变频器节能探析

张道松

常州新东化工发展有限公司，江苏常州 213034

1 概述

电力设备的节能一般包括三个方面：一是降低损耗,采用节能型电动机提高电动机的效率；二是用调速控制方法，降低耗电量、实行运行方式最佳化；三是改造原有电动机结构，降低无功功率，实现动力传递方式的高效率化。电动机的损耗包括固定损耗与负载损耗。固定损耗由铁损与机械损耗。变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系：n=60f（1-s）/p，（式中n、f、s、p分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数）；通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。

2 合理选型

变频器的容量选择以电动机额定功率为依据，变频调速器的价格较贵，在保证安全可靠运行的前提下，合理地选择变频器的容量十分有意义。如对一台250kW风机常州新东化工发展有限公司选用施耐德的如下变频器对其进行调速控制节能。

变频器型号 电机功率kW 三相电压ATV71HC16N4 250 380…480 V

3 安装控制设计

变频器内部是大功率的电子元件，极易受到工作温度的影响，为了保证工作安全、可靠，使用时最好控制在40℃以下。如果在配电柜中安装，变频器一般应安装在柜体上部，并严格遵守产品说明书中的安装要求，不允许把发热元件紧靠变频器的底部安装。温度太高且温度变化较大时，变频器内部易出现结露现象，其绝缘性能就会大大降低，甚至可能引发短路事故。常州新东化工发展有限公司的罗茨风机的控制过程如下：

正确的设计电机的二次控制回路（见图1）和设定变频器的参数是保证电机正常运行和节能基础，接线过程中采用的是2线控制（输入的打开或闭合状态控制起动或停止）。根据电机名牌输入电机的额定功率250kW；输入额定电压380V；额定转速=[同步速度×（50-以Hz表示的滑差）]÷50。

设计正确的控制方式时要注意几方面细节：1）保持电源线与设备中弱电信号电路之间的隔离；2）保持控制电路远离电源电路，控制和调速电路要将屏蔽层的两端接地；3）变频电机一般可以工作在0Hz～300Hz，而非变频电机一般只能工作在3Hz～60Hz,这是由于变频电机的硅钢片优于非变频电机造成的，非变频电机高于60 Hz时会造成磁饱和引起电机严重高热而烧毁。另变频电机有专用的降温风扇用于散热，当电机工作在超低频段时非变频电机由于没有专用的降温风扇而是同轴安装的风叶由于转速特别慢而几乎不散热，这也是非变频电机不能长时间工作在超低频段的主要原因。因此在变频器控制非变频电机时需设置最低频率（可略低于实际控制频率值）；4）变频器在工作中由于整流和逆变，会产生高次谐波，高次谐波会通过供电回路进入整个供电网络，从而影响其他仪表。如果变频器的功率很大占整个系统25%以上，需要考虑控制电源的抗干扰措施。常州新东化工发展有限公司监控视频画面有段时间出现了严重不清晰，经过谐波检测发现，因为变频器的大量使用造成了整个系统质量下降所引起的。通过谐波治理现在已经恢复正常。

图1

4 节能明显

本文重在阐述变频器在生产过程中对可调负载的节能应用和控制设计，通过变频器调节控制后，额定电流明显降低，至于节能多少和生产成本的降低不做详细计算，通过以下公式套用计算即可：

1）P=UI 。（P 为电功率 ，但依旧适用于 P=W/t 。W=UIt 得

P=UIt/t，约分 t，为 P=UI。）

2）纯阻电路(指电路中只含有电阻元件的电路)中可以用：

P= I^2 R （电流平方R）及P= U^2 /R （电压平方除以R）

一般P=U^2/R用得比较多，在同一电路中，知道电压U、电功率P来求电阻R。

3）当三相负载平衡时：

P=3×U×I×cosφ= √ 3×U×I×cosφ

4）当三相负载不平衡时：分别计算各相功率，再求

P=P1+P2+P3=U1×I1×cosφ1+U2×I2×cosφ2+U3×I3×co sφ3

5 结论

风机、泵类等设备采用变频调速技术实现节能运行是许多企业节能的一项重点推广技术，受到普遍重视和推广。实践证明，变频器用于风机、泵类设备驱动控制场合取得了显著的节电效果，是一种理想的调速控制方式。既提高了设备效率，又满足了生产工艺要求，并且大大减少了设备维护、维修费用，还降低了停产周期。直接和间接经济效益十分明显。

[1]周德贤.高压变频调速装置在电厂的应用[J].电源技术应用，2004(5).