張孝禮

摘 要：長久以來，電器的運行狀態(tài)都保持在一個固定的頻率，其工作狀態(tài)的滿負(fù)荷會在某些時候多做無用功，對電能的損耗是巨大的。變頻器的出現(xiàn)使得其工作的頻率會發(fā)生變化，這對于電器的節(jié)能是十分有利的。本文旨在對變頻器節(jié)能技術(shù)在某些領(lǐng)域的應(yīng)用與研究做一些探討。

關(guān)鍵詞：變頻器；節(jié)能；應(yīng)用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.15.2701 變頻器節(jié)能技術(shù)的概述

變頻技術(shù)是一種結(jié)合機(jī)械設(shè)備強(qiáng)弱電技術(shù)的一種綜合性技術(shù)，其主要包括電子計算機(jī)技術(shù)、電力技術(shù)以及電擊傳動技術(shù)。變頻技術(shù)的工作原理是通過半導(dǎo)體原件將固定頻率的電流信號轉(zhuǎn)化成其他頻率，之后再通過電力電子技術(shù)將交流電轉(zhuǎn)化成為可控制利用的直流電，通過逆變器實現(xiàn)對電流和電壓的控制調(diào)控，同時實現(xiàn)了對機(jī)電設(shè)備的無極調(diào)速?？傊?，變頻技術(shù)就是通過改變電流頻率來實現(xiàn)對電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制，從而可以有效地對電機(jī)設(shè)備進(jìn)行控制。其特點就是能夠使電機(jī)在改變固有頻率的狀態(tài)下保持平穩(wěn)的運行，不至于由于電流電壓的變化而出現(xiàn)對機(jī)電設(shè)備原件造成損害，可以實現(xiàn)提高工作效率和節(jié)能減排的雙贏。

變頻器就是利用上述原理結(jié)合機(jī)械技術(shù)而制作的一項設(shè)備原件，可以應(yīng)用到許多機(jī)電設(shè)備當(dāng)中來實現(xiàn)對于整個設(shè)備的變頻控制。轉(zhuǎn)矩控制和矢量控制是兩種主要的變頻器控制的方式，目前基于人工智能技術(shù)在人體神經(jīng)控制及模糊控制上也有所突破，但這類技術(shù)尚不夠成熟也沒有大規(guī)模具體的應(yīng)用，不在本文的討論之列。目前，變頻器除了基本的調(diào)速功能外，還開發(fā)了內(nèi)置通信、編程以及參數(shù)辯識等功能，極大地方便了人類的工作和生活。

2 變頻器節(jié)能技術(shù)的具體應(yīng)用與研究

2.1 變頻空調(diào)

變頻空調(diào)應(yīng)該是目前使用該項技術(shù)最為成熟的產(chǎn)品了。我們知道常規(guī)空調(diào)是通過控制壓縮機(jī)的工作或停止來維持所設(shè)置的室內(nèi)溫度的，而變頻空調(diào)則是根據(jù)溫度控制指令，利用變頻器來調(diào)節(jié)電源頻率從而保證讓壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速控制在800-7800轉(zhuǎn)/分范圍內(nèi)并可以隨時調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速，進(jìn)而據(jù)以調(diào)節(jié)氟利昂的流量來達(dá)到調(diào)節(jié)溫度的目的。下面我們來看看空調(diào)變頻器是如何調(diào)節(jié)工作并實現(xiàn)節(jié)能的目的：

空調(diào)變頻器是通過將220V/50Hz的交流電經(jīng)整流濾波后形成310V左右的直流電，這樣就可以對此直流電再進(jìn)行逆變就得到了控制空調(diào)壓縮機(jī)運轉(zhuǎn)的變頻電源，50Hz就可以變成30-130Hz之間的可變頻率。變頻空調(diào)在達(dá)到設(shè)定溫度后，就能保持低速運轉(zhuǎn)以調(diào)節(jié)溫度的細(xì)微變化，維持一種恒溫狀態(tài)，其低速運轉(zhuǎn)狀態(tài)下電機(jī)工作量將會大大減少，從而耗電量就會隨之降低，這也是近年來變頻空調(diào)在市場宣傳中的一個大賣點。

2.2 變頻傳送機(jī)

傳送機(jī)是在工業(yè)生產(chǎn)中常見的運輸工具，現(xiàn)代物流業(yè)的發(fā)展也大量使用一些相對簡單的傳送機(jī)，但是傳統(tǒng)的傳送機(jī)在工作中耗電大且調(diào)速困難。變頻器的發(fā)明使得傳送機(jī)的技術(shù)也得到了發(fā)展，在調(diào)速和節(jié)能上有所表現(xiàn)。

