高压变频器在大功率电机节能改造中的应用研究

张英

摘 要：随着生产力的持续提高，高压变频器使用频率越来越高，大功率电机是当代缺一不可的机械动力源，使用高压变频器的大功率电机不仅能调节速度，在大功率电机运行时减少运行电能浪费，节约了能源。节能节源是中国乃至全球应对能源供不应求的有效手段。因此本文首先阐述了高压变频器的工作原理分析应用变频器的节能优势，论述了其在节能改造中的实际应用，以期为相关工作人员提供一些行业参考，通过对高压变频器的应用，减少企业的电能成本，增加企业的市场竞争力。

关键词：高压变频器；大功率电机；节能改造

中图分类号：TM921.51 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）9（b）-0000-00

引言

应用高压变频的调频功能对大功率电机进行节能改造，促使设备的生产与消耗减少差异，并不断趋向平衡，有效地避免了设备的输入输出不匹配现象，最终达到降低电能损耗、缩小企业成本的目的。变极调速、调压调速及变频调速是当前大功率异步电机进行调速的三种主流方式。比较而言，变频调速是三者之中最先进最优越的调速方案，它具有转矩大、精度高、实用性强、易于操作等特点，因而十分优越于其他的两种传统方式。变频是基于负载要求和速度与电压调节的变化，改变它的供给电流的频率，以获得合理的工作点。在转速不同的条件下，运行时依旧保持稳定的高速率，高压变频器的实际使用，不仅降低了单位电能的使用量，同时也改善了设备各方面的性能，延长了电机设备的工作寿命，为企业创造了良好的经济收益。

1节能措施的国内外现状

国外普遍采取的是能量回馈技术，主要是应用高压变频器对大功率电机设备进行调速控制，利用能量转移回原始设备的功率消耗的反馈分量部分，从而达成降低能源损耗的整体效果。德国西门子公司研制的高压电机的四象限运行电压型交流变频技术已经非常成熟，非常普遍。日本富士公司推出的FRENIC、 RHR系列再生能量装置，也是十分有效、十分成熟的大功率电机改造的成品。但是国外的高压变频装置总的说来价格偏高、对电网的专业要求也很高，不太适合中国工农业共同发展的现阶段基本国情。我国的技术已经能够支撑高压变频装置的研发，技术上也较为成熟。高压变频器作为一种高效节约性产品，也已经被普遍地使用在中国的各行各业。将变频技术引入到中国工农业的大功率电机设备的节能改造中，能在很大程度上节约电能，提高生产效率，减少单位产品的能量使用成本。高压变频器的应用，为各行业的发展做出了巨大的贡献，也为整个社会带来良好的经济效益。

2高压变频器的工作原理和优势

2.1高压变频原理

高压变频器应用单位复用复合技术。其内在结构是多个YWM功率单位串联，并把高压变频器组件串联，构成电压型变频器系统。它由几个YWM功率单位通过串联组成，将高压变频器组件直接串联构成多级电压型高压变频器。高压变频器采用多台单相逆变器串联连接，在多重叠加时，每台逆变器中PWM的三角波有均匀的相位位移，致使高次谐波互相抵消，减少输出电压中的谐波含量，输出波形十分接近正弦波，得到高压交流电，从而实现高压输出。它对输入和输出变压器的影响很小，因此设备内在的电能消耗也随之降低，并且随着材料器件的集成化趋势进一步发展，电机所使用的变频器的空间位置也将越来越窄。这种高压变频器具有高效率低能耗小体积的特点。

2.2节能原理

随着企业的进一步发展，大功率电机也越来越普及，传统低功率电机在工作时的恒定动力消耗了较大的电能，造成了极大的成本浪费。高压变频调速技术使大功率电机根据负载的增减情况不断地调节原动力，使得输入和输出电能平衡，有效地降低了电能损耗。功率、转矩、转速存在着关系：P=MV，降低大功率电机的原理就是这个式子的具体应用。当电机的负载发生变化时，应用高压变频调速技术，在电机的负载发生变化时就及时通过高压变频器的电机频率调节机制，使得电机转速发生改变来保持输入、输出电能的同步并最终平衡，达到大功率电机节能的目的。

