论电机变频控制节能技术和运用

陈高明（中国运载火箭技术研究院,北京　100076）



论电机变频控制节能技术和运用

陈高明
（中国运载火箭技术研究院,北京100076）

摘 要：在提倡节约型社会的当今社会，电力作为主要动力设备，其节能控制技术备受专注，也是建设资源节约和环境友好型社会的关键之处。本文就电机变频控制的节能技术和运用进行深入分析和探究。

关键词：电机；变频控制；节能技术；运用

0　引言

为创建资源节约型和环境友好型社会，国务院提出“节能减排”的重要指示，电机变频控制节能技术和运用问题应当倍受各界专业人士的重视和关注，电机的变频控制节能技术可以有效降低电动机的能耗，节约电机成本，使企业获得更大的经济收益。

1　电机变频控制节能技术的工作原理及特点

1.1工作原理

变频电机控制技术主要是通过改变输入三相交流电的频率来改变电机的转速，利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。目前市场上使用的电机变频器主要采用交—直—交方式，即VF变频或矢量控制变频技术。先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT（绝缘栅双极型晶体管）三相桥式逆变器，且输出为脉冲宽度调制波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率，从而实现节能的目的。

1.2电机变频控制技术的特点

变频电动具有容易控制电路的特点，成本比较低，而且机械的特性硬度较好，能够满足传递的平滑低速要求，在各个行业便于广泛应用。但是它也有一些缺点，例如在低频利用这种控制方式时，因为输出的电压比较低，转矩受定子电阻压降的影响显著，从而导致输出最大转矩减小。变频电机还具有系统性能不高，转矩利用率不高，稳定性会因为定子电阻和逆变器死去效应的存在变差的特点。

1.3电机变频控制节能技术的适用范围

电机变频控制节能技术的使用范围广泛，例如钢铁业、机械、建材、化工等行业，这些行业通过电机的变频控制技术降低生产成本，提高企业工作效率，同时也节省力量，提高产品的质量。

虽然电机变频控制技术使用范围较为广泛，但也有一定的客观条件。通过改变工况参数降低电能的消耗，提高企业经济效益。适当降低不合理的运行参数，降低频率，从而达到节约电能的目的。降低频率主要与以下几个因素有关：（1）电机的负载率。当电机的负载率较低时，可以节约电率就相对较高。（2）原先的运行工况参数值的合理程度。当电机的流量、转速等可调节因素的值越大，则能节省的电率就会越多，若可调节的量越小，则节省的电率就越少。（3）原先的调整方式和调速方式。调整方式分为进口或出口阀门方式和变频方式，由于进口或出口阀门方式的运行参数参差不齐，运用在电机上不经济，反而浪费电能。若采用变频调速，可以减少人工调节的不便以，增加电机运行的正确性，最主要的是能节省电能。原先采用的滑差电机方式效率低下，浪费电能，采用变频电机控制技术可以解决这一问题。（4）电机本身采用的工作方式。电机的工作方式不同消耗的电量也是不相同的，企业要结合自身的运作方式采用连续运作、短时运作或者间歇性运作方式，达到最佳的节能状态。（5）电机本身的开机时间的长短。电机开机运作的时间越长消耗的电量也就越多，企业需及时关闭不使用的电机，避免出现方法电量的状况。（6）电机本身的功率大小。在电机采用相同的节电率下，电机的功率越大，节电量值就越大，企业能够获得的经济效益就相对较大。

2　电机变频控制节能技术的具体分析

（1）我国电机变频节能技术的现状。我国的电机变频控制节能技术与之相比较弱，主要表现在两个方面，第一，我国的电机及被动设施设备的效率低下。虽然我国的生产的电机与国外生产的电机水平相当，但与国外电机相比，价格较高、市场占有率较低，制造技术和工艺水平也有一定的差距。第二，我国电机系统的运行效率较低。我国电机经常出现系统匹配不合理的情况，导致设备长期处于低负荷的运行状态。电机的系统调节方式落后，从而导致电能的浪费。

（2）电机系统的节能潜力。电机变频控制节能技术是我国节能减排的终点研究和重视的领域。电机变频控制节能技术能够降低电能的使用，减少温室气体的排放量，降低企业的使用成本，实现节能减排的目标。

随着科技的不断发展，对电机变频控制节能技术的不断研究，国际组织和各国政府以达成共识——电机变频控制节能技术具有很大的潜力。

3　电机变频控制节能技术的发展及应用

（1）变频电机控制技术的发展。目前，大多数使用V/F控制系统运用在变频电机上，主要是因为该系统有结构简单和成本低的特点优势，适用于风机这类比较大型但对调速系统性能不算高的电机上面。变频电机虽然能够满足一般平滑低速需求，但是，它的动态和静态的性能是还是有限的。由于矢量控制的引入，变频电机控制技术在高性能场合开始运用。随着半导体技术的发展和数字控制技术的普及，矢量控制技术的应用已经扩展开来，从高性能领域到通用领域，增加了矢量控制技术的应用范围。

（2）变频电机控制技术的应用。变频电机的控制节能技术应用越来越广泛，可以有效达到调速节能、过流、过压、过载保护等多种功能。例如变频调速技术在工艺风机节能中的应用，玻璃生产厂在生产钢化玻璃的时候，工人需要将普通玻璃经过钢化炉处理后形成钢化玻璃。通常，钢化炉由热炉、冷却段和风机系统三部分构成。传统的电机调节方法是由操作工人阻挡风机入口的面积，工人需要根据要加工玻璃的厚度设定输入风门的面积大小，降低风机量的减小，从而减少风量。此过程属于纯人工设定和操作，难免存在误差。采用变频电机技术之后，操作工人只需要根据要加工玻璃的厚度，设定电机变频器的输出频率，降低了误差，提高了玻璃钢化过程的效率和企业的经济效益，同时还能达到节能的目的。电机变频技术在中央空调系统中也得到了广泛运用，有效减少温室气体的排放量。

4　结束语

电机变频控制节能技术在设备中的使用之后，可以改变电机的运行状况，使电机运行逐渐趋于平稳，同时还能降低对电量的使用，节能效果不断提升，满足了现代社会可持续发展的需求，也能进一步提高企业的经济效益。国家应大力支持对电机变频控制节能技术的研究，提高节能技术，使之发展趋于更好的状态。

参考文献：

[1]来雨祥.试论电机变频控制节能技术和运用[J].城市建设理论研究（电子版）,2015(09).

[2]巨志忠,杨小强.试论电机变频控制节能技术和运用[J].科技与创新,2014(07).

DOI :10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.01.172