一说起变频器,大家首先想到的自然是节能。确实,作为节能减排的利器,变频器为节能减排做出了巨大的贡献,可以说,如果没有变频器,也许世界能源的使用年限至少缩短五十年。然而,变频器不仅仅为节能做出了巨大的贡献,也为很多行业的工艺改善、产业升级,让我们生活的世界更美好添砖加瓦。下面我们仅以几个行业为例,简单了解在过去的十五年甚至更长的时间里,变频器为工艺改善和产业升级做出的努力。
电梯舒适性的极大改变
不知道你以前是否曾经乘坐过由专门的电梯工操作的电梯,刚起动时,“哐”地一声,速度突然提起来,吓人一跳,停下来时,速度突然降为零,随着再一声“哐”,人都有些晕了。乘坐这种电梯,除了速度比爬楼快一些,丝毫没有舒适感,还得为安全提心吊胆,如果不是特别高的楼层,笔者宁愿爬楼梯。
之所以会出现前面所述的情况,主要是因为以前的电梯大部分都是双速电梯,要么以一定的速度上行或者下行,要么停止不动,因此舒适感比较差,同时由于突然的起动和停止,对电机的冲击较大,导致电梯的安全性也较差。
变频器的出现很好地解决了电梯的这一问题,变频器的软启动功能使得电梯的启动、停止、升速、降速都变得非常柔和,让这一切的变化发生在你不知不觉中,给用户带来更加舒适的搭乘体验。缓慢的起动和停止,也大大降低了对电机和电网的冲击,让电梯变得更安全。随着技术的发展,变频器的性能也在不断提升,电梯的安全性、舒适性和节能效果也因此得以进一步提升,针对电梯行业的“飞车”故障,变频器可以在编码器失去信号的情况下安全运行,避免事故的发生;在谐波抑制方面,可以消除电梯的振动谢波段,从而是电梯的运行更稳定、更舒适;优化速度功能,可计算最佳运行时间,降低电梯运行过程中的机械振动,直流母线的设计,让电梯制动产生的电能可以回馈到电网供附近的设备使用,与传统的运行方式相比,最大可节能50%以上。
电梯用变频器有专用和通用两种,专用变频器大多为电梯厂家自行开发,因此很容易与电梯的控制系统进行信息交流,可以做到电梯控制系统与驱动系统的无缝结合,这对于电梯的安全性、可靠性有重要意义,专用变频装置是分立组装的,所以,若损坏了某一变频器件,只要更换该元器件即可,维修成本相对较小;而对于通用变频器来说,由于其输入、输出等接口资源有限,所以与电梯控制系统的信息交流受限。另外,若通用变频器某一元件损坏,则基本上要去更换整个变频器,其维修成本较高。由于专用变频器的分立性,其电磁兼容性能可能比较差,而通用变频器由于采用整体化设计,可以做到较好的电磁兼容性;另外,由于通用变频器的通用性,其生产成本可能较低,并且对于中小企业来说,有较大的采购选择余地和货比三家的机会。
而近几年出现的变频技术与控制技术的结合——一体化控制器使得电梯控制系统实现高度集成化,这有利于电梯控制系统的小型化,节省占用空间,也有利于生产电梯控制系统的非电梯整机厂的技术进步。大容量、小功率、高能效、带能量回馈功能、应用超级电容将是电梯用变频器正在逐步实现的趋势。
未来我们也能生产高档服装
那个“一亿件衣服=一架播音飞机”的公式不仅让中国人刻骨铭心,更无情地揭露了中国纺织行业的落后状况,虽然中国已经成为纺织大国,然而离纺织强国却还有很大的差距。很多人在感叹,为什么欧美的高档服装可以卖上千欧元,而中国的所谓高档服装也跟他们有很大的差距,这里面除了品牌的价值外,还有一个非常重要的因素是服装的面料。由于纺织、染整等环节还存在较大的技术差距,中国暂时还无法生产欧美那种高端面料。
