探究变频器在机电设备节能改造中的应用

◎孟星哲

一、变频器节能原理

变频器的主要构件有微处理、检测、驱动、制动、滤波器、逆变器以及整流器等等，其主要工程是利用整流器把电流由交流转换为直流，再通过逆变器将直流电转换为可控制的交流电，为交流电动机提供稳定的电压。变频器可以调整电动机的电源电压，这样一来转速也会发生相应的变化，使其更加满足实际需求，进而达到减少不必要电能输出的目的。当前，变频技术将计算机控制、电子两种技术集于一身，可以对交流电动机的电源电压进行控制，进而达到控制电动机这一设备的目的，在保障交流电动机正常运转的基础上，根据实际需求对交流电动机进行加速和减速的调整，提升了交流电动机和机械设备的工作效率，减少了电力资源的浪费。此外，变频技术在过压、过载以及过流等情况下还起着-定的保护作用:其相应的节能技术主要有变频与软启动两种节能方式。

1.变频节能。在实际的生产过程中，为了保障设备运行的可靠性和稳定性，机械设备的额定功率会大于实际功率。当机械设备在运行时，其运.转所需的实际功率小于额定功率，使机械设备未能满负荷的运转，其多余的功率和转矩带来了电力资源的浪费。为了调整机械设备的功率，使其能满足实际需求，就需要对机械设备驱动电机的电源电压进行调整。变频器能够按照真实需要调整设备电机的电源电压，从而降低机械设备驱动电机的输入功率，使机械设备驱动电机的输入功率满足实际的功率需求，避免了电力资源的浪费，起到了节约能源的作用。

2.变频器软启动节能。机械设备在启动时，其驱动电机的启动电流通常高出额定电流的2-5倍。这样的启动方式，不仅提高了用户端电网的瞬间功率，使得电力资源产生不必要的浪费，还会加快机械设备中某些零部件的磨损，进而对机械设备造成一定程度的损害。电网中瞬间功率增大，使用户电网受到极大的冲击，造成电网的稳定性失衡，对用户电网中其它用户带来一定程度的负面影响，如电压和电流较小，不能满足实际功率需求。设备启动时的功率一般会超出额定功率的2-5倍，此时电动机运转速度非常高，同时驱动构件也会进行高度的运转，给一些构件造成不必要的损坏，进而使得机械设备遭到响应程度的损害，降低了设备的使用寿命。为了保障用户电网功率的稳定以及设备的正常运行，可以利用变频器对设备采用软启动的方式。倘若电机启动瞬间消耗的功率过大，对用户电网造成冲击的概率也会相应增大，而变频器可以将设备驱动电机的启动功率从零循序渐进的增加至额定功率，进而减少腳间功率过大对机械设备造成的损害，达到节能的目的。利用变频器对机械设备进行软启动，不仅能避免对用户电网的冲击，而且增加了机械设备的使用寿命。

二、变频器节能计算

1.平方转矩类负载的调速节能。生产操作时,对于离心泵、屏蔽泵、空冷器等平方转矩的负载常采用阀门、挡板进行节流调节,这样既增加了管路的阻尼，又造成了电能的浪费;如果使用变频器对其进行调速控制,不需再用阀门、挡板控制。将阀门、挡板开到最大,管路阻尼最小，能量损耗也大大减少。节能量可用《三相异步电动机经济运行》指南中的计算公式:

式中：QN——额定流量；

Pe——额定流量时电动机输入功率。则节电率为：

2.恒转矩类负载的调速节能。恒转矩调速是指负载转矩保持不变，但对转速有不同的要求。恒转矩类负载的特点是负载转矩与转速无关，任何转速下转矩总保持恒定或基本恒定。应用场合：传送带、搅拌机、提升机等负载。对恒转矩负载的电动机公式有：

电动机轴输出功率(P1)：

式中：T1——电动机的输出转矩；

n1——电动机的输出轴转矩。

转差离合器轴输出功率(P2)：

式中：T2——转差离合器的输出转矩；

n2——转差离合器的输出轴转矩。

则节电率为：

恒转矩负载变频调速一般都用于满足工艺需要的调速,不用变频调速就得采用其他方式调速,如调压调速、电磁调速、绕线式电机转子串电阻调速等。由于这些调速是耗能的低效调速方式,使用高效调速方式的变频调速后,可节省因调速消耗的转差功率,节能率也是很可观的。

三、变频器的选用

1.变频器型式选择。通用变频器的选择包括变频器的型式选择和容量选择两个方面。其总的原则是首先保证可靠地实现工艺要求,再尽可能节省资金。变频器类型的选择要根据负载的要求进行，对于风机，泵类等平方转矩，低速下负载转矩较小,通常可选择普通功能型的变频器。对于恒转矩类负载或有较高静态转速精度要求的机械采用具有转矩控制功能的高功能型变频器则是比较理想的。

2.变频器容量选择。在变频器容量选择时，应注意以下几点：

(1)注意对照变频器和电动机的额定电流,部分变频器的额定电流小于同容量的电动机额定电流时,应根据电动机的负载情况选择大一挡的变频器。

(2)电动机可能出现短时间过载，所谓的电动机短时间过载是相对于发热时间而言的.少则几分钟，多则几十分钟,而变频器的过载能力通常是1 min,因此对于离心机、粉碎机等可能短时出现冲击负载的,应选择大一挡的变频器。

(3)点动比较频繁的，如烘于机在加料或放料时,由于点动比较频繁,选择大一挡的变频器。

(4)对加减速要求比较高的电动机，也应加大变频器的容量。

四、结束语

伴随着自动化水平的日益提升，以及国家倡导技能减排的大环境，生产设备在各个方面的性能和科技含量也逐渐增强，由此带来了产品品质的进一步提高。为此,如果想要使产品在激烈的市场竞争中具有更为稳固的地位，就必须对现有的旧机械设备进行相应的改造，使其满足现下的生产需要。