高壓變頻器在大功率電機節(jié)能改造中的應用研究

孟慶文

摘 要：節(jié)能降耗是現(xiàn)在世界上對于能源供需不足提出的最為有效的解決措施之一，而生產(chǎn)力的提升高壓變頻設備使用頻率越來越大。大功率電機已經(jīng)成為了現(xiàn)代社會工農業(yè)生產(chǎn)必不可少的機械動力源，使用高壓變頻的大功率電機可以有效的調解速度，在大功率電機運行的時候能夠減少電能浪費，節(jié)約能源，增強了企業(yè)的市場競爭力。

關鍵詞：高壓變頻器；大功率電機；節(jié)能改造

社會發(fā)展變化很快，科技發(fā)展迅速，大功率電機在社會應用中非常的普遍，成為了一種必備的機械動力源。而變頻技術從最初的起步到現(xiàn)在有了長足的發(fā)展，變頻技術的日趨成熟一方面要求企業(yè)的大功率電機進行速度調節(jié)，另一方面則強調了節(jié)能減少了電機運行中的電能損耗。高壓變頻的調頻功能應用在大功率電機上具有節(jié)能改造的效果。大功率異步電機調速現(xiàn)在主流方法有三種：變極調速、調壓調速和變頻調速，目前變頻調速在三者中是最先進最優(yōu)越的調速方案，這主要是因為它的精度比較高、實用效果比較好、操作簡單容易上手。高壓變頻器的使用可以降低單位電能使用量，同時提高了設備各個方面的性能，電機設備的使用年限增長，無形中為企業(yè)創(chuàng)造了更多的經(jīng)濟收益。

水泥行業(yè)大功率電機節(jié)能改造被列為我國企業(yè)能源節(jié)約的領頭羊之一不是沒有原因的。水泥生產(chǎn)企業(yè)在我國是重要的工業(yè)能源消耗大戶，而在文獻[1]中提出，我國單位水泥產(chǎn)值綜合能耗（kg 標準煤 /t）為 181，而先進國家的綜合能耗為 125.7，整個差距達 44%，也就是說在不考慮企業(yè)產(chǎn)業(yè)結構調整的情況下，僅僅是改進生產(chǎn)技術條件就有節(jié)能44%的潛力。節(jié)能可以降低生產(chǎn)成本增加經(jīng)濟效益，是提高市場競爭力的一個行之有效的手段。我國明確要求水泥行業(yè)提高應用水平和增加節(jié)能，在這種形勢下水泥生產(chǎn)企業(yè)對企業(yè)生產(chǎn)設備——大功率電機進行節(jié)能改造是必須和必然的，通過應用高壓變頻技術將大功率風機電動機進行降耗增效，能夠有效的減少單位水泥生產(chǎn)的綜合消耗降低成本，提高市場競爭力和經(jīng)濟效益。

1 節(jié)能措施的國內外現(xiàn)狀

在節(jié)能方面國外多是采用能量回饋技術，這種技術主要是結合變頻器對大功率電機進行了調速控制，從而降低了能耗。德國西門子公司研制的高壓電機的四象限運行電壓型交流變頻技術就具有很強的代表性。日本富士公司推出的FRENIC、 RHR系列再生能量裝置，也是成熟有效的大功率電機改造的成品。雖然國外節(jié)能這方面產(chǎn)品效果很不錯，但是總體來說價格偏高對于電網(wǎng)的專業(yè)性要求也很高，這樣的產(chǎn)品并不適合我們國家工業(yè)、農業(yè)共同發(fā)展的現(xiàn)階段基本國情。

2 高壓變頻器的工作原理和優(yōu)勢

2.1 高壓變頻的原理

高壓變頻器應用多重化技術。它由幾個YWM功率單位通過串聯(lián)組成，將高壓變頻器組件直接串聯(lián)構成多級電壓型高壓變頻器。高壓變頻器是由多臺單相逆變器串聯(lián)連接，在多重疊加時，每臺逆變器中PWM的三角波都會有均勻的相位位移，因而致使高次諧波互相抵消，減少了輸出電壓中的諧波含量，輸出波形十分接近正弦波從而得到了高壓交流電，從而實現(xiàn)高壓輸出。它對輸入和輸出變壓器的影響很小，設備內在的電能消耗也就降低了，而且隨著材料器件的集成化趨勢進一步發(fā)展，電機所使用的變頻器的空間位置也將越來越小。這種高壓變頻器具有高效率低能耗小體積的特點。

