變頻節電技術應用中應注意的幾個問題

席紅延　馮　濤　王　鈞　黃　磊　李文斌

摘要：通過總結我們多年來在節能工作中的經驗，讓大家了解一下一應用變頻技術的主要方面，技術經濟指標和怎樣選擇合理價位的變頻設備以及設備的正確安裝和參數設置與調試。

關鍵詞：變頻節電

0引言

變頻調速是改變電動機定子電源的頻率，從而改變其同步轉速的調速方法。變頻調速系統主要設備是提供變頻電源的變頻器。為了保證生產的可靠性，各種生產機械在設計配用動力驅動時，都留有一定的富余量。電機不能在滿負荷下運行，除達到動力驅動要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成電能的浪費，在壓力偏高時，可降低電機的運行速度，使其在恒壓的同時節約電能。當電機轉速從N1變到N2時，其電機軸功率(P)的變化關系如下：P2／P1=(N2／N1)3，由此可見降低電機轉速可得到立方級的節能效果。變頻調速有以下特點：①效率高，調速過程中沒有附加損耗。②應用范圍廣，可用于鼠籠型異步電動機。③調速范圍大，特性硬、精度高。④起動性能好，可做到平滑起動。⑤目前是國家推廣的成熟技術。變頻調速技術現已被應用于各行各業。但從整體上看，一些企業采用變頻調速技術以后，也未獲得應有的節能效果。分析其中的原因，是沒有意識到技術創新的重要作用，對變頻調速技術的重要作用了解不夠：有些企業在應用中技術上還沒有過關。以下，筆者就推廣應用變頻調速技術應注意的幾個問題做一些論述。

1變頻技術應用主要有以下兩個方面：

1.1為節電而應用若為節電，那么變頻器所安裝設備就應選擇負荷變化大，應在20％以上，另外還有就是應用于大馬拉小車，設備功率因數低的負荷上，如果是負荷比較平穩，變化不大就先不采用變頻技術，可以采用其他節電技術。變頻調速器能否實現節電，是由其負載的調速特性決定的。對于離心風機、離心水泵這類負載，轉矩與轉速的平方成正比，功率與轉速的立方成正比。只要原來采用閥門控制流量，且不是滿負荷工作，改為調速運行，均能實現節電。當轉速下降為原來的80％時，功率只有原來的51.2％。可見，變頻調速器在這類負載中的應用，節電效果最為明顯。對于羅茨風機這類負載，轉矩與轉速的大小無關，即恒轉矩負載。若原來采用放風閥放走多余風量的方法調節風量，改為調速運行，也能實現節電。當轉速下降為原來的80％時，功率為原來的80％。比在離心風機、離心水泵中的應用節電效果要小得多。對于恒功率負載，功率與轉速的大小無關。水泥廠恒功率負載，如配料皮帶秤，在設定流量一定的條件下，當料層厚時，皮帶速度減慢；當料層薄時，皮帶速度加快。變頻調速器在這類負載中的應用，不能節電。另外，變頻調速器具有軟啟動功能，可降低反復啟動時的高啟動電流，節能。但對滿負荷連續運轉的設備不能節能。

1.2為工藝調速而采用變頻技術另一主要應用就是調速，若工藝條件要求調速的可優先選用變頻技術。

2技術經濟指標

按照預計或實測選擇應用變頻技術，在預計的節電率及負荷變化，其投資回收期在18個月之內，最長不超過兩年。

3合理選用

由于變頻器價格較貴，選用時一定要做詳細的技術經濟分析論證，對那些負荷較高且非變工況運行的設備不宜采用變頻器。變頻器具有較多的品牌和種類，價格相差很大。要根據工藝環節的具體要求選擇性能較好、價格相對較低的品牌和種類，為此必須了解變頻器的技術特性。變頻器可以從不同的方面進行分類。

3.1按控制方式不同可分為通用型和工程型。通用型變頻器一般采用給定閉環控制方式，動態響應速度相對較慢，在電機高速運轉時也可滿足設備恒功率的運行特性，但在低速時難以滿足恒功率要求。工程型變頻器在其內部通過檢測設有自動補償、自動限制的環節，在設備低速運轉時也可保持較好的特性實現閉環控制。在水泥廠喂料、卸料、窯轉速等工藝環節，由于控制相對簡單，要求不高，為降低價格、便于維護，選擇通用性變頻器即可。

3.2按安裝形式不同可分為四種，可根據受控電機功率及現場安裝條件選用合適類型。一種是固定式(壁掛式)，功率多在37kW以下。第二種是書本型，功率從0.2～37kW，占用空間相對較小，安裝時可緊密排列。第三種是裝機，裝柜型，功率為45～200kW，需要附加電路及整體固定殼體，體積較為龐大，占用空間相對較大。第四種為柜型，控制功率為45～1500kW，除具備裝機／裝柜型特點外，與之比較占用空間更大。

