电力电子技术在变频器中的运用
李玉飞
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李玉飞,. 电力电子技术在变频器中的运用[J]. 中国电力技术,2022.6. DOI:10.12721/ccn.2022.159573.
摘要: 电力电子技术,可实现电能优化,提升设备性能的优势,目前已广泛应用于工业领域。本文从事电力电子技术在变频器中的运用研究,在分析电力电子技术概念、特点基础上,简要分析各种变频器应用情境中电力电子技术所发挥的功效,仅以本次研究成果促进人们对电力电子技术的认识,且对电力电子技术在更多领域的应用实现有效推广。
关键词: 变频器;电力电子;电能优化;能量回馈
DOI:10.12721/ccn.2022.159573
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随科技的发展,现下电力电子技术已存在于人们生活、工作中的各个角落,入电力输送、电源开关等等。电力电子技术的发展,极大程度促进人们生活水准、企业生产能力的攀升,而电力电子技术范畴下,应用最为广泛的技术便是变频调速技术。在变频器中,基于对电力电子技术的应用,可实现节能效果、动态控制性能的提升,同时可进一步降低对变频器原材料的消耗。故从事电力电子技术在变频器中的运用研究,不仅可促进人们对电力电子技术的认知,同时可使阅读者深度掌握变频器对电力电子的应用方式。

1.电力电子技术概念与特点

1.1电力电子技术概念

所谓电力电子技术,是运用电力电子器件,实现电路的控制以及电能的转换。简而言之,电力电子技术的作用,是对电能实现优化,将“粗电”经过优化后转变为负载所需的“精电”。电力电子技术,具有节能优势、高效优势、省材优势,搭建了弱电面向强电的控制桥梁,其技术范畴下的AC-DC电路、AC-AC电路、DC-DC电路、DC-AC电路,可实现变流功能与对能量的变化,将其应用到变频调速领域之后,节能效果十分显著。电力电子技术,在经历整流器时代、逆变器时代、变频器时代后,从最初的面向工业用电输出,实现了轻量化设备控制,目前,电力电子及时于广泛应用于我国各个产业之中。

1.2电力电子技术特点

电力电子技术特点,包括优化电能、提升功能与效率、优化处理方式等。

1.2.1优化电能特点

电力电子技术的应用,让电力产业实现了最大限度的电能节约,有效缓解社会电能浪费的问题。根据相关统计,目前世界电力电子技术应用背景下,其电能的借阅量,等同于20世纪末发电量的1%。可以说,电力电子技术的应用、发展,极大程度促进了电能最佳化利用的发展目标。

1.2.2提升设备功能与效率

电力电子隶属不断优化、进步的电子技术,其自身所具备的变频技术、高频技术已经通过逐步的完善,延伸至社会的各个产业、领域。同时,随电力电子技术不断面向高频方向发展,将极大程度缩小传统机电设备体积,推进机电设备向集约化方向快速发展。此外,电力电子技术的应用、发展,不断推进着机电设备运转速度提升、运转效率提升,从而为更多更能提供研发、创造的可能性 。

1.2.3优化处理方式

电力电子设备,基于智能化发展理论,融合了功率处理技术、信息处理技术,充分结合了传统的电力电子技术、现代化电力电子技术,使传统技术发生“质”的转变,促进了传统技术、设备处理方式的升级、更新换代[1]。

2.变频器中电力电子技术的运用分析

在变频器发展过程中,电力电子技术的发展功不可没,可以说变频器的兴衰,同电力电子技术有着无比密切的关联。电力电子技术的发展,促进了变频器范畴下拓扑结构、半导体切换元件、模拟技术、控制技术的升级,二者在变频器发展进程中,始终处于互惠互利、共生共赢的状态。目前,变频器中电力电子技术的应用,主要集中于变频器软启动、风机系统、空调系统、变频器节能与振动干扰、能量回馈几大领域:

