变频电气控制柜的节能效果与技术发展分析

朱悦 王俊轩

【摘要】随着科技的发展，自动化已经成为了各行各业发展的必然趋势，而自动变频控制系统的出现更是给工业生产带来了极大的便利，减轻了相关工作人员的工作负担，提高了电气系统工作的效率，创造了较大的经济效益。本文将简述变频技术的原理和使用意义，分析变频柜的节能与技术发展，提出变频柜使用的注意事项，希望能进一步改善变频电气控制柜的使用功能，促进其推广应用。

【关键词】变频电气控制柜；节能效果；技术发展

现代工业生产中电动机是主要的工作设备之一，而人为进行电动机的控制很容易导致电动机出现不正常的磨损，缩短了电动机的使用寿命，作为实现精细控制电动机的技术措施，变频技术的出现为延长电动机使用寿命做出了极大的贡献。作为工业生产控制技术的重要发展方向之一，探究变频电气控制柜的节能效果和技术发展趋势是工业生产的需要，也是我国实现工业现代化的必经之路。

1.变频技术的原理和使用意义

变频电气控制柜的工作原理如下：市电经过整流器后变成恒定的直流电，直流电经过逆变器后逆变成可变电压、可变频率的交流电源，由于采用微处理机编程的正弦波PWM控制，电流输出波近似正弦波，故可用交流电动机的无级调速。而通过对交流电动机的无级调速可以实现对功率的实时调整，这样就避免了电动机空转导致不必要的磨损。

以油田的生产为例，由于油田的生产环境复杂，主机功率的需求也会时时变动，而为了保证生产的需要，主机都是长期处在高压运行状态，不仅电缆发热量较大，造成了较多的电能浪费，同时也会加剧主机的磨损，缩短主机的使用寿命。而将变频电气控制柜应用在油田生产之中，省去了来回开关电动机闸门的麻烦，既满足油田生产对于主机负荷的要求，又能够降低主机的磨损，节约能源的同时延长主机的使用寿命，具有重要的应用价值。此外，还要通过变频器对工频电源进行变频，以保证主机正常运行。再加上主机需要长时间连续运行，供电是保证主机安全稳定运行的一个前提条件，因此变频电气控制柜的稳定和节能要予以重视。

2.变频柜的节能与技术发展

当前我国对于动力变频柜中再生电能的处理方式主要有制动电阻、吸收电阻和回馈制动三种，以前两种处理方式较为成熟，而第三种处理方式技术较为先进，尚未推广使用。其具体的操作原理是系统将电脑回馈给相应的电源，并且将设备的能量回馈到变频控制柜上，从而实现能量的科学分配，提高能量的利用率。一般认为，电动机在运行过程中如果能够达到额定的荷载或者接近额定荷载，其工作效率是最佳的。而在实际运行的过程中，电动机往往不会达到荷载，但是此时又会有较高的能耗，经济性与性能严重不匹配，通过变频电气控制柜能够实现对频率的调节，从而科学控制电机的效率，提高电能的利用率。

如利用对设备载荷的变化和功能图等采集数据与变频柜的变频器实现联动，这样对上下行不平衡的工况就可以根据其具体工作参数进行控制。以油田的注水泵为例，通过对注水的量和井下压力的实时收集和分析，可了解注水泵是否处在超负荷运转状态或者空载状态，这样就可以利用变频器进行控制，时刻调节泵组的工况以控制注水电机的速度，提高注水效率的同时降低其能耗。

3.变频柜的组成及应用

要了解变频电机控制柜的技术发展以及节能的效果，首先需要了解的是变频控制柜的基本结构。常规的系统组成为变频器、PLC、PID，当前工业上生产的变频控制柜主要用在工业泵系统中，主要是利用变频技术对水泵系统实现复杂的变频控制，实现水泵的高效工作。具体说来，通常是通过传感器来测量管道内的压力或者流速来获得相应的数据信息，数据信息传递至变频控制柜内置的PID 运行，从而调控水泵的工作。这样管道内的压力或者流速能够始终保持在恒定的状态，更能够满足生产的需要。