当然,我们需要有信心的是,尽管我国纺织业与国际先进水平相比还有很大的差距,但是随着纺织机械机电一体化水平的不断提高,这一差距正在逐渐缩小,而交流变频调速技术也为这个差距的缩小做出了巨大的贡献。
在纺织行业,变频器的应用领域主要集中在天然纤维纺纱、制造、染整和化纤四大块,由于变频器调速不仅给纺织厂带来可观的节能效果,更给纺织生产带来质量和效益的巨大改进,许多纺织厂都积极研究和推广变频器应用技术,也乐于接受带有变频调速的纺机设备。在纺织机械中,大多通过PLC或工控机的控制,再经变频器实现多电机的同步协调运转,并根据生产工艺曲线控制各机构的运动,进而简化了机构。例如在粗纱机中,采用变频器可以去掉锥轮变速机构,从而克服了锥轮变速皮带打滑变速不准的问题。而在细纱机中,由于利用变频器省去了成形机构中的成形凸轮,进而克服了由于成形凸轮所造成的桃底有停顿、桃顶有冲击的现象,使得细纱卷形状良好,并便于下一道工序的高速退绕,同时利用变频器控制主电机的变速来控制锭子的转速,使得转速随着纱锭的大小不断变化,大大减少了纱的断头率。类似的例子还有很多很多,这里就不一一列举了。
年初,工业和信息化部为了继续贯彻落实国务院关于做强做大装备制造业的战略部署,更好地适应大力培育战略性新兴产业和推动传统产业升级对重大技术装备的新需求,修订出台了《重大技术装备自主创新指导目录(2012年版)》(以下简称《目录》)。《目录》中,新型纺织机械领域涵盖化纤装备、纺纱机械、织造设备、印染装备四部分,对万吨级新溶剂法纤维素纤维成套设备、纺纱机械、粗细联自动纺纱系统、高性能棉精梳机、新型短纤倍捻机、新型宽幅重磅双经轴高速喷水织布机、单级电磁选针型电脑横机、连续性纤维预增强热塑性复合材料生产线、全棉非织造布染整生产线、多功能气流成网联合机、厚重非织造布用高温热定形机、高效节能环保型连续染色机、动态识别+全自动对花圆网印花机、高效节能拉幅定形机等技术装备的主要技术指标和需突破的关键技术均作了详细说明和具体要求。当这些技术突破的那一天,离我们自己生产高档服装就不远了。
起重机械更安全
起重机械是用来进行物料搬运作业的工业生产特种设备,其通过工作机构的组合运动,把物料提升,在空间一定范围内移动,然后按要求将物料安放到指定位置,空载回到原处,准备再次作业,从而完成一次物料搬运的工作循环。常用传统的起重机调速方法由于其绕线转子异步电动机的集电环和电刷容易发生故障,再加上大量继电器和接触器的使用,致使现场维护量较大,调速系统的故障率较高,综合技术指标较差,越来越难以满足工业生产的特殊要求。
然而由于起重机的特殊性和高要求,变频器在起重机行业的起步较晚,随着变频技术的发展,变频器首先从起重机的行走和回转机构上取得突破,而当变频调速技术的发展逐渐达到调速机械特性硬、调速范围大、调速精度高以及平稳性好、易于控制和节能等优点时,它已经能够很好地满足起重设备安全平稳、可靠、操作性良好可靠、免维护等要求,迅速在起重机行业广泛应用。
采用变频器后,起重机的变频调速系统得到了很大的改进:动态响应更快,满足了起重机负载剧烈变化的需求;调速范围更宽,可实现有精确控制定位要求的作业;速度控制能力更强,在低速段,包括零转速附近能使电机输出具有2~3倍额定转矩的输出峰值转矩,真正实现“拉得动”、“刹得住”,确保系统安全可靠;软启动、软停止功能降低了机械传动冲击,明显改善了钢结构的承载性能,延长了起重机械的使用寿命;高集成度组件及高可靠性低压电器,有效解决了原电气系统接线复杂的难题,不仅降低了系统故障率,而且易于维护;其自动节能操作模式,能可靠释放电机的再生能量,或通过四象限运行,大大改进系统的功率因素和整机工作效率;高可靠性的控制指令和保护系统,使得起重机在机械制动器松闸之后或抱闸之前的瞬间不“溜勾”;功能强大的监控系统,通过人机界面进行系统故障自检和处理功能,方便技术人员和操作人员的维护和现场监控,大幅减少了维修时间。
