胡誠

【摘要】近年來，隨著工業(yè)化的發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)在很多工業(yè)生產(chǎn)中得到了普遍的應(yīng)用，該技術(shù)符合可持續(xù)發(fā)展下節(jié)能環(huán)保的要求，具有高調(diào)速精度、寬調(diào)速范圍等優(yōu)勢，符合現(xiàn)代化發(fā)展的技術(shù)要求，大大提高了調(diào)速的可靠性，在未來，變頻調(diào)速技術(shù)還將具有更為廣闊的應(yīng)用前景。基于此，本文分析了低壓變頻調(diào)速電機的特點和變頻調(diào)速節(jié)能控制的具體應(yīng)用，有利于促進電機調(diào)速方式的轉(zhuǎn)變。

【關(guān)鍵詞】低壓變頻調(diào)速電機;特點;變頻調(diào)速節(jié)能控制;應(yīng)用

近年來，技術(shù)的進步帶動了很多領(lǐng)域的發(fā)展，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域，變頻調(diào)速技術(shù)得到了普遍的應(yīng)用，該種調(diào)速方式具有較好的節(jié)能效益，在一定程度上突破了傳統(tǒng)調(diào)速方式的局限性，因此，變頻器調(diào)速已成為當(dāng)前電機調(diào)速的重要趨勢。調(diào)速方式的轉(zhuǎn)變在一定程度上減少了調(diào)速的能源消耗，變頻器的變頻調(diào)速控制具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢，有利于促進行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1、變頻專用電機設(shè)計特點和節(jié)能優(yōu)勢

以三相異步電動機為例，如果應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，為保障其良好的調(diào)速控制，在設(shè)計的過程中，主要需要考慮以下因素：（1）電機機械特性與電源頻率有著緊密的關(guān)系，隨著電源頻率逐步減小，電機的機械特性在此情況下呈現(xiàn)逐步左移的變化趨勢。因此，在電機的運行與控制過程中，可以應(yīng)用調(diào)頻來實現(xiàn)對最大轉(zhuǎn)矩的利用，作為啟動轉(zhuǎn)矩，使得轉(zhuǎn)子槽型能夠在保持整體穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上實現(xiàn)優(yōu)化，進而實現(xiàn)對設(shè)備匹配選型成本的有效控制。（2）利用變頻器的變頻變壓，能夠?qū)惒诫姍C調(diào)節(jié)至最佳的運行狀態(tài)下，進而獲得最小滑差、最大效率等參數(shù)。根據(jù)這種運行處理效果，可以使得在出力保持恒定的情況下，將額定功率與額定功率因素以最大效率與高功率因素來替代，實現(xiàn)對電機重量與成本的控制。（3）變頻器的調(diào)頻調(diào)壓功能，有效實現(xiàn)了對異步電機矢量的控制，使得當(dāng)電機處于一定的氣隙磁場條件時，可以獲得最小勵磁電流，進而逐步提高電機的效率與功率因數(shù)，這種控制方式具有明顯的節(jié)能效益。

2、變頻專用三相異步電動機的機械特性和不同負(fù)載的控制

變頻專用三相異步電動機具有調(diào)頻調(diào)壓的便捷性，因此，使得電機的機械特性可以在該種條件下保持良好的平移狀態(tài)。隨著電機機械特性曲線隨著電源頻率的降低而在坐標(biāo)系中呈現(xiàn)出左移的變化趨勢，因此，變頻調(diào)節(jié)控制下，可直接通過對最大轉(zhuǎn)矩的利用，將其作為啟動轉(zhuǎn)矩，不僅提高了運行的穩(wěn)定性，還實現(xiàn)了對轉(zhuǎn)子槽的優(yōu)化與改進。綜合來看，變頻器的變頻變壓控制，在一定程度上提升了電機的運行效率。

由于變頻電機的應(yīng)用過程中，存在使用情況的差異性，綜合來看，變頻電機所帶負(fù)載一般包含了恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載（刮板機，輸送機、卷揚機等）、恒功率負(fù)載（車床，鉆床，磨床，打卷機等）和平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載（風(fēng)機水泵類）等類型。恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載情況下，速度變化對于轉(zhuǎn)矩本身的影響相對較小，在此種狀態(tài)下，變頻器最佳的工作狀態(tài)處于基頻以下運行狀態(tài)下，此時，一般要通過恒磁通調(diào)壓調(diào)速控制，來保障變頻器的輸出特性、運行等能夠符合負(fù)載的實際需求。恒功率負(fù)載的情況下，速度變化對于轉(zhuǎn)矩有著明顯的影響，二者呈現(xiàn)出反方向變化的關(guān)系，當(dāng)轉(zhuǎn)速越大時，其轉(zhuǎn)矩越小，此時的電機工作頻率一般處于基頻以上的運行狀態(tài)下，此時，一般通過恒壓調(diào)速的方式，來使得其機械特性可以與變頻器的輸出特性保持一致。平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載下，轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正方向變化的關(guān)系，此時，電機運行一般處于基頻以下，要避免其工作頻率超過工頻的現(xiàn)象，否則會引發(fā)變頻器與電機的過載情況。