2.1基于电力电子技术的变频器软启动

在异步电机全压启动阶段,异步电机的启动电流,通常可达到额定电流4倍至7倍左右,该工况之下,电源往往会受到严重的冲击,继而导致电网电压产生波动问题。与此同时,因为启动过程速度极快,所以会对机械负载形成巨大冲击,机械传动设备的寿命将受其影响大幅度降低。在使用基于电力电子的变频器之后,变频器可以让异步电机输出频率自较低频率开始,工作人员可以随意设置频率上升速度的快慢,异步电机启动阶段的电流,被有效限制在额定电流附近。如此,便有效消除了异步电机启动阶段带来的电网电压波动,同时一并清楚了启动过程中队电机、机械负载造成的巨大冲击,提升启动的优越性[2]。

2.2基于电力电子的风机水泵调速

将运用电力电子技术的变频器应用至风机系统,可实现风机水泵的调速功能。传统风机应用期间,其水泵风量、流量的调节,主要是依靠阀门部件、挡板部件进行调节,风机电机长期处于全速运行状态,不仅造成大量电能浪费,同时会严重污染环境,且可能造成管道压力损失问题。运用基于电力电子的变频器后,实现了风机电机的变频调速,彼时风量、流量可由操作人员自由调节,确保在压力不发生变化基础上,实现风机系统20%~30%电能的节约。

2.3基于电力电子的空调系统节能

通常,一座城市空调系统用电量,可占总用电量30%左右。空调系统运行阶段,只有压缩机达到满负荷状态,空调才能够实现最佳工作效率,因此有着极高的电能消耗量。将电能电子技术变频器应用于空调系统压缩机中,可以让空调子系统结合不同的情况,自动调节负荷,实现高效制冷、制热,并大幅度节约电能。对比之下,将电力电子变频器应用于空调系统,相比传统不变速空调可实现20%左右电能节约。

2.4变频器节能与振动干扰

对于电力电子促进变频器的节能的特性,在变频器工作期间,当负载功率小于电动机的额定功率,变频器工作效率将随负载转矩降低而出现下降,即当电动机处于轻载状态,有着较大的电能消耗。应用电力电子技术的变频器,可以负载大小为依据,自动从事V/F值调整,促进效率提升继而实现电能节约。振动干扰方面,变频器运行阶段会产生高次谐波,高次谐波的磁场将对大量机械部件带来点此策动力,一旦策动力同机械部件频率相等或是相近,将因电磁原因引发振动问题。将电力电子技术下的交流电抗器应用在变频器、电动机之间距变频器最近的位置,可有效减弱高次谐波[3]。

2.5能量回避

在大惯性负载应用工况之下,变频器极易出现“过电压”报警问题。过电压报警引发动因,是负载波动所引发的能量回馈,造成直流电压超高继而触发报警系统。解决该问题最常见方式为加设制动电阻,该方式在面对负载惯量大且波动剧烈的工况,也会因制动电阻的频繁工作而造成过热现象。同时,一般情况下过电压报警更多的引发动因是转矩体生、制动转矩、驱动转矩、电机参数错误设置。在系统中应用基于电力电子的变频器,可以自动对电机参数、驱动、制动转矩等参数实现自动调节,如此方可有效解决过压报警问题 。目前,该方法已在大量国外、国内电器厂家被应用[4]。

结语:本文对电力电子在变频器中的运用开展分析,在介绍电力电子技术后,对电力电子技术在变频器软启动、风机系统、空调系统、变频器节能与振动干扰、能量回馈领域的应用做出分析。综合分析,将电力电子技术应用于变频器,可实现交流电机准苏的调节,让系统时钟处于最佳节能工况之下,极大程度节约能源、减少污染。因此,电力电子技术具有进一步推广、应用的价值。

参考文献

[1]毛蕴娟.现代电力电子技术的应用及其发展相关研究[J].科技创新与应用,2022,12(07):158-160.[2]张桂林,王毅颖,刘建功,陈龙飞,刘文壮.基于电力电子变压器隔离变压的复合矿用变频器[J].工矿自动化,2021,47(10):70-76.

[3]王朝辉.现代电力电子技术的发展趋势初探[J].现代工业经济和信息化,2021,11(05):165-166.

[4]司伟.基于电力电子变压器的高压变频器预充电方法及装置[J].通信电源技术,2020,37(05):64-65.

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