變頻器在風(fēng)機(jī)類電動(dòng)機(jī)上的節(jié)能應(yīng)用

1、變頻器在風(fēng)機(jī)類電動(dòng)機(jī)上的節(jié)能應(yīng)用    摘要：風(fēng)機(jī)類電動(dòng)機(jī)的最大特點(diǎn)就是軸功率和轉(zhuǎn)速的立方成正比。對(duì)于傳統(tǒng)的風(fēng)機(jī)類電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中，無(wú)論需要多大的風(fēng)量，風(fēng)機(jī)都是以最高轉(zhuǎn)速運(yùn)行，整個(gè)系統(tǒng)所需要的風(fēng)量大小由風(fēng)門(mén)調(diào)節(jié)器來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，這種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，需要消耗大量的電能，變頻調(diào)速技術(shù)可以根據(jù)需要的風(fēng)量大小而改變電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，節(jié)能效果比較顯著。 關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速技術(shù)；電動(dòng)機(jī)；節(jié)能；效益 Abstract: the fan motor is most characteristic of the shaft power and speed is directly pr

2、oportional to the set. As for traditional fan motor of the process, no matter how much air volume, the fan is the highest speed operation, the whole system need air volume air inlet regulator by the size to adjust, the operation state, need to consume large amounts of energy, frequency conversion te

3、chnology according to the need of the size of the air can change the motor running speed, energy saving effect is remarkable. Keywords: frequency conversion technology; Motor; Energy saving; benefit 中圖分類號(hào)：TE08文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)： 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)日益完善，變頻器運(yùn)用在風(fēng)機(jī)類電動(dòng)機(jī)的調(diào)速效果和性能比以前的任何調(diào)速技術(shù)都要好，而且變頻調(diào)速技術(shù)的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，造價(jià)比較沙盤(pán)

4、，已經(jīng)成為電機(jī)類電動(dòng)機(jī)調(diào)速的主流技術(shù)。本文主要闡述變頻調(diào)速技術(shù)在風(fēng)機(jī)類電動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的節(jié)能。 一、變頻器的節(jié)能原理 我們知道風(fēng)機(jī)的最大特點(diǎn)是軸功率和轉(zhuǎn)速的立方成正比，負(fù)載的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的平方成正比。使用變頻器可以根據(jù)系統(tǒng)需要的風(fēng)量調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)了良好的節(jié)能效果。 1、擋板和轉(zhuǎn)速控制。這是兩種調(diào)整調(diào)整系統(tǒng)風(fēng)量的措施，擋板是在風(fēng)道中安裝出口擋板和入口擋板控制，出口擋板控制通過(guò)關(guān)小擋板實(shí)現(xiàn)增加風(fēng)阻，只能夠調(diào)小風(fēng)量，在低風(fēng)量時(shí)候軸功率減少有限，從節(jié)能的角度來(lái)看不適合用于風(fēng)量控制。入口擋板控制控制的風(fēng)量控制范圍要比出口擋板控制要管，在關(guān)小入口擋板控制之后，軸功率和風(fēng)量成比例變化。 2

5、、轉(zhuǎn)速控制要比擋板控制的節(jié)能效果要好。如下圖所示，理想曲線表示在理想情況下，進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制時(shí)需要的功率。在實(shí)際工作之中，調(diào)速裝置的類型不同，需要的功率也會(huì)不同，其中與理想曲線接近的表示調(diào)速效果最好，和理想曲線的差距表示調(diào)速裝置的能量損耗。很明顯變頻器控制的調(diào)速效果和理想曲線最接近，這種情況下能量利用的效率最高。 風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線 二、工頻電源到變頻器的切換控制措施 由上面的風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線的各種控制方式消耗功率的差異比較發(fā)自按，在風(fēng)量比較高的區(qū)域（90%以上最大風(fēng)量），各種控制方式的效果大致比較接近，在低風(fēng)量的情況下，變頻器的消耗功率減少比較明顯，在最大風(fēng)量的情況下，使用工頻電源的避變頻器對(duì)風(fēng)

