探究變頻器在機(jī)電設(shè)備節(jié)能改造中的應(yīng)用

◎孟星哲

一、變頻器節(jié)能原理

變頻器的主要構(gòu)件有微處理、檢測、驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)、濾波器、逆變器以及整流器等等，其主要工程是利用整流器把電流由交流轉(zhuǎn)換為直流，再通過逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為可控制的交流電，為交流電動(dòng)機(jī)提供穩(wěn)定的電壓。變頻器可以調(diào)整電動(dòng)機(jī)的電源電壓，這樣一來轉(zhuǎn)速也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，使其更加滿足實(shí)際需求，進(jìn)而達(dá)到減少不必要電能輸出的目的。當(dāng)前，變頻技術(shù)將計(jì)算機(jī)控制、電子兩種技術(shù)集于一身，可以對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的電源電壓進(jìn)行控制，進(jìn)而達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)這一設(shè)備的目的，在保障交流電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際需求對(duì)交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行加速和減速的調(diào)整，提升了交流電動(dòng)機(jī)和機(jī)械設(shè)備的工作效率，減少了電力資源的浪費(fèi)。此外，變頻技術(shù)在過壓、過載以及過流等情況下還起著-定的保護(hù)作用:其相應(yīng)的節(jié)能技術(shù)主要有變頻與軟啟動(dòng)兩種節(jié)能方式。

1.變頻節(jié)能。在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，為了保障設(shè)備運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性，機(jī)械設(shè)備的額定功率會(huì)大于實(shí)際功率。當(dāng)機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行時(shí)，其運(yùn).轉(zhuǎn)所需的實(shí)際功率小于額定功率，使機(jī)械設(shè)備未能滿負(fù)荷的運(yùn)轉(zhuǎn)，其多余的功率和轉(zhuǎn)矩帶來了電力資源的浪費(fèi)。為了調(diào)整機(jī)械設(shè)備的功率，使其能滿足實(shí)際需求，就需要對(duì)機(jī)械設(shè)備驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電源電壓進(jìn)行調(diào)整。變頻器能夠按照真實(shí)需要調(diào)整設(shè)備電機(jī)的電源電壓，從而降低機(jī)械設(shè)備驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸入功率，使機(jī)械設(shè)備驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸入功率滿足實(shí)際的功率需求，避免了電力資源的浪費(fèi)，起到了節(jié)約能源的作用。

2.變頻器軟啟動(dòng)節(jié)能。機(jī)械設(shè)備在啟動(dòng)時(shí)，其驅(qū)動(dòng)電機(jī)的啟動(dòng)電流通常高出額定電流的2-5倍。這樣的啟動(dòng)方式，不僅提高了用戶端電網(wǎng)的瞬間功率，使得電力資源產(chǎn)生不必要的浪費(fèi)，還會(huì)加快機(jī)械設(shè)備中某些零部件的磨損，進(jìn)而對(duì)機(jī)械設(shè)備造成一定程度的損害。電網(wǎng)中瞬間功率增大，使用戶電網(wǎng)受到極大的沖擊，造成電網(wǎng)的穩(wěn)定性失衡，對(duì)用戶電網(wǎng)中其它用戶帶來一定程度的負(fù)面影響，如電壓和電流較小，不能滿足實(shí)際功率需求。設(shè)備啟動(dòng)時(shí)的功率一般會(huì)超出額定功率的2-5倍，此時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度非常高，同時(shí)驅(qū)動(dòng)構(gòu)件也會(huì)進(jìn)行高度的運(yùn)轉(zhuǎn)，給一些構(gòu)件造成不必要的損壞，進(jìn)而使得機(jī)械設(shè)備遭到響應(yīng)程度的損害，降低了設(shè)備的使用壽命。為了保障用戶電網(wǎng)功率的穩(wěn)定以及設(shè)備的正常運(yùn)行，可以利用變頻器對(duì)設(shè)備采用軟啟動(dòng)的方式。倘若電機(jī)啟動(dòng)瞬間消耗的功率過大，對(duì)用戶電網(wǎng)造成沖擊的概率也會(huì)相應(yīng)增大，而變頻器可以將設(shè)備驅(qū)動(dòng)電機(jī)的啟動(dòng)功率從零循序漸進(jìn)的增加至額定功率，進(jìn)而減少腳間功率過大對(duì)機(jī)械設(shè)備造成的損害，達(dá)到節(jié)能的目的。利用變頻器對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行軟啟動(dòng)，不僅能避免對(duì)用戶電網(wǎng)的沖擊，而且增加了機(jī)械設(shè)備的使用壽命。

