低压变频调速电机的特点和变频调速节能控制应用

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　　【摘要】近年来，随着工业化的发展，变频调速技术在很多工业生产中得到了普遍的应用，该技术符合可持续发展下节能环保的要求，具有高调速精度、宽调速范围等优势，符合现代化发展的技术要求，大大提高了调速的可靠性，在未来，变频调速技术还将具有更为广阔的应用前景。基于此，本文分析了低压变频调速电机的特点和变频调速节能控制的具体应用，有利于促进电机调速方式的转变。
　　【关键词】低压变频调速电机;特点;变频调速节能控制;应用
　　近年来，技术的进步带动了很多领域的发展，在工业、农业等领域，变频调速技术得到了普遍的应用，该种调速方式具有较好的节能效益，在一定程度上突破了传统调速方式的局限性，因此，变频器调速已成为当前电机调速的重要趋势。调速方式的转变在一定程度上减少了调速的能源消耗，变频器的变频调速控制具有明显的技术优势，有利于促进行业的可持续发展。
　　1、变频专用电机设计特点和节能优势
　　以三相异步电动机为例，如果应用变频调速技术，为保障其良好的调速控制，在设计的过程中，主要需要考虑以下因素：（1）电机机械特性与电源频率有着紧密的关系，随着电源频率逐步减小，电机的机械特性在此情况下呈现逐步左移的变化趋势。因此，在电机的运行与控制过程中，可以应用调频来实现对最大转矩的利用，作为启动转矩，使得转子槽型能够在保持整体稳定性的基础上实现优化，进而实现对设备匹配选型成本的有效控制。（2）利用变频器的变频变压，能够将异步电机调节至最佳的运行状态下，进而获得最小滑差、最大效率等参数。根据这种运行处理效果，可以使得在出力保持恒定的情况下，将额定功率与额定功率因素以最大效率与高功率因素来替代，实现对电机重量与成本的控制。（3）变频器的调频调压功能，有效实现了对异步电机矢量的控制，使得当电机处于一定的气隙磁场条件时，可以获得最小励磁电流，进而逐步提高电机的效率与功率因数，这种控制方式具有明显的节能效益。
　　2、变频专用三相异步电动机的机械特性和不同负载的控制
　　变频专用三相异步电动机具有调频调压的便捷性，因此，使得电机的机械特性可以在该种条件下保持良好的平移状态。随着电机机械特性曲线随着电源频率的降低而在坐标系中呈现出左移的变化趋势，因此，变频调节控制下，可直接通过对最大转矩的利用，将其作为启动转矩，不仅提高了运行的稳定性，还实现了对转子槽的优化与改进。综合来看，变频器的变频变压控制，在一定程度上提升了电机的运行效率。
　　由于变频电机的应用过程中，存在使用情况的差异性，综合来看，变频电机所带负载一般包含了恒转矩负载（刮板机，输送机、卷扬机等）、恒功率负载（车床，钻床，磨床，打卷机等）和平方转矩负载（风机水泵类）等类型。恒转矩负载情况下，速度变化对于转矩本身的影响相对较小，在此种状态下，变频器最佳的工作状态处于基频以下运行状态下，此时，一般要通过恒磁通调压调速控制，来保障变频器的输出特性、运行等能够符合负载的实际需求。恒功率负载的情况下，速度变化对于转矩有着明显的影响，二者呈现出反方向变化的关系，当转速越大时，其转矩越小，此时的电机工作频率一般处于基频以上的运行状态下，此时，一般通过恒压调速的方式，来使得其机械特性可以与变频器的输出特性保持一致。平方转矩负载下，转矩与转速的平方成正方向变化的关系，此时，电机运行一般处于基频以下，要避免其工作频率超过工频的现象，否则会引发变频器与电机的过载情况。
　　3、应用实例
　　以某轧钢厂加热炉风机系统的变频调速改造工程为例，风机及其电动机的参数如下：（1）风机参数。风机型号：9-1916D;风量：26378-63307m3/h;全压：1820Pa;转速：730r/min。（2）电动机参数。电机型号：JS147-4;额定功率：360kW;额定电压：6kV;额定电流：42A;功率因数：0.88;电动機效率：95%。
　　3.1风机改造前状况
　　在该系统内所采用的风机为离心式风机类型，全压启动，在风量的调节过程中，主要是通过出口阀门开口的大小来实现的。在该系统内，包含了两台风机，一台是系统运行中所使用的，而另一台为备用。风机的运行过程中，由异步电动机直接拖动，在起动过程中，为全压起动的状态，在起动过程中，所产生的电流相对较大，该电流会影响车间电网的稳定运行，再加上其转速相对较高，在一定程度上对轴承产生了一定的冲击，因此，在这种运行状态下，风机系统极易出现各种故障，比如，电机烧损极为常见，使得在电机的维修等方面的成本消耗相对较高。由于该系统的特殊性，应用钢种与燃气等，也无法达到理想的调节效果，存在能源的浪费，不利于企业经济效益的实现，将其改造为变频节能调速，能够实现成本的控制，达到节能降耗的目的。
　　3.2变频调速改造动力线路图
　　变频调速改造线路如图1所示，在具体的改造过程中，其线路结构相对简单，具有实施的可行性与便捷性。
　　3.3节能效果的估算
　　从流体力学的角度来看，风机风量与转速、电机功率等存在着紧密的关系：（1）风机转速改变的情况下，流量与转速呈现出正向变化的关系;（2）风机压头与转速的平方也呈现正向变化的关系;（3）风机电机轴功率与转速立方呈现出同方向变化的关系。因此，基于这些关系，在风机的运行过程中，当风机风量减小的情况下，风机转速逐步降低，电动机输出功率也逐步减小。
　　如果在该风机系统内采用风门调节的方式，电动机输出功率与功率因数为正比，功率因数随着输出功率的减小而降低，有关经验表明，其功率因数为0.85，如果按照余量10%、电动机额定功率360kW，引风机的额定轴功率为324kW。而工作电流为27A，设备运行时间T=8760h，在这种情况下，电动机消耗功率P= UI工cosφ=238.221（kW），年消耗电量为E变阀门=P×T=2086815.96（kWh）。
　　如果在该风机系统内采用变频调节的方式，其风机阀门开度57.81%，风量Q=70%，电机消耗功率P变频=PQ3=123.48（kW），年耗电量E变频=P变频×T=1081684.8（kWh），大大节约了电能消耗。
　　 图1  变频调速系统动力线路图
　　3.4风机改造后运行状况
　　在改造以后，系统的运行状况良好，故障率大大降低。
　　结语：
　　近年来，随着技术的进步，变频调速控制得到了普遍的应用，该种控制方式具有明显的经济效益、社会效益与节能效益，不仅保障了系统运行的稳定性与可靠性，还能够实现系统运行与维护成本的控制，具有重要的现实意义。
　　参考文献：
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