試論電機(jī)變頻控制節(jié)能技術(shù)和運(yùn)用

巨志忠　楊小強(qiáng)

摘 要：電機(jī)作為制造業(yè)的主要?jiǎng)恿υO(shè)備，其節(jié)能問題值得高度重視。針對(duì)電機(jī)變頻控制和實(shí)際運(yùn)用進(jìn)行了探討，重點(diǎn)對(duì)電機(jī)變頻控制的原理和特點(diǎn)進(jìn)行了分析，探討電機(jī)變頻控制的節(jié)能性，指出電機(jī)變頻控制的應(yīng)用現(xiàn)狀。

關(guān)鍵詞：交流電機(jī)；風(fēng)機(jī)；變頻控制；節(jié)能性

中圖分類號(hào)：TM921.51 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）07-0015-02

為貫徹落實(shí)國(guó)務(wù)院提出的“節(jié)能減排”的重要指示，財(cái)政部、國(guó)家發(fā)展改革委將組織開展高效電機(jī)推廣，將電機(jī)系統(tǒng)的節(jié)能問題放在很重要的位置，變頻電機(jī)控制節(jié)能也有了廣闊的發(fā)展空間。目前我國(guó)電力能源利用效率較低、消耗高、浪費(fèi)大，電力供應(yīng)形勢(shì)嚴(yán)峻，發(fā)展變頻節(jié)能電機(jī)勢(shì)在必行。

1 電機(jī)變頻控制的原理和特點(diǎn)

變頻電機(jī)是變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)的統(tǒng)稱，它采用由變頻感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和變頻器組成的控制系統(tǒng)，提高機(jī)械自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率。以交流電機(jī)為例，其同步轉(zhuǎn)速可用下式表示：

在傳統(tǒng)的電機(jī)拖動(dòng)中，當(dāng)電機(jī)拖動(dòng)的負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，一般通過調(diào)節(jié)通電時(shí)間占空比來(lái)進(jìn)行調(diào)速。這樣的調(diào)節(jié)雖然很簡(jiǎn)單，但是電機(jī)會(huì)不斷地啟動(dòng)、制動(dòng)，而在啟動(dòng)和制動(dòng)過程中電機(jī)的耗能很大。如果采用變頻技術(shù)來(lái)對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，電機(jī)轉(zhuǎn)速不但能平滑過渡，而且節(jié)能效果也能在很大程度上得到提高。

3 電機(jī)變頻控制的發(fā)展和運(yùn)用

在傳統(tǒng)的電機(jī)控制中，電機(jī)運(yùn)行的驅(qū)動(dòng)頻率是一個(gè)定值，變頻調(diào)速使通過調(diào)節(jié)電機(jī)頻率節(jié)約能源成為可能。近年來(lái)，隨著電子技術(shù)和控制技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對(duì)節(jié)能的要求也在不斷提高，這使得電機(jī)的變頻技術(shù)在很大程度上得到了提升，并且其應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣。

3.1 變頻電機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r

電機(jī)的變頻調(diào)速目前大多使用恒V/F控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，適用于風(fēng)機(jī)等較大型、且對(duì)調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能要求不高的地方。變頻電機(jī)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)能滿足一般的平滑調(diào)速需求，但它的靜、動(dòng)態(tài)性能都很有限。如果需要提高靜、動(dòng)態(tài)特性，則需要反饋轉(zhuǎn)速進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)。因此，人們又提出了控制閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率的電機(jī)調(diào)速方式。轉(zhuǎn)差頻率控制使用異步電機(jī)穩(wěn)態(tài)等效電路和轉(zhuǎn)矩公式來(lái)保持磁通恒定，這種方式只有在穩(wěn)態(tài)情況下成立，多用來(lái)控制慢速電機(jī)。在對(duì)轉(zhuǎn)速必須做出快速反應(yīng)的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)中，電機(jī)會(huì)額外產(chǎn)生比較大的瞬態(tài)電流，使電機(jī)的轉(zhuǎn)矩受到很大影響。因此，在動(dòng)態(tài)過程中控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩是做好動(dòng)態(tài)控制的關(guān)鍵。

3.2 電機(jī)變頻控制的應(yīng)用

電機(jī)70%的耗能是在風(fēng)機(jī)和泵類負(fù)載中，變頻技術(shù)在這類電機(jī)控制中的優(yōu)勢(shì)更體現(xiàn)出了其重要性。例如，沒有調(diào)速功能的空調(diào)，當(dāng)溫度低至閾值時(shí)風(fēng)路就被關(guān)掉，但此時(shí)電機(jī)依然在運(yùn)行，造成不必要的能量損耗。如果空調(diào)系統(tǒng)采用變頻調(diào)速電機(jī)，當(dāng)溫度降低時(shí)就不必關(guān)掉風(fēng)路，而是降低電機(jī)轉(zhuǎn)速，這樣就不會(huì)損耗電能?？照{(diào)系統(tǒng)中加入變頻器，可以使系統(tǒng)節(jié)能20%～30%.

