变频器节能技术原理及应用研究

周伟

【摘 要】随着我国科技的发展，变频技术在我国社会生产生活中广泛的应用，使我国变频器技术水平越来越娴熟，应用也日益灵活，熟练掌握变频器技术的节能原理以及应用方式，可以有效提高电气设备的工作效率，保证电气设备的正常运行，从而为企业创造经济效益。本文就简单分析一下变频器技术的节能原理以及应用情况。

【关键词】变频器技术；节能原理；应用

变频器技术的发展与应用彻底改变了传统的直流调速、变极调速以及滑差调速等调速技术，它与可编程控制器以高效率、高功率因数、其优良的调速及起/停性能等优点被公认为这个时代最为恰当合适的调速控制装置。

1.变频器的基本构成

变频器基本构成根据其工作方式可分为两种，即：交—交、交—直—交。交—交变频器是将工频交流电转化为频率、电压都能够控制的交流电，所以，这种变频器亦被称为直接式变频器；交—直—交变频器是将工频交流电通过整流器转化为直流电，然后再把直流电转化为频率、电压都能够控制的交流电，所以，这种变频器亦被称为间接式变频器。就目前来看，我国生产中普遍用的是间接式变频器。

1.1整流器

我国整流器一般都采用二极管变流器，二极管变流器的主要作用是将工频交流电转化为直流电源，也可采用两组晶体管变流器组建可逆变流器，由于其功率方向的可逆性，所以可再生运转。

1.2滤波电路

经过整流器的处理，在直流电压中会含有等于电源六倍频率的脉动电压，而且逆变器所生产出的电流也会造成直流电压有所变动，所以，为有效对电压波动加以控制，可使用电感及电容对所产生的脉动电压进行吸收处理，如装置的容量较小，主电路及电源的构成器件还有雨量，就能省去电感，直接使用滤波电路。

1.3逆变器

逆变器和整流器正好相反，逆变器是将整流器处理完成的直流电源转化为频率及电压均满足异步电动机运行要求的直流电。

1.4控制电路

控制电路用来为电动机主电路提供及时的信号回路，其包括有电流和电压监测电路、转速检测电路、频率和电压运算电路、电动机与逆变器保护电路及运算电路信号放大驱动电路等。控制电路是根据线路的回馈信息从而对整理器以及逆变器的输出进行控制，以使电压及频率都能够满足电动机的正常变频运行。

2.水泵变频器的节能原理

水泵属于平方转矩负载，根据其工作原理，我们可设其转速为n，设流量为Q，其扬程设为H，泵的轴功率设为N，所以，其关系式可如下所示：

Q1=Q2（n1/n2），H1=H2（n1/n2）2，N1=N2（n1/n2）3

根据以上关系式可以看出，泵流量与转速成正比，扬程与转速平方成正比，轴功率与转速立方成正比，而当电动机驱动水泵时，电动机轴功率P可按下面的公式表示：

P=ρQH/ηcηF×10-2

公式中：ρ表示矿井水的重度，η C 表示工况点时效率，η F表示传动效率。

据下图我们可以看出泵流量Q和扬程H的曲线关系图，其中①曲线为泵在n1转速下扬程--流量的特性曲线，⑤曲线为泵在n2转速下扬程--流量的特性曲线；②曲线为泵在n1转速下功率--流量的特性曲线；③、④曲线为管阻特性曲线。

泵的扬程--流量曲线

假设水泵在A点工作效率最高，水流输出量Q达到100%，则该点的轴功率P1与A H1Q Q 1的面积成正比，根据生产工艺的要求，当输出流量需要从Q1缩减到Q2时，若直接调节阀门，会使管阻从曲线③转变到曲线④，整个系统都会由原先的最佳工作效率A转变到新的最佳工作效率点B，水泵扬程随之增加，轴功率P2与BH2QQ2成正比。如果使用变频器进行控制，水泵转速会从n1降到n2，在满足同等流量Q2的前提下，水泵扬程H3大幅度降低，轴功率P3则与CH3OQ2的面积成正比。通过对比，我们可以看出，P3显著减小，所节省的功率损耗与BH2H3C成正比，因此，节能效果非常显著。

3.变频器节能应用

目前，变频器节能技术主要应用于我国泵类和风机等设备，较好的实现了生产中安全高效、节能降耗的目的，这种技术成为我国实现节能降耗的重点推广技术，我国能源法中的第39条将其列为通用技术并进行推广。通过实践表明，变频器技术应用于我国的泵类及风机设备中的驱动控制，能够取得优秀明显的节能效果，所以，变频器技术是现代生产中经济合理的一种调速控制技术。

随着变频器技术越来越成熟，该技术更灵活的在我国泵类、风机、空调器、数控机床以及传送给料系统等领域得到运用，而且现在正在我国的煤矿采煤机和矿井提升机等设备中尝试推广应用。变频器技术应用在我国煤矿行业，可起到节约企业电力能源，提升机械设备自动化程度的作用，进而为提高煤炭生产效率、提高煤炭产品质量提供了有力的技术保证。

4.结束语

变频器技术应用于电机设备，可满足电机运行中的软启软停要求，从而使电机设备对配电网的冲击度降低，并能有效降低电机启动时线路损耗，从而降低机械的磨损以及设备的维护维修所产生的费用。变频器技术的恰当运用，能够直接为企业和社会带来经济效益。所以该领域的技术人员应该缜密分析，积极探索，使变频器技术能够更好的服务于我国的节能降耗事业。

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