變頻調速的原理及電機系統(tǒng)節(jié)能改造

　　電機是一種應用量大、使用范圍廣的高耗能動力設備。據統(tǒng)計，我國的總裝機容量約為4億千瓦，年耗電量約為6000億kwh，約占工業(yè)用電的70—80%。我國以中小型電機為主，約占80%，而中小型電機耗損的電量卻占總損耗量的90%。電機在我國的實際應用中，同國外相比差距很大，機組效率為75%，比國外低10%；系統(tǒng)運行效率為30—40%，比國際先進水平低20—30%。因此在我國中小型電機具有極大的節(jié)能潛力，推行電機節(jié)能勢在必行。

　　由于異步電機結構簡單、制造方便、價格低廉、堅固耐用、運行可靠，可用于惡劣的環(huán)境等優(yōu)點，在工農業(yè)生產中得到了廣泛的應用。特別是對各行各業(yè)的泵類和風機的拖動上非彼莫屬，因此，拖動泵類和風機的電機節(jié)能工作倍受重視。

　　隨著科學技術的飛速發(fā)展，特別是電力電子技術、微電子技術、自動控制技術的高度發(fā)展和應用使變頻器的節(jié)能效果更為顯著。它不但能實現無級調速，而且在負載不同時，始終高效運行，有良好的動態(tài)特性，能實現高性能、高可靠性、高精度的自動控制。相對于其它調速方式（如：降壓調速、變極調速、滑差調速、交流串級調速等），變頻調速性能穩(wěn)定、調速范圍廣、效率高，隨著現代控制理論和電力電子技術的發(fā)展，交流變頻調速技術日臻完善，它已成為交流電機調速的最新潮流。變頻調速裝置（變頻器）已在工業(yè)領域得到廣泛應用。

　　使用變頻器調速信號傳遞快、控制系統(tǒng)時滯小、反應靈敏、調節(jié)系統(tǒng)控制精度高、使用方便、有利于提高產量、保證質量、降低生產成本，因而使用變頻器是廠、礦企業(yè)節(jié)能降耗的首選產品。

　　變頻電機節(jié)電器是一種革命性的新一代電機專用控制產品，基于微處理器數字控制技術，通過其內置的專用節(jié)電優(yōu)化控制軟件，動態(tài)調整電機運行工程中的電壓和電流，在不改變電機轉速的條件下，保證電機的輸出轉矩與負荷需求精確匹配，從而有效避免電機因出力過度造成的電能浪費。

　　交流電動機是當前應用最廣泛的電機，約占各類電動機總數的85%，它具有結構簡單、價廉、不需維護等優(yōu)點，但它的弱點是調速困難，因而在許多應用場合受到限制或借助機械方式來實現調速。

　　變頻器就負載類型而言主要有兩方面的典型應用：1、恒轉矩應用；2、變轉矩應用。就應用的目的而言主要有：1、以改進工藝為主要目的，確保工藝過程中的最佳轉速、不同負載下的最佳轉速以及準確定位等。以其優(yōu)良的調速性能，提高生產率、提高產品質量、提高舒適性，使設備合理化，適應或改善環(huán)境等。2、以節(jié)能為主要目的——以流量或壓力需要調節(jié)的風機、泵類機械的轉速控制來實現節(jié)能改造效果非常顯著。

　　二、變頻調速的原理

　　在企業(yè)所使用的耗電設備中風機、水泵、空壓機、液壓油泵、循環(huán)泵等電機類負載占絕大多數。由受到技術條件限制，這類負載的流量、壓力或風量控制系統(tǒng)幾乎全部是閥控系統(tǒng)，即電機由額定轉速驅動運轉，系統(tǒng)提供的流量、壓力或風量恒定，當設備工作需求發(fā)生變化時，由設在出口端的溢流、溢壓閥或比例調節(jié)來調節(jié)負載流量、壓力或風量、從而滿足設備工況變化的需要。而經溢流溢壓閥或比例調節(jié)閥溢流溢壓后，會釋放大量的能量，這部分耗散的能量實際上是電機從電網吸收能量中的一部分，造成了電能極大的浪費。從這類負載的工作特性可知，其電機功率與轉速立方成正比，而轉速又與頻率成正比。如果我們改變電機的工作方式，讓它不總是在額定工作頻率下運轉，而是改由變頻調整控制系統(tǒng)進行啟?？刂坪驼{整運行，則其轉速就可以在0~2900r/min的范圍內連續(xù)可調，即輸出的流量、壓力或風量也隨之可在0~100%范圍內連續(xù)可調，使之與負載的工作需要求精確匹配，從而達到節(jié)能降耗的目的。

　　交流電機轉速如下：n=60f（1-s）/p

　　式中：n=電機轉速

　　f=電源頻率

　　p=電機的極對數

　　s=轉差率

　　由式可見，交流電動機的同步轉速n與電源頻率f成正比，所以改變電源頻率就能改變電機轉速，從而實現調速的目的。

　　三、變頻調速節(jié)電原理

　　變頻調速節(jié)電，顧名思義，變頻調速才能節(jié)電。下面主要對兩類典型負載應用的節(jié)電原理作一下分析。

　　（1）、恒轉矩負載類應用

　　恒轉矩負載即不管轉速如何變化，負載轉矩是恒定的。

　　如下公式：P=K*T*N

　　K=系數

　　P=軸功率

　　T=負載轉矩

　　N=轉速

　　從上述公式可以看到，軸功率與電機的轉速成正比，當由于工藝的需要而調整電機速度時，自然可以達到相應比例節(jié)電的目的。

　?。?）、變轉矩負載類應用

　　離心風機、泵類是屬于典型的變轉矩負載，其工作特點是：大多數是長期連續(xù)運行，由于負載轉矩與轉速的平方成正比，所以一旦轉速超過額定轉速，就會造成電機的嚴重過載，因此風機、泵類一般不超過額定頻率運行。