論電機(jī)變頻控制節(jié)能技術(shù)和運(yùn)用

陳高明（中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院,北京　100076）

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論電機(jī)變頻控制節(jié)能技術(shù)和運(yùn)用

陳高明
（中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院,北京100076）

摘 要：在提倡節(jié)約型社會(huì)的當(dāng)今社會(huì)，電力作為主要?jiǎng)恿υO(shè)備，其節(jié)能控制技術(shù)備受專(zhuān)注，也是建設(shè)資源節(jié)約和環(huán)境友好型社會(huì)的關(guān)鍵之處。本文就電機(jī)變頻控制的節(jié)能技術(shù)和運(yùn)用進(jìn)行深入分析和探究。

關(guān)鍵詞：電機(jī)；變頻控制；節(jié)能技術(shù)；運(yùn)用

0　引言

為創(chuàng)建資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)，國(guó)務(wù)院提出“節(jié)能減排”的重要指示，電機(jī)變頻控制節(jié)能技術(shù)和運(yùn)用問(wèn)題應(yīng)當(dāng)倍受各界專(zhuān)業(yè)人士的重視和關(guān)注，電機(jī)的變頻控制節(jié)能技術(shù)可以有效降低電動(dòng)機(jī)的能耗，節(jié)約電機(jī)成本，使企業(yè)獲得更大的經(jīng)濟(jì)收益。

1　電機(jī)變頻控制節(jié)能技術(shù)的工作原理及特點(diǎn)

1.1工作原理

變頻電機(jī)控制技術(shù)主要是通過(guò)改變輸入三相交流電的頻率來(lái)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。目前市場(chǎng)上使用的電機(jī)變頻器主要采用交—直—交方式，即VF變頻或矢量控制變頻技術(shù)。先把工頻交流電源通過(guò)整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動(dòng)機(jī)。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制4個(gè)部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）三相橋式逆變器，且輸出為脈沖寬度調(diào)制波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲(chǔ)能和緩沖無(wú)功功率，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。

1.2電機(jī)變頻控制技術(shù)的特點(diǎn)

變頻電動(dòng)具有容易控制電路的特點(diǎn)，成本比較低，而且機(jī)械的特性硬度較好，能夠滿足傳遞的平滑低速要求，在各個(gè)行業(yè)便于廣泛應(yīng)用。但是它也有一些缺點(diǎn)，例如在低頻利用這種控制方式時(shí)，因?yàn)檩敵龅碾妷罕容^低，轉(zhuǎn)矩受定子電阻壓降的影響顯著，從而導(dǎo)致輸出最大轉(zhuǎn)矩減小。變頻電機(jī)還具有系統(tǒng)性能不高，轉(zhuǎn)矩利用率不高，穩(wěn)定性會(huì)因?yàn)槎ㄗ与娮韬湍孀兤魉廊バ?yīng)的存在變差的特點(diǎn)。

1.3電機(jī)變頻控制節(jié)能技術(shù)的適用范圍

電機(jī)變頻控制節(jié)能技術(shù)的使用范圍廣泛，例如鋼鐵業(yè)、機(jī)械、建材、化工等行業(yè)，這些行業(yè)通過(guò)電機(jī)的變頻控制技術(shù)降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)工作效率，同時(shí)也節(jié)省力量，提高產(chǎn)品的質(zhì)量。

雖然電機(jī)變頻控制技術(shù)使用范圍較為廣泛，但也有一定的客觀條件。通過(guò)改變工況參數(shù)降低電能的消耗，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。適當(dāng)降低不合理的運(yùn)行參數(shù)，降低頻率，從而達(dá)到節(jié)約電能的目的。降低頻率主要與以下幾個(gè)因素有關(guān)：（1）電機(jī)的負(fù)載率。當(dāng)電機(jī)的負(fù)載率較低時(shí)，可以節(jié)約電率就相對(duì)較高。（2）原先的運(yùn)行工況參數(shù)值的合理程度。當(dāng)電機(jī)的流量、轉(zhuǎn)速等可調(diào)節(jié)因素的值越大，則能節(jié)省的電率就會(huì)越多，若可調(diào)節(jié)的量越小，則節(jié)省的電率就越少。（3）原先的調(diào)整方式和調(diào)速方式。調(diào)整方式分為進(jìn)口或出口閥門(mén)方式和變頻方式，由于進(jìn)口或出口閥門(mén)方式的運(yùn)行參數(shù)參差不齊，運(yùn)用在電機(jī)上不經(jīng)濟(jì)，反而浪費(fèi)電能。若采用變頻調(diào)速，可以減少人工調(diào)節(jié)的不便以，增加電機(jī)運(yùn)行的正確性，最主要的是能節(jié)省電能。原先采用的滑差電機(jī)方式效率低下，浪費(fèi)電能，采用變頻電機(jī)控制技術(shù)可以解決這一問(wèn)題。（4）電機(jī)本身采用的工作方式。電機(jī)的工作方式不同消耗的電量也是不相同的，企業(yè)要結(jié)合自身的運(yùn)作方式采用連續(xù)運(yùn)作、短時(shí)運(yùn)作或者間歇性運(yùn)作方式，達(dá)到最佳的節(jié)能狀態(tài)。（5）電機(jī)本身的開(kāi)機(jī)時(shí)間的長(zhǎng)短。電機(jī)開(kāi)機(jī)運(yùn)作的時(shí)間越長(zhǎng)消耗的電量也就越多，企業(yè)需及時(shí)關(guān)閉不使用的電機(jī)，避免出現(xiàn)方法電量的狀況。（6）電機(jī)本身的功率大小。在電機(jī)采用相同的節(jié)電率下，電機(jī)的功率越大，節(jié)電量值就越大，企業(yè)能夠獲得的經(jīng)濟(jì)效益就相對(duì)較大。

