張英

摘 要：隨著生產(chǎn)力的持續(xù)提高，高壓變頻器使用頻率越來越高，大功率電機是當代缺一不可的機械動力源，使用高壓變頻器的大功率電機不僅能調(diào)節(jié)速度，在大功率電機運行時減少運行電能浪費，節(jié)約了能源。節(jié)能節(jié)源是中國乃至全球應(yīng)對能源供不應(yīng)求的有效手段。因此本文首先闡述了高壓變頻器的工作原理分析應(yīng)用變頻器的節(jié)能優(yōu)勢，論述了其在節(jié)能改造中的實際應(yīng)用，以期為相關(guān)工作人員提供一些行業(yè)參考，通過對高壓變頻器的應(yīng)用，減少企業(yè)的電能成本，增加企業(yè)的市場競爭力。

關(guān)鍵詞：高壓變頻器；大功率電機；節(jié)能改造

中圖分類號：TM921.51 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）9（b）-0000-00

引言

應(yīng)用高壓變頻的調(diào)頻功能對大功率電機進行節(jié)能改造，促使設(shè)備的生產(chǎn)與消耗減少差異，并不斷趨向平衡，有效地避免了設(shè)備的輸入輸出不匹配現(xiàn)象，最終達到降低電能損耗、縮小企業(yè)成本的目的。變極調(diào)速、調(diào)壓調(diào)速及變頻調(diào)速是當前大功率異步電機進行調(diào)速的三種主流方式。比較而言，變頻調(diào)速是三者之中最先進最優(yōu)越的調(diào)速方案，它具有轉(zhuǎn)矩大、精度高、實用性強、易于操作等特點，因而十分優(yōu)越于其他的兩種傳統(tǒng)方式。變頻是基于負載要求和速度與電壓調(diào)節(jié)的變化，改變它的供給電流的頻率，以獲得合理的工作點。在轉(zhuǎn)速不同的條件下，運行時依舊保持穩(wěn)定的高速率，高壓變頻器的實際使用，不僅降低了單位電能的使用量，同時也改善了設(shè)備各方面的性能，延長了電機設(shè)備的工作壽命，為企業(yè)創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟收益。

1節(jié)能措施的國內(nèi)外現(xiàn)狀

國外普遍采取的是能量回饋技術(shù)，主要是應(yīng)用高壓變頻器對大功率電機設(shè)備進行調(diào)速控制，利用能量轉(zhuǎn)移回原始設(shè)備的功率消耗的反饋分量部分，從而達成降低能源損耗的整體效果。德國西門子公司研制的高壓電機的四象限運行電壓型交流變頻技術(shù)已經(jīng)非常成熟，非常普遍。日本富士公司推出的FRENIC、 RHR系列再生能量裝置，也是十分有效、十分成熟的大功率電機改造的成品。但是國外的高壓變頻裝置總的說來價格偏高、對電網(wǎng)的專業(yè)要求也很高，不太適合中國工農(nóng)業(yè)共同發(fā)展的現(xiàn)階段基本國情。我國的技術(shù)已經(jīng)能夠支撐高壓變頻裝置的研發(fā)，技術(shù)上也較為成熟。高壓變頻器作為一種高效節(jié)約性產(chǎn)品，也已經(jīng)被普遍地使用在中國的各行各業(yè)。將變頻技術(shù)引入到中國工農(nóng)業(yè)的大功率電機設(shè)備的節(jié)能改造中，能在很大程度上節(jié)約電能，提高生產(chǎn)效率，減少單位產(chǎn)品的能量使用成本。高壓變頻器的應(yīng)用，為各行業(yè)的發(fā)展做出了巨大的貢獻，也為整個社會帶來良好的經(jīng)濟效益。

2高壓變頻器的工作原理和優(yōu)勢

2.1高壓變頻原理

高壓變頻器應(yīng)用單位復用復合技術(shù)。其內(nèi)在結(jié)構(gòu)是多個YWM功率單位串聯(lián)，并把高壓變頻器組件串聯(lián)，構(gòu)成電壓型變頻器系統(tǒng)。它由幾個YWM功率單位通過串聯(lián)組成，將高壓變頻器組件直接串聯(lián)構(gòu)成多級電壓型高壓變頻器。高壓變頻器采用多臺單相逆變器串聯(lián)連接，在多重疊加時，每臺逆變器中PWM的三角波有均勻的相位位移，致使高次諧波互相抵消，減少輸出電壓中的諧波含量，輸出波形十分接近正弦波，得到高壓交流電，從而實現(xiàn)高壓輸出。它對輸入和輸出變壓器的影響很小，因此設(shè)備內(nèi)在的電能消耗也隨之降低，并且隨著材料器件的集成化趨勢進一步發(fā)展，電機所使用的變頻器的空間位置也將越來越窄。這種高壓變頻器具有高效率低能耗小體積的特點。

2.2節(jié)能原理

隨著企業(yè)的進一步發(fā)展，大功率電機也越來越普及，傳統(tǒng)低功率電機在工作時的恒定動力消耗了較大的電能，造成了極大的成本浪費。高壓變頻調(diào)速技術(shù)使大功率電機根據(jù)負載的增減情況不斷地調(diào)節(jié)原動力，使得輸入和輸出電能平衡，有效地降低了電能損耗。功率、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速存在著關(guān)系：P=MV，降低大功率電機的原理就是這個式子的具體應(yīng)用。當電機的負載發(fā)生變化時，應(yīng)用高壓變頻調(diào)速技術(shù)，在電機的負載發(fā)生變化時就及時通過高壓變頻器的電機頻率調(diào)節(jié)機制，使得電機轉(zhuǎn)速發(fā)生改變來保持輸入、輸出電能的同步并最終平衡，達到大功率電機節(jié)能的目的。

