變頻電氣控制柜的節(jié)能效果與技術(shù)發(fā)展

王建宇

摘 要：：變頻電子控制柜是是利用變頻技術(shù)對工業(yè)電動進行柔性控制的電氣設(shè)備，其主要解決的是復雜工況下電機長期在工頻下工作而產(chǎn)生的壽命降低和高能耗問題，其節(jié)能效果較為明顯，發(fā)展的趨勢將向著綜合化模糊控制型發(fā)展。

關(guān)鍵詞：變頻技術(shù) 變頻控制柜 節(jié)能應用 發(fā)展前景

中圖分類號：TM92 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）12（b）-00-01

所謂變頻控制技術(shù)就是將工頻電源進行整流，然后變?yōu)楹愣ǖ闹绷麟妷?，并利用大功率的晶體管組進行逆向轉(zhuǎn)換，逆變?yōu)榭勺冸妷号c可變頻率的交流電源，因為采用的是芯片技術(shù)進行控制，該技術(shù)可以利用正弦波PWM進行控制，電流的輸出會近似與正弦波，所以交流電機即可完成一種無極調(diào)速。變頻控速的技術(shù)是當前發(fā)展前景較為廣闊的一種交流控速方式，被廣泛的應用于工業(yè)與生活中。

在實際的應用中，一旦復雜的工作環(huán)境中設(shè)備需要不間斷的工作，其電機或者泵組的工作時間很長，且生產(chǎn)環(huán)境較為嚴苛此時電機的載荷會出現(xiàn)變化，此時其載荷就會發(fā)生改變，而電機則需要適應此中載荷的變化，如果一直采用剛性個控制則會導致電機的壽命下降。如在供熱中，一些生產(chǎn)的泵組需要全天工作，并且有不同的泵組切換，同時每天的生產(chǎn)量和注水都會發(fā)生變化，此時壓力波動就會增加。以往的電機和水泵都是按照工頻進行工作，在工況改變時其不能隨之改變工作參數(shù)，導致其長期處在高壓工況下，從而導致電機線纜發(fā)熱、泵體磨損嚴重，工作壽命有限。同時在傳統(tǒng)的工頻系統(tǒng)中，為了滿足流量控制的需求往往利用節(jié)流閥或者回流閥來控制排量，這樣也無形中增加了電力的浪費。如果采用變頻技術(shù)對泵組進行變速控制，即完成對排量的調(diào)節(jié)，這樣就可不用節(jié)流閥來控制而到達生產(chǎn)量調(diào)節(jié)的目的，同時減輕了勞動強度與故障點的數(shù)量，而且可以在柔性控制下延長電機和水泵的壽命，節(jié)約大量的能源。所以在實際的生產(chǎn)中利用變頻技術(shù)來完成對機組的控制可以有效的降低能源消耗，同時提高系統(tǒng)控制的精度和靈活性。

1 泵組變頻柜應用的情況分析

1.1 變頻柜的組成與基本原理

在實際的應用中要達到利用變頻柜節(jié)能的效果，首先應了解變頻柜的基本結(jié)構(gòu)，這樣才有助于應用。當前生產(chǎn)的變頻柜主要是在工業(yè)生產(chǎn)中使用，其控制的范圍多為工業(yè)用泵，利用變頻技術(shù)對水泵系統(tǒng)完成復雜的變頻控制，通常是利用對管道的壓力測試來獲得信息，并以此控制變頻內(nèi)置的PID運行，從而到達調(diào)節(jié)水泵流量的目的，從而保證管網(wǎng)內(nèi)的壓力恒定或者隨著需求而改變，提高工業(yè)水泵系統(tǒng)的安全性與靈活性，通常系統(tǒng)是組成為變頻器、PLC、PID等組成，通過控制器實現(xiàn)對控制對象的頻率調(diào)節(jié)。

1.2 針對變頻控制的選擇

在應用中要應用變頻柜首先應對其工作的狀況進行了解，才能選擇適應生產(chǎn)的變頻柜型號，根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備的功率需求與分析，工業(yè)泵的風機、功率和使用環(huán)境等都是變頻柜選擇的重要依據(jù)。同時對泵的功能也要有所了解，并實現(xiàn)對變頻需求進行分析，以此才能保證變頻柜選擇的合適。在重視上訴選型原則的基礎(chǔ)上，還應綜合性的考慮性價比，即配件、節(jié)能等方面考慮系統(tǒng)構(gòu)建的成本等，充分滿足系統(tǒng)的經(jīng)濟性，不能因為一位的追求變頻控制的高效而不顧系統(tǒng)成本。尤其是在變頻柜的選擇中，對于配件的供應應尤其重視，必須選擇通用的配件進行構(gòu)建，這樣才能保證系統(tǒng)在日后的維護中不會造成更大的支出，保證變頻柜在節(jié)能的同時也保證低成本維護。

