戰(zhàn)祥森

（廣州現(xiàn)代信息工程職業(yè)技術(shù)學院，廣東廣州，510000）

0 引言

變頻器是節(jié)能應用和速度控制方面應用較為廣泛的元件，自動化水平較高，不僅具備較好的調(diào)速性能，還能提高功率因數(shù)，并且匹配軟啟動處理模式，要整合應用模式和調(diào)速方案。

1 變頻調(diào)速技術(shù)的原理

1.1 調(diào)速原理

（1）改變電動機深的極對數(shù)，從而有效改變對應的轉(zhuǎn)速，這種方式本身具有級差，因此，不會應用在無級調(diào)速處理過程中，多數(shù)的火電廠風機或者是水泵等輔助機械設(shè)備中變頻調(diào)速不會采取這種方式。

（2）有效改變轉(zhuǎn)差率，利用這種調(diào)速處理的方式能實現(xiàn)無級調(diào)速，但是，因為這種技術(shù)本身具有一定的局限性，因此，被廣泛應用在小容量電動機調(diào)速工作中，且存在故障率高、整體效率不足的缺點，在火電廠大容量電動機調(diào)速工作中也很少使用這種方式。

（3）改變定子頻率，利用n=60*f*（1-s）完成對應的調(diào)整，其中，s表示的是電動機轉(zhuǎn)差率，在確定p和s參數(shù)后，電動機的轉(zhuǎn)速和電源頻率之間就呈現(xiàn)出正比例關(guān)系，此時，有效改變對應參數(shù)就能改變轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)變頻調(diào)速的目的。且技術(shù)方案的應用范圍較廣[2]。

1.2 節(jié)能原理

在節(jié)能工序中，主要實現(xiàn)節(jié)能的元件包括變頻調(diào)速、功率因數(shù)以及軟啟動等，能有效實現(xiàn)節(jié)能降耗的目標，從而提升資源利用率。

1.2.1 變頻調(diào)速節(jié)能原理

在對變頻調(diào)速節(jié)能過程予以分析時，要綜合多元因素，如果設(shè)備的容量較大，工頻的常規(guī)化運行就會造成能源的浪費。借助變頻調(diào)速控制模塊，在實現(xiàn)設(shè)備速度合理降低的同時，還能維持較好的節(jié)能效果，滿足應用要求，最大化實現(xiàn)經(jīng)濟效益和應用效益的統(tǒng)一。本文以風機泵結(jié)構(gòu)負載模塊中設(shè)置變頻調(diào)速的節(jié)能過程為例，對其應用原理予以分析。

風機泵負載本身就是二次方律負載模式，能對流體流量予以集中控制，在應用過程中對應的容量較大，因此，要結(jié)合流量的具體參數(shù)完成工藝調(diào)節(jié)，維持整體應用管控的規(guī)范性。一般而言，主要是采取以下兩種方式完成調(diào)控，一種是對閥門的開度予以調(diào)控，能在減少輸入功率的基礎(chǔ)上，維持能源的控制效果，但是，這種處理方式中部分能量會損耗在閥門調(diào)控環(huán)節(jié)中，因此，對應的節(jié)能降耗效益有限。另一種是借助調(diào)速的方式對流量予以控制，能在滿足節(jié)能效果的基礎(chǔ)上維持整體應用水平。基于此，結(jié)合風機水泵工作特性曲線（圖1）能了解對比結(jié)果[3]。

圖1 節(jié)點曲線示意圖

由圖可知，P1表示的是額定轉(zhuǎn)速狀態(tài)下，風壓參數(shù)和流量參數(shù)之間的特性關(guān)系曲線，和風阻特性曲線R1相交，其交點為A，表示的是額定工作點，此時，風機的基礎(chǔ)軸功率按照P=KQAPA進行計算，其中，QA表示交點A位置風機的實際風量，PA表示的是交點A位置風機的風壓參數(shù)。若是要減少流量參數(shù)，就要匹配閥門開度調(diào)節(jié)的工序，從而有效整合對應的曲線體系。而后獲取的新的風阻特性曲線R2，就會和P1相較于B點，此時按照P=KQBPB進行調(diào)速處理，將轉(zhuǎn)速從n1降低到n2，得出的曲線對應風壓和流量參數(shù)表達結(jié)構(gòu)為P2，此時，相交得出的C點，對應的能耗功率差按照ΔP=KQ（CPB-PC），即圖中的陰影區(qū)域，軸功率降低參數(shù)較多，對應的節(jié)能效果非常突出，具有一定的推廣價值[4]。

