淺議變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)及其應(yīng)用

　　現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，各種設(shè)備的傳動部件大都離不開電動機，且電動機的傳動在許多場合要求能夠調(diào)速。電動機的調(diào)速運行方式很多，以電動機類型分大致可分為直流調(diào)速與交流調(diào)速兩種，而交流調(diào)速方式又可分為串級調(diào)速、變極調(diào)速、滑差電機調(diào)速、調(diào)壓調(diào)速以及變頻調(diào)速等幾種方式。自從20世紀70年代以來，以電子器件，微電子器件技術(shù)和控制技術(shù)等為基礎(chǔ)的變頻調(diào)速技術(shù)，有了突破性的進展，生產(chǎn)出滿足變頻調(diào)速要求的變頻器，從此交流調(diào)速進入了一個嶄新時代。
　　1　變頻器與節(jié)能
　　變頻器主要用于交流電動機(異步電動機或同步電動機)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，是公認的交流電動機最理想、最有前途的調(diào)速方案。除了具有卓越的調(diào)速性能之外，變頻器還有顯著的節(jié)能作用，是企業(yè)技術(shù)改造和產(chǎn)品更新?lián)Q代的理想調(diào)速裝置。自20世紀80年代披引進中國以來，變頻器作為節(jié)能應(yīng)用中越來越重要的自動化設(shè)備，得到了快速發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。在電力、紡織與化纖、建材、石油、化工、冶金、市政，造紙、食品飲料、煙草等行業(yè)及公用工程(中央空調(diào)器、供水，水處理、電梯等)中，變頻器都在發(fā)揮著重要的作用。
　　變頻器產(chǎn)生的最初用途是速度控制，但目前在國內(nèi)應(yīng)用較多的是節(jié)能。中國是能耗大國，能源利用率很低，而能源儲備不足。在國家每年的電力消耗中，60％～70％為動力電，而在總?cè)萘繛?.8億千瓦的電動機總?cè)萘恐?，只有不?000萬千瓦的電動機是帶變頻控制的。據(jù)市場研究報告分析，在中國，帶變動負載、具有節(jié)能潛力的電動機至少有1.8億千瓦。因此，國家大力提倡節(jié)能措施，并著重推薦了變頻調(diào)速技術(shù)。
　　應(yīng)用變頻調(diào)速可以大大提高電動機轉(zhuǎn)速的控制精度，使電動機在最節(jié)能的轉(zhuǎn)速下運行。以風機水泵為例，根據(jù)流體力學原理，軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。當所需風量減少，風機轉(zhuǎn)速降低時，其功率按轉(zhuǎn)速的三次方下降。因此，精確調(diào)速的節(jié)電效果非?？捎^。與此類似，許多變動負載電動機一般按最大需求來生產(chǎn)電動機的容量，故設(shè)計裕量偏大。而在實際運行中，輕載運行的時間所占比例卻非常高。如采用變頻調(diào)速，可大大提高輕載運行時的工作效率。因此，變動負載電動機的節(jié)能潛力巨大。
　　在其工作時首先將三相交流電經(jīng)橋式整流為直流電，脈動的直流電壓經(jīng)平滑濾波后在微處理器的調(diào)控下，用逆變器將直流電再逆變成電壓和頻率可調(diào)的三相交流電源，輸出到需要調(diào)速的電動機上。異步電動機的轉(zhuǎn)距是電動機的磁通與轉(zhuǎn)子內(nèi)流過的電流之間相互作用產(chǎn)生的，在額定頻率下，如果電壓一定而只降頻率，那么磁通就過大，磁回路飽和，嚴重時將燒毀電機。因此頻率與電壓成比例改變，即改變頻率的同時控制變頻器輸出電壓使電機的磁通保持一定，避免弱磁和磁飽和現(xiàn)象的產(chǎn)生。
