變頻調(diào)速技術(shù)的風(fēng)機(jī)與泵類節(jié)能應(yīng)用

張亞平+王芳+李連海+鞠傳勝

摘要：文章在闡述了變頻器的種類和作用之后，具體分析了泵類、風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能的工作原理以及變頻器調(diào)速與水泵、風(fēng)機(jī)的節(jié)能原理，并在實(shí)踐中證明變頻調(diào)速是一種理想的調(diào)速控制方式，對泵類和風(fēng)機(jī)的節(jié)能可以提供很好的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速；變頻器；水泵；節(jié)能減排

中圖分類號：TP214 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）01-0077-02

在企業(yè)的生產(chǎn)過程中，對泵類和風(fēng)機(jī)設(shè)備的應(yīng)用非常廣泛，而這類設(shè)備的電能消耗非常大，其耗能占企業(yè)總耗能比重很大。當(dāng)前，我國正深化市場經(jīng)濟(jì)體制改革，市場競爭已可以用“慘烈”這個(gè)詞來形容，因此，企業(yè)為了增強(qiáng)自身的競爭力，必須優(yōu)化生產(chǎn)技術(shù)和工藝，降低生產(chǎn)過程中的能耗，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品的價(jià)格競爭力。

1 變頻器的作用

在實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制中經(jīng)常會用到的設(shè)備是變頻器，該設(shè)備實(shí)現(xiàn)對電機(jī)控制的方式是改變電源輸出的頻率。在企業(yè)生產(chǎn)過程中，必須追求對電機(jī)的更好控制，而實(shí)現(xiàn)對整個(gè)電機(jī)的更好控制，就必須使用變頻器，通過該設(shè)備來實(shí)現(xiàn)被控交流電機(jī)的過電流電壓保護(hù)、過載保護(hù)以及變頻調(diào)速，同時(shí)整個(gè)系統(tǒng)的電能綜合利用率以及工作效率也由變頻器來負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)。

2 不同種類下的變頻器

2.1 開關(guān)方式不同下的變頻器分類

開關(guān)不同，則變頻器的種類也不同，按照開關(guān)分類，變頻器可分為四種：第一，SPWM控制變頻器；第二，PAM控制變頻器；第三，SVPWM控制變頻器；第四，PWM變頻器。在這四種不同類型的變頻器中，PAM控制是脈沖幅度調(diào)制，它通過改變脈沖列脈沖的幅度，實(shí)現(xiàn)對波形和輸出量值的調(diào)制，從而實(shí)現(xiàn)變頻器的變頻功能；和PAM控制不同，PWM控制是脈沖寬度調(diào)制控制，也就是在調(diào)節(jié)波形和輸出量時(shí)，它能用改變脈沖的寬度的方式，從而實(shí)現(xiàn)變頻器的變頻功能；在PWM的基礎(chǔ)上，改變調(diào)制脈沖后便是SPWM控制，為了做到正弦波輸出，需要遵循正弦規(guī)律，排列出適當(dāng)?shù)拿}沖寬度來過濾并輸出波形，經(jīng)常在生產(chǎn)中運(yùn)用到支流交流逆變器；而SVPWM控制則是空間矢量脈寬調(diào)制，作為PWM技術(shù)調(diào)制的一種方法，將PWM插入電機(jī)三相定子繞組中，促進(jìn)旋轉(zhuǎn)磁場在定子中的產(chǎn)生，從而帶動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)。

2.2 按照工作原理對變頻器進(jìn)行分類

按照工作原理進(jìn)行分裂，變頻器可以分為三種：第一種是矢量控制變頻器，第二種是V/f控制變頻器，第三種是轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器。V/f控制變頻器可以保證頻率與輸出電壓成正相關(guān)，這樣就可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)磁通的一致性，有效地避免了弱磁和、磁飽和問題的產(chǎn)生；所謂轉(zhuǎn)差調(diào)速就是在調(diào)速時(shí)采用改變異步電動(dòng)機(jī)滑差的方式，速度決定滑差要求，通過轉(zhuǎn)差頻率控制技術(shù)，在一定程度上能夠?qū)ο到y(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和靜態(tài)性能進(jìn)行改善；矢量控制變頻器最主要的一個(gè)特點(diǎn)就是直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制，按照矢量變化的方法分解異步電動(dòng)機(jī)定子繞組電流，可以實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)的磁場電流分量。

3 風(fēng)機(jī)、泵類變頻節(jié)能的工作原理分析

風(fēng)機(jī)、泵類變頻要實(shí)現(xiàn)節(jié)能，有兩種途徑：一種是軟啟動(dòng)節(jié)能，一種是變頻節(jié)能。筆者下面具體介紹這兩種節(jié)能方式的節(jié)能原理：

3.1 關(guān)于軟啟動(dòng)節(jié)能

由于電機(jī)為Y/D啟動(dòng)或者是直接啟動(dòng)，額定電流的4～7倍就是啟動(dòng)電流，這樣就會對供電電網(wǎng)和機(jī)電設(shè)備產(chǎn)生巨大的沖擊，如果對供電容量要求很高，在啟動(dòng)時(shí)就會產(chǎn)生很大的損害性，比如閥門和擋板遭到電流和震動(dòng)的損害，從而縮短設(shè)備的使用壽命等。安裝變頻節(jié)能裝置以后，變頻器的軟啟動(dòng)功能能夠?qū)㈤_始時(shí)的啟動(dòng)電流自動(dòng)調(diào)節(jié)為0，這樣就不用擔(dān)心產(chǎn)生的電流會超過額定電流，在一定程度上減輕了對電網(wǎng)產(chǎn)生的沖擊，起到了延長閥門和設(shè)備使用壽命的作用，從而可以節(jié)省變頻器維護(hù)的相關(guān)

