論電機變頻控制節能技術和運用

陳高明（中國運載火箭技術研究院,北京　100076）

?

論電機變頻控制節能技術和運用

陳高明
（中國運載火箭技術研究院,北京100076）

摘 要：在提倡節約型社會的當今社會，電力作為主要動力設備，其節能控制技術備受專注，也是建設資源節約和環境友好型社會的關鍵之處。本文就電機變頻控制的節能技術和運用進行深入分析和探究。

關鍵詞：電機；變頻控制；節能技術；運用

0　引言

為創建資源節約型和環境友好型社會，國務院提出“節能減排”的重要指示，電機變頻控制節能技術和運用問題應當倍受各界專業人士的重視和關注，電機的變頻控制節能技術可以有效降低電動機的能耗，節約電機成本，使企業獲得更大的經濟收益。

1　電機變頻控制節能技術的工作原理及特點

1.1工作原理

變頻電機控制技術主要是通過改變輸入三相交流電的頻率來改變電機的轉速，利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。目前市場上使用的電機變頻器主要采用交—直—交方式，即VF變頻或矢量控制變頻技術。先把工頻交流電源通過整流器轉換成直流電源，然后再把直流電源轉換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。變頻器的電路一般由整流、中間直流環節、逆變和控制4個部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）三相橋式逆變器，且輸出為脈沖寬度調制波形，中間直流環節為濾波、直流儲能和緩沖無功功率，從而實現節能的目的。

1.2電機變頻控制技術的特點

變頻電動具有容易控制電路的特點，成本比較低，而且機械的特性硬度較好，能夠滿足傳遞的平滑低速要求，在各個行業便于廣泛應用。但是它也有一些缺點，例如在低頻利用這種控制方式時，因為輸出的電壓比較低，轉矩受定子電阻壓降的影響顯著，從而導致輸出最大轉矩減小。變頻電機還具有系統性能不高，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。

1.3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的使用范圍廣泛，例如鋼鐵業、機械、建材、化工等行業，這些行業通過電機的變頻控制技術降低生產成本，提高企業工作效率，同時也節省力量，提高產品的質量。

雖然電機變頻控制技術使用范圍較為廣泛，但也有一定的客觀條件。通過改變工況參數降低電能的消耗，提高企業經濟效益。適當降低不合理的運行參數，降低頻率，從而達到節約電能的目的。降低頻率主要與以下幾個因素有關：（1）電機的負載率。當電機的負載率較低時，可以節約電率就相對較高。（2）原先的運行工況參數值的合理程度。當電機的流量、轉速等可調節因素的值越大，則能節省的電率就會越多，若可調節的量越小，則節省的電率就越少。（3）原先的調整方式和調速方式。調整方式分為進口或出口閥門方式和變頻方式，由于進口或出口閥門方式的運行參數參差不齊，運用在電機上不經濟，反而浪費電能。若采用變頻調速，可以減少人工調節的不便以，增加電機運行的正確性，最主要的是能節省電能。原先采用的滑差電機方式效率低下，浪費電能，采用變頻電機控制技術可以解決這一問題。（4）電機本身采用的工作方式。電機的工作方式不同消耗的電量也是不相同的，企業要結合自身的運作方式采用連續運作、短時運作或者間歇性運作方式，達到最佳的節能狀態。（5）電機本身的開機時間的長短。電機開機運作的時間越長消耗的電量也就越多，企業需及時關閉不使用的電機，避免出現方法電量的狀況。（6）電機本身的功率大小。在電機采用相同的節電率下，電機的功率越大，節電量值就越大，企業能夠獲得的經濟效益就相對較大。

2　電機變頻控制節能技術的具體分析

（1）我國電機變頻節能技術的現狀。我國的電機變頻控制節能技術與之相比較弱，主要表現在兩個方面，第一，我國的電機及被動設施設備的效率低下。雖然我國的生產的電機與國外生產的電機水平相當，但與國外電機相比，價格較高、市場占有率較低，制造技術和工藝水平也有一定的差距。第二，我國電機系統的運行效率較低。我國電機經常出現系統匹配不合理的情況，導致設備長期處于低負荷的運行狀態。電機的系統調節方式落后，從而導致電能的浪費。

（2）電機系統的節能潛力。電機變頻控制節能技術是我國節能減排的終點研究和重視的領域。電機變頻控制節能技術能夠降低電能的使用，減少溫室氣體的排放量，降低企業的使用成本，實現節能減排的目標。

隨著科技的不斷發展，對電機變頻控制節能技術的不斷研究，國際組織和各國政府以達成共識——電機變頻控制節能技術具有很大的潛力。

3　電機變頻控制節能技術的發展及應用

（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。

（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。

4　結束語

電機變頻控制節能技術在設備中的使用之后，可以改變電機的運行狀況，使電機運行逐漸趨于平穩，同時還能降低對電量的使用，節能效果不斷提升，滿足了現代社會可持續發展的需求，也能進一步提高企業的經濟效益。國家應大力支持對電機變頻控制節能技術的研究，提高節能技術，使之發展趨于更好的狀態。

參考文獻：

[1]來雨祥.試論電機變頻控制節能技術和運用[J].城市建設理論研究（電子版）,2015(09).

[2]巨志忠,楊小強.試論電機變頻控制節能技術和運用[J].科技與創新,2014(07).

DOI :10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.01.172