1.2.2 功率因數(shù)節(jié)能原理

除了進行調(diào)速處理外，一些情況下無需進行調(diào)速和控制工作，那么，為了有效提升變頻器的節(jié)能效果，就要利用提升功率因數(shù)的方式有效減少線路功率損耗參數(shù)，從而建構(gòu)完整的應用空間?；A(chǔ)的SPWM正弦脈寬調(diào)制型變頻器的主電路結(jié)構(gòu)主要包括整流器、逆變器、中間平波器以及能耗制動回路。各個元件發(fā)揮不同的作用，在提高功率運輸節(jié)能效果的過程中主要是對整流器的電網(wǎng)側(cè)功率予以分析，特別水在三相橋式脈沖電路中，交流側(cè)自身的輸入電流就會呈現(xiàn)出非正弦波狀態(tài)，其運行過程會伴有5次或者是5次以上的諧波模式，產(chǎn)生的損耗也會細化為有功損耗部分和無功損耗部分。例如，有功損耗部分要按照進行計算，而對應的無功損耗部分要按照進行計算。其中，P表示的是線路的輸送有功功率、Q表示的是線路輸送的無功功率、U表示線路整體電壓參數(shù)、R表示電阻參數(shù)。結(jié)合相關(guān)分析數(shù)值和計算過程可知，整個線路的有功損耗和對應角度的余弦值息息相關(guān)，且兩者呈現(xiàn)出反比例關(guān)系，也就是說，cosθ越大，對應的有功損耗數(shù)值越小，而無功損耗會在Q減小的狀態(tài)下降低[5]。

1.2.3 軟啟動節(jié)能原理

對于變頻調(diào)速技術(shù)節(jié)能原理工作而言，除了對相應應用流程予以節(jié)能處理外，適當?shù)能泦涌刂埔材芷ヅ漭^好的能源控制環(huán)節(jié)。一般而言，電機的全壓啟動過程會采取Y/D的方式，尤其是在自耦變壓器減壓啟動的過程中，電流會增多，增加到額定電流的4倍到6倍，此時，線路不僅產(chǎn)生較大的啟動電流，也會造成嚴重的線路功率損耗，出現(xiàn)能源浪費的現(xiàn)象，甚至會對電網(wǎng)構(gòu)造、機械設(shè)備應用質(zhì)量等相關(guān)因素造成惡劣影響。為了減少不良情況對整個線路應用運行產(chǎn)生的影響，就要在供電系統(tǒng)設(shè)計過程中維持大變壓器容量參數(shù)的合理性，確保電機在運行穩(wěn)定的狀態(tài)下不會造成嚴重的資源浪費。需要指出的是，電機的全壓啟動必然會對整個設(shè)備運行狀態(tài)產(chǎn)生影響，形成的沖擊和震動明顯。例如，供水系統(tǒng)中會產(chǎn)生對應的水錘效應，不僅會影響機械設(shè)備的使用效能，也會對整個管網(wǎng)的應用時限造成影響，所以，大啟動電流是影響電機使用年限的重要影響因素。基于此，要建立完整的軟啟動處理模式，從而實現(xiàn)節(jié)能降耗的應用目的，要結(jié)合軟啟動處理模式維持其應用效果。

首先，電機啟動過程中，線路本身就會產(chǎn)生有功損耗和電壓降參數(shù)，其中，要利用ΔP=3IqR(kW)的方式進行有功損耗的計算，其中，Iq表示的是就是啟動相的對應電流，R則為線路的基本電阻參數(shù)，因為I的突然增大，此時，除了ΔP會增大，利用ΔU=IqZ（kV）計算得出的ΔU也會增大。也就是說，大功率電機啟動后，正是由于ΔU的增大，會造成整個線路電壓波動異常，制約其他設(shè)備正常應用。

