浅谈变频器在高速公路隧道风机中的应用

2011-02-06陈效明

山西建筑 2011年12期

陈效明

0 引言

在高速公路隧道中风机的使用必不可少，其改善了隧道内的空气环境，提高了行车安全系数。随之而来的问题是在风机启动的瞬间由于启动电流过大，电网承受着巨大的冲击，给用电设备带来无法估计的危害，甚至会因此造成交通事故。同时，由于风机的不间断运行引起的巨额电费也给国家带来沉重的经济负担。而变频器作为一种高效节能的风机变频器和其较高的性能价格比，也适应当今社会环保节能的主题。

1 变频器的原理及构成

1.1 变频器的原理

变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。我们现在使用的变频器主要采用交—直—交方式(VVVF变频或矢量控制变频)，先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。

1.2 变频器的构成

变频器主要是由主电路、控制电路组成，其中变频器的主电路大体上可分为电压型和电流型两类:电压型是将电压源的直流变换为交流，直流回路的滤波是电容;电流型是将电流源的直流变换为交流，其直流回路滤波是电感;控制电路也分为电压控制及电流控制两种。

1.2.1 变频器的主电路部分

主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，由三部分构成:1)将工频电源变换为直流功率的“整流器”。2)吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”。3)将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。

1 )整流器:目前大量使用的是二极管的变流器，它把工频电源变换为直流电源。也可用两组晶体管变流器构成可逆变流器，由于其功率方向可逆，可以进行再生运转。2)平波回路:在整流器整流后的直流电压中，含有电源6倍频率的脉动电压，此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动。为了抑制电压波动，采用电感和电容吸收脉动电压(电流)。3)逆变器:同整流器相反，逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率，以所确定的时间使6个开关器件导通、关断就可以得到三相交流输出。

1.2.2 变频器的控制电路部分

控制电路是给异步电动机供电(电压、频率可调)的主电路提供控制信号的回路，它由频率、电压的“运算电路”，主电路的“电压、电流检测电路”，电动机的“速度检测电路”，将运算电路的控制信号进行放大的“驱动电路”，以及逆变器和电动机的“保护电路”组成。

1 )运算电路:将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号进行比较运算，决定逆变器的输出电压、频率。2)电压、电流检测电路:与主回路电位隔离检测电压、电流等。3)驱动电路:驱动主电路器件的电路。它与控制电路隔离使主电路器件导通、关断。4)速度检测电路:以装在异步电动机轴机上的速度检测器(tg，plg等)的信号为速度信号，送入运算回路，根据指令和运算可使电动机按指令速度运转。5)保护电路:检测主电路的电压、电流等，当发生过载或过电压等异常时，为了防止逆变器和异步电动机损坏，使逆变器停止工作或抑制电压、电流值。

2 变频器在隧道风机中的应用

2.1 降低启动电流

采用变频器运转，随着电机的加速相应提高频率和电压，将风机启动电流被限制在150%额定电流以下。用工频电源直接启动时，启动电流为6倍～7倍，因此，将产生机械电气上的冲击。采用变频器传动可以平滑地启动(启动时间变长)。启动电流为额定电流的1.2倍～1.5倍，启动转矩为70%～120%额定转矩;对于带有转矩自动增强功能的变频器，启动转矩为100%以上，可以带全负载启动。这样的启动方式，大大的减少由于启动电流过大而造成对电网的冲击，延长上级变压器及开关设备的寿命。

2.2 调速特点及节能分析

风机的流量变化与转速成正比，压力变化与转速成正比，而功率变化与转速变化立方成正比。因此，当风机转速降低时，风量减少，电机功率成立方比下降。变频器正是通过调速，控制风量大小，从而达到提高电动机效率，节约电能的效果。具有以下特点:1)启动停止平衡，无级调速，调速范围大。2)工作可靠，能长期稳定运行。3)操作简便，维护量小。4)输出特性可满足风机性能要求。5)节能效果显著。6)平滑启动及转机转速下降，机械磨损减小，故障率下降，减少了停机、延长了风机及其他电气设备的寿命。