2.3变频调速的优势

三相异步电机的运行区域包括最佳运行区、普通运行区以及不经济运行区。最佳运行区的电机负载率最高，一般来说会高于70%，而不经济运行区得负载率是最少的，大约是在40%以下。因此根据相关能耗规范，应当对平均负载率超过70%的大功率电机进行改造。高压变频器的调频原理是通过改变输入电压的频率，来适应电机设备负载的变化，并实现电能输入与输出均衡，来确保在最佳状态的电力工作。调频电机设备，以确保其有效运作无论是在哪种电压下，这样不仅提高了电机的自我调节的能力，避免电机遭受冲击，也达到了降低单位能耗，提高能源利用效率的目标。

3高压变频器的实际应用

3.1在大型工业生产上的应用

随着科学技术的发展，高压变频器技术已经越来越成熟。高压变频器的变频装置已经具备超高的预测能力和智能分析能力，对于高压水泵、高压风机等这类对于负载随着时间变化反应较为灵敏的设备来说，它具有十分明显的节能的作用，并还能通过特殊装置起到一定的保护电机的作用。为此，本文对某锅炉厂的大型锅炉风机进行的节能改造并对改造前后的能量损耗作出对比，研究高压变频器在大功率电机中的实际应用。以锅炉风机这种相对大功率电机为例进行分析，经调查可知，它在变频前的运行功率大约是1880kW，变频改造之后的功率是1400kW，从得到的数据我们可以分析，正常情况下它的单位年内的工作天数是300天，单位天内的工作时间是20小时，假设一度电是0.7元，那么变频后的节约电量：

？Q=P1T1-P2T2=300×20×1880-300×20×1400=2880000kW·h；

W=？Q * 0.7=2016000=201.6万元；

经过以上的粗略估算，对这台2 000 kW的电机节能改造后，这家锅炉厂每年能节约的费用多达200百万余元。可以想象，对该锅炉厂全部大功率电机都应用高压变频器实行节能改造，那么节约的成本不可估量，高压变频器的应用有效降低了企业在生产上不必要的电能消耗耗，极大地缩小企业成本。此外，大功率电机经过改造后，在很大程度上保证了设备运行的安全性，减轻了噪声污染，延长了电机的使用寿命，减少了维护费用，同时也避免了意外停机带来的损失，环境，提高了企业自动化控制水平，降低了劳动者的工作强度，在创造了良好经济效益和社会效益的同时，也促进了企业市场竞争力的提高。

3.2在电力系统晃电故障中的应用

电力系统在运行过程中，由于雷击、对地短路、故障重合闸、企业的电网故障、大型设备启动等原因，造成电网故障，导致电网电压瞬间增高呈不稳定状态或者造成瞬时断电，但又能很快恢复正常的情况，称为“晃电”。高压变频器在晃电故障中也有很大的作用。通过对变频器的参数调整、增加变频器的直流电源支撑系统及电气控制回路电源改接UPS电源等措施，能有效保证变频器在电网晃电时稳定运行。此外还可以将高压变频器主电路中的直流母线回路引出，并连接到直流支撑装置的直流输出接触器上，在电力系统出现晃电故障时，依靠直流支撑装置蓄电池提供的稳定电流提供给高压变频器，使大功率电机转速不波动或变频器欠电压保护不动作，达到大功率电机不跳停的目的，确保电机在电网“晃电”时的稳定运行。

4结论

总而言之，变频器在大功率电机节能改造中的应用，有效地提高企业在单位电能内的生产效率，在保证大功率电机在安全稳定运行的同时，也降低了企业的维护、生产成本。就国内工农业的现阶段发展而言，大功率电机应用高压变频器的节能改造拥有着广阔的发展前景和市场。

参考文献

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