| 一、概述 電機是一種應用量大、使用范圍廣的高耗能動力設備。據(jù)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(jié)構(gòu)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(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(shù)的飛速發(fā)展，特別是電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、自動控制技術(shù)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(xiàn)無級調(diào)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(xiàn)高性能、高可靠性、高精度的自動控制。相對于其它調(diào)速方式（如：降壓調(diào)速、變極調(diào)速、滑差調(diào)速、交流串級調(diào)速等），變頻調(diào)速性能穩(wěn)定、調(diào)速范圍廣、效率高，隨著現(xiàn)代控制理論和電力電子技術(shù)的發(fā)展，交流變頻調(diào)速技術(shù)日臻完善，它已成為交流電機調(diào)速的最新潮流。變頻調(diào)速裝置（變頻器）已在工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應用。 使用變頻器調(diào)速信號傳遞快、控制系統(tǒng)時滯小、反應靈敏、調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制精度高、使用方便、有利于提高產(chǎn)量、保證質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本，因而使用變頻器是廠、礦企業(yè)節(jié)能降耗的首選產(chǎn)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(chǎn)品，基于微處理器數(shù)字控制技術(shù)，通過其內(nèi)置的專用節(jié)電優(yōu)化控制軟件，動態(tài)調(diào)整電機運行工程中的電壓和電流，在不改變電機轉(zhuǎn)速的條件下，保證電機的輸出轉(zhuǎn)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(shù)的85%，它具有結(jié)構(gòu)簡單、價廉、不需維護等優(yōu)點，但它的弱點是調(diào)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(xiàn)調(diào)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(zhuǎn)矩應用；2、變轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速、不同負載下的最佳轉(zhuǎn)速以及準確定位等。以其優(yōu)良的調(diào)速性能，提高生產(chǎn)率、提高產(chǎn)品質(zhì)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(diào)節(jié)的風機、泵類機械的轉(zhuǎn)速控制來實現(xiàn)節(jié)能，改造效果非常顯著。 二、 變頻調(diào)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(shù)。由受到技術(shù)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(zhuǎn)速驅(qū)動運轉(zhuǎn)，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(diào)節(jié)來調(diào)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(jīng)溢流溢壓閥或比例調(diào)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(wǎng)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(zhuǎn)速立方成正比，而轉(zhuǎn)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(zhuǎn)，而是改由變頻調(diào)整控制系統(tǒng)進行啟停控制和調(diào)整運行，則其轉(zhuǎn)速就可以在0~2900r/min的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，即輸出的流量、壓力或風量也隨之可在0~100%范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，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(zhuǎn)速如下：n=60f(1-s)/p 式中：n=電機轉(zhuǎn)速 f=電源頻率 p=電機的極對數(shù) s=轉(zhuǎn)差率 由式可見，交流電動機的同步轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速，從而實現(xiàn)調(diào)速的目的。 三、 變頻調(diào)速節(jié)電原理 變頻調(diào)速節(jié)電，顧名思義，變頻調(diào)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(zhuǎn)矩負載類應用 恒轉(zhuǎn)矩負載即不管轉(zhuǎn)速如何變化，負載轉(zhuǎn)矩是恒定的。 如下公式：P=K*T*N K=系數(shù) P=軸功率 T=負載轉(zhuǎn)矩 N=轉(zhuǎn)速 從上述公式可以看到，軸功率與電機的轉(zhuǎn)速成正比，當由于工藝的需要而調(diào)整電機速度時，自然可以達到相應比例節(jié)電的目的。 （2）、變轉(zhuǎn)矩負載類應用 離心風機、泵類是屬于典型的變轉(zhuǎn)矩負載，其工作特點是：大多數(shù)是長期連續(xù)運行，由于負載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，所以一旦轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)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。 