淺析變頻器節(jié)能技術原理及其應用

摘 要：近幾年來，經(jīng)濟得到了迅速的發(fā)展，隨之而來的信息技術、電子技術、和計算機的技術也有了較快的發(fā)展，變頻器的使用，使技術水平也得到了不斷的提高，對能源的節(jié)約力度也進一步增強。變頻技術的使用，對推進我國構(gòu)建可行的節(jié)約型社會，提供了較大的技術支持。

關鍵詞：變頻器 節(jié)能技術原理 應用

中圖分類號：TM925文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2013）05（b）-0063-01

在產(chǎn)品的加工制造業(yè)以及工業(yè)生產(chǎn)中，泵類、風機等設備的應用范圍越來越廣泛，其在電能上的消耗以及擋板、閥門等一些設備的節(jié)流損失，還有對它們的日常的維修和維護的費用幾乎占成本的20%，這是一筆不小的生產(chǎn)費用的開支，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，改革不斷深入，市場競爭不斷加劇，節(jié)能降耗也逐漸成為了提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本的一個重要手段。

1 變頻節(jié)能技術基本理論

變頻技術使用的基本原理：在很長的一段時期內(nèi)，電氣設備所使用的交流電的頻率都是維持在一個固定的狀態(tài)，變頻技術的運用就是使頻率變成了一種可以隨意的調(diào)節(jié)和利用的資源。現(xiàn)如今，變頻技術中最活躍以及最快發(fā)展的就是變頻的調(diào)速技術。變頻技術包括計算機技術、電力電子技術、點擊傳動技術，是一種綜合性比較強的技術，結(jié)合了機械設備和強弱電。就是指在工頻電流的信號轉(zhuǎn)化成其他的頻率，這種轉(zhuǎn)化主要是通過半導體元件來完成的，之后再將交流電轉(zhuǎn)化成為直流電，在逆變器對電流和電壓進行調(diào)控的同時使機電設備達到無極調(diào)速的程度?？偠灾?，變頻技術就是通過電流改變頻率來對電機的轉(zhuǎn)速進行控制，從而使有效的控制電機設備，這些都是在電流頻率與電機轉(zhuǎn)速同比增長的基礎上來完成的。變頻技術的特點就是能夠使電機平穩(wěn)的運行，可以進行自動的加速和減速的控制，在能夠提高工作效率的同時減小對于能源的消耗。

在變頻器的日常運用中，主要是運用轉(zhuǎn)矩直接控制和矢量控制的方式，在變頻器的今后發(fā)展中人工神經(jīng)網(wǎng)絡以及模糊自優(yōu)化的控制方式，而且，變頻器通過不斷地發(fā)展，其綜合性會越來越高，在完成基本調(diào)速的功能基礎上，還具有在內(nèi)部設置的通信、可編程序以及參數(shù)辨識的功能。

2 變頻器的節(jié)能原理

2.1 變頻節(jié)能方式

根據(jù)流體力學，功率=壓力*流量，流量和轉(zhuǎn)速的一次方是成正比的，壓力與轉(zhuǎn)速的平方是成正比的，功率和轉(zhuǎn)速的立方成正比，如果說水泵效率固定的話，當調(diào)節(jié)流量下降時，轉(zhuǎn)速就會成比例下降，輸出的功率也就成立方關系下降，所以說，水泵的轉(zhuǎn)速與電機耗電功率是近似立方比關系。舉個例子，一臺功率是55kW的水泵電機，將它的轉(zhuǎn)速調(diào)到原來轉(zhuǎn)速的80%的時候，它的耗電量是28kW/h，省電率是48%。但是如果將轉(zhuǎn)速調(diào)到原來的50%的時候，耗電量就變成了6千瓦每小時，省電率達到87%。

2.2 采用功率因數(shù)補償方式進行節(jié)能

無功的功率不但會使設備發(fā)熱，增加電線的磨損，最重要的一點就是功率因數(shù)降低導致了電網(wǎng)的有功功率也隨之降低，所以，造成了大量無功電能在線路當中消耗掉，導致設備的使用效率降低，浪費現(xiàn)象非常嚴重，使用了變頻調(diào)速設備裝置之后，因為變頻器內(nèi)部的濾波電容作用，從而使無功損耗得到進一步減少，使電網(wǎng)有功功率得到增加。

2.3 運用軟啟動方式進行節(jié)能

由于電機是通過Y/D啟動或者直接啟動的方式進行的，啟動的電流是額定電流的四到七倍，這樣就會對供電電網(wǎng)和機電設備造成嚴重沖擊，而且這樣對電網(wǎng)的容量要求也是非常高的，在啟動的時候會產(chǎn)生比較大的電流，而且在震動的時候?qū)﹂y門和擋板的損害也是非常大的，對管路和設備的使用壽命也是非常不利的。變頻裝置的使用，利用變頻器軟啟動的功能，使啟動的電流從零開始，最大的值也不會超過額定電流，所以使其對電網(wǎng)的沖擊以及對供電容量的要求也大大減輕了，使閥門和設備的使用壽命也大大延長了。

3 變頻節(jié)能技術的應用實例

我們利用在160kW的循環(huán)水泵上安裝變頻調(diào)速器為例子，對變頻節(jié)能設備進行改造，分別測試了改造前后的用電量，取得了非常滿意的效果。

3.1 在進行變頻改造之前的控制模式

在循環(huán)水泵的工作中，當流量由于工藝的需要而改變時，就要運用調(diào)節(jié)水泵出口和入口的開度方式來對水泵的實際流量進行改變，這種調(diào)節(jié)方式被稱為節(jié)流調(diào)節(jié)，在本次舉例中，出口和入口的閥門開度都是60%上下，從電能利用的方面來說，這是一種很不經(jīng)濟的調(diào)節(jié)方式。

3.2 在進行變頻改造之后的控制模式

在循環(huán)水泵的工作中，當流量由于工藝的需要而改變時，入口和出口的閥門都完全打開，運用對電動機轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)的方式來尋找合適的、新的工作點，從而得到合適的流量。根據(jù)實際情況和現(xiàn)場的需要來實現(xiàn)手動控制或自動控制，在本例中，因為不需要頻繁地對流量進行調(diào)整，所以根據(jù)現(xiàn)場的實際情況和需要，確定出電動機實際工作的頻率是40Hz，并且采取了手動控制的方式，主要目的就是為了節(jié)約電能。

4 運用變頻調(diào)速系統(tǒng)后運行上發(fā)生的變化

實現(xiàn)了完全意義的軟啟動，在電機進行啟動的時候，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速隨著輸入電源的頻率增加而慢慢增加，使速度得到平穩(wěn)提升，整個系統(tǒng)的啟動時間設為20s左右，不會對系統(tǒng)造成沖擊，比原來的啟動方式更平穩(wěn)。

電網(wǎng)所運用的電流也得到大幅度下降，使電氣設備的使用更加安全，同時也因為頻率降低后，電機的轉(zhuǎn)速也隨之降低，對機械的磨損也就減少了，也使發(fā)生故障的概率大大降低，減少了維修經(jīng)費。

使為水泵提供電能的變壓器節(jié)約出了大部分的供電容量，單純的有功負荷下降，節(jié)約出的容量大約是50千瓦，提高了設備的利用效率。電機功率的因數(shù)也相應得到提高，這樣就使電機的運行更加經(jīng)濟。

5 結(jié)語

變頻技術的使用提高了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了能耗，節(jié)約了能源，也進一步提高了企業(yè)的經(jīng)濟效益，變頻調(diào)速技術的應用就是要對這些設備進行改造，從而達到節(jié)約能源的作用。

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