電機變頻控制節(jié)能技術(shù)和運用探析

許蔡輝 麥智煒 王碧瀅

(廣東美的制冷設(shè)備有限公司，廣東佛山順德 528311)

電機變頻控制節(jié)能技術(shù)和運用探析

許蔡輝 麥智煒 王碧瀅

(廣東美的制冷設(shè)備有限公司，廣東佛山順德 528311)

隨著社會的發(fā)展，人們對節(jié)能減排的意識不斷提高。電機作為制造業(yè)的主要動力設(shè)備，深入研究其節(jié)能技術(shù)，對提高能效有非常顯著的意義。本文對電機變頻控制的節(jié)能技術(shù)和運用方式進行了探討。

電機；變頻控制；節(jié)能技術(shù)

隨著信息化時代的到來，電子技術(shù)、計算機技術(shù)和自動化之間形成了良好的融合，交流傳動與控制技術(shù)由此也得到了快速的發(fā)展。為了解決當(dāng)前的我國電力資源浪費嚴(yán)重和利用率偏低的困局，電力的發(fā)展正朝著由直流調(diào)速到交流調(diào)速的方向發(fā)展。由于變頻調(diào)速具有調(diào)速和制動性能優(yōu)異，同時兼具高效和節(jié)能的效果，所以它被人們認(rèn)定為未來具有重大發(fā)展?jié)摿Φ姆较蛑?。通過這種技術(shù)的轉(zhuǎn)變可以解決當(dāng)前電力方面的諸多困局，為以后的電力的發(fā)展墊定良好的基礎(chǔ)。所以說，為了能夠在電力未來的布局中取得一席之地，變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用和研究是不可或缺的。

1 變頻電機控制技術(shù)原理概述

最近，我們通過電視可以看到，很多關(guān)于變頻空調(diào)的廣告。正向它們所宣傳的那樣，變頻空調(diào)確實可以實現(xiàn)能耗減少的目的。它是通過對三相交流電頻率控制來達到對轉(zhuǎn)速控制的目的，它的實現(xiàn)是通過工作的頻率之間的轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)的。當(dāng)前使用最多的還是采用的直流-交流-直流的處理方法，也就是通常所說的V/F變頻控制技術(shù)。它的工作思路是先將電流轉(zhuǎn)化成直流電，再轉(zhuǎn)換成可控的交流電，然后在輸送到電機。為了達到節(jié)能的目的，中間的部件眾多而且復(fù)雜，它們各司其職，為變頻電機的控制和運行作出了積極的貢獻。隨著人們節(jié)能意識的增強，很有必要突破當(dāng)前的發(fā)展瓶頸，直接實現(xiàn)交流變頻而不是要通過中間的直流轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)。

2 電機變頻控制的節(jié)能方式分析

2.1 電機的變頻節(jié)能

由于電流和現(xiàn)實生活中的水流存在很多的相似之處，所以可以借用水流的研究來研究電流。

流體力學(xué)告訴我們，功率是與流量和壓力時成正比的，而流量又與轉(zhuǎn)速一次方成正比，而壓力與轉(zhuǎn)速的平方是正比關(guān)系，由此可得它與轉(zhuǎn)速的三次方存在著正比的關(guān)系。假定水泵效率不變的情況下，要想降低流量的話，那么就要將轉(zhuǎn)速降下來，那么輸出功率也就是三次方的關(guān)系下降。像水泵電機的功率是55瓦，如果轉(zhuǎn)速只有原來的80%的話，它的耗電量就只有28.16瓦，可以將近省48.8%的電，而如果轉(zhuǎn)速變成了原來的50%的話，耗電量竟然降到了6875瓦，實現(xiàn)省電87.5%，節(jié)電效果明顯。

2.2 功率因數(shù)的降低帶來的補償節(jié)能

無功功率不但增加線損和設(shè)備的發(fā)熱，更主要的是功率因數(shù)的降低導(dǎo)致電網(wǎng)有功功率的降低，大量的無功電能消耗在線路當(dāng)中，設(shè)備使用效率低下，浪費嚴(yán)重，由公式P=S*COS ，Q=S*SIN ，其中S一視在功率，P一有功功率，Q一無功功率，COS 一功率因數(shù)，可知COSe 越大，有功功率P越大，普通水泵電機的功率因數(shù)在0／6—0／7之間，使用變頻調(diào)速裝置后，由于變頻器內(nèi)部濾波電容的作用，COSd 1，從而減少了無功損耗，增加了電網(wǎng)的有功功率。

2.3 電機啟動中變頻器的軟啟動節(jié)能功用

由于電機為直接啟動或Y／D啟動，啟動電流等于(4—7)倍額定電流，這樣會對機電設(shè)備和供電電網(wǎng)造成嚴(yán)重的沖擊，而且還會對電網(wǎng)容量要求過高，啟動時產(chǎn)生的大電流和震動時對擋板和閥門的損害極大，對設(shè)備、管路的使用壽命極為不利。而使用變頻節(jié)能裝置后，利用變頻器的軟啟動功能將使啟動電流從零開始，最大值也不超過額定電流，減輕了對電網(wǎng)的沖擊和對供電容量的要求，延長了設(shè)備和閥門的使用壽命。節(jié)省了設(shè)備的維護費用。