1.3 變頻柜應用中的注意事項

在工業(yè)生產(chǎn)中，變頻柜的應用是一個動態(tài)化的調(diào)試過程，其應根據(jù)泵組環(huán)境而設(shè)定變頻柜的安裝地點，同時還應保證設(shè)備接地良好。安裝變頻柜的接地要求，使用短粗接地線完成對公共接地點的連接。對于要求較高的工作環(huán)境應采用金屬網(wǎng)等進行接地，同時低壓單元和繼電器等注意與熔斷器的連接，從而提高變頻柜的保護效果。在工作中因為存在電磁干擾，而電磁干擾對變頻控制影響較大，所以進行變頻柜的設(shè)計時應考慮電機線纜與其他控制線路的獨立布置，同時避免電機電纜與控制線纜并行的距離過長。通常情況下，在應用中變頻器多安裝在控制柜的中間，且變頻器應垂直安裝，主要保證其上部與下部的空間，利于散熱，最后運行前通常應進行檢測以保證設(shè)備的可靠性。

2 變頻柜的節(jié)能與技術(shù)發(fā)展

在變頻柜的應用中，國內(nèi)進行對于動力變頻柜中再生電能進行處理的方式主要是三種，即制動電阻、吸收電阻、回饋制動。其中第三種方式在技術(shù)上來看是較為先進的。具體操作的方式就是系統(tǒng)進行能量回饋，將電能回饋給相應的電源，并將設(shè)備的能量回饋到變頻控制柜上，以此來進行相應的分工從而達到節(jié)約能源的目的。在應用中，涉及到的還有電機的節(jié)能，按照相關(guān)的規(guī)定電動機運行過程中，使用的電能達到額定載荷或者徘徊其附近的時候，其電機的工作效率最佳，經(jīng)濟性與性能達到平衡。而在實際中電機主要運行模式為輕載，因此電機往往處在高能耗中。對此在變頻柜上，就可對其進行頻率優(yōu)化，即通過對頻率的調(diào)制，結(jié)合其他控制系統(tǒng)的參數(shù)，有效的對電機進行控制，從而使之達到平衡狀態(tài)。如利用對設(shè)備載荷的變化和功能圖等采集數(shù)據(jù)與變頻柜的變頻器實現(xiàn)聯(lián)動。這樣對上下行不平衡的工況就可以根據(jù)其具體工作參數(shù)進行控制，如在一個沖程內(nèi)載荷發(fā)生改變，此時就可利用不同的頻率改變上下行的速度，以上快下慢的運行方式來降低泵組空抽的情況提高效率。再如注水過程，同樣可以對注水的量與壓力進行實時化分析，以此來對變頻器進行控制，從而調(diào)節(jié)泵組的工況，進而控制注水電機的速度，來達到降低能耗的目標。利用變頻技術(shù)可以克服大轉(zhuǎn)矩啟動是造成的電流沖擊，同時適應了電動機輕載時的工作頻率，使其能耗適應輕載利用率。

3 結(jié)語

在工業(yè)生產(chǎn)中，電動機是最為重要也是應用最廣的設(shè)備。而變頻技術(shù)則是精細控制電動機的技術(shù)措施，變頻柜則是其中一項較為重要的技術(shù)措施。其也成了工業(yè)生產(chǎn)控制技術(shù)的重要發(fā)展方向。變頻柜的發(fā)展將向著多技術(shù)門類結(jié)合的方向邁進，將信息、數(shù)字、模糊控制、模塊控制、計算機技術(shù)、調(diào)頻技術(shù)、傳感器技術(shù)等融合在一個控制設(shè)備中，形成靈活的變頻柜功能，使之可以滿足多種領(lǐng)域的需求。新技術(shù)將利用模糊控制理念，使得設(shè)備保持性對的平衡，即載荷與輸出功率之間的平衡，從而保證電機的工作狀態(tài)相對穩(wěn)定，實現(xiàn)柔性控制。

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