另外，在實(shí)際應(yīng)用中需要根據(jù)不同的需要選擇大小合適、性能高的電機(jī)，減小電機(jī)的浮裝容量，防止能量的浪費(fèi)。同時(shí)，在實(shí)際應(yīng)用中還要不斷優(yōu)化電機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，盡可能降低額外能量的損失，并選擇導(dǎo)磁性高的材料，比如冷軋硅鋼片等。

4 結(jié)束語(yǔ)

變頻電機(jī)在空調(diào)風(fēng)機(jī)和泵類電機(jī)拖動(dòng)中表現(xiàn)出了其節(jié)能、安全易控、無(wú)級(jí)平滑調(diào)速、高精度控制等顯著特點(diǎn)。隨著我國(guó)對(duì)節(jié)能環(huán)保投入的不斷增加，電機(jī)的變頻控制將會(huì)得到更好的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]湯鳳佩.注水電機(jī)變頻控制時(shí)的繼電保護(hù)設(shè)計(jì)[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2012（02）：15-17.

〔編輯：劉曉芳〕

摘 要：電機(jī)作為制造業(yè)的主要?jiǎng)恿υO(shè)備，其節(jié)能問題值得高度重視。針對(duì)電機(jī)變頻控制和實(shí)際運(yùn)用進(jìn)行了探討，重點(diǎn)對(duì)電機(jī)變頻控制的原理和特點(diǎn)進(jìn)行了分析，探討電機(jī)變頻控制的節(jié)能性，指出電機(jī)變頻控制的應(yīng)用現(xiàn)狀。

關(guān)鍵詞：交流電機(jī)；風(fēng)機(jī)；變頻控制；節(jié)能性

中圖分類號(hào)：TM921.51 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）07-0015-02

為貫徹落實(shí)國(guó)務(wù)院提出的“節(jié)能減排”的重要指示，財(cái)政部、國(guó)家發(fā)展改革委將組織開展高效電機(jī)推廣，將電機(jī)系統(tǒng)的節(jié)能問題放在很重要的位置，變頻電機(jī)控制節(jié)能也有了廣闊的發(fā)展空間。目前我國(guó)電力能源利用效率較低、消耗高、浪費(fèi)大，電力供應(yīng)形勢(shì)嚴(yán)峻，發(fā)展變頻節(jié)能電機(jī)勢(shì)在必行。

1 電機(jī)變頻控制的原理和特點(diǎn)

變頻電機(jī)是變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)的統(tǒng)稱，它采用由變頻感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和變頻器組成的控制系統(tǒng)，提高機(jī)械自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率。以交流電機(jī)為例，其同步轉(zhuǎn)速可用下式表示：

在傳統(tǒng)的電機(jī)拖動(dòng)中，當(dāng)電機(jī)拖動(dòng)的負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，一般通過調(diào)節(jié)通電時(shí)間占空比來(lái)進(jìn)行調(diào)速。這樣的調(diào)節(jié)雖然很簡(jiǎn)單，但是電機(jī)會(huì)不斷地啟動(dòng)、制動(dòng)，而在啟動(dòng)和制動(dòng)過程中電機(jī)的耗能很大。如果采用變頻技術(shù)來(lái)對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，電機(jī)轉(zhuǎn)速不但能平滑過渡，而且節(jié)能效果也能在很大程度上得到提高。

3 電機(jī)變頻控制的發(fā)展和運(yùn)用

在傳統(tǒng)的電機(jī)控制中，電機(jī)運(yùn)行的驅(qū)動(dòng)頻率是一個(gè)定值，變頻調(diào)速使通過調(diào)節(jié)電機(jī)頻率節(jié)約能源成為可能。近年來(lái)，隨著電子技術(shù)和控制技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對(duì)節(jié)能的要求也在不斷提高，這使得電機(jī)的變頻技術(shù)在很大程度上得到了提升，并且其應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣。