二、變頻器節(jié)能計(jì)算

1.平方轉(zhuǎn)矩類負(fù)載的調(diào)速節(jié)能。生產(chǎn)操作時(shí),對(duì)于離心泵、屏蔽泵、空冷器等平方轉(zhuǎn)矩的負(fù)載常采用閥門、擋板進(jìn)行節(jié)流調(diào)節(jié),這樣既增加了管路的阻尼，又造成了電能的浪費(fèi);如果使用變頻器對(duì)其進(jìn)行調(diào)速控制,不需再用閥門、擋板控制。將閥門、擋板開到最大,管路阻尼最小，能量損耗也大大減少。節(jié)能量可用《三相異步電動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行》指南中的計(jì)算公式:

式中：QN——額定流量；

Pe——額定流量時(shí)電動(dòng)機(jī)輸入功率。則節(jié)電率為：

2.恒轉(zhuǎn)矩類負(fù)載的調(diào)速節(jié)能。恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速是指負(fù)載轉(zhuǎn)矩保持不變，但對(duì)轉(zhuǎn)速有不同的要求。恒轉(zhuǎn)矩類負(fù)載的特點(diǎn)是負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速無關(guān)，任何轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)矩總保持恒定或基本恒定。應(yīng)用場合：傳送帶、攪拌機(jī)、提升機(jī)等負(fù)載。對(duì)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的電動(dòng)機(jī)公式有：

電動(dòng)機(jī)軸輸出功率(P1)：

式中：T1——電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩；

n1——電動(dòng)機(jī)的輸出軸轉(zhuǎn)矩。

轉(zhuǎn)差離合器軸輸出功率(P2)：

式中：T2——轉(zhuǎn)差離合器的輸出轉(zhuǎn)矩；

n2——轉(zhuǎn)差離合器的輸出軸轉(zhuǎn)矩。

則節(jié)電率為：

恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載變頻調(diào)速一般都用于滿足工藝需要的調(diào)速,不用變頻調(diào)速就得采用其他方式調(diào)速,如調(diào)壓調(diào)速、電磁調(diào)速、繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速等。由于這些調(diào)速是耗能的低效調(diào)速方式,使用高效調(diào)速方式的變頻調(diào)速后,可節(jié)省因調(diào)速消耗的轉(zhuǎn)差功率,節(jié)能率也是很可觀的。

三、變頻器的選用

1.變頻器型式選擇。通用變頻器的選擇包括變頻器的型式選擇和容量選擇兩個(gè)方面。其總的原則是首先保證可靠地實(shí)現(xiàn)工藝要求,再盡可能節(jié)省資金。變頻器類型的選擇要根據(jù)負(fù)載的要求進(jìn)行，對(duì)于風(fēng)機(jī)，泵類等平方轉(zhuǎn)矩，低速下負(fù)載轉(zhuǎn)矩較小,通?？蛇x擇普通功能型的變頻器。對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩類負(fù)載或有較高靜態(tài)轉(zhuǎn)速精度要求的機(jī)械采用具有轉(zhuǎn)矩控制功能的高功能型變頻器則是比較理想的。

2.變頻器容量選擇。在變頻器容量選擇時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

(1)注意對(duì)照變頻器和電動(dòng)機(jī)的額定電流,部分變頻器的額定電流小于同容量的電動(dòng)機(jī)額定電流時(shí),應(yīng)根據(jù)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載情況選擇大一擋的變頻器。

(2)電動(dòng)機(jī)可能出現(xiàn)短時(shí)間過載，所謂的電動(dòng)機(jī)短時(shí)間過載是相對(duì)于發(fā)熱時(shí)間而言的.少則幾分鐘，多則幾十分鐘,而變頻器的過載能力通常是1 min,因此對(duì)于離心機(jī)、粉碎機(jī)等可能短時(shí)出現(xiàn)沖擊負(fù)載的,應(yīng)選擇大一擋的變頻器。

(3)點(diǎn)動(dòng)比較頻繁的，如烘于機(jī)在加料或放料時(shí),由于點(diǎn)動(dòng)比較頻繁,選擇大一擋的變頻器。

(4)對(duì)加減速要求比較高的電動(dòng)機(jī)，也應(yīng)加大變頻器的容量。

四、結(jié)束語

伴隨著自動(dòng)化水平的日益提升，以及國家倡導(dǎo)技能減排的大環(huán)境，生產(chǎn)設(shè)備在各個(gè)方面的性能和科技含量也逐漸增強(qiáng)，由此帶來了產(chǎn)品品質(zhì)的進(jìn)一步提高。為此,如果想要使產(chǎn)品在激烈的市場競爭中具有更為穩(wěn)固的地位，就必須對(duì)現(xiàn)有的舊機(jī)械設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的改造，使其滿足現(xiàn)下的生產(chǎn)需要。