近年來(lái)，隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)及大規(guī)模集成電路的發(fā)展，生產(chǎn)工藝的改進(jìn)及功率半導(dǎo)體器件價(jià)格的降低，變頻調(diào)速越來(lái)越被工業(yè)上所采用。選擇性能好的變頻器應(yīng)用到工業(yè)控制中，對(duì)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的節(jié)能降耗能起到非常重要的作用。

　　隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的日益成熟，近來(lái)以計(jì)算機(jī)內(nèi)圍駭心，采用變頻器為內(nèi)控回路的智能化新型控制器‘啟動(dòng)平穩(wěn)’已普遍應(yīng)用于改領(lǐng)域，它以控制方式靈活，簡(jiǎn)便，對(duì)系統(tǒng)沖擊小且控制元件不易塤壞以及維護(hù)方便等諸多優(yōu)點(diǎn)正逐步取代傳統(tǒng)的控制裝置，用于電機(jī)控制的變頻器，既可以改變電壓，又可以改變頻率。

　　一、變頻器的調(diào)速

　　電機(jī)的轉(zhuǎn)速=60(秒)*頻率(Hz)/(電機(jī)的磁極對(duì)數(shù)-電機(jī)的轉(zhuǎn)差率)，即

　　其中：n―電機(jī)的轉(zhuǎn)速；f―電源頻率；p―電機(jī)磁極對(duì)數(shù)；s―電機(jī)的轉(zhuǎn)差率。電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度單位：每分鐘旋轉(zhuǎn)次數(shù)，rpm/min也可表示為rpm。電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度同頻率成比例同步電機(jī)的轉(zhuǎn)差矩為0，同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速=60(秒)*頻率(Hz)/電機(jī)的磁極對(duì)數(shù)，異步的轉(zhuǎn)速比同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速低。

　　由電機(jī)的工作原理決定電機(jī)的磁極對(duì)數(shù)是固定不變的。由于電機(jī)的磁極對(duì)數(shù)1個(gè)磁極對(duì)數(shù)等于2極，電機(jī)的極數(shù)不是一個(gè)連續(xù)的數(shù)值(為2的倍數(shù)，例如極數(shù)為2，4，6)，所以不適和改變?cè)撝祦?lái)調(diào)整電機(jī)的速度。

　　另外，頻率是電機(jī)供電電源的電信號(hào)，所以該值能夠在電機(jī)的外面調(diào)節(jié)后再供給電機(jī)，這樣電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度就可以被自由的控制。

　　因此，以控制頻率為目的的變頻器，是做為電機(jī)調(diào)速設(shè)備的優(yōu)選設(shè)備，改變頻率和電壓是最優(yōu)的電機(jī)控制方法

　　如果僅改變頻率，電機(jī)將被燒壞。特別是當(dāng)頻率降低時(shí)，該問(wèn)題就非常突出。為了防止電機(jī)燒毀事故的發(fā)生，變頻器在改變頻率的同時(shí)必須要同時(shí)改變電壓。

　　二、變頻器的散熱

　　變頻器的故障率隨溫度升高而成指數(shù)的上升。使用壽命隨溫度升高而成指數(shù)的下降。環(huán)境溫度升高10度，變頻器使用壽命減半。因此，我們要重視散熱問(wèn)題啊。

　　在變頻器工作時(shí)，流過(guò)變頻器的電流是很大的，變頻器產(chǎn)生的熱量也是非常大的，不能忽視其發(fā)熱所產(chǎn)生的影響

　　當(dāng)變頻器安裝在控制機(jī)柜中時(shí)，要考慮變頻器發(fā)熱值的問(wèn)題。

　　根據(jù)機(jī)柜內(nèi)產(chǎn)生熱量值的增加，要適當(dāng)?shù)卦黾訖C(jī)柜的尺寸。因此，要使控制機(jī)柜的尺寸盡量減小，就必須要使機(jī)柜中產(chǎn)生的熱量值盡可能地減少。

　　如果在變頻器安裝時(shí)，把變頻器的散熱器部分放到控制機(jī)柜的外面，將會(huì)使變頻器有70%的發(fā)熱量釋放到控制機(jī)柜的外面。由于大容量變頻器有很大的發(fā)熱量，所以對(duì)大容量變頻器更加有效。

