試述電機變頻控制節能技術及應用

楊文宏

摘要：為貫徹落實國務院提出的“節能減排”的重要指示，財政部、國家發展改革委將組織開展高效電機推廣，將電機系統的節能問題放在很重要的位置，變頻電機控制節能也有了廣闊的發展空間。目前我國電力能源利用效率較低、消耗高、浪費大，電力供應形勢嚴峻，發展變頻節能電機勢在必行。

關鍵詞：交流電機；風機；變頻控制

一、電機變頻控制節能技術的特點和適用范圍

1.1電機變頻控制技術的特點

電機變頻控制技術的主要特點是能夠有效控制電路，并且其使用過程中能夠產生較小的成本，再加上其制作機械硬度剛好，在傳遞的過程中平滑低速，已經得到社會中各個行業的認可。但是其中也存在一定的弊端，變頻電機系統性能不高，轉矩利用率不高，穩定性會因為定子電阻和逆變器死去效應的存在變差的特點。

1.2電機變頻控制節能技術的適用范圍

電機變頻控制節能技術被廣泛應用于多個行業，例如：電力企業、鋼鐵行業、化工行業等，社會中的這些行業主要是利用電機變頻控制節能技術來降低生產中的成本，提高企業生產效率，減少勞動力的使用，從而提高產品的質量。電機變頻控制節能技術適用范圍廣泛，但是其中對客觀條件的要求較高。例如，通過轉變工程施工狀況參數來提高電能的利用率，從而將企業經濟效益提高。在節約電能方面主要采用的是將工程運行參數中存在不合理的參數去除。在降低頻率方面主要與以下幾點有關：（1）電機的負載率。通過降低電機的負載率來提高電能的使用率。（2）最初運行工況參數值的合理程度。其主要體現在電機的流量和轉速等因素，當這些因素值越大時，就會節省越多的電能，反之則節約電能量越少。（3）最初的調整方式和調速方式。其主要體現在調整方式方面，其中調整方式主要是采用進出口閥門的方式和變頻的方式，如果采用進出口閥門的方式則會加大電能的浪費程度；如果使用變頻調速的方式，除了能夠減少人工勞動力之外還能夠保障電機的穩定運行，節約電能。傳統的滑差電機方式不僅電能浪費情況嚴重，其生產效率低下，它與變頻電機控制技術是無法比擬的。（4）電機本身采用的工作方式。電機自身的工作方式決定其電能的消耗程度，因此，企業必須結合自身實際情況來選擇電機運作方式，用最適合的運作方式來達到最佳的節能狀態。

二、電機變頻控制的節能方式分析

2.1電機的變頻節能

由于電流和現實生活中的水流存在很多的相似之處，所以可以借用水流的研究來研究電流。流體力學告訴我們，功率是與流量和壓力時成正比的，而流量又與轉速一次方成正比，而壓力與轉速的平方是正比關系，由此可得它與轉速的三次方存在著正比的關系。假定水泵效率不變的情況下，要想降低流量的話，那么就要將轉速降下來，那么輸出功率也就是三次方的關系下降。像水泵電機的功率是55瓦，如果轉速只有原來的80%的話，它的耗電量就只有28.16瓦，可以將近省48.8%的電，而如果轉速變成了原來的50%的話，耗電量竟然降到了6875瓦，實現省電87.5%，節電效果明顯。

2.2功率因數的降低帶來的補償節能

無功功率不但增加線損和設備的發熱，更主要的是功率因數的降低導致電網有功功率的降低，大量的無功電能消耗在線路當中，設備使用效率低下，浪費嚴重，由公式P=S*COS，Q=S*SIN，其中S一視在功率，P一有功功率，Q一無功功率，COS一功率因數，可知COSe越大，有功功率P越大，普通水泵電機的功率因數在0/6—0/7之間，使用變頻調速裝置后，由于變頻器內部濾波電容的作用，COSd1，從而減少了無功損耗，增加了電網的有功功率。

2.3電機啟動中變頻器的軟啟動節能功用

由于電機為直接啟動或Y/D啟動，啟動電流等于（4—7）倍額定電流，這樣會對機電設備和供電電網造成嚴重的沖擊，而且還會對電網容量要求過高，啟動時產生的大電流和震動時對擋板和閥門的損害極大，對設備、管路的使用壽命極為不利。而使用變頻節能裝置后，利用變頻器的軟啟動功能將使啟動電流從零開始，最大值也不超過額定電流，減輕了對電網的沖擊和對供電容量的要求，延長了設備和閥門的使用壽命。節省了設備的維護費用。

三、電機變頻控制節能技術的發展及應用

3.1變頻電機控制技術的發展

目前，大多數使用V/F控制系統運用在變頻電機上，主要是因為該系統有結構簡單和成本低的特點優勢，適用于風機這類比較大型但對調速系統性能不算高的電機上面。變頻電機雖然能夠滿足一般平滑低速需求，但是，它的動態和靜態的性能是還是有限的。由于矢量控制的引入，變頻電機控制技術在高性能場合開始運用。隨著半導體技術的發展和數字控制技術的普及，矢量控制技術的應用已經擴展開來，從高性能領域到通用領域，增加了矢量控制技術的應用范圍。

3.2變頻電機控制技術的應用

變頻電機的控制節能技術應用越來越廣泛，可以有效達到調速節能、過流、過壓、過載保護等多種功能。例如變頻調速技術在工藝風機節能中的應用，玻璃生產廠在生產鋼化玻璃的時候，工人需要將普通玻璃經過鋼化爐處理后形成鋼化玻璃。通常，鋼化爐由熱爐、冷卻段和風機系統三部分構成。傳統的電機調節方法是由操作工人阻擋風機入口的面積，工人需要根據要加工玻璃的厚度設定輸入風門的面積大小，降低風機量的減小，從而減少風量。此過程屬于純人工設定和操作，難免存在誤差。采用變頻電機技術之后，操作工人只需要根據要加工玻璃的厚度，設定電機變頻器的輸出頻率，降低了誤差，提高了玻璃鋼化過程的效率和企業的經濟效益，同時還能達到節能的目的。電機變頻技術在中央空調系統中也得到了廣泛運用，有效減少溫室氣體的排放量。

四、結束語

變頻電機在空調風機和泵類電機拖動中表現出了其節能、安全易控、無級平滑調速、高精度控制等顯著特點。隨著我國對節能環保投入的不斷增加，電機的變頻控制將會得到更好的發展。

參考文獻：

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（作者單位：河北華熱工程設計有限公司）