變頻電氣控制柜的節(jié)能效果與技術發(fā)展分析

朱悅 王俊軒

【摘要】隨著科技的發(fā)展，自動化已經成為了各行各業(yè)發(fā)展的必然趨勢，而自動變頻控制系統(tǒng)的出現(xiàn)更是給工業(yè)生產帶來了極大的便利，減輕了相關工作人員的工作負擔，提高了電氣系統(tǒng)工作的效率，創(chuàng)造了較大的經濟效益。本文將簡述變頻技術的原理和使用意義，分析變頻柜的節(jié)能與技術發(fā)展，提出變頻柜使用的注意事項，希望能進一步改善變頻電氣控制柜的使用功能，促進其推廣應用。

【關鍵詞】變頻電氣控制柜；節(jié)能效果；技術發(fā)展

現(xiàn)代工業(yè)生產中電動機是主要的工作設備之一，而人為進行電動機的控制很容易導致電動機出現(xiàn)不正常的磨損，縮短了電動機的使用壽命，作為實現(xiàn)精細控制電動機的技術措施，變頻技術的出現(xiàn)為延長電動機使用壽命做出了極大的貢獻。作為工業(yè)生產控制技術的重要發(fā)展方向之一，探究變頻電氣控制柜的節(jié)能效果和技術發(fā)展趨勢是工業(yè)生產的需要，也是我國實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)代化的必經之路。

1.變頻技術的原理和使用意義

變頻電氣控制柜的工作原理如下：市電經過整流器后變成恒定的直流電，直流電經過逆變器后逆變成可變電壓、可變頻率的交流電源，由于采用微處理機編程的正弦波PWM控制，電流輸出波近似正弦波，故可用交流電動機的無級調速。而通過對交流電動機的無級調速可以實現(xiàn)對功率的實時調整，這樣就避免了電動機空轉導致不必要的磨損。

以油田的生產為例，由于油田的生產環(huán)境復雜，主機功率的需求也會時時變動，而為了保證生產的需要，主機都是長期處在高壓運行狀態(tài)，不僅電纜發(fā)熱量較大，造成了較多的電能浪費，同時也會加劇主機的磨損，縮短主機的使用壽命。而將變頻電氣控制柜應用在油田生產之中，省去了來回開關電動機閘門的麻煩，既滿足油田生產對于主機負荷的要求，又能夠降低主機的磨損，節(jié)約能源的同時延長主機的使用壽命，具有重要的應用價值。此外，還要通過變頻器對工頻電源進行變頻，以保證主機正常運行。再加上主機需要長時間連續(xù)運行，供電是保證主機安全穩(wěn)定運行的一個前提條件，因此變頻電氣控制柜的穩(wěn)定和節(jié)能要予以重視。

2.變頻柜的節(jié)能與技術發(fā)展

當前我國對于動力變頻柜中再生電能的處理方式主要有制動電阻、吸收電阻和回饋制動三種，以前兩種處理方式較為成熟，而第三種處理方式技術較為先進，尚未推廣使用。其具體的操作原理是系統(tǒng)將電腦回饋給相應的電源，并且將設備的能量回饋到變頻控制柜上，從而實現(xiàn)能量的科學分配，提高能量的利用率。一般認為，電動機在運行過程中如果能夠達到額定的荷載或者接近額定荷載，其工作效率是最佳的。而在實際運行的過程中，電動機往往不會達到荷載，但是此時又會有較高的能耗，經濟性與性能嚴重不匹配，通過變頻電氣控制柜能夠實現(xiàn)對頻率的調節(jié)，從而科學控制電機的效率，提高電能的利用率。

如利用對設備載荷的變化和功能圖等采集數(shù)據(jù)與變頻柜的變頻器實現(xiàn)聯(lián)動，這樣對上下行不平衡的工況就可以根據(jù)其具體工作參數(shù)進行控制。以油田的注水泵為例，通過對注水的量和井下壓力的實時收集和分析，可了解注水泵是否處在超負荷運轉狀態(tài)或者空載狀態(tài)，這樣就可以利用變頻器進行控制，時刻調節(jié)泵組的工況以控制注水電機的速度，提高注水效率的同時降低其能耗。

3.變頻柜的組成及應用

要了解變頻電機控制柜的技術發(fā)展以及節(jié)能的效果，首先需要了解的是變頻控制柜的基本結構。常規(guī)的系統(tǒng)組成為變頻器、PLC、PID，當前工業(yè)上生產的變頻控制柜主要用在工業(yè)泵系統(tǒng)中，主要是利用變頻技術對水泵系統(tǒng)實現(xiàn)復雜的變頻控制，實現(xiàn)水泵的高效工作。具體說來，通常是通過傳感器來測量管道內的壓力或者流速來獲得相應的數(shù)據(jù)信息，數(shù)據(jù)信息傳遞至變頻控制柜內置的PID 運行，從而調控水泵的工作。這樣管道內的壓力或者流速能夠始終保持在恒定的狀態(tài)，更能夠滿足生產的需要。

