变频器在建筑工程中的应用

本文是一篇建筑设备论文范文,关于建筑设备类专科毕业论文开题报告,关于变频器在建筑工程中的应用相关专升本毕业论文范文。适合建筑设备及变频器及自动控制方面的的大学硕士和本科毕业论文以及建筑设备相关开题报告范文和职称论文写作参考文献资料下载。

1.变频器介绍

变频技术是从60年始的一门电机应用技术.从电力电子器件中的SCR(晶闸管)、GTO(门极可关断晶闸管)等开始发展,在今天更有IGBT(绝缘栅双极型晶体管)、HVIGBT(耐高压绝缘栅双极型晶闸管)等新型电力变换器件.同时,在70年代脉宽调制变压变频(PWM-VVVF)调速开始得到了应用.在80年代,以PWM模式优化问题为变频技术核心的技术得到了更广泛的应用,并且得到了市场的广泛推广.

我国在90年始,随着大功率晶体管技术的成熟和成本的降低,同时控制技术也在计算机的扶助下有了更强大的支持,在各个行业中得到了广泛的应用.变频技术在工业以外也得到了更多的应用,在促进民用建筑节能的今天,变频技术作为可以大量节省能源的技术更得到了建设者和设计者的青睐.

1.1变频调速器

变频调速器也称变频器,全称为变频变压调速器VVVFI(variablevoltage&variablefrequencyinverter).变频器主要是采用晶体管GTR作为功率元件,以单片机和集成电路为控制部件,采用正弦脉宽调制方式的机电一体化产品.随着功率元件的发展和计算技术的优化,结构上体积小,重量轻的变频器无论在成本和节能上都优于传统的变极调速、串阻调速、串极调速、滑差电机调速等电机调速方式.这种电机调速的应用正从交流电机向直流电机延伸.

在建筑设备系统中,风机的风量控制和水泵的流量控制,在传统电机中很少采用转速控制方式的,多数是以恒速运转.当需要进行风量、流量调节时,主要以调节挡板或节流阀进行调节,这种控制简单但是会浪费大量的能源.采用变频器对风机和水泵进行转速控制来调节风量、流量可以节约能源、提高运营成本.

1.2基本原理

以新风机为例,调速运行节电的理论之一是风机学比例律.由风机学比例律可知,风量与转速成正比,风压与转速的平方成正比,轴功率与转速的立方成正比.因此,降低水泵或风机的转速,就有可能使单位供水量或风量的电耗减少.水泵也遵循这个规律,对于同一台水泵,当以不同转速运行时,水泵的流量Q,扬程H,轴功率P与转速n有如下关系：流量与转速成正比,扬程与转速的平方成正比,轴功率与转速的立方成正比.由此可见,当降低转速时,功率的减少量远比流量的减少量大得多.

变频器通过改变电机频率而达到无级调速的目的.对于风机来说,变频调节风量,就是通过压力变送器检测风压,并将风压信号转化为电流信号,反馈给变频器内单片机,单片机根据风压情况调整风机电机输入频率,从而使水泵转速改变.例如,在非人流高峰时,风机减速运行,从而使风机输入功率减少,达到节能的目的.这就是变频调节节能的基本原理.

1.3控制

变频调速器可以手动控制也可以自动控制.自动控制信号遵循国家标准采用4～20mA电流信号或0～5V电压信号；采用闭环控制的方法可以更好地满足自动控制的要求.在建筑设备自动化的今天,自动型号可以远传到控制室,进行控制.控制不仅可以做到监控报警一体化,同时也可以在整体上减少系统的迟滞效应和系统的抖动.

2.变频器的应用

2.1变频器的应用范围

变频调速器已经有了标准化的产品,虽然厂家之间的参数有所出入,但是对应不同的电机基本型号都可以进行匹配.在建筑设备行业中水泵和风机作为建筑能耗的主要部分,其节能应用集中,是楼宇节能的主要控制方向.在现代化宾馆及办公大楼中,风机、水泵的用电量占整个建筑平时用电量的40%～50%,约占整个动力用电的50%～75%.

2.2变频器的优点

采用正弦脉宽调制控制方式中,电机的旋转磁场较为接近圆形磁场,转矩脉动较小,电机运转平稳,能克服电压型逆变器控制中电机低速运行时转距脉动过大的缺点.一体化的变频调速器主要优点有：节能省电、操作简便、精确可调、数字显示、在线无级调速、监控一体化、远程监控等优点.

