變頻器在節(jié)能領(lǐng)域中的應(yīng)用

◎李證

變頻器在節(jié)能領(lǐng)域中的應(yīng)用

◎李證

變頻器在工業(yè)生產(chǎn)中具有很強的應(yīng)用效益和價值，在工業(yè)自動化控制領(lǐng)域具有十分廣泛的應(yīng)用。本文介紹了常用變頻器類型及其調(diào)速特點，探討了變頻器在風(fēng)機、水泵和大容量電機上的節(jié)能應(yīng)用，并就其應(yīng)用從技術(shù)上分析了應(yīng)該注意的事項和內(nèi)容，希望可以為變頻器在節(jié)能領(lǐng)域中的應(yīng)用提供應(yīng)有的參考和幫助。

變頻器在現(xiàn)代生活生產(chǎn)中起著重要作用，變頻器速度調(diào)節(jié)技術(shù)集微電子、自動控制、通信、電力電子等技術(shù)于一體，在現(xiàn)代工業(yè)控制領(lǐng)域中，變頻器的應(yīng)用非常普遍，其具有節(jié)能、節(jié)電、高效、可靠等諸多優(yōu)勢和特征。在電力驅(qū)動的設(shè)備運行中，輸出功率與負(fù)荷的變化兩者之間經(jīng)常出現(xiàn)不同步的變化，從而造成了能源資源的浪費。因此在工業(yè)生產(chǎn)過程中使用變頻器調(diào)速實現(xiàn)電動機的變速運行，可以有效的借閱電能、減少設(shè)備磨損、降低勞動強度并提高經(jīng)濟效益。

常用變頻器類型及其調(diào)速特點

常用變頻器的類型根據(jù)其運轉(zhuǎn)設(shè)備工作額定電壓的大小可以分為低壓、中壓、高壓變頻器，低壓變頻器是指額定電壓在1000伏以下的工控變頻器，中高壓變頻器是指應(yīng)用在工作電荷在1-10K伏運轉(zhuǎn)調(diào)速設(shè)備上的變頻控制器。

變頻器調(diào)速具有以下特點：不用對原有設(shè)備電機進行任何改動；可以實現(xiàn)無級調(diào)速從而滿足傳動機械的要求；變頻器自身的軟啟動、軟停止功能，避免了電流啟動沖擊對電網(wǎng)造成的不良影響，降低了大容量電機啟動對電容的要求；可以突破電源頻率的限制以開閉環(huán)的方式手動或自動地加以控制；低速運轉(zhuǎn)時可以定轉(zhuǎn)矩輸出，具有較好的低速過載能力；電機的功率因數(shù)隨著轉(zhuǎn)速的增高和功率的增大而提高，具有較好的使用效果。

變頻器在風(fēng)機、水泵和大容量電機上的應(yīng)用

變頻器在風(fēng)機中的節(jié)能應(yīng)用。某工廠爐底風(fēng)機散熱控制系統(tǒng)中，冶煉爐針對不同的材料需要不同的爐底冷卻溫度。為了最大冷卻風(fēng)量的需要，設(shè)計了4臺18.5千瓦的4極葉輪式風(fēng)機，在全功率運轉(zhuǎn)時即可，但這種最大冷卻風(fēng)量使用的機會和時間比較低，對于常用的冶金材料，4臺風(fēng)機同時運行時風(fēng)量過大，而對開2臺又達不到最低冷卻風(fēng)量的需求，對開2臺側(cè)開1臺時會造成冷卻不均勻，不能滿足工藝需求，原來的設(shè)計是對開4臺風(fēng)機同時安裝調(diào)節(jié)擋風(fēng)板來滿足冷卻需求，但這無疑浪費了電能。基于此種情況，對其中的2臺對開點擊實施開環(huán)變頻調(diào)速控制，再配合2臺全速風(fēng)機，以滿足不同冶煉材料對冷卻溫度的需求，同時又可以很好地實現(xiàn)電力的節(jié)約。

