小議變頻技術(shù)的節(jié)能效應(yīng)

摘要：隨著工業(yè)自動(dòng)化水平的不斷提高和電力電子技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)工程中采用高壓變頻調(diào)速技術(shù)越來越多，國(guó)家號(hào)召節(jié)約資源、企業(yè)需要降低生產(chǎn)成本、市場(chǎng)呼吁節(jié)能技術(shù)和產(chǎn)品，而變頻技術(shù)被認(rèn)為是最有效的節(jié)能方式之一，使用變頻器不僅能達(dá)到科學(xué)用能、節(jié)能降耗的目的，而且能夠提高自動(dòng)化水平，改善工藝。

關(guān)鍵詞：變頻技術(shù) 節(jié)能效應(yīng)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，生產(chǎn)的需要和實(shí)際的需求，變頻控制技術(shù)越來越被廣泛的應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)及其他領(lǐng)域之中，特別是當(dāng)今國(guó)際和國(guó)內(nèi)環(huán)保節(jié)能的硬性要求，生產(chǎn)和生活從安全型轉(zhuǎn)變成安全節(jié)能型。而變頻技術(shù)被認(rèn)為是最有效的節(jié)能方式之一，同時(shí)變頻技術(shù)最大的一個(gè)特點(diǎn)就是安全節(jié)能。使用變頻器不僅能達(dá)到科學(xué)用能、節(jié)能降耗的目的，而且能夠提高自動(dòng)化水平，改善工藝。現(xiàn)在我就以變頻技術(shù)的概念開始，結(jié)合水泵變頻應(yīng)用，談?wù)勛冾l技術(shù)的節(jié)能效應(yīng)。

1 變頻技術(shù)介紹

變頻技術(shù)指的是異步電動(dòng)機(jī)的變壓變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，一般簡(jiǎn)稱變頻調(diào)速系統(tǒng)，也就是人們所說的變頻技術(shù)。在各種異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，變頻技術(shù)的效率最高，同時(shí)性能也最好。采用變頻控制技術(shù)，在生產(chǎn)機(jī)械對(duì)調(diào)速系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)性能要求不高的情況，不但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且成本也較低，大大降低了生產(chǎn)成本和能量消耗，從而達(dá)到高效節(jié)能。變頻技術(shù)中，變頻控制系統(tǒng)是整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的核心，而變頻裝置即變頻器又是變頻技術(shù)的主要裝置。變頻控制系統(tǒng)，它的基本控制方式是，在基頻以下，為了維持磁通不變，須按比例的同時(shí)控制電壓和頻率，低頻時(shí)還應(yīng)抬高電壓以補(bǔ)償定子壓降；在基頻以上，由于電壓無法再升高，只好僅僅提高頻率而迫使磁通減弱。綜合基頻以上以及以下的情況，根據(jù)變頻控制特性，按照電機(jī)拖動(dòng)基本原理，基頻以下屬于“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速”，基頻以上屬于“恒轉(zhuǎn)矩功率調(diào)速”。現(xiàn)今，使用最多的是靜止式變頻裝置，用的變頻裝置主要是間接變頻技術(shù)。

2 變頻技術(shù)的降耗節(jié)能原理

由流體力學(xué)以及動(dòng)力學(xué)原理可知，功率(P)與Q(流量)以及N(壓力)成正比關(guān)系，與轉(zhuǎn)速的立方成正比。因此在水泵的效率不變化時(shí)，流量下降時(shí)，N可成比例的降低，這樣軸的輸出功率成立方關(guān)系急速下降。

2.1 功率因數(shù)補(bǔ)償節(jié)能，根據(jù)電力學(xué)原理和電力拖動(dòng)原理及應(yīng)用，普通水泵電機(jī)的功率因數(shù)在0.6～0.7之間，比較低，在使用變頻調(diào)速裝置后，由于變頻器內(nèi)部濾波電容的作用，使得功率因數(shù)增大，從而減少了無功損耗，增加了電網(wǎng)的有功功率。

