高壓變頻器在大功率電機(jī)節(jié)能改造中的應(yīng)用研究

　　摘 要：節(jié)能降耗是現(xiàn)在世界上對(duì)于能源供需不足提出的最為有效的解決措施之一，而生產(chǎn)力的提升高壓變頻設(shè)備使用頻率越來(lái)越大。大功率電機(jī)已經(jīng)成為了現(xiàn)代社會(huì)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)必不可少的機(jī)械動(dòng)力源，使用高壓變頻的大功率電機(jī)可以有效的調(diào)解速度，在大功率電機(jī)運(yùn)行的時(shí)候能夠減少電能浪費(fèi)，節(jié)約能源，增強(qiáng)了企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

　　關(guān)鍵詞：高壓變頻器;大功率電機(jī);節(jié)能改造

　　《上海電機(jī)學(xué)院學(xué)報(bào)》是由上海電機(jī)學(xué)院主辦的以各類(lèi)工程與技術(shù)研究為主的綜合性科技學(xué)術(shù)期刊，雙月刊。榮 獲全國(guó)高校科技期刊優(yōu)秀編輯質(zhì)量獎(jiǎng)，是中國(guó)高校特色科技期刊。

　　社會(huì)發(fā)展變化很快，科技發(fā)展迅速，大功率電機(jī)在社會(huì)應(yīng)用中非常的普遍，成為了一種必備的機(jī)械動(dòng)力源。而變頻技術(shù)從最初的起步到現(xiàn)在有了長(zhǎng)足的發(fā)展，變頻技術(shù)的日趨成熟一方面要求企業(yè)的大功率電機(jī)進(jìn)行速度調(diào)節(jié)，另一方面則強(qiáng)調(diào)了節(jié)能減少了電機(jī)運(yùn)行中的電能損耗。高壓變頻的調(diào)頻功能應(yīng)用在大功率電機(jī)上具有節(jié)能改造的效果。大功率異步電機(jī)調(diào)速現(xiàn)在主流方法有三種：變極調(diào)速、調(diào)壓調(diào)速和變頻調(diào)速，目前變頻調(diào)速在三者中是最先進(jìn)最優(yōu)越的調(diào)速方案，這主要是因?yàn)樗木缺容^高、實(shí)用效果比較好、操作簡(jiǎn)單容易上手。高壓變頻器的使用可以降低單位電能使用量，同時(shí)提高了設(shè)備各個(gè)方面的性能，電機(jī)設(shè)備的使用年限增長(zhǎng)，無(wú)形中為企業(yè)創(chuàng)造了更多的經(jīng)濟(jì)收益。

　　水泥行業(yè)大功率電機(jī)節(jié)能改造被列為我國(guó)企業(yè)能源節(jié)約的領(lǐng)頭羊之一不是沒(méi)有原因的。水泥生產(chǎn)企業(yè)在我國(guó)是重要的工業(yè)能源消耗大戶(hù)，而在文獻(xiàn)[1]中提出，我國(guó)單位水泥產(chǎn)值綜合能耗(kg 標(biāo)準(zhǔn)煤 /t)為 181，而先進(jìn)國(guó)家的綜合能耗為 125.7，整個(gè)差距達(dá) 44%，也就是說(shuō)在不考慮企業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的情況下，僅僅是改進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)條件就有節(jié)能44%的潛力。節(jié)能可以降低生產(chǎn)成本增加經(jīng)濟(jì)效益，是提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的一個(gè)行之有效的手段。我國(guó)明確要求水泥行業(yè)提高應(yīng)用水平和增加節(jié)能，在這種形勢(shì)下水泥生產(chǎn)企業(yè)對(duì)企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備——大功率電機(jī)進(jìn)行節(jié)能改造是必須和必然的，通過(guò)應(yīng)用高壓變頻技術(shù)將大功率風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行降耗增效，能夠有效的減少單位水泥生產(chǎn)的綜合消耗降低成本，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和經(jīng)濟(jì)效益。

