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技术解析:低压系列变频器的谐波治理方法

作者:保定瑞祥电力设备有限公司时间:2014-09-07 我要发布

 

如今,在电力系统中存在着各种各样的谐波源,谐波源是指向公用电网注入谐波电流或在公用电网中产生谐波电压的电气设备,谐波源存在最多的是变流装置等设备。谐波产生通常有两种,一是在变频器的输入侧产生,其原理是在电源侧有整流回路的都产生因其非线性引起的谐波。二是在变频器的输出侧产生谐波,其原理是在逆变电路中,对于电压型电路来说,输出电压是矩形波。对电流型电路来说,输出电流是矩形波。矩形波中含有较多的谐波。由此,有人总结为电网中存在的谐波,主要在于电力系统中存在各种非线性元件。

为减小变频器产生的谐波对电网的影响,造成电网越来越多的谐波污染,变频器生产厂家非常注重谐波的治理,深圳安邦信变频器厂家就是其中之一。在安邦信品牌变频器系列产品中,谐波率永远控制在国家标准内,低于5%,目前安邦信用于谐波治理的方法有两种,一是加装交流电抗器和直流电抗器。二是加装滤波器。这两种谐波治理方法是目前最普遍也最有效的方法。

下面分别对这两类谐波治理方法原理进行分析介绍

1、加装交流电抗器和直流电抗器。当变频器使用在配电变压器容量大于500kva,且变压器容量大于变频器容量的10倍以上,则在变频器输入侧加装交流电抗器。而当配电变压器输出电压三相不平衡且不平衡率大于3%时,此时需加装交流电抗器。

2、加装无源滤波器:将无源滤波器安装在变频器的交流侧,无源滤波器由l、c、r元件构成谐波共振回路,当lc回路的谐波频率和某一次高次谐波电流频率相同时,即可阻止高次谐波流入电网。

3、加装有源滤波器:有源滤波器通过对电流中高次谐波进行检测,根据检测结果输入与高次谐波成分具有相反相位电流,达到实时补偿谐波电流的目的。与无源滤波器相比具有高度可控性和快速响应性,有一机多能特点。且可消除与系统阻抗发生谐振危险。

低压变频器主要应用领域

化工、石材、纺织行业变频器的运用差异性大,各种档次的产品在这些行业都能发现对应的用户,因此化工、石材、纺织行业是变频器品牌最复杂的行业,几乎所有的品牌在化工、石材、纺织行业都有市场。低压变频器常见应用领域如下:

1、风机

随着工业的不断发展,风机的应用越来越广泛,尤其是在化工、石材、纺织行业能应用到风机的方面很多。而在风机设计时普遍存在过风量问题,在风量需要调节时普遍采用节流,即风门调节方式,而这都是不必要的损耗,使用变频调速后,可根据实际需要方便地调节,由于去除了不必要的损耗,同时提高了功率因素,其综合节电率都在30%以上。

2、调速机械

需要调速的机械中如:挤压机、物料进给调节、传送带等基本上采用滑差调节电机,三相整流子电机或直流电机调速,调速电机的速度调节性能不好,转速稳定性差,故障率高,效率低。而直流电机和整流子电机结构复杂,故障率高,维修费用高,其工作时会产生火花,极不安全。以上这些电机调速稳定性差,如用异步电机加变频调速器替代以上这类电机,可大大提高效率,省电,维修量小,安全,可靠,投资回报期短,对提高企业经济效益极为有利。

中低压市场将成变频器竞争的主战场

近年来,国产变频器逐步崛起,在高压变频器市场已牢牢占据主导地位,但在中低压变频器领域仍不敌外资品牌。近日,有专家指出,基于日益迫切的节能需求,特别是工业节能的拉动,变频器市场的争夺也日趋白热化,中低压市场将是变频器未来竞争的主战场。

变频器节能应用提速

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,具有对交流异步电机进行软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因数等功能。

变频器节能主要表现在风机、水泵的应用上。使用变频器的电机启动电流从零开始,逐渐增加,最大值也不超过额定电流,减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求,从而达到节能的效果,还延长了设备的使用寿命,节省了设备的维护费用。

