变频电气控制柜的节能效果与技术发展

王建宇

摘 要：：变频电子控制柜是是利用变频技术对工业电动进行柔性控制的电气设备，其主要解决的是复杂工况下电机长期在工频下工作而产生的寿命降低和高能耗问题，其节能效果较为明显，发展的趋势将向着综合化模糊控制型发展。

关键词：变频技术 变频控制柜 节能应用 发展前景

中图分类号：TM92 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）12（b）-00-01

所谓变频控制技术就是将工频电源进行整流，然后变为恒定的直流电压，并利用大功率的晶体管组进行逆向转换，逆变为可变电压与可变频率的交流电源，因为采用的是芯片技术进行控制，该技术可以利用正弦波PWM进行控制，电流的输出会近似与正弦波，所以交流电机即可完成一种无极调速。变频控速的技术是当前发展前景较为广阔的一种交流控速方式，被广泛的应用于工业与生活中。

在实际的应用中，一旦复杂的工作环境中设备需要不间断的工作，其电机或者泵组的工作时间很长，且生产环境较为严苛此时电机的载荷会出现变化，此时其载荷就会发生改变，而电机则需要适应此中载荷的变化，如果一直采用刚性个控制则会导致电机的寿命下降。如在供热中，一些生产的泵组需要全天工作，并且有不同的泵组切换，同时每天的生产量和注水都会发生变化，此时压力波动就会增加。以往的电机和水泵都是按照工频进行工作，在工况改变时其不能随之改变工作参数，导致其长期处在高压工况下，从而导致电机线缆发热、泵体磨损严重，工作寿命有限。同时在传统的工频系统中，为了满足流量控制的需求往往利用节流阀或者回流阀来控制排量，这样也无形中增加了电力的浪费。如果采用变频技术对泵组进行变速控制，即完成对排量的调节，这样就可不用节流阀来控制而到达生产量调节的目的，同时减轻了劳动强度与故障点的数量，而且可以在柔性控制下延长电机和水泵的寿命，节约大量的能源。所以在实际的生产中利用变频技术来完成对机组的控制可以有效的降低能源消耗，同时提高系统控制的精度和灵活性。

1 泵组变频柜应用的情况分析

1.1 变频柜的组成与基本原理

在实际的应用中要达到利用变频柜节能的效果，首先应了解变频柜的基本结构，这样才有助于应用。当前生产的变频柜主要是在工业生产中使用，其控制的范围多为工业用泵，利用变频技术对水泵系统完成复杂的变频控制，通常是利用对管道的压力测试来获得信息，并以此控制变频内置的PID运行，从而到达调节水泵流量的目的，从而保证管网内的压力恒定或者随着需求而改变，提高工业水泵系统的安全性与灵活性，通常系统是组成为变频器、PLC、PID等组成，通过控制器实现对控制对象的频率调节。

1.2 针对变频控制的选择

在应用中要应用变频柜首先应对其工作的状况进行了解，才能选择适应生产的变频柜型号，根据生产设备的功率需求与分析，工业泵的风机、功率和使用环境等都是变频柜选择的重要依据。同时对泵的功能也要有所了解，并实现对变频需求进行分析，以此才能保证变频柜选择的合适。在重视上诉选型原则的基础上，还应综合性的考虑性价比，即配件、节能等方面考虑系统构建的成本等，充分满足系统的经济性，不能因为一位的追求变频控制的高效而不顾系统成本。尤其是在变频柜的选择中，对于配件的供应应尤其重视，必须选择通用的配件进行构建，这样才能保证系统在日后的维护中不会造成更大的支出，保证变频柜在节能的同时也保证低成本维护。

1.3 变频柜应用中的注意事项

在工业生产中，变频柜的应用是一个动态化的调试过程，其应根据泵组环境而设定变频柜的安装地点，同时还应保证设备接地良好。安装变频柜的接地要求，使用短粗接地线完成对公共接地点的连接。对于要求较高的工作环境应采用金属网等进行接地，同时低压单元和继电器等注意与熔断器的连接，从而提高变频柜的保护效果。在工作中因为存在电磁干扰，而电磁干扰对变频控制影响较大，所以进行变频柜的设计时应考虑电机线缆与其他控制线路的独立布置，同时避免电机电缆与控制线缆并行的距离过长。通常情况下，在应用中变频器多安装在控制柜的中间，且变频器应垂直安装，主要保证其上部与下部的空间，利于散热，最后运行前通常应进行检测以保证设备的可靠性。

2 变频柜的节能与技术发展

在变频柜的应用中，国内进行对于动力变频柜中再生电能进行处理的方式主要是三种，即制动电阻、吸收电阻、回馈制动。其中第三种方式在技术上来看是较为先进的。具体操作的方式就是系统进行能量回馈，将电能回馈给相应的电源，并将设备的能量回馈到变频控制柜上，以此来进行相应的分工从而达到节约能源的目的。在应用中，涉及到的还有电机的节能，按照相关的规定电动机运行过程中，使用的电能达到额定载荷或者徘徊其附近的时候，其电机的工作效率最佳，经济性与性能达到平衡。而在实际中电机主要运行模式为轻载，因此电机往往处在高能耗中。对此在变频柜上，就可对其进行频率优化，即通过对频率的调制，结合其他控制系统的参数，有效的对电机进行控制，从而使之达到平衡状态。如利用对设备载荷的变化和功能图等采集数据与变频柜的变频器实现联动。这样对上下行不平衡的工况就可以根据其具体工作参数进行控制，如在一个冲程内载荷发生改变，此时就可利用不同的频率改变上下行的速度，以上快下慢的运行方式来降低泵组空抽的情况提高效率。再如注水过程，同样可以对注水的量与压力进行实时化分析，以此来对变频器进行控制，从而调节泵组的工况，进而控制注水电机的速度，来达到降低能耗的目标。利用变频技术可以克服大转矩启动是造成的电流冲击，同时适应了电动机轻载时的工作频率，使其能耗适应轻载利用率。

3 结语

在工业生产中，电动机是最为重要也是应用最广的设备。而变频技术则是精细控制电动机的技术措施，变频柜则是其中一项较为重要的技术措施。其也成了工业生产控制技术的重要发展方向。变频柜的发展将向着多技术门类结合的方向迈进，将信息、数字、模糊控制、模块控制、计算机技术、调频技术、传感器技术等融合在一个控制设备中，形成灵活的变频柜功能，使之可以满足多种领域的需求。新技术将利用模糊控制理念，使得设备保持性对的平衡，即载荷与输出功率之间的平衡，从而保证电机的工作状态相对稳定，实现柔性控制。

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