2.3选型原则

在选型前,首先要根据电机对转速(最高、最低)和转矩(起动、连续及过载)的要求,确定最大输入功率(即电机的额定功率最小值).然后,选择电机的极数和额定功率.电机的极数决定了同步转速,要求电机的同步转速尽可能地覆盖整个调速范围,使连续负载容量高一些.为了充分利用设备潜能,避免浪费,可允许电机短时超出同步速度,但必须小于电机允许的最大速度.转矩取设备在起动、连续运行、过载或最高速等状态下的最大转矩.最后,根据变频器输出功率和额定电流稍大于电机的功率和额定电流确定变频器的参数与型号.

2.4变频器容量的选择

大多数变频器容量可从三个角度表述：额定电流、可用电动机功率和额定容量.其中后两项,变频器生产厂家由本国或公司生产的标准电动机给出,或随变频器输出电压而降低,都很难确切表达变频器的能力.选择变频器时,只有变频器的额定电流是一个反映半导体变频装置负载能力的关键量.负载电流不超过变频器额定电流是选择变频器的基本原则.需要着重指出的是,确定变频器容量前应仔细了解设备的工艺情况及电动机参数,例如潜水电泵、绕线转子电动机额定电流要大于普通鼠笼异步电动机额定电流,冶金工业常用的辊道电动机不仅额定电流大很多,同时它允许短时处于堵转工作状态,且辊道传动大多数是多电动机传动.应保持在无故障状态下负载总电流均不允许超过变频器的额定电流.

3.变频器应用问题分析

3.1容量与负荷之间的匹配问题

电机负荷节能是最重要一环,考虑到匹配电机可以超负荷20％计算,变频器一般设计裕量应控制在8%左右,这种从设备上提出流量时加系数,选泵时加系数,选电动机时还加系数,以致部分系统的实际运行效率极低.在建筑设备中,由于负荷变化,季节变化等因素,负荷也不是恒定不变的,而且变化范围还是很大的,这种对流量变化较大的负荷采用变频调速效果是显而易见的,而且负荷变化范围越大,节能效果越好.但是一些恒风量和恒流量的系统中就要考虑是否适合使用变频器了.

3.2抑制高次谐波

变频器产生的高次谐波,并且引起电网电压波形的畸变.在相同条件下电网有效容量越小,变频器容量越大,这种影响越严重.这种对电网的污染,会使电力电容、电抗器、变压器容易发热,并产生电磁谐振,电动机、发电机产生附加损耗,继电器产生误动作等.各国对电压畸变和谐波控制都有相应的规定,我国GB12668-90中规定,电压畸变率小于10%,任何奇次谐波均不超过5%,任何偶次谐波均不超过2%.使用变频器后,在电网局部会超过国标,所以一定要采取相应的措施.

3.3电动机选择

在变频调速中,变频载波频率高,电动机绕组要有较高耐冲击电压.同时,由于电动机效率下降,转速下降后产生的冷却效果降低,这些都是必须注意的.在应用变频调速后,包括变频器和电动机损坏情况较多.由通用变频器构成的交流调速传动系统普遍采用标准异步电动机,采用PWM变频器对异步电动机供电时,定子电流中不可避免的含有高次谐波,电动机空载运行时的功率因数和效率将会更低,负载运行时的铁损也会有所增加.通用的电动机的散热能力是按额定转速下且进行自扇风冷考虑的,当恒转矩负载下电动机调速运行时,其发热不变但低速下的散热能力变差了,可采用另加恒速冷却风扇的办法或采用较高绝缘等级的电动机.

3.4外部配置的配合问题

选择合适的熔断器和空气断路器,以便保护因内部短路对整流元件的损坏.变频器的型号确定后,应该在上级设置相应的熔断器和空气断路器作为保护开关,以保护保护硅元件.

合理选择变频器的输入和输出电缆.根据变频器的功率选择导线截面合适的三芯或四芯动力电缆,但是不应该一味追求屏蔽电缆,应该似乎环境来决定,在输入侧装交流电抗器,根据变频器安装场所的其它设备对电网品质的要求,若变频器工作时已影响这些设备正常运行,可在变频器输入侧装交流电抗器来抑制由功率元件通断引起的谐波畸变和传导辐射.

4.结语

工作的重点应在如下几点：1）进一步重视变频器的电气安全,大力推广安全可靠、节能经济的变频器动力系统.2）了解变频设备的配电要求,结合设备情况确定配电系统.3）了解适用于变频器建筑的电气产品.

（作者单位：浙江海兴建筑有限公司浙江杭州311500）