3 電機變頻控制節(jié)能技術(shù)的現(xiàn)狀分析

3.1 國內(nèi)電機變頻節(jié)能技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

由于我國在電機變頻控制方面與先進的發(fā)達國家尚且存在一定的差距，所以在很多方面表現(xiàn)都不盡如人意。第一，盡管我國在電機生產(chǎn)方面與國外的差距并不大，但是與它們相比，效率低下，價格高和普及率偏低等等都導(dǎo)致了電機的發(fā)展困境。第二，我國電機系統(tǒng)的運行效率較低。我國電機經(jīng)常出現(xiàn)系統(tǒng)匹配不合理的情況，導(dǎo)致設(shè)備長期處于低負(fù)荷的運行狀態(tài)。電機的系統(tǒng)調(diào)節(jié)方式落后，從而導(dǎo)致電能的浪費。

3.2 電機系統(tǒng)在未來節(jié)能方面的潛力

隨著人們節(jié)能環(huán)保意識的增強，國家在節(jié)能環(huán)保方面的研究投入也不斷地呈現(xiàn)增加的趨勢。為了能夠提高電能的利用率，降低溫室氣體的排放，更好地推動電力方面的發(fā)展，很有必要對電機變頻控制進行深入研究。隨著科技的不斷發(fā)展，對電機變頻控制節(jié)能技術(shù)的不斷研究，國際組織和各國政府以達成共識——電機變頻控制節(jié)能技術(shù)具有很大的潛力。

4 電機變頻控制節(jié)能技術(shù)的發(fā)展與運用

4.1 節(jié)能技術(shù)的發(fā)展

眾所周知，當(dāng)前的電機變頻主要是通過V/F控制來實現(xiàn)的，它的優(yōu)勢在于擁有較為簡單的結(jié)構(gòu)同時性價比非常高。但是它有一個明顯的不足是只能被使用在風(fēng)機等對于變頻性能相對較低的情況下。除此之外，它是一個開環(huán)控制系統(tǒng)的代表，對于很多的平滑變速的情況是適用的。由于它本身在動靜態(tài)狀態(tài)下調(diào)節(jié)能力非常有限，所以對于動靜態(tài)性能有著很高要求的情況是無法適用的。因而對于這種特殊情況，不得不通過閉環(huán)系統(tǒng)來予以實現(xiàn)，。為了達到理想的運行狀態(tài)和實現(xiàn)應(yīng)有的功能，相關(guān)的科研工作者提出了閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率的控制辦法，盡管它能夠適用于這種狀態(tài)，然而他都只是在轉(zhuǎn)速較低的電機中才能完成，對于高速電機來說是不適用的，這是因為轉(zhuǎn)速較高的情況下運用這種技術(shù)會導(dǎo)致電機出現(xiàn)過高的瞬時電流，不僅不能節(jié)約電能，反而會導(dǎo)致電機轉(zhuǎn)矩與預(yù)期的不一致。為了能夠解決當(dāng)前所面臨的困局，最終要進行深入研究的是如何解決高速運行狀態(tài)下的瞬時電流的情況，這個難題一旦破解變頻電機將會迎來新的發(fā)展繁榮期。

4.2 技能技術(shù)的應(yīng)用

由于變頻電機本身具有巨大的優(yōu)越性，這就使得它能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)速控制和電路保護方面發(fā)揮著重要的作用。像它在風(fēng)機節(jié)能方面的應(yīng)用，為了得到人們所需要的鋼化玻璃，工人們必須要將普通玻璃放在鋼化爐中處理之后才能得到。通常，鋼化爐由熱爐、冷卻段和風(fēng)機系統(tǒng)三部分構(gòu)成。傳統(tǒng)的電機調(diào)節(jié)方法是由操作工人阻擋風(fēng)機入口的面積，工人需要根據(jù)要加工玻璃的厚度設(shè)定輸入風(fēng)門的面積大小，降低風(fēng)機量的減小，從而減少風(fēng)量。此過程屬于純?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)定電機變頻器的輸出頻率，降低了誤差，提高了玻璃鋼化過程的效率和企業(yè)的經(jīng)濟效益，同時還能達到節(jié)能的目的。由于中央空調(diào)應(yīng)用非常之廣，這就使得電機變頻技術(shù)也得到了推廣和應(yīng)用，對于控制溫室氣體的排放是非常有利的。

結(jié)束語

綜上所述，電機變頻控制節(jié)能技術(shù)的發(fā)展不僅僅是相應(yīng)時代的號召，還是電機變頻技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果。通過對電機變頻控制的工作原理及發(fā)展過程的不斷認(rèn)識，不斷提高，來加深對電機變頻控制節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用控制，從而不斷促進節(jié)能技術(shù)的發(fā)展，為企業(yè)創(chuàng)造更好的效益，為社會承擔(dān)自身的一份責(zé)任，盡一份力。

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The energy saving technology of motor inverter control and its applications

Xu Caihui Mai Zhiwei Wang Biying
（Guangdong Midea Refrigeration Equipment Co. Ltd., 528311）

People increasing awareness of energy conservation and emissions reduction with the development of the society. Motor which is the main power equipment of manufacturing industry, is worthy of further study to save energy. In this paper, the energy saving technology of motor inverter control and its applications are discussed.

Motor; Inverter control; energy saving technology