3、應(yīng)用實例

以某軋鋼廠加熱爐風(fēng)機系統(tǒng)的變頻調(diào)速改造工程為例，風(fēng)機及其電動機的參數(shù)如下：（1）風(fēng)機參數(shù)。風(fēng)機型號：9-1916D;風(fēng)量：26378-63307m3/h;全壓：1820Pa;轉(zhuǎn)速：730r/min。（2）電動機參數(shù)。電機型號：JS147-4;額定功率：360kW;額定電壓：6kV;額定電流：42A;功率因數(shù)：0.88;電動機效率：95%。

3.1風(fēng)機改造前狀況

在該系統(tǒng)內(nèi)所采用的風(fēng)機為離心式風(fēng)機類型，全壓啟動，在風(fēng)量的調(diào)節(jié)過程中，主要是通過出口閥門開口的大小來實現(xiàn)的。在該系統(tǒng)內(nèi)，包含了兩臺風(fēng)機，一臺是系統(tǒng)運行中所使用的，而另一臺為備用。風(fēng)機的運行過程中，由異步電動機直接拖動，在起動過程中，為全壓起動的狀態(tài)，在起動過程中，所產(chǎn)生的電流相對較大，該電流會影響車間電網(wǎng)的穩(wěn)定運行，再加上其轉(zhuǎn)速相對較高，在一定程度上對軸承產(chǎn)生了一定的沖擊，因此，在這種運行狀態(tài)下，風(fēng)機系統(tǒng)極易出現(xiàn)各種故障，比如，電機燒損極為常見，使得在電機的維修等方面的成本消耗相對較高。由于該系統(tǒng)的特殊性，應(yīng)用鋼種與燃?xì)獾?，也無法達到理想的調(diào)節(jié)效果，存在能源的浪費，不利于企業(yè)經(jīng)濟效益的實現(xiàn)，將其改造為變頻節(jié)能調(diào)速，能夠?qū)崿F(xiàn)成本的控制，達到節(jié)能降耗的目的。

3.2變頻調(diào)速改造動力線路圖

變頻調(diào)速改造線路如圖1所示，在具體的改造過程中，其線路結(jié)構(gòu)相對簡單，具有實施的可行性與便捷性。

3.3節(jié)能效果的估算

從流體力學(xué)的角度來看，風(fēng)機風(fēng)量與轉(zhuǎn)速、電機功率等存在著緊密的關(guān)系：（1）風(fēng)機轉(zhuǎn)速改變的情況下，流量與轉(zhuǎn)速呈現(xiàn)出正向變化的關(guān)系;（2）風(fēng)機壓頭與轉(zhuǎn)速的平方也呈現(xiàn)正向變化的關(guān)系;（3）風(fēng)機電機軸功率與轉(zhuǎn)速立方呈現(xiàn)出同方向變化的關(guān)系。因此，基于這些關(guān)系，在風(fēng)機的運行過程中，當(dāng)風(fēng)機風(fēng)量減小的情況下，風(fēng)機轉(zhuǎn)速逐步降低，電動機輸出功率也逐步減小。

如果在該風(fēng)機系統(tǒng)內(nèi)采用風(fēng)門調(diào)節(jié)的方式，電動機輸出功率與功率因數(shù)為正比，功率因數(shù)隨著輸出功率的減小而降低，有關(guān)經(jīng)驗表明，其功率因數(shù)為0.85，如果按照余量10%、電動機額定功率360kW，引風(fēng)機的額定軸功率為324kW。而工作電流為27A，設(shè)備運行時間T=8760h，在這種情況下，電動機消耗功率P= UI工cosφ=238.221（kW），年消耗電量為E變閥門=P×T=2086815.96（kWh）。

如果在該風(fēng)機系統(tǒng)內(nèi)采用變頻調(diào)節(jié)的方式，其風(fēng)機閥門開度57.81%，風(fēng)量Q=70%，電機消耗功率P變頻=PQ3=123.48（kW），年耗電量E變頻=P變頻×T=1081684.8（kWh），大大節(jié)約了電能消耗。

圖1? 變頻調(diào)速系統(tǒng)動力線路圖

3.4風(fēng)機改造后運行狀況

在改造以后，系統(tǒng)的運行狀況良好，故障率大大降低。

結(jié)語：

近年來，隨著技術(shù)的進步，變頻調(diào)速控制得到了普遍的應(yīng)用，該種控制方式具有明顯的經(jīng)濟效益、社會效益與節(jié)能效益，不僅保障了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性與可靠性，還能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)運行與維護成本的控制，具有重要的現(xiàn)實意義。

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