　　1 節(jié)能措施的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

　　在節(jié)能方面國(guó)外多是采用能量回饋技術(shù)，這種技術(shù)主要是結(jié)合變頻器對(duì)大功率電機(jī)進(jìn)行了調(diào)速控制，從而降低了能耗。德國(guó)西門(mén)子公司研制的高壓電機(jī)的四象限運(yùn)行電壓型交流變頻技術(shù)就具有很強(qiáng)的代表性。日本富士公司推出的FRENIC、 RHR系列再生能量裝置，也是成熟有效的大功率電機(jī)改造的成品。雖然國(guó)外節(jié)能這方面產(chǎn)品效果很不錯(cuò)，但是總體來(lái)說(shuō)價(jià)格偏高對(duì)于電網(wǎng)的專(zhuān)業(yè)性要求也很高，這樣的產(chǎn)品并不適合我們國(guó)家工業(yè)、農(nóng)業(yè)共同發(fā)展的現(xiàn)階段基本國(guó)情。

　　2 高壓變頻器的工作原理和優(yōu)勢(shì)

　　2.1 高壓變頻的原理

　　高壓變頻器應(yīng)用多重化技術(shù)。它由幾個(gè)YWM功率單位通過(guò)串聯(lián)組成，將高壓變頻器組件直接串聯(lián)構(gòu)成多級(jí)電壓型高壓變頻器。高壓變頻器是由多臺(tái)單相逆變器串聯(lián)連接，在多重疊加時(shí)，每臺(tái)逆變器中PWM的三角波都會(huì)有均勻的相位位移，因而致使高次諧波互相抵消，減少了輸出電壓中的諧波含量，輸出波形十分接近正弦波從而得到了高壓交流電，從而實(shí)現(xiàn)高壓輸出。它對(duì)輸入和輸出變壓器的影響很小，設(shè)備內(nèi)在的電能消耗也就降低了，而且隨著材料器件的集成化趨勢(shì)進(jìn)一步發(fā)展，電機(jī)所使用的變頻器的空間位置也將越來(lái)越小。這種高壓變頻器具有高效率低能耗小體積的特點(diǎn)。

　　2.2 節(jié)能原理

　　企業(yè)發(fā)展總是伴隨著機(jī)械化的普及和應(yīng)用，大功率電機(jī)在各個(gè)行業(yè)中普遍使用。傳統(tǒng)低功率電機(jī)在工作時(shí)消耗了較大的電能，造成了不必要的成本浪費(fèi)。高壓變頻調(diào)速技術(shù)使大功率電機(jī)可以根據(jù)負(fù)載的增減情況來(lái)調(diào)節(jié)原動(dòng)力，使輸入和輸出的電能平衡，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(jī)就是該公式的具體應(yīng)用。當(dāng)電機(jī)的負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)用了高壓變頻調(diào)速技術(shù)后，在電機(jī)的負(fù)載發(fā)生變化時(shí)就能夠及時(shí)通過(guò)高壓變頻器的電機(jī)頻率調(diào)節(jié)機(jī)制，改變電機(jī)轉(zhuǎn)速保持輸入、輸出電能的同步并最終形成平衡，達(dá)到大功率電機(jī)節(jié)能的目的。

　　2.3 變頻調(diào)速的優(yōu)勢(shì)所在

　　三相異步電機(jī)的運(yùn)行區(qū)域有最佳運(yùn)行區(qū)、普通運(yùn)行區(qū)以及不經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)三種。最佳運(yùn)行區(qū)的電機(jī)負(fù)載率在三種中是最高的，一般來(lái)說(shuō)會(huì)高于70%，而不經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)得負(fù)載率則是三種之中是最少的，大約是在40%以下。相關(guān)能耗規(guī)范對(duì)平均負(fù)載率超過(guò)70%的大功率電機(jī)應(yīng)該進(jìn)行改造。高壓變頻器的調(diào)頻原理是通過(guò)改變輸入電壓的頻率來(lái)適應(yīng)電機(jī)設(shè)備負(fù)載的變化，并且實(shí)現(xiàn)電能輸入與輸出的均衡，這樣可以確保最佳狀態(tài)的電力工作。

