吳琦(陜西陜化煤化工集團(tuán)有限公司,陜西 渭南714100)
我國人口眾多,人均占有資源量很少。所以,為了不斷提高人們生活質(zhì)量,推動社會發(fā)展,必須不斷創(chuàng)新與改善節(jié)能技術(shù)。電機(jī)變頻控制節(jié)能技術(shù)憑借其有效降低能源消耗的特點(diǎn),在多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,受到人們的重點(diǎn)關(guān)注?,F(xiàn)階段,我國制造業(yè)、加工業(yè)等都需要使用各種電機(jī),電機(jī)變頻控制節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用可以有效解決電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中能耗過大的問題,降低企業(yè)生產(chǎn)成本。
電機(jī)變頻控制節(jié)能技術(shù)是一種包含了計(jì)算機(jī)技術(shù)、電力傳動技術(shù)以及電子信息技術(shù)的綜合性節(jié)能技術(shù)。電機(jī)變頻控制節(jié)能技術(shù)在實(shí)踐應(yīng)用過程中,需要控制機(jī)械制備的強(qiáng)弱電,通過調(diào)整機(jī)械設(shè)備的電機(jī)轉(zhuǎn)速和電流頻率來實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。電機(jī)變頻控制節(jié)能技術(shù)可以把機(jī)械設(shè)備的工作電流頻率轉(zhuǎn)化為其它頻率,并利用專業(yè)半導(dǎo)體構(gòu)件將交流電轉(zhuǎn)換為直流電,此時(shí),機(jī)械設(shè)備的逆變器就可以完成對電流與電壓的全面控制。通過調(diào)整電機(jī)的電流頻率對電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制,可以在保證電機(jī)功率滿足運(yùn)行要求的前提下,進(jìn)一步提高電機(jī)的節(jié)能效率,減少電機(jī)在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的能源損耗[1]。
電流與水流在能量消耗方面具有一定的相似性,人們在研究如何節(jié)約電能的時(shí)候可以參考水流的相關(guān)原理。根據(jù)流體力學(xué)的公式:功率=流量*壓力可以明顯的看出,功率的大小與流量呈現(xiàn)正比例關(guān)系;流量的大小由轉(zhuǎn)速決定,流量與轉(zhuǎn)速也呈現(xiàn)正比例關(guān)系;而壓力的大小由于轉(zhuǎn)速的平方呈現(xiàn)正比例關(guān)系。所以,功率的大小與轉(zhuǎn)速的三次方呈現(xiàn)正比例關(guān)系。電流也是一樣,想要有效減少電機(jī)的能源損耗,就要從電機(jī)的轉(zhuǎn)速方面入手,將電機(jī)的轉(zhuǎn)速降下來,電機(jī)功率就會出現(xiàn)三次方的節(jié)能效果[2]。電機(jī)變頻控制技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用,可以在用戶需求降低的前提下,通過變頻調(diào)節(jié)功能降低電機(jī)的轉(zhuǎn)速,從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制節(jié)能的目的。例如變頻空調(diào)、冰箱等,用戶對風(fēng)量和冷藏的需求出現(xiàn)降低時(shí),可以通過變頻調(diào)節(jié)來降低其實(shí)際共工作功率,減少電量的消耗。
一般情況下,電機(jī)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)過程中都會產(chǎn)生一定的無用功,主要由于機(jī)械設(shè)備在設(shè)計(jì)制造以及系統(tǒng)建設(shè)時(shí)存在一定的不足。電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的無用功會加大電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)擔(dān),加快機(jī)械設(shè)備的線路老化,還會造成機(jī)械設(shè)備發(fā)熱,減少機(jī)械設(shè)備的使用壽命。電機(jī)變頻控制節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用可以改變電機(jī)變頻器的內(nèi)部濾波電容,增加電機(jī)功率因數(shù),減少電機(jī)產(chǎn)生無用功率,降低電機(jī)的能源損耗。無用功率的減少變相的提高了有用功率,提高了電機(jī)的工作效率,保證了電機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn),減少了電力損耗[3]。
電機(jī)的啟動方式主要為硬啟動,硬啟動過程中產(chǎn)生的瞬間電流是電機(jī)額定電流的4-7倍,長期的硬啟動會直接影響電機(jī)設(shè)備和電源線路的安全使用,造成電機(jī)設(shè)備等超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。而電機(jī)變頻軟啟動就是通過變頻調(diào)節(jié)功能,實(shí)現(xiàn)對電機(jī)啟動時(shí)電流的控制,讓電機(jī)啟動時(shí)的電流從零開始,逐漸增加到滿足電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的額定電流。尤其在電機(jī)設(shè)備、水泵啟動時(shí),電機(jī)變頻軟啟動可以降低電機(jī)的電網(wǎng)容量,減少對擋板和閥門的破壞。將電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的最大電流控制在電機(jī)設(shè)計(jì)的額定電流范圍內(nèi),減少過大電流對電機(jī)電網(wǎng)的沖擊,以此延長電機(jī)設(shè)備及其內(nèi)部構(gòu)件的使用壽命,減少電力損耗,降低電機(jī)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)維修費(fèi)用,增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)收益。
目前,傳統(tǒng)的電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中都會保持一個(gè)固定的功率,無論用戶對電機(jī)的實(shí)際需求是什么,都無法改變電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況,產(chǎn)生了大量的無用功以及能源損耗。而電機(jī)變頻控制節(jié)能技術(shù)的廣泛應(yīng)用,能夠根據(jù)用戶對電機(jī)功率的實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)節(jié),從而減少電機(jī)的無用功產(chǎn)生,提高電機(jī)的使用效率,減低能源損耗,將電機(jī)的控制節(jié)能變成現(xiàn)實(shí)。可變頻電機(jī)的控制系統(tǒng)主要為V/F系統(tǒng),該系統(tǒng)在構(gòu)建過程中具有結(jié)構(gòu)簡單,運(yùn)行成本低等優(yōu)勢。該控制系統(tǒng)的應(yīng)用一般使用于大型電機(jī)備以及對電機(jī)變頻動態(tài)性能要求較低的設(shè)備,例如大型風(fēng)機(jī)。
未來,電機(jī)變頻控制節(jié)能技術(shù)主要的發(fā)展方向是,如何通過控制電機(jī)閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率來實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的調(diào)速。電機(jī)閉環(huán)控制可以解決現(xiàn)階段電機(jī)變頻調(diào)速靜、動態(tài)性能有限的問題,進(jìn)一步提高電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)節(jié)能,減少電力損耗。
綜上所述,現(xiàn)階段電機(jī)變頻控制節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用還存在一定的局限性,沒有被廣泛應(yīng)用到生活與生產(chǎn)活動中。為此,我們要不斷加深對電機(jī)變頻控制節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用認(rèn)識,發(fā)現(xiàn)技術(shù)應(yīng)用中的實(shí)際問題,找到有效的解決方法。通過不斷改善技術(shù)應(yīng)用環(huán)境,創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用方式,從而進(jìn)一步推廣電機(jī)變頻控制技術(shù)應(yīng)用。