試述電機(jī)變頻控制節(jié)能技術(shù)及應(yīng)用

楊文宏

摘要：為貫徹落實(shí)國務(wù)院提出的“節(jié)能減排”的重要指示，財(cái)政部、國家發(fā)展改革委將組織開展高效電機(jī)推廣，將電機(jī)系統(tǒng)的節(jié)能問題放在很重要的位置，變頻電機(jī)控制節(jié)能也有了廣闊的發(fā)展空間。目前我國電力能源利用效率較低、消耗高、浪費(fèi)大，電力供應(yīng)形勢(shì)嚴(yán)峻，發(fā)展變頻節(jié)能電機(jī)勢(shì)在必行。

關(guān)鍵詞：交流電機(jī)；風(fēng)機(jī)；變頻控制

一、電機(jī)變頻控制節(jié)能技術(shù)的特點(diǎn)和適用范圍

1.1電機(jī)變頻控制技術(shù)的特點(diǎn)

電機(jī)變頻控制技術(shù)的主要特點(diǎn)是能夠有效控制電路，并且其使用過程中能夠產(chǎn)生較小的成本，再加上其制作機(jī)械硬度剛好，在傳遞的過程中平滑低速，已經(jīng)得到社會(huì)中各個(gè)行業(yè)的認(rèn)可。但是其中也存在一定的弊端，變頻電機(jī)系統(tǒng)性能不高，轉(zhuǎn)矩利用率不高，穩(wěn)定性會(huì)因?yàn)槎ㄗ与娮韬湍孀兤魉廊バ?yīng)的存在變差的特點(diǎn)。

1.2電機(jī)變頻控制節(jié)能技術(shù)的適用范圍

電機(jī)變頻控制節(jié)能技術(shù)被廣泛應(yīng)用于多個(gè)行業(yè)，例如：電力企業(yè)、鋼鐵行業(yè)、化工行業(yè)等，社會(huì)中的這些行業(yè)主要是利用電機(jī)變頻控制節(jié)能技術(shù)來降低生產(chǎn)中的成本，提高企業(yè)生產(chǎn)效率，減少勞動(dòng)力的使用，從而提高產(chǎn)品的質(zhì)量。電機(jī)變頻控制節(jié)能技術(shù)適用范圍廣泛，但是其中對(duì)客觀條件的要求較高。例如，通過轉(zhuǎn)變工程施工狀況參數(shù)來提高電能的利用率，從而將企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益提高。在節(jié)約電能方面主要采用的是將工程運(yùn)行參數(shù)中存在不合理的參數(shù)去除。在降低頻率方面主要與以下幾點(diǎn)有關(guān)：（1）電機(jī)的負(fù)載率。通過降低電機(jī)的負(fù)載率來提高電能的使用率。（2）最初運(yùn)行工況參數(shù)值的合理程度。其主要體現(xiàn)在電機(jī)的流量和轉(zhuǎn)速等因素，當(dāng)這些因素值越大時(shí)，就會(huì)節(jié)省越多的電能，反之則節(jié)約電能量越少。（3）最初的調(diào)整方式和調(diào)速方式。其主要體現(xiàn)在調(diào)整方式方面，其中調(diào)整方式主要是采用進(jìn)出口閥門的方式和變頻的方式，如果采用進(jìn)出口閥門的方式則會(huì)加大電能的浪費(fèi)程度；如果使用變頻調(diào)速的方式，除了能夠減少人工勞動(dòng)力之外還能夠保障電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，節(jié)約電能。傳統(tǒng)的滑差電機(jī)方式不僅電能浪費(fèi)情況嚴(yán)重，其生產(chǎn)效率低下，它與變頻電機(jī)控制技術(shù)是無法比擬的。（4）電機(jī)本身采用的工作方式。電機(jī)自身的工作方式?jīng)Q定其電能的消耗程度，因此，企業(yè)必須結(jié)合自身實(shí)際情況來選擇電機(jī)運(yùn)作方式，用最適合的運(yùn)作方式來達(dá)到最佳的節(jié)能狀態(tài)。

二、電機(jī)變頻控制的節(jié)能方式分析

2.1電機(jī)的變頻節(jié)能

由于電流和現(xiàn)實(shí)生活中的水流存在很多的相似之處，所以可以借用水流的研究來研究電流。流體力學(xué)告訴我們，功率是與流量和壓力時(shí)成正比的，而流量又與轉(zhuǎn)速一次方成正比，而壓力與轉(zhuǎn)速的平方是正比關(guān)系，由此可得它與轉(zhuǎn)速的三次方存在著正比的關(guān)系。假定水泵效率不變的情況下，要想降低流量的話，那么就要將轉(zhuǎn)速降下來，那么輸出功率也就是三次方的關(guān)系下降。像水泵電機(jī)的功率是55瓦，如果轉(zhuǎn)速只有原來的80%的話，它的耗電量就只有28.16瓦，可以將近省48.8%的電，而如果轉(zhuǎn)速變成了原來的50%的話，耗電量竟然降到了6875瓦，實(shí)現(xiàn)省電87.5%，節(jié)電效果明顯。