2.3變頻調(diào)速的優(yōu)勢

三相異步電機的運行區(qū)域包括最佳運行區(qū)、普通運行區(qū)以及不經(jīng)濟運行區(qū)。最佳運行區(qū)的電機負載率最高，一般來說會高于70%，而不經(jīng)濟運行區(qū)得負載率是最少的，大約是在40%以下。因此根據(jù)相關(guān)能耗規(guī)范，應(yīng)當對平均負載率超過70%的大功率電機進行改造。高壓變頻器的調(diào)頻原理是通過改變輸入電壓的頻率，來適應(yīng)電機設(shè)備負載的變化，并實現(xiàn)電能輸入與輸出均衡，來確保在最佳狀態(tài)的電力工作。調(diào)頻電機設(shè)備，以確保其有效運作無論是在哪種電壓下，這樣不僅提高了電機的自我調(diào)節(jié)的能力，避免電機遭受沖擊，也達到了降低單位能耗，提高能源利用效率的目標。

3高壓變頻器的實際應(yīng)用

3.1在大型工業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，高壓變頻器技術(shù)已經(jīng)越來越成熟。高壓變頻器的變頻裝置已經(jīng)具備超高的預(yù)測能力和智能分析能力，對于高壓水泵、高壓風機等這類對于負載隨著時間變化反應(yīng)較為靈敏的設(shè)備來說，它具有十分明顯的節(jié)能的作用，并還能通過特殊裝置起到一定的保護電機的作用。為此，本文對某鍋爐廠的大型鍋爐風機進行的節(jié)能改造并對改造前后的能量損耗作出對比，研究高壓變頻器在大功率電機中的實際應(yīng)用。以鍋爐風機這種相對大功率電機為例進行分析，經(jīng)調(diào)查可知，它在變頻前的運行功率大約是1880kW，變頻改造之后的功率是1400kW，從得到的數(shù)據(jù)我們可以分析，正常情況下它的單位年內(nèi)的工作天數(shù)是300天，單位天內(nèi)的工作時間是20小時，假設(shè)一度電是0.7元，那么變頻后的節(jié)約電量：

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

W=？Q * 0.7=2016000=201.6萬元；

經(jīng)過以上的粗略估算，對這臺2 000 kW的電機節(jié)能改造后，這家鍋爐廠每年能節(jié)約的費用多達200百萬余元?？梢韵胂螅瑢υ撳仩t廠全部大功率電機都應(yīng)用高壓變頻器實行節(jié)能改造，那么節(jié)約的成本不可估量，高壓變頻器的應(yīng)用有效降低了企業(yè)在生產(chǎn)上不必要的電能消耗耗，極大地縮小企業(yè)成本。此外，大功率電機經(jīng)過改造后，在很大程度上保證了設(shè)備運行的安全性，減輕了噪聲污染，延長了電機的使用壽命，減少了維護費用，同時也避免了意外停機帶來的損失，環(huán)境，提高了企業(yè)自動化控制水平，降低了勞動者的工作強度，在創(chuàng)造了良好經(jīng)濟效益和社會效益的同時，也促進了企業(yè)市場競爭力的提高。

3.2在電力系統(tǒng)晃電故障中的應(yīng)用

電力系統(tǒng)在運行過程中，由于雷擊、對地短路、故障重合閘、企業(yè)的電網(wǎng)故障、大型設(shè)備啟動等原因，造成電網(wǎng)故障，導致電網(wǎng)電壓瞬間增高呈不穩(wěn)定狀態(tài)或者造成瞬時斷電，但又能很快恢復正常的情況，稱為“晃電”。高壓變頻器在晃電故障中也有很大的作用。通過對變頻器的參數(shù)調(diào)整、增加變頻器的直流電源支撐系統(tǒng)及電氣控制回路電源改接UPS電源等措施，能有效保證變頻器在電網(wǎng)晃電時穩(wěn)定運行。此外還可以將高壓變頻器主電路中的直流母線回路引出，并連接到直流支撐裝置的直流輸出接觸器上，在電力系統(tǒng)出現(xiàn)晃電故障時，依靠直流支撐裝置蓄電池提供的穩(wěn)定電流提供給高壓變頻器，使大功率電機轉(zhuǎn)速不波動或變頻器欠電壓保護不動作，達到大功率電機不跳停的目的，確保電機在電網(wǎng)“晃電”時的穩(wěn)定運行。

4結(jié)論

總而言之，變頻器在大功率電機節(jié)能改造中的應(yīng)用，有效地提高企業(yè)在單位電能內(nèi)的生產(chǎn)效率，在保證大功率電機在安全穩(wěn)定運行的同時，也降低了企業(yè)的維護、生產(chǎn)成本。就國內(nèi)工農(nóng)業(yè)的現(xiàn)階段發(fā)展而言，大功率電機應(yīng)用高壓變頻器的節(jié)能改造擁有著廣闊的發(fā)展前景和市場。

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