變頻節(jié)電技術應用中應注意的幾個問題

席紅延　馮　濤　王　鈞　黃　磊　李文斌

摘要：通過總結我們多年來在節(jié)能工作中的經(jīng)驗，讓大家了解一下一應用變頻技術的主要方面，技術經(jīng)濟指標和怎樣選擇合理價位的變頻設備以及設備的正確安裝和參數(shù)設置與調(diào)試。

關鍵詞：變頻節(jié)電

0引言

變頻調(diào)速是改變電動機定子電源的頻率，從而改變其同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法。變頻調(diào)速系統(tǒng)主要設備是提供變頻電源的變頻器。為了保證生產(chǎn)的可靠性，各種生產(chǎn)機械在設計配用動力驅(qū)動時，都留有一定的富余量。電機不能在滿負荷下運行，除達到動力驅(qū)動要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成電能的浪費，在壓力偏高時，可降低電機的運行速度，使其在恒壓的同時節(jié)約電能。當電機轉(zhuǎn)速從N1變到N2時，其電機軸功率(P)的變化關系如下：P2／P1=(N2／N1)3，由此可見降低電機轉(zhuǎn)速可得到立方級的節(jié)能效果。變頻調(diào)速有以下特點：①效率高，調(diào)速過程中沒有附加損耗。②應用范圍廣，可用于鼠籠型異步電動機。③調(diào)速范圍大，特性硬、精度高。④起動性能好，可做到平滑起動。⑤目前是國家推廣的成熟技術。變頻調(diào)速技術現(xiàn)已被應用于各行各業(yè)。但從整體上看，一些企業(yè)采用變頻調(diào)速技術以后，也未獲得應有的節(jié)能效果。分析其中的原因，是沒有意識到技術創(chuàng)新的重要作用，對變頻調(diào)速技術的重要作用了解不夠：有些企業(yè)在應用中技術上還沒有過關。以下，筆者就推廣應用變頻調(diào)速技術應注意的幾個問題做一些論述。

1變頻技術應用主要有以下兩個方面：

1.1為節(jié)電而應用若為節(jié)電，那么變頻器所安裝設備就應選擇負荷變化大，應在20％以上，另外還有就是應用于大馬拉小車，設備功率因數(shù)低的負荷上，如果是負荷比較平穩(wěn)，變化不大就先不采用變頻技術，可以采用其他節(jié)電技術。變頻調(diào)速器能否實現(xiàn)節(jié)電，是由其負載的調(diào)速特性決定的。對于離心風機、離心水泵這類負載，轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。只要原來采用閥門控制流量，且不是滿負荷工作，改為調(diào)速運行，均能實現(xiàn)節(jié)電。當轉(zhuǎn)速下降為原來的80％時，功率只有原來的51.2％?？梢?，變頻調(diào)速器在這類負載中的應用，節(jié)電效果最為明顯。對于羅茨風機這類負載，轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的大小無關，即恒轉(zhuǎn)矩負載。若原來采用放風閥放走多余風量的方法調(diào)節(jié)風量，改為調(diào)速運行，也能實現(xiàn)節(jié)電。當轉(zhuǎn)速下降為原來的80％時，功率為原來的80％。比在離心風機、離心水泵中的應用節(jié)電效果要小得多。對于恒功率負載，功率與轉(zhuǎn)速的大小無關。水泥廠恒功率負載，如配料皮帶秤，在設定流量一定的條件下，當料層厚時，皮帶速度減慢；當料層薄時，皮帶速度加快。變頻調(diào)速器在這類負載中的應用，不能節(jié)電。另外，變頻調(diào)速器具有軟啟動功能，可降低反復啟動時的高啟動電流，節(jié)能。但對滿負荷連續(xù)運轉(zhuǎn)的設備不能節(jié)能。