2　電機(jī)變頻控制節(jié)能技術(shù)的具體分析

（1）我國(guó)電機(jī)變頻節(jié)能技術(shù)的現(xiàn)狀。我國(guó)的電機(jī)變頻控制節(jié)能技術(shù)與之相比較弱，主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面，第一，我國(guó)的電機(jī)及被動(dòng)設(shè)施設(shè)備的效率低下。雖然我國(guó)的生產(chǎn)的電機(jī)與國(guó)外生產(chǎn)的電機(jī)水平相當(dāng)，但與國(guó)外電機(jī)相比，價(jià)格較高、市場(chǎng)占有率較低，制造技術(shù)和工藝水平也有一定的差距。第二，我國(guó)電機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行效率較低。我國(guó)電機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)系統(tǒng)匹配不合理的情況，導(dǎo)致設(shè)備長(zhǎng)期處于低負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài)。電機(jī)的系統(tǒng)調(diào)節(jié)方式落后，從而導(dǎo)致電能的浪費(fèi)。

（2）電機(jī)系統(tǒng)的節(jié)能潛力。電機(jī)變頻控制節(jié)能技術(shù)是我國(guó)節(jié)能減排的終點(diǎn)研究和重視的領(lǐng)域。電機(jī)變頻控制節(jié)能技術(shù)能夠降低電能的使用，減少溫室氣體的排放量，降低企業(yè)的使用成本，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。

隨著科技的不斷發(fā)展，對(duì)電機(jī)變頻控制節(jié)能技術(shù)的不斷研究，國(guó)際組織和各國(guó)政府以達(dá)成共識(shí)——電機(jī)變頻控制節(jié)能技術(shù)具有很大的潛力。

3　電機(jī)變頻控制節(jié)能技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用

（1）變頻電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展。目前，大多數(shù)使用V/F控制系統(tǒng)運(yùn)用在變頻電機(jī)上，主要是因?yàn)樵撓到y(tǒng)有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和成本低的特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)，適用于風(fēng)機(jī)這類(lèi)比較大型但對(duì)調(diào)速系統(tǒng)性能不算高的電機(jī)上面。變頻電機(jī)雖然能夠滿足一般平滑低速需求，但是，它的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)的性能是還是有限的。由于矢量控制的引入，變頻電機(jī)控制技術(shù)在高性能場(chǎng)合開(kāi)始運(yùn)用。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展和數(shù)字控制技術(shù)的普及，矢量控制技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)擴(kuò)展開(kāi)來(lái)，從高性能領(lǐng)域到通用領(lǐng)域，增加了矢量控制技術(shù)的應(yīng)用范圍。

（2）變頻電機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用。變頻電機(jī)的控制節(jié)能技術(shù)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，可以有效達(dá)到調(diào)速節(jié)能、過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)載保護(hù)等多種功能。例如變頻調(diào)速技術(shù)在工藝風(fēng)機(jī)節(jié)能中的應(yīng)用，玻璃生產(chǎn)廠在生產(chǎn)鋼化玻璃的時(shí)候，工人需要將普通玻璃經(jīng)過(guò)鋼化爐處理后形成鋼化玻璃。通常，鋼化爐由熱爐、冷卻段和風(fēng)機(jī)系統(tǒng)三部分構(gòu)成。傳統(tǒng)的電機(jī)調(diào)節(jié)方法是由操作工人阻擋風(fēng)機(jī)入口的面積，工人需要根據(jù)要加工玻璃的厚度設(shè)定輸入風(fēng)門(mén)的面積大小，降低風(fēng)機(jī)量的減小，從而減少風(fēng)量。此過(guò)程屬于純?nèi)斯ぴO(shè)定和操作，難免存在誤差。采用變頻電機(jī)技術(shù)之后，操作工人只需要根據(jù)要加工玻璃的厚度，設(shè)定電機(jī)變頻器的輸出頻率，降低了誤差，提高了玻璃鋼化過(guò)程的效率和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)還能達(dá)到節(jié)能的目的。電機(jī)變頻技術(shù)在中央空調(diào)系統(tǒng)中也得到了廣泛運(yùn)用，有效減少溫室氣體的排放量。

4　結(jié)束語(yǔ)

電機(jī)變頻控制節(jié)能技術(shù)在設(shè)備中的使用之后，可以改變電機(jī)的運(yùn)行狀況，使電機(jī)運(yùn)行逐漸趨于平穩(wěn)，同時(shí)還能降低對(duì)電量的使用，節(jié)能效果不斷提升，滿足了現(xiàn)代社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的需求，也能進(jìn)一步提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。國(guó)家應(yīng)大力支持對(duì)電機(jī)變頻控制節(jié)能技術(shù)的研究，提高節(jié)能技術(shù)，使之發(fā)展趨于更好的狀態(tài)。

參考文獻(xiàn)：

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DOI :10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.01.172