其次，變頻器應用過程中，利用軟啟動保證電流能從零位逐漸上升，一直升高到額定數(shù)值，在電流逐步升高的過程中，由變頻器對速率的加速時間予以確定分析。正是因為Iq≤額定電流，因此，適當?shù)能泦幽芫S持功率損耗、電壓降參數(shù)，確保能滿足節(jié)能要求，減少其對電網(wǎng)產(chǎn)生的沖擊，從而提高供電容量的應用質(zhì)量，延長設(shè)備以及閥門的使用壽命，為綜合節(jié)約設(shè)備維護費用提供支持。

2 變頻調(diào)速技術(shù)的應用

在明確變頻調(diào)速技術(shù)應用原理的基礎(chǔ)上，就要發(fā)揮其實際應用功效，從而維持綜合應用效果，進一步提高應用效能，為控制工作效率的升級奠定基礎(chǔ)。

2.1 變頻器升速

在變頻器技術(shù)應用體系內(nèi)變頻器升速過程是有效調(diào)控的關(guān)鍵，若是升速的時間較短，則證明整體頻率的上升效果較快則證明對應的拖動系統(tǒng)慣性參數(shù)較大，此時，電動機的啟動過程轉(zhuǎn)差大、動態(tài)轉(zhuǎn)矩也會增大啟動電流必然會存在急劇增大的隱患。對應的是，若是升速時間較長，盡管電動機轉(zhuǎn)差小且動態(tài)轉(zhuǎn)矩小，但是也相應減少了啟動電流?；诖耍弦?guī)性的調(diào)控升速過程是打造穩(wěn)態(tài)向穩(wěn)態(tài)過渡的關(guān)鍵，盡量維持在不過流狀態(tài)下減少升速時長。操作見圖2，具體內(nèi)容如下：

圖2 升速示意圖

第一，調(diào)控頻率參數(shù)和時間參數(shù)之間的線性關(guān)系（圖中①），借助負載預置線性方式的處理模式予以控制。這種升速方式會產(chǎn)生較大的波動，其對應的升速結(jié)果非常明顯。

第二，S形處理機制（圖中②），一般是在開始階段和結(jié)尾階段，這就使得整個升速過程較為緩慢，中間階段會依據(jù)線性方式完成升速處理，形成具有緩沖空間的升速控制結(jié)構(gòu)。例如，電梯的起動和停止過程會采取這種處理模式。

第三，半S形處理機制（圖中③），將線性關(guān)系處理模式和S形處理機制結(jié)合在一起，有效呈現(xiàn)出半S形態(tài)，比如，鼓風機會采取這種處理機制，在低速狀態(tài)下負載轉(zhuǎn)矩參數(shù)不大，相應的升速效果也非常突出，而在轉(zhuǎn)速不斷增加的基礎(chǔ)上，相應的轉(zhuǎn)矩參數(shù)也會增多，升速必然放緩。

2.2 變頻器過載保護

利用變頻器對電動機予以過載保護處理，避免電動機在實際應用過程中因為操作產(chǎn)生的熱量而出現(xiàn)損耗。也就是說，借助變頻器對電動機運行中的溫升予以調(diào)控，將其控制在額定參數(shù)范圍內(nèi)。

例如，電動機若是處于低頻應用環(huán)境，散熱狀態(tài)不好，穩(wěn)定溫升必然會超出發(fā)動機自身實際溫升允許參數(shù)范圍，此時，借助變頻器配置的電子熱保護模塊，就能建立匹配的運行時間控制，從而減少隱患問題造成的影響。

3 結(jié)束語

變頻調(diào)速技術(shù)的應用為全面提高設(shè)備應用效果提供了保障，具備較好的調(diào)速性能和保護性能，要整合調(diào)速原理、節(jié)能原理建構(gòu)完整的轉(zhuǎn)速運行分析模塊，提高控制精度的同時，維持工藝質(zhì)量和生產(chǎn)效率，確保調(diào)速裝置應用效果最優(yōu)化。