舉例來(lái)說(shuō),一匹半馬才能把一車(chē)貨物拉上高坡,人們通常會(huì )選擇兩匹馬來(lái)完成任務(wù)。這里不是還有半匹馬沒(méi)有發(fā)揮作用嗎?很顯然,如果根據馬的承載量來(lái)匹配貨物,就可以減少浪費,實(shí)現效益最大化。同樣的道理,完全可以應用在動(dòng)力驅動(dòng)富余量上。如果能使電機的轉速達到人們實(shí)時(shí)所需的要求,那么系統損耗的能量就自然而然減少了!
        為實(shí)現電力傳動(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,世界上第一臺變頻器開(kāi)發(fā)成功,并投入商業(yè)運行。經(jīng)過(guò)四十多年的發(fā)展,交流電機變頻調速成為節約電能、改善生產(chǎn)工藝流程、提高產(chǎn)品質(zhì)量、以及改善運行環(huán)境的一種主要手段。與之相對應,我們變頻器以高效率、高功率因數,以及優(yōu)異的調速和啟制動(dòng)性能而廣受用戶(hù)青睞,在眾多領(lǐng)域發(fā)揮著(zhù)重要作用。
        首先是軟啟動(dòng)功能。電機硬啟動(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的設計生產(chǎn)難度,而且對電網(wǎng)系統容量、輸配電設施造成嚴重沖擊,對擋板、閥門(mén)等設備的損害也極大。我的作用就是改變交流電機供電的頻率和幅值,從而改變其運動(dòng)磁場(chǎng)的周期,達到平滑控制電動(dòng)機轉速的目的。這使電機啟動(dòng)電流從零開(kāi)始,逐漸增加,最大值也不超過(guò)額定電流,減輕了對電網(wǎng)的沖擊和對供電容量的要求,延長(cháng)了設備的使用壽命。
        其次是優(yōu)化電機運行。在風(fēng)機、中央空調等系統中,傳統的供水方式是采用水塔、高位水箱、氣壓罐等設施來(lái)實(shí)現的。出水口水壓大小往往受水箱高度、儲水量等因素影響,時(shí)常發(fā)生變化,要真正實(shí)現恒壓并不容易。另外,風(fēng)機、泵類(lèi)等設備傳統的調速方法是靠調節出入口的擋板、閥門(mén)開(kāi)度來(lái)調節給風(fēng)量和給水量。當輸入功率過(guò)大時(shí),大量能源就消耗在擋板、閥門(mén)的截流過(guò)程中,造成了浪費。這就像是人們在沒(méi)有準確核算工程量的前提下就把大大超出需求量的磚塊運上了高樓,造成人力和工時(shí)的浪費。如今,工程師們組合變頻器、PID調節器、單片機、PLC等,形成一個(gè)控制系統,就可以調節水泵的輸出流量,減少無(wú)效勞動(dòng)。人們只要設定泵站總管的出水壓力,設定值與反饋的實(shí)際值進(jìn)行比較,其差值經(jīng)過(guò)運算處理后,系統會(huì )發(fā)出控制指令,控制水泵電動(dòng)機的投運臺數和轉速,從而達到給水總管壓力恒定的目標。與調節閥門(mén)控制水壓相比,該系統降低了管道阻力,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)強度。如今,在自來(lái)水廠(chǎng)、生活小區、消防供水系統、污水提升及處理系統、農業(yè)排灌、音樂(lè )噴泉等場(chǎng)所,都有我忙碌的身影。
        在中央空調、風(fēng)機等系統中,我們也有不俗的表現。中央空調是按照最大需要冷(熱)量再加10~20%來(lái)設計的,耗電量大,節能潛力也大。用我去對中央空調制冷壓縮機、冷凍泵、冷卻泵、冷卻塔風(fēng)扇、回風(fēng)裝置等進(jìn)行調速節能控制,就可以避免過(guò)大流量和過(guò)大壓力,保證系統正常有效運行,可以節電20%~50%。又如,在“萬(wàn)里長(cháng)江第一隧”——上海長(cháng)江隧道建設過(guò)程中,建設者需要確保長(cháng)約8.9公里,內徑13.7米的隧道內通風(fēng)良好。為此,這個(gè)項目采用了德力西變頻器,根據用風(fēng)量大小直接給定電機轉速,精準調節風(fēng)量,優(yōu)化了電氣設施的使用,節能達20%-45%。
        產(chǎn)生經(jīng)濟效益的同時(shí),變頻器的社會(huì )效益也十分顯著(zhù)。據測算,單單ABB集團在全球范圍內已經(jīng)生產(chǎn)并安裝的變頻器每年就能節電1150億度,相應減少9700萬(wàn)噸二氧化碳排放,超過(guò)芬蘭一年的二氧化碳排放量。
        第三是對系統具有保護功能。在檢知系統中的異常狀態(tài)后,我可以自動(dòng)修正動(dòng)作或者封鎖電力半導體器件PWM控制信號,使電機自動(dòng)停車(chē),如過(guò)電流失速防止、過(guò)電流切斷、半導體冷卻風(fēng)扇過(guò)熱和瞬時(shí)停電保護等。
        聽(tīng)完我的自白,您會(huì )認為我是名副其實(shí)的“節能先鋒”吧,那么,就請您在生產(chǎn)生活中,給我充分發(fā)揮作用的機會(huì )!