變頻調速異步電動機的節能應用與控制

摘 要：介紹了變頻調速異步電動機的節能效應，并結合風機水泵類負載，介紹了變頻調速異步電動機在節能降耗方面的實際應用，同時對變頻調速異步電動機的控制應用也做了簡單的介紹。

關鍵詞：變頻調速 異步電動機 節能應用 控制

隨著計算機技術和電力電子技術的發展，通用變頻器的應用也得到了迅猛發展。采用變頻器調速可以提高機械的控制精度、生產效率和產品質量，有利于實現生產過程的自動化，使交流拖動系統具有優良的控制性能，而且在許多生產場合具有顯著的節能效果。因此以通用變頻器為核心的交流調速系統得到了廣泛應用。

1、變頻器供電對異步電動機的節能效應。

由流體力學可知，電機的耗電功率與轉速近似成立方比的關系。變頻器就是通過在相應的負載下調節電機的轉速來達到節能的一種電氣設備。變頻器利用軟啟動功能將使電機的啟動電流從零開始，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，大大節省了設備的維護費用。另外，在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，使用變頻調速裝置后，由于濾波電容的作用，COSФ≈1，從而減少了無功損耗。

2、變頻調速異步電動機節能應用。

風機、水泵類是變頻調速異步電動機節能應用中較典型的例子之一。風機、水泵類風量和流量的控制在過去很少采用轉速控制方式，基本上都是由鼠籠型異步電動機拖動，進行恒速運轉。當需要改變風量或流量時，事實上都采用調節擋風板或節流閥的方式。這種控制雖然簡單易行，能滿足流量要求，但對電機來講，從節省能源的角度來看是非常不經濟的。這類設備一般都是長時間運行，甚至很久不停機。在實際檢測中發現，除在極短時間流量達最大值外，近 90%時間運行在中等或較低負荷狀態，總用電量至少有40%以上被浪費掉。采用變頻器直接控制電機拖動風機泵類負載是一種最科學的控制方法。當電機在額定轉速的80%運行時，理論上其消耗的功率為額定功率的（80%）3，即 51.2%，去除機械損耗、電機銅、鐵損等影響，節能效率也接近40%，同時也可以實現閉環恒壓控制，節能效率將進一步提高。采用變頻調速控制傳動電動機，對風機、水泵類負載進行轉速控制來調節流量的方法，對節約能源、提高經濟效益具有非常重要的意義。

3、變頻調速異步電動機的控制。

（1）增加供電電源內阻抗。

通常電源設備的內阻抗可以起到緩沖變頻器直流濾波電容的無功功率的作用，內阻抗越大，諧波含量越小，這種內阻抗就是變壓器的短路阻抗。因此選擇變頻器供電電源時，最好選擇短路阻抗大的變壓器。

（2）安裝電抗器。

在變頻器的輸入端和輸出端串接合適的電抗器，使整流阻抗增大，可以抑制高次諧波電流。

（3）采用變壓器多相運行。

通用變頻器為六脈沖波整流器，因此產生的諧波較大。如果利用變壓器二次繞組接法的不同，使兩組三相交流電源間相位錯開30°。整流變壓器二次繞組分別采用星形和三角形接法，整流電路的脈波數由6脈波提高到12脈波，可減小低次諧波電流，更好地抑制低次諧波。

（4）對噪聲與振動的控制。

電動機的噪聲大體有通風噪聲、電磁噪聲和機械噪聲三種。

變頻器傳動時，由于輸出電壓、電流中含有諧波分量，氣隙的諧波磁通增加，所以噪聲變大。其特征如下：由于變頻器輸出較低的諧波頻率與轉子固有頻率的共振，導致在轉子固有頻率附近的噪聲增大；由于變頻器輸出的諧波分量使鐵心、機殼、軸架等諧波，導致在其固有頻率附近的噪聲增大。

為了抑制變頻器傳動引起的噪聲，特別是刺耳的噪聲與PWM控制的開關頻率有關，尤其在低頻區更為顯著。一般采用以下措施平抑和減少噪聲：在變頻器輸出側連接交流電抗器。如果轉矩有余量，將U/f值定小些，并可采用特殊電動機(對噪聲采取了措施)等。

（5）對振動的控制。

電動機振動的原因可分為電磁與機械兩種。

電磁原因引起的振動表現為：由于較低次的諧波分量與轉子的諧振，其固有頻率附近的振動分量增加；由于諧波產生的脈動轉矩的影響發生振動，特別是當脈動轉矩的頻率同電動機轉子與負載構成的軸系扭轉固有頻率一致時將發生諧振。

機械原因引起的振動表現為：電動機軸上有外伸重量等，軸系統的固有頻率降低時，如果電動機高速運轉，全旋轉頻率與軸系統固有頻率接近，則振動加劇。轉子殘余不平衡引起離心力與轉速的二次方成比例增加，所以用變頻器進行高速運轉時，振動加大。

為減少諧波產生的電磁力，可以在變頻器的輸出側連接交流電抗器，以吸收變頻器輸出電流中的高次諧波電流成分。使用PAM方式或方波PWM方式變頻器時，可改用正弦波PWM或矢量控制方式變頻器，以減小脈動轉矩。

目前，交流變頻調速已成為電氣傳動的主流，正越來越多的取代傳統的直流調速傳動系統。變頻調速異步電動機，由于其結構簡單、制造方便、價格低廉、堅固耐用、運行可靠、維護簡單等優點，已經普遍應用于現代工業的各領域，在大容量、高轉速、高可靠性以及防污染、防爆等方面有著明顯的優勢。變頻調速的異步電動機還具有高效的驅動性能和良好的控制特性，不但可以節約大量電能，而且變頻器自動控制性能的進一步改善也為變頻調速系統提供了良好的發展前景。因此，開發設計專用的交流變頻調速異步電動機具有很好的發展前景。

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