2.2功率因數(shù)的降低帶來的補(bǔ)償節(jié)能

無功功率不但增加線損和設(shè)備的發(fā)熱，更主要的是功率因數(shù)的降低導(dǎo)致電網(wǎng)有功功率的降低，大量的無功電能消耗在線路當(dāng)中，設(shè)備使用效率低下，浪費(fèi)嚴(yán)重，由公式P=S*COS，Q=S*SIN，其中S一視在功率，P一有功功率，Q一無功功率，COS一功率因數(shù)，可知COSe越大，有功功率P越大，普通水泵電機(jī)的功率因數(shù)在0/6—0/7之間，使用變頻調(diào)速裝置后，由于變頻器內(nèi)部濾波電容的作用，COSd1，從而減少了無功損耗，增加了電網(wǎng)的有功功率。

2.3電機(jī)啟動(dòng)中變頻器的軟啟動(dòng)節(jié)能功用

由于電機(jī)為直接啟動(dòng)或Y/D啟動(dòng)，啟動(dòng)電流等于（4—7）倍額定電流，這樣會(huì)對(duì)機(jī)電設(shè)備和供電電網(wǎng)造成嚴(yán)重的沖擊，而且還會(huì)對(duì)電網(wǎng)容量要求過高，啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的大電流和震動(dòng)時(shí)對(duì)擋板和閥門的損害極大，對(duì)設(shè)備、管路的使用壽命極為不利。而使用變頻節(jié)能裝置后，利用變頻器的軟啟動(dòng)功能將使啟動(dòng)電流從零開始，最大值也不超過額定電流，減輕了對(duì)電網(wǎng)的沖擊和對(duì)供電容量的要求，延長了設(shè)備和閥門的使用壽命。節(jié)省了設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用。

三、電機(jī)變頻控制節(jié)能技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用

3.1變頻電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展

目前，大多數(shù)使用V/F控制系統(tǒng)運(yùn)用在變頻電機(jī)上，主要是因?yàn)樵撓到y(tǒng)有結(jié)構(gòu)簡單和成本低的特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)，適用于風(fēng)機(jī)這類比較大型但對(duì)調(diào)速系統(tǒng)性能不算高的電機(jī)上面。變頻電機(jī)雖然能夠滿足一般平滑低速需求，但是，它的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)的性能是還是有限的。由于矢量控制的引入，變頻電機(jī)控制技術(shù)在高性能場(chǎng)合開始運(yùn)用。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展和數(shù)字控制技術(shù)的普及，矢量控制技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)擴(kuò)展開來，從高性能領(lǐng)域到通用領(lǐng)域，增加了矢量控制技術(shù)的應(yīng)用范圍。

3.2變頻電機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用

變頻電機(jī)的控制節(jié)能技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛，可以有效達(dá)到調(diào)速節(jié)能、過流、過壓、過載保護(hù)等多種功能。例如變頻調(diào)速技術(shù)在工藝風(fēng)機(jī)節(jié)能中的應(yīng)用，玻璃生產(chǎn)廠在生產(chǎn)鋼化玻璃的時(shí)候，工人需要將普通玻璃經(jīng)過鋼化爐處理后形成鋼化玻璃。通常，鋼化爐由熱爐、冷卻段和風(fēng)機(jī)系統(tǒng)三部分構(gòu)成。傳統(tǒng)的電機(jī)調(diào)節(jié)方法是由操作工人阻擋風(fēng)機(jī)入口的面積，工人需要根據(jù)要加工玻璃的厚度設(shè)定輸入風(fēng)門的面積大小，降低風(fēng)機(jī)量的減小，從而減少風(fēng)量。此過程屬于純?nèi)斯ぴO(shè)定和操作，難免存在誤差。采用變頻電機(jī)技術(shù)之后，操作工人只需要根據(jù)要加工玻璃的厚度，設(shè)定電機(jī)變頻器的輸出頻率，降低了誤差，提高了玻璃鋼化過程的效率和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)還能達(dá)到節(jié)能的目的。電機(jī)變頻技術(shù)在中央空調(diào)系統(tǒng)中也得到了廣泛運(yùn)用，有效減少溫室氣體的排放量。

四、結(jié)束語

變頻電機(jī)在空調(diào)風(fēng)機(jī)和泵類電機(jī)拖動(dòng)中表現(xiàn)出了其節(jié)能、安全易控、無級(jí)平滑調(diào)速、高精度控制等顯著特點(diǎn)。隨著我國對(duì)節(jié)能環(huán)保投入的不斷增加，電機(jī)的變頻控制將會(huì)得到更好的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]湯鳳佩.注水電機(jī)變頻控制時(shí)的繼電保護(hù)設(shè)計(jì)[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2012（02）：15-17.

[2]許蔡輝，麥智煒，王碧瀅.電機(jī)變頻控制節(jié)能技術(shù)和運(yùn)用探析[J].家用電器，2017（1）：34-35.

[3]陳高明.論電機(jī)變頻控制節(jié)能技術(shù)和運(yùn)用[J].山東工業(yè)技術(shù)，2016（1）：192.

（作者單位：河北華熱工程設(shè)計(jì)有限公司）