變頻調速節能技術在起重機械上的具體運用

林寧

摘要 我國雖然地大物博，但是一個有14億人民的人口大國，因此我國的資源和能源面臨巨大的壓力，在現階段變頻調速技術是各國實現對電機進行調速和節能的主要技術手段，當然，我國也不例外，所以本文將對變頻調速這一技術的發展歷程進行簡單回顧，并對其技術中的變頻調速和節能板塊進行重點分析，然后結合實際對目前起重機上的變頻調速技術的應用進行闡述，并對這項技術的未來應用進行展望。

【關鍵詞】變頻調速 起重機械 運用

我國在資源和能源所面臨的巨大壓力使得電力問題成了我國的普遍性問題，其中電力緊缺問題是最普遍并亟待解決的問題，據不完全統計，在我國工業用電這一單項中就有至少3/5的總供電被電機所消耗，這是一個驚人的數字，因此，尋找一個高效率、低能耗的技術對此能源消耗問題進行有效的解決是幫助我國面對巨大的資源和能源匱乏壓力的一個重要舉措，本文所介紹的變頻調速節能技術是一項采用微機對電機傳動和功率電子進行有效調控的技術，比技術在國內外例如英國、德國、日本等國家都獲得了高度認可，是近年來被業界最為認可的效益、性能、應用最優秀的技術，并且，為了進一步的推動此技術的應用和普及，我國還相繼出臺《風機、泵類負載變頻調速節電傳動系統及其應用條件》等多個技術標準。

1 變頻技術的發展歷程

在調速系統出現伊始，大多采用的都是直流電機，交流電機的應用對象為不可變速或簡單調速傳動，當有高效交流變頻器的出現時，就使得交流籠型電機進入了可調速領悟，最初的調速方法是恒壓頻比控制，但是由于這種方法在處理電機低頻低速時性能較差，在一定程度上限制了電機的轉矩，所以這種方法只用于對調速技術要求不高的場合，而后，有人提出了矢量控制理論，即采用矢量變換的形式達到交流電機的轉速和磁鏈控制的解耦，與此同時，隨著當時科研技術水平的提高對矢量控制的發展有了推動，而后有人提出了直接轉矩控制技術，在矢量控制的基礎上對電機的控制技術進行了提升，避開了由于電機工作中的不確定參數的影響，使得變頻調速技術得到了大幅度提升，到了目前，變頻技術已經有了質變的突破，朝著高性能、智能、集成化方面發展。

2 變速調節技術分析

2.1 變頻調速原理

我們可用公式對目前所用交流電機的轉速進行表達如下：

n=60f （1-s）/p （1）

n--電機轉速;

f--電源頻率;

s--轉差率;

p--電機極對數。

我們對公式進行推導和驗證可以得出與交流電機調速有關的因素：

（1）電機極對數值的改變，我們可通過改變電機磁極對數p的參數值，使得電機轉速發生改變，從而實現有級調速的目的。

（2）改變電機轉差率，改變電機轉差率的效果并不好，其原理是通過對電機轉差率s的值進行調節，改變定子電壓調速和滑差電機調速，從而實現轉差率的改變。

（3）電源頻率的改變，通過公式我們可知電源頻率對電機的調速起著重要作用，我們可改變同步轉速n，這樣雖然需要通過操控復雜的電路但可以高效率進行調速。

在實際過程中我們對電機進行調速時，電機的每極磁通量的額定值作為常量數值不變化是一個重要因素，因為，如果在調速過程中，磁通量降低導致磁通不足，電機中的鐵心就不會得到充分利用，從而造成資源浪費，如果磁通過大，又會使得鐵心過飽和，會有燒壞電機的可能，所以，在工作過程中我們需要對磁通量的數值進行保持。

三相異步電動機的規定磁通電動勢為：

U≈ E=4.44fNKΦ （2）

U--定子相電壓;

E--氣隙磁通在定子每相中感應電動勢的有效值;

N--定子每相繞組串聯匝數;

K--定子基波繞組系數;

f--定子頻率;

Φ一一每極氣隙磁通量。

由上式可知，電機的電源電動勢和定子頻率是控制磁通的關鍵因素，所以我們要考慮以下兩種情況的控制：

（1）基頻以下。從公式（2）可知，在施工過程中我們對頻率進行調低時必須要同時降低電動勢才能保持磁通量不變，即：U/f≈E/f=常數，也就是所謂的恒壓頻比控制方式。

（2）基頻以上。在這種情況下，我們對頻率進行上調并保證電壓不超過額定電壓就可以達到磁通量與頻率成反比的效果，類似于直流電機的弱磁升速原理。

3 變頻調速技術在起重機上的應用

近年來，我國的產品技術已經廣泛應用于從水泵到風機再到大型起重機械設備等能耗設備上，與傳統設備相比而言，變頻節能技術的可以節省2/5以上的電，比如，水泵作用變頻調速技術后節電率可以高達接近70個百分點的電能，運用此技術的風機可以省30個百分點的電，效果特別明顯。相比目前的變頻調速而言，傳統調速有如下缺點：

（1）操作復雜，傳統變速的控制檔位多，操作復雜，系統故障率高并且不易檢修，而且容易出現人工操作失誤的情況。

（2）使用壽命短，傳統調速模式因為工作過程中存在零件間的沖擊問題，這樣會降級零件使用壽命，增加成本。

（3）低速定位精度差。

（4）能耗嚴重，傳統技術的啟動電流過大，使得機器損耗嚴重，如頻繁切換還會損傷零件，如采用變頻調速技術也可以極大幅度的降低甚至解決這些短板。

譬如，某煉油廠5t、某發電廠1Ot起重機使用變頻調速技術后，設備操作性增強，故障率大大降低，節電率超過了30個百分點。某鋼鐵有限公司對公司- 25t的起重機進行了如下改造：

（1）改變定子調壓調速系統為節能變頻調速系統;

（2）取消轉子電阻，接觸器控制;

（3）采用整流回饋裝置和逆變器對系統進行控制;

（4）改造電機成可以變頻控制電機。

在經過改裝后，這一臺160kw的起重機，按330天，16h/天，進行計算，一年可省40萬kw-h電能，電費約為25萬元。

4 總結

能源問題是我國的難題，也是世界的難題，希望我們對此引起足夠的重視，并采取相應的實際行動對此問題進行解決，變頻技術較之前實現了質的飛躍，希望今后工作人員可以在產品技術綜合負載運動，重量，運行速度和精度等方面對技術進行提升，設計出更節能，高效，安全的系統。

參考文獻

[1]徐甫榮，國民經濟重點行業主要輔機設備變頻調速節能技術講座（十五）第一章[J].電力行業，第十節凝結水泵變頻調速節能改造（上）.變頻器世界，2017 （11）.