　　2　變頻調(diào)速技術(shù)的節(jié)能原理與負載關(guān)系
　　據(jù)統(tǒng)計全國每年的發(fā)電量有一半消耗在電機上，其中絕大部分的電機為結(jié)構(gòu)簡單、方便實用，維修量很少的鼠籠式電機，例如各種泵的電機、制冷式壓縮電機，多功能天車、加料小車傳動電機，各種輸送電機等。
　　變頻調(diào)速系統(tǒng)的突出優(yōu)點是調(diào)速效率高，啟動能耗低，調(diào)速范圍寬，可實現(xiàn)無級調(diào)速，動態(tài)響應(yīng)速度快，調(diào)速精度很高，操作簡便，且易于實現(xiàn)生產(chǎn)工藝控制自動化。此外，在裝置發(fā)生故障后能自動投入工頻運行，不會影響生產(chǎn)作業(yè)，這是該系統(tǒng)最顯著的優(yōu)點。由于調(diào)速性能優(yōu)于其他調(diào)速技術(shù)，安裝場地條件又比較靈活，適用于要求調(diào)速范圍寬、起停頻繁、較長時間低速運行的場合，節(jié)電率一般在15％～30％，是市場需求增長最快的調(diào)速方式。
　　隨著電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，高壓變頻調(diào)速技術(shù)將逐步能夠做到按電路最優(yōu)化原則方便地選擇元件，從而可以將精力更好地放在提高產(chǎn)品性能以及優(yōu)化控制方式上。高壓變頻器在電廠的應(yīng)用還遠遠沒有展開，要充分認識采用變頻調(diào)速技術(shù)的必要性和重要性還需各界人士共同努力，變頻裝置涉及工藝、熱控和電氣等各個專業(yè)，只有通力合作，才能更好地應(yīng)用。
　　3　變頻調(diào)速在節(jié)能領(lǐng)域的應(yīng)用
　　當然變頻調(diào)速的節(jié)能效果也視其負載決定，在恒功率負載時(即在基頻以上工作)，轉(zhuǎn)矩大致上與速度成反比。而在恒轉(zhuǎn)矩負載(基頻以下工作)和風機、水泵類負載時，其節(jié)能效果就會凸顯出來，尤其是對于后者來說，更是節(jié)能調(diào)速的最佳方案。
　　當所需風量減少，風機轉(zhuǎn)速降低時，其軸功率按轉(zhuǎn)速的三次方下降，理論上如果風量為額定流量的80％，感應(yīng)電動機轉(zhuǎn)速控制在額定轉(zhuǎn)速的80％運行，其軸功率將為額定功率的51％，與采用擋板調(diào)節(jié)相比，可減少49％的功率。如果流量下降到額定流量的50％時，感應(yīng)電動機轉(zhuǎn)速可控制在額定轉(zhuǎn)速的50％運行，其軸功率為額定功率的13％，與采用擋板調(diào)節(jié)相比，可減少87％的功率。
　　根據(jù)以上分析，變頻調(diào)速技術(shù)可應(yīng)用在礦山、冶金、建材、石油、石化、電力等行業(yè)，因為這些行業(yè)皆應(yīng)用大量的通風機、壓縮機、提升機、補水泵、加壓泵等設(shè)備，這些設(shè)備多數(shù)用交流電機驅(qū)動，功率均在幾百千瓦以上，有的高達數(shù)千甚至上萬千瓦，消耗電能巨大，但大部分設(shè)備不是工作在額定功率，經(jīng)常只有50％～80％的輸出，如采用變頻調(diào)速技術(shù)對其控制，節(jié)能意義不言而喻。另外采用變頻調(diào)速技術(shù)還可減少設(shè)備振動，消除大電機起動的電流沖擊，避免機械震蕩，降低設(shè)備故障率，減輕設(shè)備維修工作量。
　　4　結(jié)語
　　節(jié)能降耗是降低生產(chǎn)成本的重要手段，降成本是提高產(chǎn)品競爭力的有效手段。采用新產(chǎn)品新技術(shù)對設(shè)備進行改造是各個廠家所關(guān)注和了解的，變頻調(diào)速就是這樣一種新技術(shù)、新產(chǎn)品，利用它可以改造供水系統(tǒng)或供料系統(tǒng)。起到顯著的節(jié)能效果，并且達到改善工藝條件的目