6、量控制的效果要好。因此在大風(fēng)量運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，采用工頻電源消耗功率比較少，在下風(fēng)量的狀態(tài)下，使用變頻器的功率消耗最少。這也使得工頻電源在調(diào)速中運(yùn)用十分必要，能夠?qū)崿F(xiàn)在各種狀態(tài)下切換。 對(duì)于功能比較齊全的節(jié)能變頻器，省略了旋轉(zhuǎn)傳感器，根據(jù)電動(dòng)機(jī)在自由停車狀態(tài)下的殘留電壓，得出準(zhǔn)確的旋轉(zhuǎn)頻率，這樣實(shí)現(xiàn)了平滑的從工頻電源向變頻器的切換。具體的特性實(shí)測(cè)如下圖所示： 工頻電源到變頻器的切換控制特性 三、變頻器向工頻電源的切換控制 1、從變頻器向工頻電源的切換從節(jié)能方面考慮具有充分的必要性。根據(jù)不同點(diǎn)電動(dòng)機(jī)的特性可以分為同步切換和非同步切換。 1、非同步切換。電動(dòng)機(jī)的榮來(lái)那個(gè)可以分為機(jī)械容量和電氣容量。如果對(duì)

7、象系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩可以在切換過(guò)程中發(fā)生變化，可以用比電動(dòng)機(jī)容量小的變頻器來(lái)控制，首先將電動(dòng)機(jī)加速到變頻器的容量的轉(zhuǎn)速之后，撤離電動(dòng)機(jī)，使得電動(dòng)機(jī)的殘留電壓衰減前是變頻器做自由停車運(yùn)轉(zhuǎn)，然后切入工頻電源。在這個(gè)系統(tǒng)中，可以增加起動(dòng)電抗器來(lái)防止直接使用工頻電源的大電流對(duì)機(jī)械設(shè)備造成損壞。對(duì)于這種切換方式，使用到的變頻器的容量比較小，在切換過(guò)程中會(huì)有較大的電流，必須要考慮電動(dòng)機(jī)的同來(lái)那個(gè)、負(fù)載特性、切換頻率和投入時(shí)間，在高頻率的切換工作中運(yùn)用效果不是很好。 2、同步切換方式。首先需要將電動(dòng)機(jī)用變頻器加速到工頻頻率，使得變頻器的輸出和工頻電源的輸出頻率保持一致，然后將電動(dòng)機(jī)從變頻器物沖擊地切換到工頻電源。這

8、種切換方式需要變頻器的容量較大，使用的工頻電源的沖擊電流不能太大，一般應(yīng)有到轉(zhuǎn)矩沖擊小的對(duì)象系統(tǒng)中。 四、部分控制 我們知道，對(duì)于風(fēng)機(jī)類的電動(dòng)機(jī)用變頻器進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制的過(guò)程中，軸功率和轉(zhuǎn)速的立方成正比。在對(duì)象系統(tǒng)需要較高的風(fēng)量時(shí)，可以直接使用工頻電源，使用變頻器的條件是需要電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速在最高轉(zhuǎn)速的80%以下，這時(shí)候需要減小變頻器的容量，這時(shí)候稱之為部分控制。 但是，在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，不能夠?qū)⒆冾l器的容量大幅度的減少，只能夠?qū)⒆冾l器的容量減少到電動(dòng)機(jī)的容量范圍以內(nèi)，這是由于電動(dòng)機(jī)的輸入電流在變頻器的額定電流以內(nèi)。 五、減轉(zhuǎn)矩負(fù)載用v/f模式 風(fēng)機(jī)類的電動(dòng)機(jī)的減轉(zhuǎn)矩負(fù)載的轉(zhuǎn)矩進(jìn)而轉(zhuǎn)速的平方成正比，對(duì)

9、于使用節(jié)能變頻器，可以使用v/f模式提高調(diào)速效果。由于電壓的下降使得減轉(zhuǎn)矩負(fù)載的電動(dòng)機(jī)的電流也隨之下降，而恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載就沒(méi)有這種效果。這種模式對(duì)于改善變頻器的效率和電機(jī)效率具有十分重要的作用。 變頻器的v/f模式 下圖顯示恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載和減轉(zhuǎn)矩負(fù)載的效率差別： 使用減轉(zhuǎn)矩負(fù)載的變頻器在控制電動(dòng)機(jī)的過(guò)程中，連續(xù)的運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩要比負(fù)載轉(zhuǎn)矩大，在電動(dòng)機(jī)的低速區(qū)不用考慮電機(jī)的冷卻。 六、瞬停再啟動(dòng)控制技術(shù) 對(duì)于電源的瞬時(shí)斷電等情況，變頻器會(huì)在瞬停補(bǔ)償時(shí)間之后切斷變頻器的輸出，如果要向保持變頻器的調(diào)速作用，需要增加晶體管等保護(hù)措施。在繼續(xù)通電之后，需要等待電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)速停止之后有外部發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)，同時(shí)解除中斷過(guò)程中