3.1 變頻電機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r

電機(jī)的變頻調(diào)速目前大多使用恒V/F控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，適用于風(fēng)機(jī)等較大型、且對(duì)調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能要求不高的地方。變頻電機(jī)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)能滿足一般的平滑調(diào)速需求，但它的靜、動(dòng)態(tài)性能都很有限。如果需要提高靜、動(dòng)態(tài)特性，則需要反饋轉(zhuǎn)速進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)。因此，人們又提出了控制閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率的電機(jī)調(diào)速方式。轉(zhuǎn)差頻率控制使用異步電機(jī)穩(wěn)態(tài)等效電路和轉(zhuǎn)矩公式來(lái)保持磁通恒定，這種方式只有在穩(wěn)態(tài)情況下成立，多用來(lái)控制慢速電機(jī)。在對(duì)轉(zhuǎn)速必須做出快速反應(yīng)的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)中，電機(jī)會(huì)額外產(chǎn)生比較大的瞬態(tài)電流，使電機(jī)的轉(zhuǎn)矩受到很大影響。因此，在動(dòng)態(tài)過程中控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩是做好動(dòng)態(tài)控制的關(guān)鍵。

3.2 電機(jī)變頻控制的應(yīng)用

電機(jī)70%的耗能是在風(fēng)機(jī)和泵類負(fù)載中，變頻技術(shù)在這類電機(jī)控制中的優(yōu)勢(shì)更體現(xiàn)出了其重要性。例如，沒有調(diào)速功能的空調(diào)，當(dāng)溫度低至閾值時(shí)風(fēng)路就被關(guān)掉，但此時(shí)電機(jī)依然在運(yùn)行，造成不必要的能量損耗。如果空調(diào)系統(tǒng)采用變頻調(diào)速電機(jī)，當(dāng)溫度降低時(shí)就不必關(guān)掉風(fēng)路，而是降低電機(jī)轉(zhuǎn)速，這樣就不會(huì)損耗電能?？照{(diào)系統(tǒng)中加入變頻器，可以使系統(tǒng)節(jié)能20%～30%.

另外，在實(shí)際應(yīng)用中需要根據(jù)不同的需要選擇大小合適、性能高的電機(jī)，減小電機(jī)的浮裝容量，防止能量的浪費(fèi)。同時(shí)，在實(shí)際應(yīng)用中還要不斷優(yōu)化電機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，盡可能降低額外能量的損失，并選擇導(dǎo)磁性高的材料，比如冷軋硅鋼片等。

4 結(jié)束語(yǔ)

變頻電機(jī)在空調(diào)風(fēng)機(jī)和泵類電機(jī)拖動(dòng)中表現(xiàn)出了其節(jié)能、安全易控、無(wú)級(jí)平滑調(diào)速、高精度控制等顯著特點(diǎn)。隨著我國(guó)對(duì)節(jié)能環(huán)保投入的不斷增加，電機(jī)的變頻控制將會(huì)得到更好的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]湯鳳佩.注水電機(jī)變頻控制時(shí)的繼電保護(hù)設(shè)計(jì)[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2012（02）：15-17.

〔編輯：劉曉芳〕

摘 要：電機(jī)作為制造業(yè)的主要?jiǎng)恿υO(shè)備，其節(jié)能問題值得高度重視。針對(duì)電機(jī)變頻控制和實(shí)際運(yùn)用進(jìn)行了探討，重點(diǎn)對(duì)電機(jī)變頻控制的原理和特點(diǎn)進(jìn)行了分析，探討電機(jī)變頻控制的節(jié)能性，指出電機(jī)變頻控制的應(yīng)用現(xiàn)狀。

關(guān)鍵詞：交流電機(jī)；風(fēng)機(jī)；變頻控制；節(jié)能性

中圖分類號(hào)：TM921.51 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）07-0015-02

為貫徹落實(shí)國(guó)務(wù)院提出的“節(jié)能減排”的重要指示，財(cái)政部、國(guó)家發(fā)展改革委將組織開展高效電機(jī)推廣，將電機(jī)系統(tǒng)的節(jié)能問題放在很重要的位置，變頻電機(jī)控制節(jié)能也有了廣闊的發(fā)展空間。目前我國(guó)電力能源利用效率較低、消耗高、浪費(fèi)大，電力供應(yīng)形勢(shì)嚴(yán)峻，發(fā)展變頻節(jié)能電機(jī)勢(shì)在必行。

1 電機(jī)變頻控制的原理和特點(diǎn)

