變頻技術(shù)與現(xiàn)代物質(zhì)文明
今天，人類享受著高度發(fā)達的現(xiàn)代物質(zhì)文明。在“現(xiàn)代”這個詞中，“電”扮演著何等重要的作用是不言而喻的。我們不能設(shè)想，也不敢設(shè)想，在現(xiàn)代社會中如果沒有電將會怎樣。當然，我們沒有必要作這樣的設(shè)想和擔心，因為電力工業(yè)的巨大生產(chǎn)能力和傳輸能力是可靠的、安全的?？墒?，我們又清醒的認識到，在地球上，能源和資源并不是取之不盡、用之不竭的。地球上的生態(tài)環(huán)境也不允許人類為所欲為地揮霍這些能源和資源。似乎有這樣的共識，能源、資源、環(huán)境是21世紀困擾人類的三大難題。面對難題，現(xiàn)代人是不會無所作為的。變頻技術(shù)正在成為人類解決這三大難題的有力工具之一。
一 變頻技術(shù)
50年代發(fā)明了晶閘管，人們開始了用弱電控制強電的研究。經(jīng)過幾十年的努力，誕生了一個新興學科——電力電子技術(shù)。它是一門研究如何利用電力電子器件對電能進行控制、變換和傳輸?shù)膶W科。這個學科的核心或著說最重要的成就是變頻技術(shù)。它是微電子技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)、計算機技術(shù)等多門學科相互結(jié)合、相互滲透的結(jié)晶。它能使物美價廉的交流感應(yīng)電動機的調(diào)速性能象直流電機一樣完美。
電廠發(fā)電，電網(wǎng)送電，電到了用戶身邊，這就是頻率為50赫茲的市電。用戶要想把市電改造成頻率能夠大范圍連續(xù)可調(diào)的電源，就要用變頻器來實現(xiàn)。變頻器的輸出頻率可在幾赫茲甚至零點幾赫茲到幾百赫茲的范圍內(nèi)任意選擇或自動調(diào)整。
交流異步感應(yīng)電動機誕生于19世紀80年代，在這種電動機中轉(zhuǎn)子側(cè)的電流不從外部引入，而由電磁感應(yīng)產(chǎn)生，故而結(jié)構(gòu)簡單牢固、體積小、重量輕、價格低廉便于維護。在當今的電氣傳動總?cè)萘恐?，這種電機占有80%左右的分比。但它有一個致命的缺點，就是不易調(diào)速。在不調(diào)速的情況下，這種電機已經(jīng)運轉(zhuǎn)了120年。所有必須調(diào)速的場合全是直流電機的一統(tǒng)天下。直到20世紀80年代，在發(fā)達國家變頻技術(shù)達到了實用階段。在我們國家，變頻技術(shù)的應(yīng)用僅是近十多年的事情。交流電動機還是原來的交流感應(yīng)電動機，自從有了變頻器，它就獲得了快快慢慢的自由。作為交流感應(yīng)電動機的電源，由于電機的轉(zhuǎn)速近似正比于電源頻率，頻率連續(xù)可調(diào)，則轉(zhuǎn)速連續(xù)可調(diào)。變頻器的全名應(yīng)為交流感應(yīng)電動機變頻調(diào)速器。
二、變頻與節(jié)能
大力推廣變頻器應(yīng)用意義重大。其社會效益和經(jīng)濟效益可觀。在提升機、起重機、機床、食品機械、擠壓機、自動倉庫等場合使用，能明顯提高生產(chǎn)率。在風扇、鼓風機、各種泵、機床、食品機械、造紙機械、薄膜生產(chǎn)線、鋼板加工生產(chǎn)線、印刷電路板基板鉆孔機、高速刻紋機等場合使用，能明顯提高產(chǎn)品質(zhì)量。在搬運機械、金屬加工機械、纖維機械、造紙生產(chǎn)線、薄膜生產(chǎn)線、鋼板加工生產(chǎn)線等場合使用，還可以減少維護、降低成本、簡化操作或?qū)崿F(xiàn)操作自動化。
用上變頻器，在多數(shù)場合節(jié)約電能十分明顯。以下特把節(jié)能原理簡述幾句。
在礦山、油田、化工、電廠等單位都有風扇、鼓風機一類的設(shè)備。其功率可達數(shù)百千瓦甚至上千千瓦。調(diào)節(jié)風量和壓力可以有兩種方法：一種是傳統(tǒng)方法，即使用風門。當要求減少風量時，就關(guān)小風門。顯然將有相當一部分能量消耗到了管阻上。另一種方法是改變設(shè)備的轉(zhuǎn)速，不用風門，或者風門始終開到最大位置，因而系統(tǒng)的管阻很小，當然管道系統(tǒng)消耗的能量就小。由空氣動力學知識可知，風量與轉(zhuǎn)速成正比、轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比、軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。