变频技术在节能工程上应用

摘要：变频技术随着微电子学、电力电子、计算机和自动制约理论等的发展，已经进入了一个崭新的时代，完全成熟的技术，也使其应用进入了一个新的。对于异步电动机通过调速达到节能目的策略很多，在各种调速节能中，利用变频调速，是异步电动机调速效果最好、最成熟、最有发展前途的节能技术。
关键词：变频技术 节能
变频技术随着微电子学、电力电子、计算机和自动制约理论等的发展，已经进入了一个崭新的时代，完全成熟的技术，也使其应用进入了一个新的。它是通过变频调速转变轴输出功率，达到减少输入功率节省电能的目的，是感应式异步电动机节能的重要技术手段之一。变频制约器从制约模块、功率输出和制约软件都已完全成熟，在提高性能的同时，功能上也有较大的扩展，很多专用变频设备附带简易PLC功能，再加上产品的降低，为变频器的应用打开了广阔的市场。

一、常用的变频器分为低、中、高压变频器。

(一)低压变频器

低压变频器是指400V工控变频器。电子技术中将交流变成直流称顺变，也称整流。交流变直流的变频器通常称整流器。将直流变为频率可调的交流电流就称逆变。把工频电源（50Hz）交流变成任意频率、任意电压的逆变装置称为变频器。从其电路的结构上分为交—直—交和交—交变频器。交—直—交变频器按照交流电机电源电压的制约策略的不同，分为电压型和电流型两种。转变变频器的输出电压或输出电流有二种不同的策略，即PAM脉冲幅值调制制约和PWM脉冲宽度调制控。PAM因为受晶闸管换流时间的限制不能工作在高频下，PWM输出脉冲的幅值恒定，通过制约逆变器输出电压的导通脉冲频率和宽度来同时转变输出频率和电压，运用晶体管、可关断晶闸管具有高速开关特性和自关断特性，来做逆变器开关元件，采用PWM方式变得更容易实现，为此大多数逆变器都采用PWM制约方式。

(二)中、高压变频器

所谓中高压变频器，指应变频技术在节能工程上的应用由专注毕业论文与职称论文的www.udooo.com提供,转载请保留.用在600V以上的至10KV运转调速设备上的变频制约器。中压有600V、1000V。3000V、6000V和10KV等属于中高压变频器。因为其输入输出电压等级较高，在结构上必需有整套高压投入切换设备，采用功率单元串联叠加的高压输出方式，借助计算机制约，经高压母线、断路器移相变压器、功率单元、制约器等组成完整的高压变频制约系统。交流变频调速制约器是集电力电子、自动制约、微电子学、电机学等各种技术于一身的高新技术，变频的调速技术是现代IT产业尖端技术，涉及到光纤通讯、计算机、数据并行处理等是多种高新技术的结合，与传统行业耗能大、应用最广泛的电力拖动、风机、水泵等多种行业应用异步电动机的设备，进行节能改造实现完美结合。

二、变频器制约对像

变频器应用，可分为两大类：一种是用于传动调速，另一种是各种静止电源（静止电源暂且不讲）。变频传动调速，其应用目的就是通过对电机调速来达到节约能源。制约对象就是在动力设备上实现电—机转换的电动机。这是由感应式异步电动机的性能和特征决定，其次是由于所带的负载对电机调速的负荷适应性所决定。从异步电动机变频时机械特性曲线中，我们不难看出转速的变化对电机的转矩影响较小，对于传动机械功率要求完全可以满足。变频调速制约是在降低输出频率的同时输出电压也相应降低，转矩正比输出电压。这种纯电气调速系统是人为地转变电动机的机械特性来获得不同的转速，直接与拖动机械相连接不需原机械设备做任何调整，这对于节能改造成本，保持原有机械性能都大有好处。

三、风机、水泵节能——变频制约

机电设备配合设计原则：电机的最大功率必须满足负载下的机械功率和转矩，对于不同的负载，最大值并非时时刻刻都发生、负载的变化是非线性的，而电机的输出功率却是恒定的，这就意味着在非最大负载时电机输出了相当一部分多余功率，电能也就白白浪费掉了。风机、水泵类就是较典型例子。风机、水泵类风量和流量的制约在过去很少采用转速制约方式，基本上都是由鼠笼型异步电动机拖动，进行恒速运转，当需要转变风量或流量时，事实上都采用调节挡风板或节流阀。这种制约虽然简单易行，能满足流量要求，但对电机来讲，从节省能源的角度来看是非常不经济的。生产中很容易检测出来。这类设备一般都是长时间运转，甚至很久不停机。在实际检测中发现，除在极短时间流量最大值外，近90%时间运转在中等或较低负荷状态，总用电量至少有40%以上被浪费掉。采用变频调速制约，对风机、水泵类机械进行转速制约来调节流量的策略，对节约能源，提高经济效益具有非常重要作用。