傳送機(jī)的電機(jī)在直接起動時對電流的要求較高，基本上是正常運行時3-5倍的電流，這樣電機(jī)就容易因為瞬間電流過大而燒毀，整個電路會因為給傳送機(jī)供壓而對其他電器設(shè)備產(chǎn)生影響，所以就要求對傳統(tǒng)的傳送機(jī)進(jìn)行改良。通過對傳送機(jī)安裝變頻器來對電流進(jìn)行轉(zhuǎn)變能夠?qū)崿F(xiàn)在正常電壓的情況下啟動，同時變頻技術(shù)也可以實現(xiàn)對于傳送機(jī)轉(zhuǎn)速的控制，在載物重量的變化時調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)多頻工作，會大大降低電機(jī)在恒頻工作狀態(tài)下的空轉(zhuǎn)，對于企業(yè)而言就實現(xiàn)了降低用電量的目的，經(jīng)濟(jì)上也是一種“創(chuàng)收”。

2.3 水泵上的應(yīng)用

在農(nóng)田水利系統(tǒng)中，水泵是取水灌溉的重要機(jī)電設(shè)備，過去老舊的水泵采用的是固定頻率的電機(jī)，其工作效率不高，對于電量的浪費情況比較嚴(yán)重。有研究數(shù)據(jù)表明，在水泵流量由100%降到50%時，電機(jī)的輸入功率為額定功率的80%左右，而電機(jī)的軸功率則僅為12.5%，這就相當(dāng)于有67.5%的電量被白白浪費掉了，這部分電量實際就是在做“無用功”。

通過改良水泵的電機(jī)工作方式，安裝變頻器來實現(xiàn)對接入電機(jī)的交流電進(jìn)行轉(zhuǎn)變成直流電后的逆轉(zhuǎn)，從而將固定的交流電頻率由原來的50Hz變成可調(diào)節(jié)的30-130Hz的范圍，電機(jī)工作時就可以根據(jù)流量來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，在流量低的時候維持低電壓低轉(zhuǎn)速，從而降低用電量。簡單計算一下，在50%流量的時候，通過變頻器的節(jié)能技術(shù)，在維持電機(jī)運轉(zhuǎn)的情況和正常損耗時，降低30%的用電量對于整個國家龐大的農(nóng)田水利系統(tǒng)而言將會減少多大的用電量，這是難以想象的。

2.4 在風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用

在大型工廠、礦業(yè)等企業(yè)里鼓風(fēng)機(jī)在調(diào)節(jié)空氣等方面應(yīng)用較廣，利用變頻器的節(jié)能技術(shù)會對風(fēng)機(jī)有所改良，對于企業(yè)的耗電量也會有所降低。

現(xiàn)假設(shè)有一臺18KW的風(fēng)機(jī)，保持其風(fēng)量在80%-30%之間變化，電機(jī)空載損耗率為10%，那么其工作時的功率為量為（18.5-18.5×0.1）kw=16.65kw。通過變頻器后實現(xiàn)40%的降損，其功率則為16.65Kw×（1-40%）=9.99Kw，按照全天工作24h來計算其一天節(jié)約電量為（16.65Kw-9.99Kw）×24h=159.84Kwh，按照工業(yè)用電電費1元/Kwh來計算，一年365天節(jié)約的電費是159.84Kwh×1元/Kwh×365=58341.6元。一臺電機(jī)每年都能節(jié)約大約六萬塊錢的電費，可見變頻器節(jié)能技術(shù)在降低企業(yè)成本上的作用和意義有多大。

此外，變頻器還利用在電動汽車、電動車、冰箱等與人們生活息息相關(guān)的產(chǎn)品上，除了在工業(yè)上的利用，生活產(chǎn)品上的運用由于其用戶群體龐大，在節(jié)能方面的作為將更大。

3 結(jié)語

變頻器節(jié)能技術(shù)由于其巨大的節(jié)能作用而發(fā)展的前景廣闊，目前大多數(shù)集中在一些電機(jī)設(shè)備上，節(jié)能多體現(xiàn)在對耗電量的控制上了。未來，在人工智能發(fā)展更為明晰的情況下，智能化的變頻器會對其功能更加完善，在除了電機(jī)設(shè)備外有更廣闊的應(yīng)用。就現(xiàn)階段的變頻產(chǎn)品而言，交流變頻技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益十分顯著，應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)不僅能夠推進(jìn)企業(yè)節(jié)能降耗，同時也是實現(xiàn)轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長方式的重要途徑。

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