作为八大类特种设备之一,起重机的安全性一直备受关注,起重机发生事故的原因很多很复杂,比如标准滞后、设计前瞻性不足、制造工业水平落后、安装质量控制不严、使用管理不到位等,既有属于设备本体的问题,也有属于使用环节的问题。在设备本体存在的问题中,起升机构的制动系统的可靠性是决定起重机安全性能的关键因素,起重机在使用过程中发生的安全事故绝大部分与起升机构有关。变频器的使用极大地提高了起重机安全性,然而目前变频器多应用在高端起重机上,中低端的起重机中还有很多用串电阻的方式来调速。幸而欧盟新的机器指令和安全控制技术标准ISO13949-1的颁布使得国内的起重机生产厂商和用户都认识到了变频器的优势及必要性,不少变频器厂商也推出自己的起重机专用产品,并提高产品的性价比,为变频器在起重机行业的全面使用而出一份力。
石油开采更高效
作为世界的产油大国之一,中国的油田开采技术却一直较为落后,我国的油田绝大部分为低能、地产油田,绝大部分油要靠注入来压油入井,靠抽油机把油从地层中提升上来,而不像国外的油田有很强的自喷能力。在我国,以水换油、以电换油是很长一段时期的现实,不仅耗费大量的水、电,效率更是低下。
以抽油机为例,抽油机的冲程频次可以通过机械的方法调整,但是一旦调整好之后,是不大可能经常进行调整,并且通过皮带轮直径调整频次的方法也是有级的,不能动态适应油井符合的需要,只有通过动态调整抽油机电机的转速,才能调整泵的充满度,提高抽取效率,增加原油产量,收到一举两得的效果,而变频调速技术正是实现这一动态转速调整的绝佳方法。采用微电脑控制和变频调速技术还可以根据互实际需求分别调整每一冲程上下行程的速度,使抽油机工作在最佳运行状态,在每一冲程总,是当地降低下形成的速度,可以提高原油在泵内的充满度,而适当提高上形成的速度,则可减少在提升中的漏失系数,有效地提高单位时间内的原油产量。
抽油机改用变频器拖动以后,有一下几个优势:大大提高了功率因素,减小了供电电流,从而减轻了电网及变压器的负担,降低了线损,可省去大量的“增容”开支;可更具油井的实际供液能力动态调整抽取速度,一方面达到节能的目的,同事还可以增加原油产量;由于实现了真正的“软起动”,对电动机、变速箱。抽油机都避免了过大的机械冲击,大大延长了设备的使用寿命,减少了停产时间,提高了生产效率。
又例如潜油电泵,以前潜油电泵容易出现沙卡现象,此事一般要采用洗井或把潜油电泵提出地面进行解决,既有较高的作业成本,又影响生产。而采用变频调速技术对潜油电泵进行改造后,如再出现沙卡,可采用反转法把泵内的存沙排出,无需作业解决,一般20分钟即可正常开机,既节能时间、洗井费用,又基本不影响生产,延长系统运行时间。
石油钻机也是又添生产的主要设备之一,随着钻井深度的增加,钻杆会越来越长,每钻进9米就须接换钻杆一次,就要将钻杆提升下放一次,绞车作业时间的比例越来越大,在钻进的过程中,随着所钻进地质条件的变化,要相应调节钻进的压力和转速,以提高钻进速度和防止卡钻的发生。因此对钻机电气传动系统的性能有很高的要求。采用高性能交流变频调速传动是解决这一问题的最理想、最有效的途径。在实际应用中,因充分使用变频器软件功能,大大简化外部线路,提高了控制水平和对设备的保护,因其性价比高,工艺先进,稳定可靠,维护简单而获得用户的高度评价。