淺議變頻調速節能技術及其應用

　　現代工業生產過程中，各種設備的傳動部件大都離不開電動機，且電動機的傳動在許多場合要求能夠調速。電動機的調速運行方式很多，以電動機類型分大致可分為直流調速與交流調速兩種，而交流調速方式又可分為串級調速、變極調速、滑差電機調速、調壓調速以及變頻調速等幾種方式。自從20世紀70年代以來，以電子器件，微電子器件技術和控制技術等為基礎的變頻調速技術，有了突破性的進展，生產出滿足變頻調速要求的變頻器，從此交流調速進入了一個嶄新時代。
　　1　變頻器與節能
　　變頻器主要用于交流電動機(異步電動機或同步電動機)轉速的調節，是公認的交流電動機最理想、最有前途的調速方案。除了具有卓越的調速性能之外，變頻器還有顯著的節能作用，是企業技術改造和產品更新換代的理想調速裝置。自20世紀80年代披引進中國以來，變頻器作為節能應用中越來越重要的自動化設備，得到了快速發展和廣泛的應用。在電力、紡織與化纖、建材、石油、化工、冶金、市政，造紙、食品飲料、煙草等行業及公用工程(中央空調器、供水，水處理、電梯等)中，變頻器都在發揮著重要的作用。
　　變頻器產生的最初用途是速度控制，但目前在國內應用較多的是節能。中國是能耗大國，能源利用率很低，而能源儲備不足。在國家每年的電力消耗中，60％～70％為動力電，而在總容量為5.8億千瓦的電動機總容量中，只有不到2000萬千瓦的電動機是帶變頻控制的。據市場研究報告分析，在中國，帶變動負載、具有節能潛力的電動機至少有1.8億千瓦。因此，國家大力提倡節能措施，并著重推薦了變頻調速技術。
　　應用變頻調速可以大大提高電動機轉速的控制精度，使電動機在最節能的轉速下運行。以風機水泵為例，根據流體力學原理，軸功率與轉速的三次方成正比。當所需風量減少，風機轉速降低時，其功率按轉速的三次方下降。因此，精確調速的節電效果非常可觀。與此類似，許多變動負載電動機一般按最大需求來生產電動機的容量，故設計裕量偏大。而在實際運行中，輕載運行的時間所占比例卻非常高。如采用變頻調速，可大大提高輕載運行時的工作效率。因此，變動負載電動機的節能潛力巨大。
　　在其工作時首先將三相交流電經橋式整流為直流電，脈動的直流電壓經平滑濾波后在微處理器的調控下，用逆變器將直流電再逆變成電壓和頻率可調的三相交流電源，輸出到需要調速的電動機上。異步電動機的轉距是電動機的磁通與轉子內流過的電流之間相互作用產生的，在額定頻率下，如果電壓一定而只降頻率，那么磁通就過大，磁回路飽和，嚴重時將燒毀電機。因此頻率與電壓成比例改變，即改變頻率的同時控制變頻器輸出電壓使電機的磁通保持一定，避免弱磁和磁飽和現象的產生。
　　2　變頻調速技術的節能原理與負載關系
　　據統計全國每年的發電量有一半消耗在電機上，其中絕大部分的電機為結構簡單、方便實用，維修量很少的鼠籠式電機，例如各種泵的電機、制冷式壓縮電機，多功能天車、加料小車傳動電機，各種輸送電機等。
　　變頻調速系統的突出優點是調速效率高，啟動能耗低，調速范圍寬，可實現無級調速，動態響應速度快，調速精度很高，操作簡便，且易于實現生產工藝控制自動化。此外，在裝置發生故障后能自動投入工頻運行，不會影響生產作業，這是該系統最顯著的優點。由于調速性能優于其他調速技術，安裝場地條件又比較靈活，適用于要求調速范圍寬、起停頻繁、較長時間低速運行的場合，節電率一般在15％～30％，是市場需求增長最快的調速方式。
　　隨著電力電子技術的迅速發展，高壓變頻調速技術將逐步能夠做到按電路最優化原則方便地選擇元件，從而可以將精力更好地放在提高產品性能以及優化控制方式上。高壓變頻器在電廠的應用還遠遠沒有展開，要充分認識采用變頻調速技術的必要性和重要性還需各界人士共同努力，變頻裝置涉及工藝、熱控和電氣等各個專業，只有通力合作，才能更好地應用。
　　3　變頻調速在節能領域的應用
　　當然變頻調速的節能效果也視其負載決定，在恒功率負載時(即在基頻以上工作)，轉矩大致上與速度成反比。而在恒轉矩負載(基頻以下工作)和風機、水泵類負載時，其節能效果就會凸顯出來，尤其是對于后者來說，更是節能調速的最佳方案。
　　當所需風量減少，風機轉速降低時，其軸功率按轉速的三次方下降，理論上如果風量為額定流量的80％，感應電動機轉速控制在額定轉速的80％運行，其軸功率將為額定功率的51％，與采用擋板調節相比，可減少49％的功率。如果流量下降到額定流量的50％時，感應電動機轉速可控制在額定轉速的50％運行，其軸功率為額定功率的13％，與采用擋板調節相比，可減少87％的功率。
　　根據以上分析，變頻調速技術可應用在礦山、冶金、建材、石油、石化、電力等行業，因為這些行業皆應用大量的通風機、壓縮機、提升機、補水泵、加壓泵等設備，這些設備多數用交流電機驅動，功率均在幾百千瓦以上，有的高達數千甚至上萬千瓦，消耗電能巨大，但大部分設備不是工作在額定功率，經常只有50％～80％的輸出，如采用變頻調速技術對其控制，節能意義不言而喻。另外采用變頻調速技術還可減少設備振動，消除大電機起動的電流沖擊，避免機械震蕩，降低設備故障率，減輕設備維修工作量。
　　4　結語
　　節能降耗是降低生產成本的重要手段，降成本是提高產品競爭力的有效手段。采用新產品新技術對設備進行改造是各個廠家所關注和了解的，變頻調速就是這樣一種新技術、新產品，利用它可以改造供水系統或供料系統。起到顯著的節能效果，并且達到改善工藝條件的目