探究變頻器在機電設備節(jié)能改造中的應用

◎孟星哲

一、變頻器節(jié)能原理

變頻器的主要構件有微處理、檢測、驅動、制動、濾波器、逆變器以及整流器等等，其主要工程是利用整流器把電流由交流轉換為直流，再通過逆變器將直流電轉換為可控制的交流電，為交流電動機提供穩(wěn)定的電壓。變頻器可以調整電動機的電源電壓，這樣一來轉速也會發(fā)生相應的變化，使其更加滿足實際需求，進而達到減少不必要電能輸出的目的。當前，變頻技術將計算機控制、電子兩種技術集于一身，可以對交流電動機的電源電壓進行控制，進而達到控制電動機這一設備的目的，在保障交流電動機正常運轉的基礎上，根據實際需求對交流電動機進行加速和減速的調整，提升了交流電動機和機械設備的工作效率，減少了電力資源的浪費。此外，變頻技術在過壓、過載以及過流等情況下還起著-定的保護作用:其相應的節(jié)能技術主要有變頻與軟啟動兩種節(jié)能方式。

1.變頻節(jié)能。在實際的生產過程中，為了保障設備運行的可靠性和穩(wěn)定性，機械設備的額定功率會大于實際功率。當機械設備在運行時，其運.轉所需的實際功率小于額定功率，使機械設備未能滿負荷的運轉，其多余的功率和轉矩帶來了電力資源的浪費。為了調整機械設備的功率，使其能滿足實際需求，就需要對機械設備驅動電機的電源電壓進行調整。變頻器能夠按照真實需要調整設備電機的電源電壓，從而降低機械設備驅動電機的輸入功率，使機械設備驅動電機的輸入功率滿足實際的功率需求，避免了電力資源的浪費，起到了節(jié)約能源的作用。

2.變頻器軟啟動節(jié)能。機械設備在啟動時，其驅動電機的啟動電流通常高出額定電流的2-5倍。這樣的啟動方式，不僅提高了用戶端電網的瞬間功率，使得電力資源產生不必要的浪費，還會加快機械設備中某些零部件的磨損，進而對機械設備造成一定程度的損害。電網中瞬間功率增大，使用戶電網受到極大的沖擊，造成電網的穩(wěn)定性失衡，對用戶電網中其它用戶帶來一定程度的負面影響，如電壓和電流較小，不能滿足實際功率需求。設備啟動時的功率一般會超出額定功率的2-5倍，此時電動機運轉速度非常高，同時驅動構件也會進行高度的運轉，給一些構件造成不必要的損壞，進而使得機械設備遭到響應程度的損害，降低了設備的使用壽命。為了保障用戶電網功率的穩(wěn)定以及設備的正常運行，可以利用變頻器對設備采用軟啟動的方式。倘若電機啟動瞬間消耗的功率過大，對用戶電網造成沖擊的概率也會相應增大，而變頻器可以將設備驅動電機的啟動功率從零循序漸進的增加至額定功率，進而減少腳間功率過大對機械設備造成的損害，達到節(jié)能的目的。利用變頻器對機械設備進行軟啟動，不僅能避免對用戶電網的沖擊，而且增加了機械設備的使用壽命。

二、變頻器節(jié)能計算

1.平方轉矩類負載的調速節(jié)能。生產操作時,對于離心泵、屏蔽泵、空冷器等平方轉矩的負載常采用閥門、擋板進行節(jié)流調節(jié),這樣既增加了管路的阻尼，又造成了電能的浪費;如果使用變頻器對其進行調速控制,不需再用閥門、擋板控制。將閥門、擋板開到最大,管路阻尼最小，能量損耗也大大減少。節(jié)能量可用《三相異步電動機經濟運行》指南中的計算公式:

式中：QN——額定流量；

Pe——額定流量時電動機輸入功率。則節(jié)電率為：

2.恒轉矩類負載的調速節(jié)能。恒轉矩調速是指負載轉矩保持不變，但對轉速有不同的要求。恒轉矩類負載的特點是負載轉矩與轉速無關，任何轉速下轉矩總保持恒定或基本恒定。應用場合：傳送帶、攪拌機、提升機等負載。對恒轉矩負載的電動機公式有：

電動機軸輸出功率(P1)：

式中：T1——電動機的輸出轉矩；

n1——電動機的輸出軸轉矩。

轉差離合器軸輸出功率(P2)：

式中：T2——轉差離合器的輸出轉矩；

n2——轉差離合器的輸出軸轉矩。

則節(jié)電率為：

恒轉矩負載變頻調速一般都用于滿足工藝需要的調速,不用變頻調速就得采用其他方式調速,如調壓調速、電磁調速、繞線式電機轉子串電阻調速等。由于這些調速是耗能的低效調速方式,使用高效調速方式的變頻調速后,可節(jié)省因調速消耗的轉差功率,節(jié)能率也是很可觀的。

三、變頻器的選用

1.變頻器型式選擇。通用變頻器的選擇包括變頻器的型式選擇和容量選擇兩個方面。其總的原則是首先保證可靠地實現工藝要求,再盡可能節(jié)省資金。變頻器類型的選擇要根據負載的要求進行，對于風機，泵類等平方轉矩，低速下負載轉矩較小,通?？蛇x擇普通功能型的變頻器。對于恒轉矩類負載或有較高靜態(tài)轉速精度要求的機械采用具有轉矩控制功能的高功能型變頻器則是比較理想的。

2.變頻器容量選擇。在變頻器容量選擇時，應注意以下幾點：

(1)注意對照變頻器和電動機的額定電流,部分變頻器的額定電流小于同容量的電動機額定電流時,應根據電動機的負載情況選擇大一擋的變頻器。

(2)電動機可能出現短時間過載，所謂的電動機短時間過載是相對于發(fā)熱時間而言的.少則幾分鐘，多則幾十分鐘,而變頻器的過載能力通常是1 min,因此對于離心機、粉碎機等可能短時出現沖擊負載的,應選擇大一擋的變頻器。

(3)點動比較頻繁的，如烘于機在加料或放料時,由于點動比較頻繁,選擇大一擋的變頻器。

(4)對加減速要求比較高的電動機，也應加大變頻器的容量。

四、結束語

伴隨著自動化水平的日益提升，以及國家倡導技能減排的大環(huán)境，生產設備在各個方面的性能和科技含量也逐漸增強，由此帶來了產品品質的進一步提高。為此,如果想要使產品在激烈的市場競爭中具有更為穩(wěn)固的地位，就必須對現有的舊機械設備進行相應的改造，使其滿足現下的生產需要。