10、的變頻器的輸出。在大型的工業(yè)生產(chǎn)中，需要保持系統(tǒng)的可靠性，以及在電流的中斷或者電流瞬時(shí)變化過(guò)程中，各種設(shè)備好需要繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，尤其是無(wú)人的運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備。 對(duì)于功能要求比較高的變頻器在停電之后保持電動(dòng)記得運(yùn)轉(zhuǎn)，在系統(tǒng)復(fù)電之后可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟動(dòng)，這樣不僅提高系統(tǒng)的可靠性，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。變頻器的工作方式如下：在系統(tǒng)復(fù)電后，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)發(fā)出再啟動(dòng)信號(hào)，能夠自動(dòng)調(diào)整變頻器的初期狀態(tài)；在電動(dòng)機(jī)的自由停車之后，檢測(cè)出電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)頻率，變頻器實(shí)現(xiàn)對(duì)旋轉(zhuǎn)頻率的跟蹤；在電動(dòng)機(jī)的殘電壓衰減過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)緩慢施加輸出電壓，將變頻器接入電動(dòng)機(jī)中。 將電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和變頻器的輸入頻率保持一致，這樣可以防止兩者工作頻率不一致的情況引發(fā)

11、過(guò)電流，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的平滑和走動(dòng)地恢復(fù)大盤(pán)原來(lái)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，主要的調(diào)整動(dòng)作如下圖所示。 瞬停再啟動(dòng)的調(diào)整過(guò)程 七、變頻器的節(jié)能應(yīng)用舉例 變頻器的節(jié)能技術(shù)主要是從風(fēng)機(jī)類電動(dòng)機(jī)開(kāi)始運(yùn)用的，現(xiàn)在已經(jīng)應(yīng)用很多領(lǐng)域，下面介紹一些變頻器的應(yīng)用。 在送風(fēng)系統(tǒng)中的應(yīng)用，送風(fēng)系統(tǒng)按照出口的壓力作為基準(zhǔn)進(jìn)行分類，從送風(fēng)系統(tǒng)的工作原理上可以分為容積式和渦輪式。對(duì)于這類系統(tǒng)不存在高低差產(chǎn)生的損耗，大量使用變頻器可以節(jié)約大量的功率。在送風(fēng)系統(tǒng)中，大部分時(shí)間都處于中低風(fēng)量的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，在中低風(fēng)量的情況下使用變頻器控制，在高風(fēng)量的工作狀態(tài)下，采用任何控制方式的效果和功率損耗都差不多。 在間歇性運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備系統(tǒng)中采用變頻器可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。在送風(fēng)系統(tǒng)中，使用大容量的電動(dòng)機(jī)頻繁啟動(dòng)會(huì)產(chǎn)生材料疲勞的問(wèn)題。采用工頻變頻器的切換控制方式，可以實(shí)現(xiàn)變頻器的轉(zhuǎn)速?gòu)?加速100%。采用這種方式，電動(dòng)機(jī)在加速過(guò)程中的轉(zhuǎn)差頻率限制很小，電源容量的變化很小，啟動(dòng)的損耗也相應(yīng)的減少。另外使用這種控制方式，在變頻器和工頻電源的切換過(guò)程中，產(chǎn)生的沖擊轉(zhuǎn)矩比較小，可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的頻繁加減速，如果再和擋板結(jié)合使用，在系統(tǒng)加速過(guò)程中所需要的功率會(huì)減少一半。 結(jié)語(yǔ)： 隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，除了在風(fēng)機(jī)類電動(dòng)機(jī)中節(jié)能運(yùn)用實(shí)例之外，還在建筑物的地下系統(tǒng)通風(fēng)、空調(diào)以及鍋爐的排煙增氧控制等。實(shí)踐證明，變頻器的應(yīng)用取得了良好的節(jié)能效果，提高了設(shè)備的工作效率