變頻電機(jī)是變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)的統(tǒng)稱，它采用由變頻感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和變頻器組成的控制系統(tǒng)，提高機(jī)械自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率。以交流電機(jī)為例，其同步轉(zhuǎn)速可用下式表示：

在傳統(tǒng)的電機(jī)拖動(dòng)中，當(dāng)電機(jī)拖動(dòng)的負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，一般通過調(diào)節(jié)通電時(shí)間占空比來(lái)進(jìn)行調(diào)速。這樣的調(diào)節(jié)雖然很簡(jiǎn)單，但是電機(jī)會(huì)不斷地啟動(dòng)、制動(dòng)，而在啟動(dòng)和制動(dòng)過程中電機(jī)的耗能很大。如果采用變頻技術(shù)來(lái)對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，電機(jī)轉(zhuǎn)速不但能平滑過渡，而且節(jié)能效果也能在很大程度上得到提高。

3 電機(jī)變頻控制的發(fā)展和運(yùn)用

在傳統(tǒng)的電機(jī)控制中，電機(jī)運(yùn)行的驅(qū)動(dòng)頻率是一個(gè)定值，變頻調(diào)速使通過調(diào)節(jié)電機(jī)頻率節(jié)約能源成為可能。近年來(lái)，隨著電子技術(shù)和控制技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對(duì)節(jié)能的要求也在不斷提高，這使得電機(jī)的變頻技術(shù)在很大程度上得到了提升，并且其應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣。

3.1 變頻電機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r

電機(jī)的變頻調(diào)速目前大多使用恒V/F控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，適用于風(fēng)機(jī)等較大型、且對(duì)調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能要求不高的地方。變頻電機(jī)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)能滿足一般的平滑調(diào)速需求，但它的靜、動(dòng)態(tài)性能都很有限。如果需要提高靜、動(dòng)態(tài)特性，則需要反饋轉(zhuǎn)速進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)。因此，人們又提出了控制閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率的電機(jī)調(diào)速方式。轉(zhuǎn)差頻率控制使用異步電機(jī)穩(wěn)態(tài)等效電路和轉(zhuǎn)矩公式來(lái)保持磁通恒定，這種方式只有在穩(wěn)態(tài)情況下成立，多用來(lái)控制慢速電機(jī)。在對(duì)轉(zhuǎn)速必須做出快速反應(yīng)的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)中，電機(jī)會(huì)額外產(chǎn)生比較大的瞬態(tài)電流，使電機(jī)的轉(zhuǎn)矩受到很大影響。因此，在動(dòng)態(tài)過程中控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩是做好動(dòng)態(tài)控制的關(guān)鍵。

3.2 電機(jī)變頻控制的應(yīng)用

電機(jī)70%的耗能是在風(fēng)機(jī)和泵類負(fù)載中，變頻技術(shù)在這類電機(jī)控制中的優(yōu)勢(shì)更體現(xiàn)出了其重要性。例如，沒有調(diào)速功能的空調(diào)，當(dāng)溫度低至閾值時(shí)風(fēng)路就被關(guān)掉，但此時(shí)電機(jī)依然在運(yùn)行，造成不必要的能量損耗。如果空調(diào)系統(tǒng)采用變頻調(diào)速電機(jī)，當(dāng)溫度降低時(shí)就不必關(guān)掉風(fēng)路，而是降低電機(jī)轉(zhuǎn)速，這樣就不會(huì)損耗電能?？照{(diào)系統(tǒng)中加入變頻器，可以使系統(tǒng)節(jié)能20%～30%.

另外，在實(shí)際應(yīng)用中需要根據(jù)不同的需要選擇大小合適、性能高的電機(jī)，減小電機(jī)的浮裝容量，防止能量的浪費(fèi)。同時(shí)，在實(shí)際應(yīng)用中還要不斷優(yōu)化電機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，盡可能降低額外能量的損失，并選擇導(dǎo)磁性高的材料，比如冷軋硅鋼片等。

4 結(jié)束語(yǔ)

變頻電機(jī)在空調(diào)風(fēng)機(jī)和泵類電機(jī)拖動(dòng)中表現(xiàn)出了其節(jié)能、安全易控、無(wú)級(jí)平滑調(diào)速、高精度控制等顯著特點(diǎn)。隨著我國(guó)對(duì)節(jié)能環(huán)保投入的不斷增加，電機(jī)的變頻控制將會(huì)得到更好的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]湯鳳佩.注水電機(jī)變頻控制時(shí)的繼電保護(hù)設(shè)計(jì)[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2012（02）：15-17.

〔編輯：劉曉芳〕