變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)在起重機(jī)械上的具體運(yùn)用

林寧

摘要 我國雖然地大物博，但是一個有14億人民的人口大國，因此我國的資源和能源面臨巨大的壓力，在現(xiàn)階段變頻調(diào)速技術(shù)是各國實(shí)現(xiàn)對電機(jī)進(jìn)行調(diào)速和節(jié)能的主要技術(shù)手段，當(dāng)然，我國也不例外，所以本文將對變頻調(diào)速這一技術(shù)的發(fā)展歷程進(jìn)行簡單回顧，并對其技術(shù)中的變頻調(diào)速和節(jié)能板塊進(jìn)行重點(diǎn)分析，然后結(jié)合實(shí)際對目前起重機(jī)上的變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行闡述，并對這項(xiàng)技術(shù)的未來應(yīng)用進(jìn)行展望。

【關(guān)鍵詞】變頻調(diào)速 起重機(jī)械 運(yùn)用

我國在資源和能源所面臨的巨大壓力使得電力問題成了我國的普遍性問題，其中電力緊缺問題是最普遍并亟待解決的問題，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在我國工業(yè)用電這一單項(xiàng)中就有至少3/5的總供電被電機(jī)所消耗，這是一個驚人的數(shù)字，因此，尋找一個高效率、低能耗的技術(shù)對此能源消耗問題進(jìn)行有效的解決是幫助我國面對巨大的資源和能源匱乏壓力的一個重要舉措，本文所介紹的變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)是一項(xiàng)采用微機(jī)對電機(jī)傳動和功率電子進(jìn)行有效調(diào)控的技術(shù)，比技術(shù)在國內(nèi)外例如英國、德國、日本等國家都獲得了高度認(rèn)可，是近年來被業(yè)界最為認(rèn)可的效益、性能、應(yīng)用最優(yōu)秀的技術(shù)，并且，為了進(jìn)一步的推動此技術(shù)的應(yīng)用和普及，我國還相繼出臺《風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載變頻調(diào)速節(jié)電傳動系統(tǒng)及其應(yīng)用條件》等多個技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

1 變頻技術(shù)的發(fā)展歷程

在調(diào)速系統(tǒng)出現(xiàn)伊始，大多采用的都是直流電機(jī)，交流電機(jī)的應(yīng)用對象為不可變速或簡單調(diào)速傳動，當(dāng)有高效交流變頻器的出現(xiàn)時，就使得交流籠型電機(jī)進(jìn)入了可調(diào)速領(lǐng)悟，最初的調(diào)速方法是恒壓頻比控制，但是由于這種方法在處理電機(jī)低頻低速時性能較差，在一定程度上限制了電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，所以這種方法只用于對調(diào)速技術(shù)要求不高的場合，而后，有人提出了矢量控制理論，即采用矢量變換的形式達(dá)到交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速和磁鏈控制的解耦，與此同時，隨著當(dāng)時科研技術(shù)水平的提高對矢量控制的發(fā)展有了推動，而后有人提出了直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)，在矢量控制的基礎(chǔ)上對電機(jī)的控制技術(shù)進(jìn)行了提升，避開了由于電機(jī)工作中的不確定參數(shù)的影響，使得變頻調(diào)速技術(shù)得到了大幅度提升，到了目前，變頻技術(shù)已經(jīng)有了質(zhì)變的突破，朝著高性能、智能、集成化方面發(fā)展。

2 變速調(diào)節(jié)技術(shù)分析

2.1 變頻調(diào)速原理

我們可用公式對目前所用交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行表達(dá)如下：

n=60f （1-s）/p （1）

n--電機(jī)轉(zhuǎn)速;

f--電源頻率;

s--轉(zhuǎn)差率;

p--電機(jī)極對數(shù)。

我們對公式進(jìn)行推導(dǎo)和驗(yàn)證可以得出與交流電機(jī)調(diào)速有關(guān)的因素：

（1）電機(jī)極對數(shù)值的改變，我們可通過改變電機(jī)磁極對數(shù)p的參數(shù)值，使得電機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生改變，從而實(shí)現(xiàn)有級調(diào)速的目的。

（2）改變電機(jī)轉(zhuǎn)差率，改變電機(jī)轉(zhuǎn)差率的效果并不好，其原理是通過對電機(jī)轉(zhuǎn)差率s的值進(jìn)行調(diào)節(jié)，改變定子電壓調(diào)速和滑差電機(jī)調(diào)速，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)差率的改變。

（3）電源頻率的改變，通過公式我們可知電源頻率對電機(jī)的調(diào)速起著重要作用，我們可改變同步轉(zhuǎn)速n，這樣雖然需要通過操控復(fù)雜的電路但可以高效率進(jìn)行調(diào)速。

