试论电机变频控制节能技术和运用

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇试论电机变频控制节能技术和运用范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘要：社会经济和科学技术的快速发展，在推动社会主义现代化建设的同时，也对电力能源的提供提出了更高的要求，尤其是各种电机设备的节能控制。在构建资源节约型和环境友好型社会的今天，加强对电机变频控制节能技术与应用问题的研究，具有非常重大的现实意义。

The rapid development of social economy and science and technology， in the promotion of socialist modernization construction at the same time， also provides the energy to put forward higher requirements， especially the energy saving control of various electrical equipment. In the construction of a resource-saving and environment-friendly society of today， the strengthening of theresearch on the problem of energy conservation technology and application of variable frequency motor， have very important practical significance.

关键词：电机；变频控制；节能技术；运用

中图分类号：TE08 文献标识码： A

引言：为贯彻落实国务院提出的“节能减排”的重要指示，财政部、国家发展改革委将组织开展高效电机推广，将电机系统的节能问题放在很重要的位置，变频电机控制节能也有了广阔的发展空间。目前我国电力能源利用效率较低、消耗高、浪费大，电力供应形势严峻，发展变频节能电机势在必行。

1、研究对象（变频器设备）简介

本文以单吸离心式风机为例进行研究，该风机的风量每秒可达83立方米，配套电机的额定电压为6千伏；额定电流为113安培；额定功率为1000千瓦，其转速可达1500转。该风机所采用的是立式筒带离心泵，其额定流量大约为每小时900吨，量程为280米左右，配套电机的电压是6千伏；电机的额定电流是170安培；电机的额定功率是1650千瓦，其额定转速每分钟可达1500转以上。变频器设备的主要组成部分有移相变压器、控制器、功率单元以及旁路系统等。

实践中我们可以看到，该系统运行时采用的多是一些工频电机，出力通常不随机组改变而发生任何的变化，该系统运行过程中的用电标准通常都会维持在一个相对较高的水准。近年来，随着社会经济的快速发展和城市化建设进程的不断加快，各种能源资源和环境资源都面临着严峻的考验和挑战，因此国家倡导要建设资源节约型和环境友好型社会。根据这一节能降耗之号召，为尽可能地减少石化能源的大量消耗，该风机和凝结水泵电机等机电设备也开始应用变频节能技术。目前来看，风机系统中的电机功率一般可达到1600千瓦以上，电机的功率最大亦可达到1000千瓦以上，从类型上看二者皆属于大功率电机类型，同时也会随着负荷的不断变化要进行大幅度的调整。由此可见，其该风机系统的节能空间相对较大。

2、电机变频控制的原理和特点

变频电机是变频器驱动电机的统称，它采用由变频感应电动机和变频器组成的控制系统，提高机械自动化程度和生产效率。以交流电机为例，其同步转速可用下式表示：

图1所示为电机控制原理。通过电机变频器输出的不同频率，可以对交流电机进行调速。变频调速的主要特点是通过变频器改变输出频率和输出电压，最终达到对转动负载的精确定量。除此之外，变频电机还具有以下一些特点：①具备软启动和停止功能；②采用电磁设计，增加了电机电感，从而减少定子和转子的阻值；③满足反复的启制动切换，能够平滑无极调速，保护功能完善，减少设备维修；④节约电能。

3、电机变频控制节能性分析

由上述交流电机调速公式（3）可知，只要改变电源输入频率就可以使电机平稳变速。而在大型变频设备中，在效率低的情况下通过改变电源输入频率和输入电压，根据负载要求达到改变输出功率的目的。对于风机类负载，可以借助流体力学进行耗能分析，风量是转速的一次函数，风压是转速的二次函数，轴功率是转速的三次函数，可以用以下三个公式表示。

仍以风机为例，随着输入流量的减少，电机做减速运动，功率也会按电机速度的三次方减少。假设输入流量下降比为80%，相应的转速也会降为原来的80%，此时轴功率下降51%.另外，当转速下降时，电机效率也会相应下降，这时由控制装置等带来的损耗比例也会增加。图2所示为风机变频控制节能效果。