費(fèi)用。

3.2 關(guān)于變頻節(jié)能

流體力學(xué)上有一個(gè)公式，即P=H×Q，專業(yè)人士都知道，P、H和Q三者之間是存在一定的關(guān)系的，且都是正比例關(guān)系，只是大小有所不同。如果水泵的效率是一個(gè)固定值，那么，當(dāng)降低調(diào)節(jié)流量時(shí)，轉(zhuǎn)速N也會跟著下降，而輸出功率P也會跟著下降，且是立方關(guān)系的下降。這也就是說，水泵的轉(zhuǎn)速與水泵電機(jī)的耗電率是立方關(guān)系。

4 變頻調(diào)速與風(fēng)機(jī)、水泵節(jié)能

4.1 調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)、水泵流量的方法

調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)、水泵流量的方法多種多樣，每種方法各具優(yōu)點(diǎn)，有三種是經(jīng)常用到的：（1）交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速；（2）在對水泵、風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，采用電磁轉(zhuǎn)差離合器的方式，但是電動(dòng)機(jī)在這種情況下的運(yùn)轉(zhuǎn)是恒速的；（3）在調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)擋板時(shí)，如果采用傳統(tǒng)的機(jī)械方法，則可使實(shí)現(xiàn)對水泵、導(dǎo)流器的閥門開啟度的調(diào)節(jié)。在節(jié)電率百分比相同的情況下，裝機(jī)容量和電節(jié)能會變成最大值，因此，在生產(chǎn)過程中，應(yīng)廣泛應(yīng)用高壓變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)，而把變頻調(diào)速應(yīng)用到大容量壓縮機(jī)、水泵和風(fēng)機(jī)上，以達(dá)到節(jié)能的目的。

4.2 變頻調(diào)速在風(fēng)機(jī)、水泵節(jié)能中的應(yīng)用

將流體理論作為基本的出發(fā)點(diǎn)，可以用三次方函數(shù)來表示離心式風(fēng)機(jī)、水泵的軸功率和轉(zhuǎn)速的關(guān)系。在研究中表明，滑差后液力調(diào)速的效率會隨著調(diào)速方案效率的變化而降低，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降為50%時(shí)，變頻調(diào)速器會呈現(xiàn)出較高的效率，這樣一來，就會發(fā)現(xiàn)一切基本沒有發(fā)生任何變化。所以變頻調(diào)速是所有調(diào)速方案中節(jié)能效果最好的。用一個(gè)實(shí)際例子來說明，同一臺水泵、風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速流量和軸功率都為100%時(shí)，將轉(zhuǎn)速流量調(diào)到50%，軸功率也會降到50%。但如果滑差調(diào)到50%，則只需從電網(wǎng)中吸入25%左右的功率；假如通過變頻的方式，將流量降到50%，則只需從電網(wǎng)中吸入10%左右的功率。因此，我們不難發(fā)現(xiàn)，變頻調(diào)速具有無可比擬的優(yōu)勢。

5 變頻調(diào)速與環(huán)境保護(hù)

在企業(yè)電能總消耗中，電機(jī)驅(qū)動(dòng)耗能占很大比例。我們有理由相信，天然氣、燃煤、石油等燃料的枯竭，很大程度上要?dú)w咎于過度的電力消耗。二氧化氮和二氧化碳的過量排放，會造成嚴(yán)重的空氣污染，會對大氣臭氧層造成無法修補(bǔ)的嚴(yán)重破壞，對人類的生活造成極為不利的影響。當(dāng)前，環(huán)境問題日益嚴(yán)重，已經(jīng)影響到了人們的日常生活，但隨著人們環(huán)保意識的不斷提高，越來越多的人開始關(guān)注環(huán)境問題，并積極投身到環(huán)境保護(hù)中來。因此，在企業(yè)的生產(chǎn)過程中，企業(yè)理應(yīng)廣泛采用變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)，這樣不僅有效地節(jié)約了能源，還減少了污染的排放，起到了保護(hù)環(huán)境的作用。

6 結(jié)語

綜上所述，泵類、風(fēng)機(jī)等設(shè)備的節(jié)能運(yùn)行通過變頻調(diào)速技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，受到國家和政府的普遍重視。通過實(shí)踐表明，在泵類和風(fēng)機(jī)設(shè)備驅(qū)動(dòng)控制中運(yùn)用變頻器能夠收到明顯的節(jié)能效果，是一種可廣泛采用的調(diào)速控制方式。變頻調(diào)速技術(shù)有許多優(yōu)點(diǎn)，不僅能夠提高設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)效率，而且能夠最大限度滿足企業(yè)對于高效率生產(chǎn)的需求。同時(shí)，它還可以切實(shí)減少設(shè)備的養(yǎng)護(hù)和維修費(fèi)用，有效延長其壽命，可謂一舉多得。在國內(nèi)外，變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)并將持續(xù)受到人們的關(guān)注，在我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)中，其也必會發(fā)揮重要作用。

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