2.2 節(jié)能原理

企業(yè)發(fā)展總是伴隨著機械化的普及和應用，大功率電機在各個行業(yè)中普遍使用。傳統(tǒng)低功率電機在工作時消耗了較大的電能，造成了不必要的成本浪費。高壓變頻調速技術使大功率電機可以根據(jù)負載的增減情況來調節(jié)原動力，使輸入和輸出的電能平衡，有效地降低了電能損耗。功率、轉矩、轉速存在著關系：P=MV，降低大功率電機就是該公式的具體應用。當電機的負載發(fā)生變化時，應用了高壓變頻調速技術后，在電機的負載發(fā)生變化時就能夠及時通過高壓變頻器的電機頻率調節(jié)機制，改變電機轉速保持輸入、輸出電能的同步并最終形成平衡，達到大功率電機節(jié)能的目的。

2.3 變頻調速的優(yōu)勢所在

三相異步電機的運行區(qū)域有最佳運行區(qū)、普通運行區(qū)以及不經(jīng)濟運行區(qū)三種。最佳運行區(qū)的電機負載率在三種中是最高的，一般來說會高于70%，而不經(jīng)濟運行區(qū)得負載率則是三種之中是最少的，大約是在40%以下。相關能耗規(guī)范對平均負載率超過70%的大功率電機應該進行改造。高壓變頻器的調頻原理是通過改變輸入電壓的頻率來適應電機設備負載的變化，并且實現(xiàn)電能輸入與輸出的均衡，這樣可以確保最佳狀態(tài)的電力工作。

3 高壓變頻器的實際應用

3.1 在大型工業(yè)生產(chǎn)上的應用

高壓變頻器技術隨著科技的發(fā)展已經(jīng)越來越成熟，高壓變頻器的變頻裝置具備了超高的預測能力和智能分析能力，負載隨著時間變化反應比較靈敏的高壓水泵、高壓風機等設備類而言這個功能具有十分明顯的節(jié)能的作用，并且還可以通過特殊裝置起到一定的保護電機。為此該文對某水泥廠的窯尾排風風機進行節(jié)能改造并對改造前后的能量損耗做出對比，由此研究高壓變頻器在大功率電機中的實際應用。在變頻前的運行功率大約是900KW，變頻改造后的功率是690KW。從已知的數(shù)據(jù)分析正常情況下它的單位年內的工作天數(shù)為300天，單位天內18小時為例：ΔQ=P1T1- P2T2=500×18×300- 360×18×300=756000（KW.時），以一度電為 0.6元計算：W=ΔQ×0.6=453600≈45萬元。由此就可以看出僅僅是水泥廠窯尾排風風機通過節(jié)能改造后，每年都可以節(jié)省下來 45萬元。水泥廠中的不同風機如果都利用高壓變頻器進行改造完全可以實現(xiàn)節(jié)能的目的，節(jié)能的幅度可以達到在20%與 30%之間。雖然沒有通過節(jié)能改造達到前面提到的 44%，但是改造后大大的減少了我國水泥生產(chǎn)的單位能耗，提高了企業(yè)市場競爭力。

3.2 在電力系統(tǒng)晃電故障中的應用

電力系統(tǒng)運行中由于雷擊、企業(yè)電網(wǎng)故障、大型設備啟動等原因，造成電網(wǎng)出現(xiàn)故障，導致電網(wǎng)電壓瞬間增高出現(xiàn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象還有可能出現(xiàn)瞬間斷電但很快回復正常的情況，這些故障稱為“晃電”。電力系統(tǒng)應用了高壓變頻器可以調整變頻器的參數(shù)、增加變頻器的直流電源支撐系統(tǒng)等措施，可以有效保證了變頻器在電網(wǎng)晃電時穩(wěn)定運行。

4 結語

總之變頻器在大功率電機節(jié)能改造的應用中可以有效提高企業(yè)的單位電能生產(chǎn)效率，能夠大大減少水泥廠的單位水泥能耗，降低了水泥的成本提高了企業(yè)在市場上的競爭力。利用高壓變頻節(jié)能改造技術在保障了安全生產(chǎn)的同時降低了企業(yè)維護、生產(chǎn)成本。從目前國內工農業(yè)現(xiàn)階段的發(fā)展而言，大功率電機使用高壓變頻器的節(jié)能改造擁有著廣闊的發(fā)展前景和市場。

參考文獻

[1] 李毅.高壓變頻器在大功率電機節(jié)能改造中的應用[J].機電信息， 2013（33）.

[2] 薛小勇.高壓變頻器在大功率電機節(jié)能改造中的應用分析[J].科技信息，2010（02）.

[3] 張英.高壓變頻器在大功率電機節(jié)能改造中的應用研究[J].科技資訊，2015，13（26）.