当系统风流量从Q1下降到Q2时，如果调节通风量，则系统阻力变大，系统工作点从A变到B，轴功率P2与BH2，Q20组成的矩形面积成正比；如果使用电机变频技术，风机速度由n1变到n2，风压急剧下降到H3，功率P3（CH3与Q20所组成矩形面积）明显缩小，降低的功率可表示为ΔP=ΔH×Q2.它与BH2，CH3组成的矩形面积成正比。泵类负载曲线与此相同。通过大量统计得出，风机水泵类电机调速控制可以节约大约30%的电能。在传统的电机拖动中，当电机拖动的负载发生变化时，一般通过调节通电时间占空比来进行调速。这样的调节虽然很简单，但是电机会不断地启动、制动，而在启动和制动过程中电机的耗能很大。如果采用变频技术来对电机进行调速，电机转速不但能平滑过渡，而且节能效果也能在很大程度上得到提高。

4、电机变频控制的发展和运用

在传统的电机控制中，电机运行的驱动频率是一个定值，变频调速使通过调节电机频率节约能源成为可能。近年来，随着电子技术和控制技术的飞速发展，人们对节能的要求也在不断提高，这使得电机的变频技术在很大程度上得到了提升，并且其应用范围也越来越广。

4.1变频电机的发展状况

电机的变频调速目前大多使用恒V/F控制系统。该控制系统结构简单、成本低，适用于风机等较大型、且对调速系统动态性能要求不高的地方。变频电机开环调速系统能满足一般的平滑调速需求，但它的静、动态性能都很有限。如果需要提高静、动态特性，则需要反馈转速进行闭环调节。因此，人们又提出了控制闭环转差频率的电机调速方式。转差频率控制使用异步电机稳态等效电路和转矩公式来保持磁通恒定，这种方式只有在稳态情况下成立，多用来控制慢速电机。在对转速必须做出快速反应的动态系统中，电机会额外产生比较大的瞬态电流，使电机的转矩受到很大影响。因此，在动态过程中控制电动机的转矩是做好动态控制的关键。

4.2电机变频控制的应用

电机70%的耗能是在风机和泵类负载中，变频技术在这类电机控制中的优势更体现出了其重要性。例如，没有调速功能的空调，当温度低至阈值时风路就被关掉，但此时电机依然在运行，造成不必要的能量损耗。如果空调系统采用变频调速电机，当温度降低时就不必关掉风路，而是降低电机转速，这样就不会损耗电能。空调系统中加入变频器，可以使系统节能20%～30%.

另外，在实际应用中需要根据不同的需要选择大小合适、性能高的电机，减小电机的浮装容量，防止能量的浪费。同时，在实际应用中还要不断优化电机系统结构，尽可能降低额外能量的损失，并选择导磁性高的材料，比如冷轧硅钢片等。

结语：电机变频设备投入使用以后，不仅运行状况良好，调节平稳，而且其运行的电流也在不断的下降，可调范围更加的宽，因此节能效果非常的明显。利用变频装置进行调速，范围要相对大一些，而且电机转速也比较的稳定，动态响应性能较为灵活和高效，对于保证电力系统的稳定运行具有重要的作用。变频电机在空调风机和泵类电机拖动中表现出了其节能、安全易控、无级平滑调速、高精度控制等显著特点。随着我国对节能环保投入的不断增加，电机的变频控制将会得到更好的发展。

参考文献：

[1]姚梦琳.变频技术在电机控制中的应用研究[J].科协论坛（下半月），2011，02：74-75.

[2]郑伟文.大型中央空调系统节能控制的应用分析[J].建筑安全，2011，06：53-55.

[3]程茂丽.丁二烯装置电机变频节能技术分析[J].安全、健康和环境，2011，07：32-33.

[4]冯东升，张金辉，凌百舟.容积式压缩机变频节能改造及节能量分析[J].电机与控制应用，2011，10：16-19.

[5]步延启.济三煤矿空压机系统变频节能技术改造[J].机电信息，2011，33：110-111.

[6]李杨，李静，刘继元.螺杆式空压机变频节能技术的应用[J].应用能源技术，2012，02：26-30.

[7]张少鹏，安淑女.节能新技术在煤矿机械中的应用研究[J].煤矿机械，2012，08：217-219.

[8]孔昊.刍议电机变频控制节能技术与应用[J].科技创新与应用，2012，27：136.

[9]李长利.高压变频调速在主抽风机同步电机上的应用[J].电气传动，2012，10：69-71.