例如：設(shè)風量最大值為1，所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速、軸功率當然也是最大值，也都設(shè)為1。當要求風量減到0.5時，所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速也就是0.5了。這時軸頭功率則為：（0.5）3=0.125=1/8。這就是說若風量減少一半，所要求的功率只有1/8就夠了。若對于一個數(shù)百千瓦的風機而言，其節(jié)能效果將十分明顯。例如1999年山東費縣水泥廠的主窯風機用上山東汶上產(chǎn)的風光牌JD-BP4245型變頻器后，節(jié)電效果≥30%，十幾萬元的變頻器，5個月就收回了投資。再例，山東桑盾集團中密度纖維板廠將汶上產(chǎn)的JD—BP430型變頻器用到深井水泵上，山東能源利用檢測中心于1997年10月31日對其進行了測試，試驗報告中說，僅生活用水時節(jié)電率為58%，生產(chǎn)、生活正常用水時節(jié)電為40%。再例，山東濱州造紙廠30千瓦的風機用上變頻器后，節(jié)電率為31%。成功使用變頻器的例子成千上萬，請不要把節(jié)省了電費看成唯一的收益。其實還有更大的社會效益，例如鍋爐風機用上了變頻器，除了節(jié)約電費外，由于燃燒充分，就節(jié)約了燃料，煙囪冒黑煙變成了冒白煙，這不就與前面的三大難題都聯(lián)系起來了嗎？將來變頻技術(shù)在交通工具方面得到廣泛應(yīng)用，對治理環(huán)境會有更大貢獻。難能可貴，一種技術(shù)對解決三大難題都有好處。
三、提高與推廣
國產(chǎn)機與跨國大公司的洋產(chǎn)品相比還有差距。但是多數(shù)適應(yīng)場合如風機、水泵、油泵、空壓機、紡織行業(yè)的梳毛機、鋼廠喂絲機、塑料行業(yè)的擠塑機、建材行業(yè)的拔絲機、各種送料的傳送帶、礦山提升機等，國產(chǎn)機完全可以勝任，成功的例子不勝枚舉。在高壓變頻器、矢量控制、直接力矩控制型的變頻器方面，國產(chǎn)機正在努力，估計3～5年內(nèi)可形成規(guī)模生產(chǎn)能力。
在推廣應(yīng)用方面，筆者曾在《變頻器世界》上提出過一個思路：采用租賃方式。用戶可以一分錢不化，用每個月節(jié)約的電費付租賃費，半年后制造商全部收回貨款后，就把變頻器送給用戶了。我看這種方式很有誘惑力。
變頻器市場前景十分美好，大面積推廣必定會有豐厚的經(jīng)濟效益和社會效益。
一 變頻技術(shù)
50年代發(fā)明了晶閘管，人們開始了用弱電控制強電的研究。經(jīng)過幾十年的努力，誕生了一個新興學科——電力電子技術(shù)。它是一門研究如何利用電力電子器件對電能進行控制、變換和傳輸?shù)膶W科。這個學科的核心或著說最重要的成就是變頻技術(shù)。它是微電子技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)、計算機技術(shù)等多門學科相互結(jié)合、相互滲透的結(jié)晶。它能使物美價廉的交流感應(yīng)電動機的調(diào)速性能象直流電機一樣完美。
電廠發(fā)電，電網(wǎng)送電，電到了用戶身邊，這就是頻率為50赫茲的市電。用戶要想把市電改造成頻率能夠大范圍連續(xù)可調(diào)的電源，就要用變頻器來實現(xiàn)。變頻器的輸出頻率可在幾赫茲甚至零點幾赫茲到幾百赫茲的范圍內(nèi)任意選擇或自動調(diào)整。
交流異步感應(yīng)電動機誕生于19世紀80年代，在這種電動機中轉(zhuǎn)子側(cè)的電流不從外部引入，而由電磁感應(yīng)產(chǎn)生，故而結(jié)構(gòu)簡單牢固、體積小、重量輕、價格低廉便于維護。在當今的電氣傳動總?cè)萘恐?，這種電機占有80%左右的分比。但它有一個致命的缺點，就是不易調(diào)速。在不調(diào)速的情況下，這種電機已經(jīng)運轉(zhuǎn)了120年。所有必須調(diào)速的場合全是直流電機的一統(tǒng)天下。直到20世紀80年代，在發(fā)達國家變頻技術(shù)達到了實用階段。在我們國家，變頻技術(shù)的應(yīng)用僅是近十多年的事情。交流電動機還是原來的交流感應(yīng)電動機，自從有了變頻器，它就獲得了快快慢慢的自由。作為交流感應(yīng)電動機的電源，由于電機的轉(zhuǎn)速近似正比于電源頻率，頻率連續(xù)可調(diào)，則轉(zhuǎn)速連續(xù)可調(diào)。變頻器的全名應(yīng)為交流感應(yīng)電動機變頻調(diào)速器。