四、风机、水泵的节能策略

（一）具体测试某工厂炉底风机散热制约系统，冶炼炉根据不同材料、需要不同的炉底冷却温度，设计满足最大冷却风量设计为四台18.5KW4极叶轮式风机，全功率运转，但用最大冷却风量的概率极低。冶炼常用几种材料，四台风机对开风量过大；对开两台时，达不到冷却要求；对开一对再侧开一台，冷却不均、无法满足工艺要求；原设计4台对开风机靠调节挡风板可满足冷却要求，但对电机来讲，浪费电能。风板全开时，运转电流24A，全关闭时22A，输入功率从17.0KW—18.5KW变化，节电率不足8%。针对这一特殊要求制定方案，对其中两台对开电机进行开环变频调速制约，配合两台全速风机，即满足不同材料的温控要求，又能节约电能。按照这一方案进行改造后，节电效果非常明显。

(二)水泵节电

同风机原理很相近。以某酒店750TRT空调冷水机组水系统90KW冷冻泵和55KW冷却泵为例：主机制冷是根据温度的变化而工作，是非线性负荷，而水泵电机基本上是线性恒功率输出。1台55KW冷却水泵靠调整阀门来转变流量，虽然能满足主机运转要求，但对于电机来讲节电作用不大，阀门的全开和全闭，电流从107A—97A之间变化，平均节电不足7%。通过改造采用温度制约为主，压力制约为铺进行闭环变频制约水泵电机，水泵电机平均节电率都在30%以上；90KW冷冻水泵电机靠调节阀门电流在163—148A之间变化，平均节电不足6%，经闭环制约变频调速改造后，节电率平均也在30%以上。为什么会有这么大节电空间呢，因为空调系统设计时的最大容量是以人流、气温、空间散热三项极限指标为依据计算的（即人流最大、气温最高、空间散热最差），平时出现这种情况的概率极低，从经验上讲不到10%，空调系统大部分运转时间都在中、低负荷状态，空调主机的负荷曲线是非线性的，而水系统的水泵负荷是线性恒功率的，以满足主机的最大负荷为标准。这样在主机非最大负荷时水泵就必定存在着电能浪费空间。通过变频调速制约使水泵电机的负载曲线符合或接近空调主机的负载曲线。
（三）高压变频制约传动调速制约设备都是在3KV以上大容量电机，一般都在几百KW到几千KW，负载率大于0.5，节电效率较低压变频制约略低，在18—25%左右，电机容量大耗电也多，虽然节电率较低，但用电基数大，也是非常可观，高压变频设备技术复杂设备体积大，成本较高，操作必须专业技术人员，但整体效益还是很可观的。

五、变频制约技术的显性和隐性效益及利弊分析：

显性效益就是指节电效益。变频制约传动调速对于负载性质和负载率的不同，节电率也是不同，低压变频制约设备，一般负载率在0.5左右时，节电率在20—47%左右。比如定量泵注塑机、排污填水池电机、给氧风机等等，空调水泵基本上平均节电率都在25—60%左右。低压设备变频调速改造投资少、见效快，投资回报期基本上在一年左右。
除上述的有利一面，同时也存在一些理由。任何事物都不是绝对的，都要辨证去看去分析，低压变频器输出波型为脉冲形式，会产生一些干扰，实际运转中单台干扰不严重，以30KW容量为例，干扰福射基本在10米之内，在设计电路中加装陷波电路或磁环或陷波线圈就可以将干扰减少到最少，
一般使用时尽量远离电脑等怕干扰设备，对于多台集中安装时安装位置要尽量拉开距离，还需专门加装陷波电路屏蔽接地，将干扰减少到最低。高压变频设备干扰性很小，制约技术较高，输出电压波形近似正弦波形，但设备体积较大，安装调试都比较复杂。
我国工业技术虽然有了较大的发展，但目前仍是处于一个工业化中期社会，技术发展还不平衡，在很多企业生产中，表现出来最明显的特征依旧是能源消耗多，生产效率较低，产品质量参差不齐；能效比不高，陈、旧、老设备在国民生产中仍旧占较大的比重。变频调速的应用，就是要改造这些设备，以达到节约能源的目的。有国家、省、市政府的大力支持，有成熟的技术基础理论，纵观节能改造市场，潜力巨大。节约能源，保护环境，造福子孙，利国利民。
参考文献
[1]赵贤兵，梁桂森，李芳芹；变频技术在空调水系统中的应用与节能分析[J]；节能；2004年11期
[2]赵斌，莫桂强.变频调速器在锅炉风机节能改造中的应用[J].广西电力，2003