四、產(chǎn)品特性 節(jié)電效益顯著，節(jié)電率高達20%~60%； 平滑啟動，消除啟動時的沖擊電流，啟動時電機電流可限制在其額定電流的150%之內(nèi)； 減少電機發(fā)熱及運動部件的磨損程度，有效延長電機使用壽命，降低維修成本； 微電腦智能控制，自動適應、自動跟隨，無需人工調(diào)整； 市電及節(jié)電狀態(tài)自動轉(zhuǎn)換，故障自動報警，不影響正常工作。 適用范圍： 注塑機、空壓機、立窯風機、水泵等流量、壓力及風量需要調(diào)節(jié)的電流電動機； 沖床、流水線、傳送帶、起重機等可以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的交流電動機； 其他由于工藝需求需調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的交流電動機。 不改變電機轉(zhuǎn)速，完全不同于變頻器的新型節(jié)能裝置 五、變頻調(diào)速在不同行業(yè)的典型應用對象 變頻調(diào)速技術(shù)以其優(yōu)異的調(diào)速性能、高效率、高可靠性在各行各業(yè)有著廣泛的應用，現(xiàn)舉例如下： 冶金——軋鋼機、輥道、高爐風機、泵、起重機械、高爐送料、鋼廠拋光等。 軋鋼制線——拉線機、卷繞機、鼓風機、泵、起重機械、定長剪切、自動送料 鋼鐵——軋機、輥道、風機、泵、起重機、鋼包車、轉(zhuǎn)爐傾動等。 電線業(yè)——拉絲機、卷繞機、鼓風機等。 化工——擠壓機、膠片傳送帶、攪拌機、離心分離機、壓縮機、鼓風機、噴霧器、泵等。 石油——輸油泵、電潛泵、注水泵、抽油機等。 化纖和紡織——紡紗機、精紡機、織機、梳棉機、漿紗機、中央空調(diào)、鼓風機、泵類等。 汽車制造業(yè)——傳送帶、搬運車、涂料攪拌、中央空調(diào)、電瓶車等。 機床制造業(yè)——車床、龍門刨、銑床、磨床、機械加工中心、剃齒機等。 電子制造業(yè)——中央空調(diào)、風機、泵、空壓機、注塑機、傳送帶等。 造紙業(yè)——造紙機、造紙機械、風機、泵、粉碎機、攪拌機、鼓風機等。 食品——制面機、制點心機、傳送帶、攪拌機等。 煤氣、自來水——壓縮機、鼓風機、泵、搬運機等。 水泥——回轉(zhuǎn)窯、起重機械、鼓風機、泵、主傳動電機、傳送帶、振動給料機、立窯風機等。 礦業(yè)——泥漿泵、傳送帶、提升機、切削機、掘削機、起重機、鼓風機、泵、壓縮機等。 交通——電動汽車、電力機車、船舶推進、裝卸機械、空壓機、電纜車等。 裝卸搬運——自動倉庫、搬運車、粉體運送器、輸出傳送帶等。 建筑——電梯、傳送帶、空調(diào)設備、鼓風機、泵等。 塑膠——橡膠截斷機、注塑機、壓出機、塑料薄膜生產(chǎn)線等。 生活、服務——空壓機、縫紉機、電風扇、工業(yè)及家庭用洗衣機等。 物流——立體車庫、自動倉庫、傳送帶等。 電力——鍋爐鼓用鼓風機、給水泵、離心混料機、傳送帶、揚水發(fā)電站、飛輪等。 賓館酒店、大廈——中央空調(diào)系統(tǒng)、電梯等。 農(nóng)業(yè)——制茶機、水泵、離舍通風、糧庫通風等。 試驗研究——電機對拖試驗實驗裝置、主軸實驗裝置、離心分離機等。 六、關(guān)于變頻調(diào)速節(jié)電的幾點注意事項 變頻調(diào)速節(jié)電，調(diào)速才能節(jié)電，如果一臺設備在實際應用的過程中根本都不需要或不能調(diào)速，裝了變頻器，不但達不到節(jié)電效果反而會增加能耗。現(xiàn)就離心風機、泵類負載作以下說明。 風機、泵類采用變頻調(diào)速調(diào)節(jié)流量的方法，是一種有效且節(jié)能的方法，這已被許多工程實例所證明，也被普遍接受。然而需要說明的是，并不是任何風機、泵類負載使用變頻調(diào)速均可實現(xiàn)節(jié)能。一臺風機或泵能否節(jié)能，節(jié)能多少，變頻調(diào)速投資有沒有價值，這都與風機或泵組實際運行工況有關(guān)。由前所述，要實現(xiàn)變頻調(diào)速節(jié)能的必備條件是：在風機或泵的整個工作周期中，存在比較大的富裕流量。 有些系統(tǒng)運行時負荷就比較滿，沒有多少溢流或放空的情況，此時采用變頻裝置就不僅達不到節(jié)能的目的，還會由于是變頻器的自身功率損耗而增添系統(tǒng)損耗。 雖然風機，泵類是平方律負載，其軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，但在實際應用中并不是轉(zhuǎn)速越低系統(tǒng)就越節(jié)能。主要是因為風機或泵與電機連成一體，在低速區(qū)系統(tǒng)的效率會大大降低，所以在進行變頻調(diào)速范圍不宜太大，一般在額定轉(zhuǎn)速的50%以上。 另外，不管采取何種調(diào)速方式，都要以滿足生產(chǎn)工藝要求為前提，特別是風機、泵類負載進行變頻調(diào)速時需要考慮系統(tǒng)對維持生產(chǎn)所需的最小揚程、壓力或流量的要求。 七、 應用環(huán)境對變頻器的要求 雖然變頻器有很多優(yōu)點，但由于變頻器使用電力電子器件如：整流橋、GTR、IGBT、IGCT等，在運行時會產(chǎn)生高次諧波、電磁輻射、傳導、射頻發(fā)射等電力電子污染。隨著電力電子設備的大量應用，電力電子污染問題越來越大，如果不從根本上加以解決，必將造成諸如控制系統(tǒng)癱瘓、頻繁誤動作等不良后果。 所以，對變頻器的應用也提出了必須滿足一些行業(yè)標準的要求。 如對于是諧波污染問題有IEEE519-1992和國標GB加以規(guī)范。解決諧波污染問題的辦法主要有增加交流進線電抗器、采用多脈沖整流技術(shù)等。 對于電磁輻射、傳導、射頻發(fā)射等電力電子污染有EMC標準EN61800-3加以規(guī)范。EMC產(chǎn)品標準EN61800-3定義了第一類和第二類環(huán)境的概念，第一類環(huán)境指的是民用建筑以及不經(jīng)過變壓器而直接從民用設施上引出低壓供電電源的工業(yè)環(huán)境。第二類環(huán)境指的是不直接從民用設施引出低壓供電電源的工業(yè)環(huán)境。變頻器在第一類環(huán)境（如：機場、醫(yī)院、電視臺、廣播中心等）應用時，需要選用第一類環(huán)境EMC濾波器；變頻器在第二類環(huán)境應用時需要滿足二類環(huán)境EMC標準，變頻器需要采用EMC封裝技術(shù)或選配第二類環(huán)境EMC濾波器。 八、 相應的節(jié)電率 （1）、 以改進工藝為主要目的的，節(jié)電率只有0~30%。 （2）、 以節(jié)能為主要目的的，節(jié)電率有20%~60%。 九、控制方式 一拖一或一拖多；以幾臺變頻器聯(lián)網(wǎng)控制。 |
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