1.2為工藝調(diào)速而采用變頻技術另一主要應用就是調(diào)速，若工藝條件要求調(diào)速的可優(yōu)先選用變頻技術。

2技術經(jīng)濟指標

按照預計或?qū)崪y選擇應用變頻技術，在預計的節(jié)電率及負荷變化，其投資回收期在18個月之內(nèi)，最長不超過兩年。

3合理選用

由于變頻器價格較貴，選用時一定要做詳細的技術經(jīng)濟分析論證，對那些負荷較高且非變工況運行的設備不宜采用變頻器。變頻器具有較多的品牌和種類，價格相差很大。要根據(jù)工藝環(huán)節(jié)的具體要求選擇性能較好、價格相對較低的品牌和種類，為此必須了解變頻器的技術特性。變頻器可以從不同的方面進行分類。

3.1按控制方式不同可分為通用型和工程型。通用型變頻器一般采用給定閉環(huán)控制方式，動態(tài)響應速度相對較慢，在電機高速運轉(zhuǎn)時也可滿足設備恒功率的運行特性，但在低速時難以滿足恒功率要求。工程型變頻器在其內(nèi)部通過檢測設有自動補償、自動限制的環(huán)節(jié)，在設備低速運轉(zhuǎn)時也可保持較好的特性實現(xiàn)閉環(huán)控制。在水泥廠喂料、卸料、窯轉(zhuǎn)速等工藝環(huán)節(jié)，由于控制相對簡單，要求不高，為降低價格、便于維護，選擇通用性變頻器即可。

3.2按安裝形式不同可分為四種，可根據(jù)受控電機功率及現(xiàn)場安裝條件選用合適類型。一種是固定式(壁掛式)，功率多在37kW以下。第二種是書本型，功率從0.2～37kW，占用空間相對較小，安裝時可緊密排列。第三種是裝機，裝柜型，功率為45～200kW，需要附加電路及整體固定殼體，體積較為龐大，占用空間相對較大。第四種為柜型，控制功率為45～1500kW，除具備裝機／裝柜型特點外，與之比較占用空間更大。

3.3從變頻器的電壓等級來看，有1AC230V，也有3AC208～230V、380～460V、500～575V、660～690V等級，應根據(jù)要求做出正確的選擇。

3.4從變頻器的防護等級來看，有IP00的，也有IP54的，要根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境情況作出相應的選擇。

3.5從調(diào)速范圍及精度而言，變頻器FC(頻率控制)，調(diào)速范圍1:25；VC(矢量控制)，調(diào)速范圍1:100～1:1000；SC(伺服控制)，調(diào)速范圍1:4000～1:1000。

變頻器選型時，應兼顧上述各點要求，根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場的情況正確選擇合適的形式。一是考慮變頻器的安裝環(huán)境要求，二是企業(yè)要求的環(huán)境，三是要考慮高次諧波對其他設備的啟動運行有無影響。變頻器的容量選擇，應滿足在最大工作電流時不超過變頻器的過載容量(電流)。在變頻器的選型時還應注意，相同設備配用的變頻器的規(guī)格應盡可能統(tǒng)一，便于備品備件的準備，便于維修管理。選用時還要考慮生產(chǎn)廠家售后服務質(zhì)量情況。一般的變頻廠家在推銷時都說其節(jié)電率在30％以上，節(jié)電率的高低不在于變頻器本身，而在于所應用的負荷上決定的，因此在設備選型上一定要征求有關專家或?qū)I(yè)機構(節(jié)能技術服務中心)的意見，不能僅憑推銷人員的一家之言。變頻器的選擇還有國產(chǎn)和進口設備之分，通過我們多年的體會，三方面引起注意：①進口變頻器的價位大約在800-1000元／KW，國產(chǎn)價位在500元左右／KW。②在應用中15KW－75Kw可采用國產(chǎn)變頻器，其余建議采用進口變頻器。③進口變頻器在選用的過程中也有性能和價格的比較。