在實(shí)際過程中我們對電機(jī)進(jìn)行調(diào)速時，電機(jī)的每極磁通量的額定值作為常量數(shù)值不變化是一個重要因素，因?yàn)?，如果在調(diào)速過程中，磁通量降低導(dǎo)致磁通不足，電機(jī)中的鐵心就不會得到充分利用，從而造成資源浪費(fèi)，如果磁通過大，又會使得鐵心過飽和，會有燒壞電機(jī)的可能，所以，在工作過程中我們需要對磁通量的數(shù)值進(jìn)行保持。

三相異步電動機(jī)的規(guī)定磁通電動勢為：

U≈ E=4.44fNKΦ （2）

U--定子相電壓;

E--氣隙磁通在定子每相中感應(yīng)電動勢的有效值;

N--定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù);

K--定子基波繞組系數(shù);

f--定子頻率;

Φ一一每極氣隙磁通量。

由上式可知，電機(jī)的電源電動勢和定子頻率是控制磁通的關(guān)鍵因素，所以我們要考慮以下兩種情況的控制：

（1）基頻以下。從公式（2）可知，在施工過程中我們對頻率進(jìn)行調(diào)低時必須要同時降低電動勢才能保持磁通量不變，即：U/f≈E/f=常數(shù)，也就是所謂的恒壓頻比控制方式。

（2）基頻以上。在這種情況下，我們對頻率進(jìn)行上調(diào)并保證電壓不超過額定電壓就可以達(dá)到磁通量與頻率成反比的效果，類似于直流電機(jī)的弱磁升速原理。

3 變頻調(diào)速技術(shù)在起重機(jī)上的應(yīng)用

近年來，我國的產(chǎn)品技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于從水泵到風(fēng)機(jī)再到大型起重機(jī)械設(shè)備等能耗設(shè)備上，與傳統(tǒng)設(shè)備相比而言，變頻節(jié)能技術(shù)的可以節(jié)省2/5以上的電，比如，水泵作用變頻調(diào)速技術(shù)后節(jié)電率可以高達(dá)接近70個百分點(diǎn)的電能，運(yùn)用此技術(shù)的風(fēng)機(jī)可以省30個百分點(diǎn)的電，效果特別明顯。相比目前的變頻調(diào)速而言，傳統(tǒng)調(diào)速有如下缺點(diǎn)：

（1）操作復(fù)雜，傳統(tǒng)變速的控制檔位多，操作復(fù)雜，系統(tǒng)故障率高并且不易檢修，而且容易出現(xiàn)人工操作失誤的情況。

（2）使用壽命短，傳統(tǒng)調(diào)速模式因?yàn)楣ぷ鬟^程中存在零件間的沖擊問題，這樣會降級零件使用壽命，增加成本。

（3）低速定位精度差。

（4）能耗嚴(yán)重，傳統(tǒng)技術(shù)的啟動電流過大，使得機(jī)器損耗嚴(yán)重，如頻繁切換還會損傷零件，如采用變頻調(diào)速技術(shù)也可以極大幅度的降低甚至解決這些短板。

譬如，某煉油廠5t、某發(fā)電廠1Ot起重機(jī)使用變頻調(diào)速技術(shù)后，設(shè)備操作性增強(qiáng)，故障率大大降低，節(jié)電率超過了30個百分點(diǎn)。某鋼鐵有限公司對公司- 25t的起重機(jī)進(jìn)行了如下改造：

（1）改變定子調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)為節(jié)能變頻調(diào)速系統(tǒng);

（2）取消轉(zhuǎn)子電阻，接觸器控制;

（3）采用整流回饋裝置和逆變器對系統(tǒng)進(jìn)行控制;

（4）改造電機(jī)成可以變頻控制電機(jī)。

在經(jīng)過改裝后，這一臺160kw的起重機(jī)，按330天，16h/天，進(jìn)行計(jì)算，一年可省40萬kw-h電能，電費(fèi)約為25萬元。

4 總結(jié)

能源問題是我國的難題，也是世界的難題，希望我們對此引起足夠的重視，并采取相應(yīng)的實(shí)際行動對此問題進(jìn)行解決，變頻技術(shù)較之前實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍，希望今后工作人員可以在產(chǎn)品技術(shù)綜合負(fù)載運(yùn)動，重量，運(yùn)行速度和精度等方面對技術(shù)進(jìn)行提升，設(shè)計(jì)出更節(jié)能，高效，安全的系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

[1]徐甫榮，國民經(jīng)濟(jì)重點(diǎn)行業(yè)主要輔機(jī)設(shè)備變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)講座（十五）第一章[J].電力行業(yè)，第十節(jié)凝結(jié)水泵變頻調(diào)速節(jié)能改造（上）.變頻器世界，2017 （11）.