举例而言，，在实际应用变频电气控制柜的过程中，首先需要了解其工作的具体条件和需求，在进行变频柜型的选择。机安全稳定运行是整个系统正常运作的前提，变频柜需满足主机所需要的转速条件。由电机转速与频率的公式：

n=60f/p

可知，n——电机的转速（转/分）；

60——每分钟（秒）；

f——电源频率（HZ）；

p——电机旋转磁场的极对数。

在变频调速系统中，根据公式n=60f/p可知：改变频率f就可改变转速，降低频率↓f，转速就变小：即60f↓/p=n↓，增加频率↑f，转速就加大：即60f↑/p=n↑。主机对于频率的要求直接决定了所配备的变频器应具有的参数，同时对稳定性也有一定的要求。

4.电气技术发展展望

随着计算机技术的发展，现代电气技术与互联网技术已经融合为一体，变频电气控制柜也开始朝着网络化、智能化、自动化、绿色化的方向快速发展。变频电气控制柜的网络化能够帮助相关工作人员实现远程实时控制，省去了各种操作的麻烦，提高了管理的效率。而变频电气控制柜的智能化则可以面对各种复杂的系统进行高效控制，在出现问题时能够迅速进行反应，真正实现了机械的24小时无人操作，有利于提高工作的效率，也可以降低人力成本的支出。自动化变频电机控制柜的出现意味着企业可以付出更低的人力成本就能完成原有的工作量，同时操作也更加精确，有良好的容错能力。当前可持续发展是社会发展的主流价值观，以绿色、节能、高效，可再生资源开发等低碳经济为代表的深刻变革已成为我国的重大战略产业，电气技术同样应该抓住这种机遇，在发展的过程中时刻以绿色化为指导方针，探究更低能耗的控制方式，推动我国的自动化产业不断向前发展。

5.变频柜应用中的注意事项

在实际的生产过程中变频电器柜的应用是一个动态化的调试过程，其安装地点应该根据工作环境而定，设备要保证接地良好。安装变频柜的接地要求，使用短粗接地线完成对公共接地点的连接。对于要求较高的工作环境应采用金属网等进行接地，同时低压单元和继电器等注意与熔断器的连接，从而提高变频柜的保护效果。考虑到较长的电缆会有较大的电能损耗，因此要避免变频控制柜的电缆过长，而且为了保证变频控制柜的高效稳定运行，有必要为变频控制柜提供独立的电源，这样也可以避免线缆之间的电磁干扰，同时可以采用变频器间互相备用来保证运行的稳定性。为保证变频电器控制柜的散热良好，在应用中变频器多安装在控制柜的中间，且变频器应垂直安装，保证变频器之间有足够的空间散热。由于变频柜持续运行会产生大量的热量，因此选择合格稳固的散热手段也是非常必要的，运行过程中应保证变频器冷却水持续稳定的供应。

变频电气控制柜的运行受到多种因素的影响，如环境温度、湿度、粉尘、震动等，这些因素都可能导致电气控制柜内部的元件出现问题。因此为了保证变频电机控制柜能够长期有效运行，外变频电气控制柜创造良好的工作环境是非常有必要的，最好能够控制变频电气柜

所在环境内的环境温度、湿度、粉尘、震动等情况。如果变频电气柜经过了长途运输，在安装之前首先应该检查变频电机控制柜的各个部件是否完好无损，螺钉是否能紧固，安装后尝试能否正常运行。对于投入正常工作的变频电机控制柜应该定期予以维护，维护的过程要做好记录，以便后期抽查。

6.结束语

变频电器控制柜是工业生产上精细控制电动机的主要技术，同时也是工业发展的重要方向。传统的人为控制电动机的运转避免不了电动机空载运行或者超负荷运行的情况，既浪费了大量的电能，又加重了电动机的磨损，为企业带来了诸多额外的损失。而变频电气控制柜技术的发展将信息技术、计算机技术、调频技术、传感器技术等多种技术集于一体，可实现对电动机的适时调控，能够保证荷载和输出功率之间处于平衡状态，提高机械对于能量的利用率，促使电机长期稳定的工作，这对于正常生产十分有利。

参考文献

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[3]施耐德电气标准柜式变频器优化成本取得新成果[J].现代建筑电气，2012，（5）：I378-379.

作者简介

朱悦：1988.5，男，天津，2011.6，防灾科技学院，电气工程及其自动化专业，助理工程师，变频电气。

王俊轩：1988.11，男，甘肃兰州，2011.6哈尔滨工程大学测控技术与仪器专业、助理工程师、自控仪表。