變頻器節(jié)能探析

張道松

常州新東化工發(fā)展有限公司，江蘇常州 213034

1 概述

電力設(shè)備的節(jié)能一般包括三個(gè)方面：一是降低損耗,采用節(jié)能型電動(dòng)機(jī)提高電動(dòng)機(jī)的效率；二是用調(diào)速控制方法，降低耗電量、實(shí)行運(yùn)行方式最佳化；三是改造原有電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)，降低無(wú)功功率，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞方式的高效率化。電動(dòng)機(jī)的損耗包括固定損耗與負(fù)載損耗。固定損耗由鐵損與機(jī)械損耗。變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理是根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系：n=60f（1-s）/p，（式中n、f、s、p分別表示轉(zhuǎn)速、輸入頻率、電機(jī)轉(zhuǎn)差率、電機(jī)磁極對(duì)數(shù)）；通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)工作電源頻率達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。

2 合理選型

變頻器的容量選擇以電動(dòng)機(jī)額定功率為依據(jù)，變頻調(diào)速器的價(jià)格較貴，在保證安全可靠運(yùn)行的前提下，合理地選擇變頻器的容量十分有意義。如對(duì)一臺(tái)250kW風(fēng)機(jī)常州新東化工發(fā)展有限公司選用施耐德的如下變頻器對(duì)其進(jìn)行調(diào)速控制節(jié)能。

變頻器型號(hào) 電機(jī)功率kW 三相電壓ATV71HC16N4 250 380…480 V

3 安裝控制設(shè)計(jì)

變頻器內(nèi)部是大功率的電子元件，極易受到工作溫度的影響，為了保證工作安全、可靠，使用時(shí)最好控制在40℃以下。如果在配電柜中安裝，變頻器一般應(yīng)安裝在柜體上部，并嚴(yán)格遵守產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)中的安裝要求，不允許把發(fā)熱元件緊靠變頻器的底部安裝。溫度太高且溫度變化較大時(shí)，變頻器內(nèi)部易出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象，其絕緣性能就會(huì)大大降低，甚至可能引發(fā)短路事故。常州新東化工發(fā)展有限公司的羅茨風(fēng)機(jī)的控制過(guò)程如下：

正確的設(shè)計(jì)電機(jī)的二次控制回路（見(jiàn)圖1）和設(shè)定變頻器的參數(shù)是保證電機(jī)正常運(yùn)行和節(jié)能基礎(chǔ)，接線過(guò)程中采用的是2線控制（輸入的打開(kāi)或閉合狀態(tài)控制起動(dòng)或停止）。根據(jù)電機(jī)名牌輸入電機(jī)的額定功率250kW；輸入額定電壓380V；額定轉(zhuǎn)速=[同步速度×（50-以Hz表示的滑差）]÷50。

設(shè)計(jì)正確的控制方式時(shí)要注意幾方面細(xì)節(jié)：1）保持電源線與設(shè)備中弱電信號(hào)電路之間的隔離；2）保持控制電路遠(yuǎn)離電源電路，控制和調(diào)速電路要將屏蔽層的兩端接地；3）變頻電機(jī)一般可以工作在0Hz～300Hz，而非變頻電機(jī)一般只能工作在3Hz～60Hz,這是由于變頻電機(jī)的硅鋼片優(yōu)于非變頻電機(jī)造成的，非變頻電機(jī)高于60 Hz時(shí)會(huì)造成磁飽和引起電機(jī)嚴(yán)重高熱而燒毀。另變頻電機(jī)有專(zhuān)用的降溫風(fēng)扇用于散熱，當(dāng)電機(jī)工作在超低頻段時(shí)非變頻電機(jī)由于沒(méi)有專(zhuān)用的降溫風(fēng)扇而是同軸安裝的風(fēng)葉由于轉(zhuǎn)速特別慢而幾乎不散熱，這也是非變頻電機(jī)不能長(zhǎng)時(shí)間工作在超低頻段的主要原因。因此在變頻器控制非變頻電機(jī)時(shí)需設(shè)置最低頻率（可略低于實(shí)際控制頻率值）；4）變頻器在工作中由于整流和逆變，會(huì)產(chǎn)生高次諧波，高次諧波會(huì)通過(guò)供電回路進(jìn)入整個(gè)供電網(wǎng)絡(luò)，從而影響其他儀表。如果變頻器的功率很大占整個(gè)系統(tǒng)25%以上，需要考慮控制電源的抗干擾措施。常州新東化工發(fā)展有限公司監(jiān)控視頻畫(huà)面有段時(shí)間出現(xiàn)了嚴(yán)重不清晰，經(jīng)過(guò)諧波檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，因?yàn)樽冾l器的大量使用造成了整個(gè)系統(tǒng)質(zhì)量下降所引起的。通過(guò)諧波治理現(xiàn)在已經(jīng)恢復(fù)正常。

圖1

4 節(jié)能明顯

本文重在闡述變頻器在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)可調(diào)負(fù)載的節(jié)能應(yīng)用和控制設(shè)計(jì)，通過(guò)變頻器調(diào)節(jié)控制后，額定電流明顯降低，至于節(jié)能多少和生產(chǎn)成本的降低不做詳細(xì)計(jì)算，通過(guò)以下公式套用計(jì)算即可：

1）P=UI 。（P 為電功率 ，但依舊適用于 P=W/t 。W=UIt 得

P=UIt/t，約分 t，為 P=UI。）

2）純阻電路(指電路中只含有電阻元件的電路)中可以用：

P= I^2 R （電流平方R）及P= U^2 /R （電壓平方除以R）

一般P=U^2/R用得比較多，在同一電路中，知道電壓U、電功率P來(lái)求電阻R。

3）當(dāng)三相負(fù)載平衡時(shí)：

P=3×U×I×cosφ= √ 3×U×I×cosφ

4）當(dāng)三相負(fù)載不平衡時(shí)：分別計(jì)算各相功率，再求

P=P1+P2+P3=U1×I1×cosφ1+U2×I2×cosφ2+U3×I3×co sφ3

5 結(jié)論

風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)等設(shè)備采用變頻調(diào)速技術(shù)實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行是許多企業(yè)節(jié)能的一項(xiàng)重點(diǎn)推廣技術(shù)，受到普遍重視和推廣。實(shí)踐證明，變頻器用于風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)設(shè)備驅(qū)動(dòng)控制場(chǎng)合取得了顯著的節(jié)電效果，是一種理想的調(diào)速控制方式。既提高了設(shè)備效率，又滿足了生產(chǎn)工藝要求，并且大大減少了設(shè)備維護(hù)、維修費(fèi)用，還降低了停產(chǎn)周期。直接和間接經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。

[1]周德賢.高壓變頻調(diào)速裝置在電廠的應(yīng)用[J].電源技術(shù)應(yīng)用，2004(5).