3.3從變頻器的電壓等級來看，有1AC230V，也有3AC208～230V、380～460V、500～575V、660～690V等級，應根據要求做出正確的選擇。

3.4從變頻器的防護等級來看，有IP00的，也有IP54的，要根據現場環境情況作出相應的選擇。

3.5從調速范圍及精度而言，變頻器FC(頻率控制)，調速范圍1:25；VC(矢量控制)，調速范圍1:100～1:1000；SC(伺服控制)，調速范圍1:4000～1:1000。

變頻器選型時，應兼顧上述各點要求，根據生產現場的情況正確選擇合適的形式。一是考慮變頻器的安裝環境要求，二是企業要求的環境，三是要考慮高次諧波對其他設備的啟動運行有無影響。變頻器的容量選擇，應滿足在最大工作電流時不超過變頻器的過載容量(電流)。在變頻器的選型時還應注意，相同設備配用的變頻器的規格應盡可能統一，便于備品備件的準備，便于維修管理。選用時還要考慮生產廠家售后服務質量情況。一般的變頻廠家在推銷時都說其節電率在30％以上，節電率的高低不在于變頻器本身，而在于所應用的負荷上決定的，因此在設備選型上一定要征求有關專家或專業機構(節能技術服務中心)的意見，不能僅憑推銷人員的一家之言。變頻器的選擇還有國產和進口設備之分，通過我們多年的體會，三方面引起注意：①進口變頻器的價位大約在800-1000元／KW，國產價位在500元左右／KW。②在應用中15KW－75Kw可采用國產變頻器，其余建議采用進口變頻器。③進口變頻器在選用的過程中也有性能和價格的比較。

4正確安裝

對于生產條件比較惡劣，粉塵較大的場合，調速機械大多安裝在室外或庫下，環境惡劣的地方，而操作人員一般集中在電控室，變頻器做為較精密的儀器設備，生產現場時常無人且環境較差，對設備不利。變頻器應安裝在電控室內。如要求多臺變頻器安裝在同一電控室的某一個控制屏內，則必須采用抗干擾的措施以保證系統正常工作。變頻器控制線必須采用屏蔽電纜，并且在布線范圍內必須與動力線相距＞0.1m，相交時必須轉90°角，千萬不要將控制線與動力線放在同一電纜托架(或線框)內，以避免變頻器控制信號受到干擾。變頻器負載輸出線也要采取屏蔽措施，選用鎧裝電纜，以避免變頻器對附近儀表產生干擾。部分變頻器頂部有散熱孔，灰塵和金屬物易于由此

進入裝置內部，應采取防護措施，防止內部短路。在變頻器接線時要特別注意電源的輸入線和輸出線絕不能接錯，將電源輸入線接上變頻器輸出位置，會立刻損壞設備。通常變頻器連接到電機的電纜長度要求不能超過50m，使用屏蔽電纜不能超過25m。這就必須要考慮變頻器到受控電機之間的距離問題，碰到超過規定距離的情況。通常解決的方法有兩個，其一是在超過規定距離的線路上串入電流值適合的出線電抗器；其二是加大變頻器功率一個等級，這種方式特別適合于多臺集中群控、安裝位置狹小擁擠、要求規范等場合。

5參數設置與調試

做好變頻器參數的設置及調試工作是設備正常運轉的一個根本保障措施。現場中出現的許多問題往往是參數的設置問題而與設備本身無關，由此可見，合理正確設置參數很重要。在變頻調速器開機調試前必須根據負載的特點，將所有參數設定好，檢查無錯誤后方可開機運行。在啟動過程中，恒轉速過程及減速過程中，要特別注意變頻器輸出電流，認真觀察，如果第一次設定的參數不是十分理想，應逐步接近。轉矩提升功能主要考慮負載啟動轉矩，在負載能平穩啟動的原則下，應盡量調低些，否則在低頻輕載時勵磁太大，容易引起電機嚴重過熱。個別廠在使用變頻調速器之后，在某些頻率點出現機械共振，其原因是原來設備只是在50Hz工頻下運行，改變頻率后，則在0～50Hz之間無級變化，因此在某些頻率點上造成機械共振。調試時必須細心檢查是否存在機械共振問題，如果有，應采用頻率回避的方法，即跳過發生共振的頻率范圍，使變頻器不輸出發生共振的頻率。在變頻調速器供電與工頻供電相互切換時，必須在變頻器輸出頻率為零時，方可切換變頻輸出，即變頻器不準無負載輸出和開路運行，也不允許帶負荷切換斷電。對于從工頻切回變頻供電的設備，必須在電動機斷電停轉后方可切換，以防止因電動機旋轉發電而造成變頻器的損壞。

6考核改造前后的節電效果

在改造之前要與供應商談改造效果的要求，一定要考核改造前后的節電效果，必要時請當地的節能技術服務中心進行測試并充當第三方見證人，避免不必要損失和麻煩。售后服務不能僅聽廠家一家之言，要有企業的自身要求，并索取技術資料和使用說明及操作使用說明。

綜上所述，變頻調速器是一種成熟的技術設備，是用能單位節電改造的理想設備，具有很高的推廣價值，廣大用能單位提高認識，重視技術引進工作，加速變頻調速技術的推廣應用。在應用中，要合理選型，正確安裝，做好變頻器的參數設置與調試，以取得良好的使用效果。