2.2 軟啟動(dòng)節(jié)能由于電機(jī)為直接啟動(dòng)或Y/D啟動(dòng)，啟動(dòng)電流等于（4～7）倍額定電流，這樣會(huì)對(duì)機(jī)電設(shè)備和供電電網(wǎng)造成嚴(yán)重的沖擊，對(duì)設(shè)備、管路的使用壽命極為不利。使用變頻裝置后，利用其軟啟動(dòng)功能將使啟動(dòng)電流從零開始，最大值也不超過額定電流，減輕了對(duì)電網(wǎng)的沖擊和對(duì)供電容量的要求，延長(zhǎng)了設(shè)備和閥門的使用壽命，節(jié)省了設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用。

3 水泵高壓電機(jī)變頻調(diào)速改造應(yīng)注意的問題

為達(dá)到電氣節(jié)能和工藝優(yōu)化的目的，高壓變頻器在工程設(shè)計(jì)中應(yīng)注意：

3.1 電機(jī)的特性試驗(yàn)和技術(shù)規(guī)范的再修訂當(dāng)一臺(tái)普通電動(dòng)機(jī)由變頻提供電源時(shí)，其變頻器輸出端的電壓和電流諧波分量會(huì)使電機(jī)的損耗增加、效率降低、溫度升高。為改善電機(jī)啟動(dòng)性能，應(yīng)注意轉(zhuǎn)子的集膚效應(yīng)，不要使實(shí)際阻抗增加，從而使銅耗增大。

3.2 由于電機(jī)線圈之間存在分布電容，當(dāng)高次諧波電壓輸入時(shí)，各線圈之間的電壓是不均勻的，這種長(zhǎng)期反復(fù)作用使定子線圈某一部分的絕緣造成損傷，從而產(chǎn)生線圈老化，這在普通異步電動(dòng)機(jī)的絕緣結(jié)構(gòu)方面是難以接受的。

3.3 電機(jī)的電磁回路不可能做到絕對(duì)對(duì)稱，變頻器輸出電源中所含有的各次諧波分量將形成各種電磁脈動(dòng)。同時(shí)，電機(jī)因處在頻率不斷調(diào)節(jié)的工作狀態(tài)下，很容易與電機(jī)機(jī)械部分產(chǎn)生機(jī)械共振，造成電機(jī)機(jī)械部位的損壞。因此，在變頻改造工程中，為了避免運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)上述問題，技術(shù)設(shè)計(jì)時(shí)必須進(jìn)行相關(guān)特性調(diào)速實(shí)驗(yàn)，重新修訂原電動(dòng)機(jī)的技術(shù)規(guī)范。變頻器工作環(huán)境的基本要求，在水泵廠工程設(shè)計(jì)中一般變頻調(diào)速裝置單獨(dú)設(shè)置在變頻調(diào)速室內(nèi)，室內(nèi)必須安裝備用空調(diào)設(shè)施，必要時(shí)采用專門風(fēng)道進(jìn)行強(qiáng)制通風(fēng)和冷卻。

4 高壓供電系統(tǒng)出口斷路器控制的技術(shù)完善

普通斷路器高壓開關(guān)柜內(nèi)部出現(xiàn)跳閘回路斷線或直流控制電源消失的情況，變頻器恰好出現(xiàn)故障(要求斷路器跳閘)時(shí)，跳閘線圈已失電，斷路器拒絕動(dòng)作，因而造成變頻器內(nèi)部的功率器件損壞。所以在設(shè)計(jì)中選擇了帶有欠壓脫扣線圈的斷路器，一旦出現(xiàn)跳閘回路斷線或控制電源消失的情況，斷路器首先自動(dòng)跳閘，以保護(hù)變頻器的設(shè)備安全。

綜上所述，變頻調(diào)速技術(shù)用于水泵控制系統(tǒng)，具有調(diào)速性能好、節(jié)能效果顯著、運(yùn)行工藝安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。在大力提倡節(jié)約能源的今天，推廣使用這種集現(xiàn)代先進(jìn)電力電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體的高科技節(jié)能裝置，對(duì)于提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、降低能耗具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。可以說，變頻調(diào)速技術(shù)是一項(xiàng)利國(guó)利民、有廣泛應(yīng)用前景的高新技術(shù)。

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