尤其在精细加工领域,通过变频器高质量地控制电机转速,可以大幅度提高制造工艺水准。可以说,变频器是目前最理想、最有前途的电机节能设备。

虽然变频器有着诸多优点,但是由于价格的问题,其大规模推广使用受到了限制,因此过去较长一段时间,都处于所谓“叫好不叫座”的尴尬境地。基于日益迫切的节能需求,特别是工业节能的拉动,我国变频器市场成为了众多国内外企业争夺的重点。

变频器最初用途是速度控制。随着技术发展和社会对能源运用效率要求的日益提高,逐渐被用于节能领域。

据测算,使用变频器的电机系统节电率普遍达30%左右,某些较高场合可达40%~60%,节能效果显著。如今,变频器已是电机节能的发展方向。

据介绍,变频调速技术较早用于煤炭行业的是矿井提升机,目前发达国家已将变频器普遍用于带式输送机的调速或带式输送机起动控制、风机调速以及水泵的调速。在上述设备中采用变频器,除了提高传动性能外,更主要的是可以节省能源。

目前,电力行业的节能、减排、降耗形势更加严峻。由于变频器可以在许多行业内高效地节约电能,提高工艺水平,因此,在某种程度上,大力推广变频器在各行业的应用,可以减轻电力行业发电量指标的压力,节约电能的同时减少排放量,降低能耗。

同时,电力行业也是变频器产品重要的应用领域之一。从我国火电厂中与变频器相关的控制过程看,风、煤、水、渣和尾气系统的传动装置都适合中低压变频器的应用。

中外品牌觊觎中低压市场

随着现代电力电子技术及计算机控制技术的迅速发展,促进了电气传动的技术革命。交流调速取代直流调速,计算机数字控制取代模拟控制已成为发展趋势。交流电机变频调速是当今节约电能,改善生产工艺流程,提高产品质量,以及改善运行环境的一种主要手段。变频调速以其高效率,高功率因数,以及优异的调速和启制动性能等诸多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。

据了解,由于国内变频器市场是以外资品牌的进入而发端,外资品牌的市场份额达到了70%以上。欧美系、日系、台系品牌ABB、西门子、富士电机、三菱电机、安川电机等外资品牌占据了我国中低压变频器市场的绝大部分份额。国内品牌则以深圳英威腾(002334,股吧)、成都希望森兰、深圳汇川技术(300124,股吧)等为代表。

随着变频器行业的发展,变频器的核心电子器件从最初的SCR(晶闸管)、GTO(门极可关断晶闸管),经过BJT(双极型功率晶体管)、SITH(静电感应晶闸管)、MGT(MOS控制晶体管)、MCT(MOS控制晶闸管),发展到今天的IGBT(绝缘栅双极型晶体管)、HVIGBT(耐高压绝缘栅双极型晶闸管),器件的更新促使变频器的应用领域更为广泛,市场规模随之迅速扩大。

随着节能产业地位的提升,变频器市场潜在容量吸引了众多的行业参与者。据统计,目前国内变频器市场上品牌数量超过100个,此外,还有数千个从事产品代理销售和二次开发的公司。相关统计显示,目前,国内市场上变频器安装容量的增长率达20%左右,按照这样的发展速度和市场的需求来计算,需要10年左右时间,变频器市场才能饱和。

2011年,国内市场中低压变频器供不应求,第一次出现比高压变频器增速快的现象,高压变频器竞争进一步加剧。“通常,中低压变频器的市场规模增长在10%~15%的水平,但2011年的增速首次超过了高压变频器,达到了30%的加速发展。”业内人士称。

从总体上看,我国变频调速技术起步较晚,比欧美、日本等发达国家晚10~15年。不过,有专家认为,由于目前中高端变频器市场应用主要被欧美、日本品牌占据,从长期发展趋势来讲,有近80%的进口替代空间,中低压市场将是变频器未来争夺的主战场。

不过专家提醒,中低压变频器行业是个强周期行业,与国家经济周期紧密相关。虽然受自动化改造和高端装备升级的驱动影响不变,但是去年在国家严格的紧缩政策下,部分中小企业由于原材料涨价、用工成本增加以及贷款困难,对新设备采购和技术改造的资本性投入面临资金困境,对变频器的需求有所放缓,而中小用户对承兑汇票的使用也会降低渠道商的市场开拓积极性。

 

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