4正確安裝

對于生產(chǎn)條件比較惡劣，粉塵較大的場合，調(diào)速機械大多安裝在室外或庫下，環(huán)境惡劣的地方，而操作人員一般集中在電控室，變頻器做為較精密的儀器設備，生產(chǎn)現(xiàn)場時常無人且環(huán)境較差，對設備不利。變頻器應安裝在電控室內(nèi)。如要求多臺變頻器安裝在同一電控室的某一個控制屏內(nèi)，則必須采用抗干擾的措施以保證系統(tǒng)正常工作。變頻器控制線必須采用屏蔽電纜，并且在布線范圍內(nèi)必須與動力線相距＞0.1m，相交時必須轉(zhuǎn)90°角，千萬不要將控制線與動力線放在同一電纜托架(或線框)內(nèi)，以避免變頻器控制信號受到干擾。變頻器負載輸出線也要采取屏蔽措施，選用鎧裝電纜，以避免變頻器對附近儀表產(chǎn)生干擾。部分變頻器頂部有散熱孔，灰塵和金屬物易于由此

進入裝置內(nèi)部，應采取防護措施，防止內(nèi)部短路。在變頻器接線時要特別注意電源的輸入線和輸出線絕不能接錯，將電源輸入線接上變頻器輸出位置，會立刻損壞設備。通常變頻器連接到電機的電纜長度要求不能超過50m，使用屏蔽電纜不能超過25m。這就必須要考慮變頻器到受控電機之間的距離問題，碰到超過規(guī)定距離的情況。通常解決的方法有兩個，其一是在超過規(guī)定距離的線路上串入電流值適合的出線電抗器；其二是加大變頻器功率一個等級，這種方式特別適合于多臺集中群控、安裝位置狹小擁擠、要求規(guī)范等場合。

5參數(shù)設置與調(diào)試

做好變頻器參數(shù)的設置及調(diào)試工作是設備正常運轉(zhuǎn)的一個根本保障措施。現(xiàn)場中出現(xiàn)的許多問題往往是參數(shù)的設置問題而與設備本身無關，由此可見，合理正確設置參數(shù)很重要。在變頻調(diào)速器開機調(diào)試前必須根據(jù)負載的特點，將所有參數(shù)設定好，檢查無錯誤后方可開機運行。在啟動過程中，恒轉(zhuǎn)速過程及減速過程中，要特別注意變頻器輸出電流，認真觀察，如果第一次設定的參數(shù)不是十分理想，應逐步接近。轉(zhuǎn)矩提升功能主要考慮負載啟動轉(zhuǎn)矩，在負載能平穩(wěn)啟動的原則下，應盡量調(diào)低些，否則在低頻輕載時勵磁太大，容易引起電機嚴重過熱。個別廠在使用變頻調(diào)速器之后，在某些頻率點出現(xiàn)機械共振，其原因是原來設備只是在50Hz工頻下運行，改變頻率后，則在0～50Hz之間無級變化，因此在某些頻率點上造成機械共振。調(diào)試時必須細心檢查是否存在機械共振問題，如果有，應采用頻率回避的方法，即跳過發(fā)生共振的頻率范圍，使變頻器不輸出發(fā)生共振的頻率。在變頻調(diào)速器供電與工頻供電相互切換時，必須在變頻器輸出頻率為零時，方可切換變頻輸出，即變頻器不準無負載輸出和開路運行，也不允許帶負荷切換斷電。對于從工頻切回變頻供電的設備，必須在電動機斷電停轉(zhuǎn)后方可切換，以防止因電動機旋轉(zhuǎn)發(fā)電而造成變頻器的損壞。

6考核改造前后的節(jié)電效果

在改造之前要與供應商談改造效果的要求，一定要考核改造前后的節(jié)電效果，必要時請當?shù)氐墓?jié)能技術服務中心進行測試并充當?shù)谌揭娮C人，避免不必要損失和麻煩。售后服務不能僅聽廠家一家之言，要有企業(yè)的自身要求，并索取技術資料和使用說明及操作使用說明。

綜上所述，變頻調(diào)速器是一種成熟的技術設備，是用能單位節(jié)電改造的理想設備，具有很高的推廣價值，廣大用能單位提高認識，重視技術引進工作，加速變頻調(diào)速技術的推廣應用。在應用中，要合理選型，正確安裝，做好變頻器的參數(shù)設置與調(diào)試，以取得良好的使用效果。