　　3 高壓變頻器的實(shí)際應(yīng)用

　　3.1 在大型工業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用

　　高壓變頻器技術(shù)隨著科技的發(fā)展已經(jīng)越來(lái)越成熟，高壓變頻器的變頻裝置具備了超高的預(yù)測(cè)能力和智能分析能力，負(fù)載隨著時(shí)間變化反應(yīng)比較靈敏的高壓水泵、高壓風(fēng)機(jī)等設(shè)備類(lèi)而言這個(gè)功能具有十分明顯的節(jié)能的作用，并且還可以通過(guò)特殊裝置起到一定的保護(hù)電機(jī)。為此該文對(duì)某水泥廠的窯尾排風(fēng)風(fēng)機(jī)進(jìn)行節(jié)能改造并對(duì)改造前后的能量損耗做出對(duì)比，由此研究高壓變頻器在大功率電機(jī)中的實(shí)際應(yīng)用。在變頻前的運(yùn)行功率大約是900KW，變頻改造后的功率是690KW。從已知的數(shù)據(jù)分析正常情況下它的單位年內(nèi)的工作天數(shù)為300天，單位天內(nèi)18小時(shí)為例：ΔQ=P1T1- P2T2=500×18×300- 360×18×300=756000(KW.時(shí))，以一度電為 0.6元計(jì)算：W=ΔQ×0.6=453600≈45萬(wàn)元。由此就可以看出僅僅是水泥廠窯尾排風(fēng)風(fēng)機(jī)通過(guò)節(jié)能改造后，每年都可以節(jié)省下來(lái) 45萬(wàn)元。水泥廠中的不同風(fēng)機(jī)如果都利用高壓變頻器進(jìn)行改造完全可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的，節(jié)能的幅度可以達(dá)到在20%與 30%之間。雖然沒(méi)有通過(guò)節(jié)能改造達(dá)到前面提到的 44%，但是改造后大大的減少了我國(guó)水泥生產(chǎn)的單位能耗，提高了企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

　　3.2 在電力系統(tǒng)晃電故障中的應(yīng)用

　　電力系統(tǒng)運(yùn)行中由于雷擊、企業(yè)電網(wǎng)故障、大型設(shè)備啟動(dòng)等原因，造成電網(wǎng)出現(xiàn)故障，導(dǎo)致電網(wǎng)電壓瞬間增高出現(xiàn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象還有可能出現(xiàn)瞬間斷電但很快回復(fù)正常的情況，這些故障稱(chēng)為“晃電”。電力系統(tǒng)應(yīng)用了高壓變頻器可以調(diào)整變頻器的參數(shù)、增加變頻器的直流電源支撐系統(tǒng)等措施，可以有效保證了變頻器在電網(wǎng)晃電時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行。

　　4 結(jié)語(yǔ)

　　總之變頻器在大功率電機(jī)節(jié)能改造的應(yīng)用中可以有效提高企業(yè)的單位電能生產(chǎn)效率，能夠大大減少水泥廠的單位水泥能耗，降低了水泥的成本提高了企業(yè)在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。利用高壓變頻節(jié)能改造技術(shù)在保障了安全生產(chǎn)的同時(shí)降低了企業(yè)維護(hù)、生產(chǎn)成本。從目前國(guó)內(nèi)工農(nóng)業(yè)現(xiàn)階段的發(fā)展而言，大功率電機(jī)使用高壓變頻器的節(jié)能改造擁有著廣闊的發(fā)展前景和市場(chǎng)。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] 李毅.高壓變頻器在大功率電機(jī)節(jié)能改造中的應(yīng)用[J].機(jī)電信息， 2013(33).

　　[2] 薛小勇.高壓變頻器在大功率電機(jī)節(jié)能改造中的應(yīng)用分析[J].科技信息，2010(02).

　　[3] 張英.高壓變頻器在大功率電機(jī)節(jié)能改造中的應(yīng)用研究[J].科技資訊，2015，13(26).