二、變頻與節(jié)能
大力推廣變頻器應(yīng)用意義重大。其社會效益和經(jīng)濟效益可觀。在提升機、起重機、機床、食品機械、擠壓機、自動倉庫等場合使用，能明顯提高生產(chǎn)率。在風扇、鼓風機、各種泵、機床、食品機械、造紙機械、薄膜生產(chǎn)線、鋼板加工生產(chǎn)線、印刷電路板基板鉆孔機、高速刻紋機等場合使用，能明顯提高產(chǎn)品質(zhì)量。在搬運機械、金屬加工機械、纖維機械、造紙生產(chǎn)線、薄膜生產(chǎn)線、鋼板加工生產(chǎn)線等場合使用，還可以減少維護、降低成本、簡化操作或?qū)崿F(xiàn)操作自動化。
用上變頻器，在多數(shù)場合節(jié)約電能十分明顯。以下特把節(jié)能原理簡述幾句。
在礦山、油田、化工、電廠等單位都有風扇、鼓風機一類的設(shè)備。其功率可達數(shù)百千瓦甚至上千千瓦。調(diào)節(jié)風量和壓力可以有兩種方法：一種是傳統(tǒng)方法，即使用風門。當要求減少風量時，就關(guān)小風門。顯然將有相當一部分能量消耗到了管阻上。另一種方法是改變設(shè)備的轉(zhuǎn)速，不用風門，或者風門始終開到最大位置，因而系統(tǒng)的管阻很小，當然管道系統(tǒng)消耗的能量就小。由空氣動力學知識可知，風量與轉(zhuǎn)速成正比、轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比、軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。例如：設(shè)風量最大值為1，所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速、軸功率當然也是最大值，也都設(shè)為1。當要求風量減到0.5時，所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速也就是0.5了。這時軸頭功率則為：（0.5）3=0.125=1/8。這就是說若風量減少一半，所要求的功率只有1/8就夠了。若對于一個數(shù)百千瓦的風機而言，其節(jié)能效果將十分明顯。例如1999年山東費縣水泥廠的主窯風機用上山東汶上產(chǎn)的風光牌JD-BP4245型變頻器后，節(jié)電效果≥30%，十幾萬元的變頻器，5個月就收回了投資。再例，山東桑盾集團中密度纖維板廠將汶上產(chǎn)的JD—BP430型變頻器用到深井水泵上，山東能源利用檢測中心于1997年10月31日對其進行了測試，試驗報告中說，僅生活用水時節(jié)電率為58%，生產(chǎn)、生活正常用水時節(jié)電為40%。再例，山東濱州造紙廠30千瓦的風機用上變頻器后，節(jié)電率為31%。成功使用變頻器的例子成千上萬，請不要把節(jié)省了電費看成唯一的收益。其實還有更大的社會效益，例如鍋爐風機用上了變頻器，除了節(jié)約電費外，由于燃燒充分，就節(jié)約了燃料，煙囪冒黑煙變成了冒白煙，這不就與前面的三大難題都聯(lián)系起來了嗎？將來變頻技術(shù)在交通工具方面得到廣泛應(yīng)用，對治理環(huán)境會有更大貢獻。難能可貴，一種技術(shù)對解決三大難題都有好處。
三、提高與推廣
國產(chǎn)機與跨國大公司的洋產(chǎn)品相比還有差距。但是多數(shù)適應(yīng)場合如風機、水泵、油泵、空壓機、紡織行業(yè)的梳毛機、鋼廠喂絲機、塑料行業(yè)的擠塑機、建材行業(yè)的拔絲機、各種送料的傳送帶、礦山提升機等，國產(chǎn)機完全可以勝任，成功的例子不勝枚舉。在高壓變頻器、矢量控制、直接力矩控制型的變頻器方面，國產(chǎn)機正在努力，估計3～5年內(nèi)可形成規(guī)模生產(chǎn)能力。
在推廣應(yīng)用方面，筆者曾在《變頻器世界》上提出過一個思路：采用租賃方式。用戶可以一分錢不化，用每個月節(jié)約的電費付租賃費，半年后制造商全部收回貨款后，就把變頻器送給用戶了。我看這種方式很有誘惑力。
變頻器市場前景十分美好，大面積推廣必定會有豐厚的經(jīng)濟效益和社會效益。
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