变频节电技术应用中应注意的几个问题

席红延　冯　涛　王　钧　黄　磊　李文斌

摘要：通过总结我们多年来在节能工作中的经验，让大家了解一下一应用变频技术的主要方面，技术经济指标和怎样选择合理价位的变频设备以及设备的正确安装和参数设置与调试。

关键词：变频节电

0引言

变频调速是改变电动机定子电源的频率，从而改变其同步转速的调速方法。变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频器。为了保证生产的可靠性，各种生产机械在设计配用动力驱动时，都留有一定的富余量。电机不能在满负荷下运行，除达到动力驱动要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成电能的浪费，在压力偏高时，可降低电机的运行速度，使其在恒压的同时节约电能。当电机转速从N1变到N2时，其电机轴功率(P)的变化关系如下：P2／P1=(N2／N1)3，由此可见降低电机转速可得到立方级的节能效果。变频调速有以下特点：①效率高，调速过程中没有附加损耗。②应用范围广，可用于鼠笼型异步电动机。③调速范围大，特性硬、精度高。④起动性能好，可做到平滑起动。⑤目前是国家推广的成熟技术。变频调速技术现已被应用于各行各业。但从整体上看，一些企业采用变频调速技术以后，也未获得应有的节能效果。分析其中的原因，是没有意识到技术创新的重要作用，对变频调速技术的重要作用了解不够：有些企业在应用中技术上还没有过关。以下，笔者就推广应用变频调速技术应注意的几个问题做一些论述。

1变频技术应用主要有以下两个方面：

1.1为节电而应用若为节电，那么变频器所安装设备就应选择负荷变化大，应在20％以上，另外还有就是应用于大马拉小车，设备功率因数低的负荷上，如果是负荷比较平稳，变化不大就先不采用变频技术，可以采用其他节电技术。变频调速器能否实现节电，是由其负载的调速特性决定的。对于离心风机、离心水泵这类负载，转矩与转速的平方成正比，功率与转速的立方成正比。只要原来采用阀门控制流量，且不是满负荷工作，改为调速运行，均能实现节电。当转速下降为原来的80％时，功率只有原来的51.2％。可见，变频调速器在这类负载中的应用，节电效果最为明显。对于罗茨风机这类负载，转矩与转速的大小无关，即恒转矩负载。若原来采用放风阀放走多余风量的方法调节风量，改为调速运行，也能实现节电。当转速下降为原来的80％时，功率为原来的80％。比在离心风机、离心水泵中的应用节电效果要小得多。对于恒功率负载，功率与转速的大小无关。水泥厂恒功率负载，如配料皮带秤，在设定流量一定的条件下，当料层厚时，皮带速度减慢；当料层薄时，皮带速度加快。变频调速器在这类负载中的应用，不能节电。另外，变频调速器具有软启动功能，可降低反复启动时的高启动电流，节能。但对满负荷连续运转的设备不能节能。

1.2为工艺调速而采用变频技术另一主要应用就是调速，若工艺条件要求调速的可优先选用变频技术。

2技术经济指标

按照预计或实测选择应用变频技术，在预计的节电率及负荷变化，其投资回收期在18个月之内，最长不超过两年。

3合理选用

由于变频器价格较贵，选用时一定要做详细的技术经济分析论证，对那些负荷较高且非变工况运行的设备不宜采用变频器。变频器具有较多的品牌和种类，价格相差很大。要根据工艺环节的具体要求选择性能较好、价格相对较低的品牌和种类，为此必须了解变频器的技术特性。变频器可以从不同的方面进行分类。

3.1按控制方式不同可分为通用型和工程型。通用型变频器一般采用给定闭环控制方式，动态响应速度相对较慢，在电机高速运转时也可满足设备恒功率的运行特性，但在低速时难以满足恒功率要求。工程型变频器在其内部通过检测设有自动补偿、自动限制的环节，在设备低速运转时也可保持较好的特性实现闭环控制。在水泥厂喂料、卸料、窑转速等工艺环节，由于控制相对简单，要求不高，为降低价格、便于维护，选择通用性变频器即可。

3.2按安装形式不同可分为四种，可根据受控电机功率及现场安装条件选用合适类型。一种是固定式(壁挂式)，功率多在37kW以下。第二种是书本型，功率从0.2～37kW，占用空间相对较小，安装时可紧密排列。第三种是装机，装柜型，功率为45～200kW，需要附加电路及整体固定壳体，体积较为庞大，占用空间相对较大。第四种为柜型，控制功率为45～1500kW，除具备装机／装柜型特点外，与之比较占用空间更大。

