變頻器節能探析

張道松

常州新東化工發展有限公司，江蘇常州 213034

1 概述

電力設備的節能一般包括三個方面：一是降低損耗,采用節能型電動機提高電動機的效率；二是用調速控制方法，降低耗電量、實行運行方式最佳化；三是改造原有電動機結構，降低無功功率，實現動力傳遞方式的高效率化。電動機的損耗包括固定損耗與負載損耗。固定損耗由鐵損與機械損耗。變頻調速技術的基本原理是根據電機轉速與工作電源輸入頻率成正比的關系：n=60f（1-s）/p，（式中n、f、s、p分別表示轉速、輸入頻率、電機轉差率、電機磁極對數）；通過改變電動機工作電源頻率達到改變電機轉速的目的。

2 合理選型

變頻器的容量選擇以電動機額定功率為依據，變頻調速器的價格較貴，在保證安全可靠運行的前提下，合理地選擇變頻器的容量十分有意義。如對一臺250kW風機常州新東化工發展有限公司選用施耐德的如下變頻器對其進行調速控制節能。

變頻器型號 電機功率kW 三相電壓ATV71HC16N4 250 380…480 V

3 安裝控制設計

變頻器內部是大功率的電子元件，極易受到工作溫度的影響，為了保證工作安全、可靠，使用時最好控制在40℃以下。如果在配電柜中安裝，變頻器一般應安裝在柜體上部，并嚴格遵守產品說明書中的安裝要求，不允許把發熱元件緊靠變頻器的底部安裝。溫度太高且溫度變化較大時，變頻器內部易出現結露現象，其絕緣性能就會大大降低，甚至可能引發短路事故。常州新東化工發展有限公司的羅茨風機的控制過程如下：

正確的設計電機的二次控制回路（見圖1）和設定變頻器的參數是保證電機正常運行和節能基礎，接線過程中采用的是2線控制（輸入的打開或閉合狀態控制起動或停止）。根據電機名牌輸入電機的額定功率250kW；輸入額定電壓380V；額定轉速=[同步速度×（50-以Hz表示的滑差）]÷50。

設計正確的控制方式時要注意幾方面細節：1）保持電源線與設備中弱電信號電路之間的隔離；2）保持控制電路遠離電源電路，控制和調速電路要將屏蔽層的兩端接地；3）變頻電機一般可以工作在0Hz～300Hz，而非變頻電機一般只能工作在3Hz～60Hz,這是由于變頻電機的硅鋼片優于非變頻電機造成的，非變頻電機高于60 Hz時會造成磁飽和引起電機嚴重高熱而燒毀。另變頻電機有專用的降溫風扇用于散熱，當電機工作在超低頻段時非變頻電機由于沒有專用的降溫風扇而是同軸安裝的風葉由于轉速特別慢而幾乎不散熱，這也是非變頻電機不能長時間工作在超低頻段的主要原因。因此在變頻器控制非變頻電機時需設置最低頻率（可略低于實際控制頻率值）；4）變頻器在工作中由于整流和逆變，會產生高次諧波，高次諧波會通過供電回路進入整個供電網絡，從而影響其他儀表。如果變頻器的功率很大占整個系統25%以上，需要考慮控制電源的抗干擾措施。常州新東化工發展有限公司監控視頻畫面有段時間出現了嚴重不清晰，經過諧波檢測發現，因為變頻器的大量使用造成了整個系統質量下降所引起的。通過諧波治理現在已經恢復正常。

圖1

4 節能明顯

本文重在闡述變頻器在生產過程中對可調負載的節能應用和控制設計，通過變頻器調節控制后，額定電流明顯降低，至于節能多少和生產成本的降低不做詳細計算，通過以下公式套用計算即可：

1）P=UI 。（P 為電功率 ，但依舊適用于 P=W/t 。W=UIt 得

P=UIt/t，約分 t，為 P=UI。）

2）純阻電路(指電路中只含有電阻元件的電路)中可以用：

P= I^2 R （電流平方R）及P= U^2 /R （電壓平方除以R）

一般P=U^2/R用得比較多，在同一電路中，知道電壓U、電功率P來求電阻R。

3）當三相負載平衡時：

P=3×U×I×cosφ= √ 3×U×I×cosφ

4）當三相負載不平衡時：分別計算各相功率，再求

P=P1+P2+P3=U1×I1×cosφ1+U2×I2×cosφ2+U3×I3×co sφ3

5 結論

風機、泵類等設備采用變頻調速技術實現節能運行是許多企業節能的一項重點推廣技術，受到普遍重視和推廣。實踐證明，變頻器用于風機、泵類設備驅動控制場合取得了顯著的節電效果，是一種理想的調速控制方式。既提高了設備效率，又滿足了生產工藝要求，并且大大減少了設備維護、維修費用，還降低了停產周期。直接和間接經濟效益十分明顯。

[1]周德賢.高壓變頻調速裝置在電廠的應用[J].電源技術應用，2004(5).