舉例而言，，在實際應用變頻電氣控制柜的過程中，首先需要了解其工作的具體條件和需求，在進行變頻柜型的選擇。機安全穩(wěn)定運行是整個系統(tǒng)正常運作的前提，變頻柜需滿足主機所需要的轉速條件。由電機轉速與頻率的公式：

n=60f/p

可知，n——電機的轉速（轉/分）；

60——每分鐘（秒）；

f——電源頻率（HZ）；

p——電機旋轉磁場的極對數(shù)。

在變頻調速系統(tǒng)中，根據(jù)公式n=60f/p可知：改變頻率f就可改變轉速，降低頻率↓f，轉速就變小：即60f↓/p=n↓，增加頻率↑f，轉速就加大：即60f↑/p=n↑。主機對于頻率的要求直接決定了所配備的變頻器應具有的參數(shù)，同時對穩(wěn)定性也有一定的要求。

4.電氣技術發(fā)展展望

隨著計算機技術的發(fā)展，現(xiàn)代電氣技術與互聯(lián)網技術已經融合為一體，變頻電氣控制柜也開始朝著網絡化、智能化、自動化、綠色化的方向快速發(fā)展。變頻電氣控制柜的網絡化能夠幫助相關工作人員實現(xiàn)遠程實時控制，省去了各種操作的麻煩，提高了管理的效率。而變頻電氣控制柜的智能化則可以面對各種復雜的系統(tǒng)進行高效控制，在出現(xiàn)問題時能夠迅速進行反應，真正實現(xiàn)了機械的24小時無人操作，有利于提高工作的效率，也可以降低人力成本的支出。自動化變頻電機控制柜的出現(xiàn)意味著企業(yè)可以付出更低的人力成本就能完成原有的工作量，同時操作也更加精確，有良好的容錯能力。當前可持續(xù)發(fā)展是社會發(fā)展的主流價值觀，以綠色、節(jié)能、高效，可再生資源開發(fā)等低碳經濟為代表的深刻變革已成為我國的重大戰(zhàn)略產業(yè)，電氣技術同樣應該抓住這種機遇，在發(fā)展的過程中時刻以綠色化為指導方針，探究更低能耗的控制方式，推動我國的自動化產業(yè)不斷向前發(fā)展。

5.變頻柜應用中的注意事項

在實際的生產過程中變頻電器柜的應用是一個動態(tài)化的調試過程，其安裝地點應該根據(jù)工作環(huán)境而定，設備要保證接地良好。安裝變頻柜的接地要求，使用短粗接地線完成對公共接地點的連接。對于要求較高的工作環(huán)境應采用金屬網等進行接地，同時低壓單元和繼電器等注意與熔斷器的連接，從而提高變頻柜的保護效果?？紤]到較長的電纜會有較大的電能損耗，因此要避免變頻控制柜的電纜過長，而且為了保證變頻控制柜的高效穩(wěn)定運行，有必要為變頻控制柜提供獨立的電源，這樣也可以避免線纜之間的電磁干擾，同時可以采用變頻器間互相備用來保證運行的穩(wěn)定性。為保證變頻電器控制柜的散熱良好，在應用中變頻器多安裝在控制柜的中間，且變頻器應垂直安裝，保證變頻器之間有足夠的空間散熱。由于變頻柜持續(xù)運行會產生大量的熱量，因此選擇合格穩(wěn)固的散熱手段也是非常必要的，運行過程中應保證變頻器冷卻水持續(xù)穩(wěn)定的供應。

變頻電氣控制柜的運行受到多種因素的影響，如環(huán)境溫度、濕度、粉塵、震動等，這些因素都可能導致電氣控制柜內部的元件出現(xiàn)問題。因此為了保證變頻電機控制柜能夠長期有效運行，外變頻電氣控制柜創(chuàng)造良好的工作環(huán)境是非常有必要的，最好能夠控制變頻電氣柜

所在環(huán)境內的環(huán)境溫度、濕度、粉塵、震動等情況。如果變頻電氣柜經過了長途運輸，在安裝之前首先應該檢查變頻電機控制柜的各個部件是否完好無損，螺釘是否能緊固，安裝后嘗試能否正常運行。對于投入正常工作的變頻電機控制柜應該定期予以維護，維護的過程要做好記錄，以便后期抽查。

6.結束語

變頻電器控制柜是工業(yè)生產上精細控制電動機的主要技術，同時也是工業(yè)發(fā)展的重要方向。傳統(tǒng)的人為控制電動機的運轉避免不了電動機空載運行或者超負荷運行的情況，既浪費了大量的電能，又加重了電動機的磨損，為企業(yè)帶來了諸多額外的損失。而變頻電氣控制柜技術的發(fā)展將信息技術、計算機技術、調頻技術、傳感器技術等多種技術集于一體，可實現(xiàn)對電動機的適時調控，能夠保證荷載和輸出功率之間處于平衡狀態(tài)，提高機械對于能量的利用率，促使電機長期穩(wěn)定的工作，這對于正常生產十分有利。

參考文獻

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作者簡介

朱悅：1988.5，男，天津，2011.6，防災科技學院，電氣工程及其自動化專業(yè)，助理工程師，變頻電氣。

王俊軒：1988.11，男，甘肅蘭州，2011.6哈爾濱工程大學測控技術與儀器專業(yè)、助理工程師、自控儀表。