3.3从变频器的电压等级来看，有1AC230V，也有3AC208～230V、380～460V、500～575V、660～690V等级，应根据要求做出正确的选择。

3.4从变频器的防护等级来看，有IP00的，也有IP54的，要根据现场环境情况作出相应的选择。

3.5从调速范围及精度而言，变频器FC(频率控制)，调速范围1:25；VC(矢量控制)，调速范围1:100～1:1000；SC(伺服控制)，调速范围1:4000～1:1000。

变频器选型时，应兼顾上述各点要求，根据生产现场的情况正确选择合适的形式。一是考虑变频器的安装环境要求，二是企业要求的环境，三是要考虑高次谐波对其他设备的启动运行有无影响。变频器的容量选择，应满足在最大工作电流时不超过变频器的过载容量(电流)。在变频器的选型时还应注意，相同设备配用的变频器的规格应尽可能统一，便于备品备件的准备，便于维修管理。选用时还要考虑生产厂家售后服务质量情况。一般的变频厂家在推销时都说其节电率在30％以上，节电率的高低不在于变频器本身，而在于所应用的负荷上决定的，因此在设备选型上一定要征求有关专家或专业机构(节能技术服务中心)的意见，不能仅凭推销人员的一家之言。变频器的选择还有国产和进口设备之分，通过我们多年的体会，三方面引起注意：①进口变频器的价位大约在800-1000元／KW，国产价位在500元左右／KW。②在应用中15KW－75Kw可采用国产变频器，其余建议采用进口变频器。③进口变频器在选用的过程中也有性能和价格的比较。

4正确安装

对于生产条件比较恶劣，粉尘较大的场合，调速机械大多安装在室外或库下，环境恶劣的地方，而操作人员一般集中在电控室，变频器做为较精密的仪器设备，生产现场时常无人且环境较差，对设备不利。变频器应安装在电控室内。如要求多台变频器安装在同一电控室的某一个控制屏内，则必须采用抗干扰的措施以保证系统正常工作。变频器控制线必须采用屏蔽电缆，并且在布线范围内必须与动力线相距＞0.1m，相交时必须转90°角，千万不要将控制线与动力线放在同一电缆托架(或线框)内，以避免变频器控制信号受到干扰。变频器负载输出线也要采取屏蔽措施，选用铠装电缆，以避免变频器对附近仪表产生干扰。部分变频器顶部有散热孔，灰尘和金属物易于由此

进入装置内部，应采取防护措施，防止内部短路。在变频器接线时要特别注意电源的输入线和输出线绝不能接错，将电源输入线接上变频器输出位置，会立刻损坏设备。通常变频器连接到电机的电缆长度要求不能超过50m，使用屏蔽电缆不能超过25m。这就必须要考虑变频器到受控电机之间的距离问题，碰到超过规定距离的情况。通常解决的方法有两个，其一是在超过规定距离的线路上串入电流值适合的出线电抗器；其二是加大变频器功率一个等级，这种方式特别适合于多台集中群控、安装位置狭小拥挤、要求规范等场合。

5参数设置与调试

做好变频器参数的设置及调试工作是设备正常运转的一个根本保障措施。现场中出现的许多问题往往是参数的设置问题而与设备本身无关，由此可见，合理正确设置参数很重要。在变频调速器开机调试前必须根据负载的特点，将所有参数设定好，检查无错误后方可开机运行。在启动过程中，恒转速过程及减速过程中，要特别注意变频器输出电流，认真观察，如果第一次设定的参数不是十分理想，应逐步接近。转矩提升功能主要考虑负载启动转矩，在负载能平稳启动的原则下，应尽量调低些，否则在低频轻载时励磁太大，容易引起电机严重过热。个别厂在使用变频调速器之后，在某些频率点出现机械共振，其原因是原来设备只是在50Hz工频下运行，改变频率后，则在0～50Hz之间无级变化，因此在某些频率点上造成机械共振。调试时必须细心检查是否存在机械共振问题，如果有，应采用频率回避的方法，即跳过发生共振的频率范围，使变频器不输出发生共振的频率。在变频调速器供电与工频供电相互切换时，必须在变频器输出频率为零时，方可切换变频输出，即变频器不准无负载输出和开路运行，也不允许带负荷切换断电。对于从工频切回变频供电的设备，必须在电动机断电停转后方可切换，以防止因电动机旋转发电而造成变频器的损坏。

6考核改造前后的节电效果

在改造之前要与供应商谈改造效果的要求，一定要考核改造前后的节电效果，必要时请当地的节能技术服务中心进行测试并充当第三方见证人，避免不必要损失和麻烦。售后服务不能仅听厂家一家之言，要有企业的自身要求，并索取技术资料和使用说明及操作使用说明。

综上所述，变频调速器是一种成熟的技术设备，是用能单位节电改造的理想设备，具有很高的推广价值，广大用能单位提高认识，重视技术引进工作，加速变频调速技术的推广应用。在应用中，要合理选型，正确安装，做好变频器的参数设置与调试，以取得良好的使用效果。