改造后的方案具有非常明顯的節(jié)能節(jié)電效果，針對其中一種冶煉材料需要固定的頻率控制進行冷卻，幾個月的時間才需要更換一次，將頻率設(shè)定在25-35的區(qū)間范圍內(nèi)，完全可以滿足冷卻風(fēng)量的要求。

變頻器在水泵中的節(jié)能應(yīng)用。某酒店750TRT中央空調(diào)冷水機阻水系統(tǒng)，有1 個90千瓦的冷凍泵和1個55千瓦的冷卻泵，根據(jù)溫度的變化主機進行制冷工作，管能特性決定了水泵電機的輸出功率。雖然1臺55千瓦的冷卻水泵通過閥門調(diào)整來控制流量可以滿足主機運行的需求，但其節(jié)能意義不大，平均節(jié)點幅度在7%左右，通過改造以溫度控制為主、壓力控制為輔的方式對水泵電機進行閉環(huán)變頻控制，水泵電機的節(jié)能幅度可以達到30%以上；90千瓦的冷凍水泵電機依靠電流閥門的調(diào)節(jié)其節(jié)電率在6%，而經(jīng)過閉環(huán)控制變頻調(diào)速改造升級后的電機就可以獲得平均30%的節(jié)電率。這是因為中央空調(diào)系統(tǒng)最初設(shè)計時的最大容量是根據(jù)氣溫、人流、散熱這三個指標(biāo)的極限值為依據(jù)而計算出來的，而日常運行中出現(xiàn)這種情況的概率很小，基本不到10%，因此實際上整個空調(diào)系統(tǒng)大部分時間里都在中低負(fù)荷狀態(tài)下運行，其主機負(fù)荷的變化曲線具有非線性的特征，而水泵負(fù)荷是為滿足主機最大負(fù)荷而設(shè)計的，是基本不變的，這樣在主機以非最大負(fù)荷運行時水泵就必然存在著浪費電能的情況，通過對水泵電機的變頻調(diào)速控制可以使其負(fù)載曲線與主機的負(fù)載曲線相吻合，因而可以實現(xiàn)電能的節(jié)約。

高壓變頻器在大容量電機上的節(jié)能應(yīng)用。高壓變頻控制傳動調(diào)速控制設(shè)備一般都是工作電壓在3千伏以上的大容量電機，其負(fù)載率通常大于0.5，與低壓變頻控制相比其節(jié)點效率較低，通?？梢赃_到18%-25%左右，由于電機容量大、電能消耗多，即時相對較低的節(jié)電率，整體的節(jié)電效益還是十分明顯和可觀，但是高壓變頻設(shè)備的體積較大，所使用的技術(shù)相對復(fù)雜，操作技能要求高，成本大，安裝調(diào)試和維護的工作都十分復(fù)雜。

變頻器在節(jié)能應(yīng)用中應(yīng)該注意的幾個問題

變頻器在實際的節(jié)能工程應(yīng)用中應(yīng)該注意以下問題：低壓變頻器的使用會產(chǎn)生一些干擾，應(yīng)該在設(shè)計時使用磁環(huán)或陷波線圈以降低干擾；在設(shè)備布置排列安裝時，應(yīng)該將變頻器單獨布置以減少其可能產(chǎn)生的電磁輻射干擾；變頻器的輸入電源可以考慮使用容量適宜的空氣開關(guān)或快熔開關(guān)作為短路保護，單操作不能過于頻繁，否則可能會對產(chǎn)生過電壓而對內(nèi)部元件造成損壞；盡量減少變頻器與控制系統(tǒng)的連接以避免傳導(dǎo)性干擾；要注意變頻器對電網(wǎng)產(chǎn)生的干擾；變頻器柜內(nèi)不應(yīng)該安裝其他的操作性開關(guān)電器，以避免誤操作；應(yīng)該注意最低轉(zhuǎn)速的限制，否則可能會導(dǎo)致電機燒毀；注意共振現(xiàn)象，避免由于共振而導(dǎo)致的設(shè)備故障。

（作者單位：濱州技術(shù)學(xué)院）