　　還可以用隔離板把本體和散熱器隔開(kāi)，使散熱器的散熱不影響到變頻器本體。這樣效果也很好。

　　變頻器散熱設(shè)計(jì)中都是以垂直安裝為基礎(chǔ)的，橫著放散熱會(huì)變差。

　　一般功率稍微大一點(diǎn)的變頻器，都帶有冷卻風(fēng)扇。同時(shí)，也建議在控制柜上出風(fēng)口安裝冷卻風(fēng)扇。進(jìn)風(fēng)口要加濾網(wǎng)以防止灰塵進(jìn)入控制柜。注意控制柜和變頻器上的風(fēng)扇都是要的，不能誰(shuí)替代誰(shuí)。

　　三、安裝環(huán)境

　　由于變頻器集成度高，整體結(jié)構(gòu)緊湊，自身散熱量較大，因此對(duì)安裝環(huán)境的溫度、濕度和粉塵含量要求高。有的的變頻器安裝于操作室內(nèi)，變頻器運(yùn)行環(huán)境差，操作室粉塵多，夏季室內(nèi)溫度高，曾多次發(fā)生變頻器故障。在對(duì)操作室進(jìn)行密封和加冷卻設(shè)施后，情況大為改善。后來(lái)因操作室集中空調(diào)冷凝水較多，距離柜子太近，發(fā)生了一起變頻器控制板元件損壞的故障?？梢?jiàn)在安裝變頻器的同時(shí)，必須為變頻器提供一個(gè)好的運(yùn)行環(huán)境。

　　四、變頻調(diào)速技術(shù)化水系統(tǒng)除鹽水泵中的應(yīng)用

　　除鹽水泵采用恒速交流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，通過(guò)調(diào)節(jié)出口閥門(mén)開(kāi)度大小來(lái)調(diào)節(jié)流量，這勢(shì)必造成電能的浪費(fèi)。若利用變頻調(diào)速技術(shù)，以調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的方法取代調(diào)節(jié)閥門(mén)，將達(dá)到節(jié)約電能的目的。因?yàn)檫@類負(fù)載的輸入功率和轉(zhuǎn)速的三次方成正比，利用調(diào)速使流量減少，則異步電動(dòng)機(jī)的輸入電功率按立方規(guī)律下降，從而使耗電量大大降低，節(jié)能效果十分顯著。

　　1、水泵變頻調(diào)速的改造

　　二級(jí)除鹽水泵有4臺(tái)，正常生產(chǎn)時(shí)兩開(kāi)兩備。除鹽水泵電動(dòng)機(jī)的額定電壓交流380V，額定功率110kW，額定電流199A。

　　四臺(tái)水泵由于兩備兩開(kāi)，兩臺(tái)運(yùn)行時(shí)，供水量過(guò)大，一臺(tái)運(yùn)行時(shí)，供水量又不足，為了達(dá)到節(jié)電效果，將一臺(tái)電機(jī)改為變頻電機(jī)，帶有變頻器的一臺(tái)水泵長(zhǎng)期運(yùn)行，通過(guò)改變電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)達(dá)到工藝的要求。根據(jù)實(shí)際流量狀況，自動(dòng)保證母管壓力，提高自動(dòng)控制程度。

　　根據(jù)上述改造要求，我們進(jìn)行了充分的市場(chǎng)調(diào)研、產(chǎn)品對(duì)比和性能分析，最后決定以托威達(dá)MFC710系列變頻器為核心，采用交流開(kāi)環(huán)變頻調(diào)速裝置構(gòu)成自動(dòng)流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，系統(tǒng)構(gòu)成方框圖如圖所示。將調(diào)節(jié)水泵出口閥門(mén)開(kāi)度變成調(diào)節(jié)水泵用電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速而達(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)流量和穩(wěn)定母管壓力的目的。在圖中，構(gòu)成了流量的閉環(huán)檢測(cè)，變送器將母管壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，加到控制器的反饋輸入端，控制器的另一端加母管壓力給定值，其輸出作為速度給定值加到變頻器輸入端，通過(guò)變頻器調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)水泵流量，使母管壓力穩(wěn)定在給定值范圍，實(shí)現(xiàn)水泵的變頻節(jié)能改造。在安裝變頻器后，一切操作將簡(jiǎn)單化，只需將起動(dòng)、運(yùn)行、母管壓力信號(hào)輸入變頻器，系統(tǒng)將由變頻器自動(dòng)控制母管壓力，且在流量、壓力等諸多因素變化時(shí)，變頻器將自動(dòng)調(diào)整，以保證最佳的運(yùn)行狀態(tài)。

　　2、投資效益分析

　　(1)、節(jié)能原理

　　水泵在運(yùn)行過(guò)程中，出口閥門(mén)開(kāi)度都在50%～80%范圍內(nèi)變化。閥門(mén)的部分關(guān)閉造成大量的節(jié)能損耗，電機(jī)也相應(yīng)需對(duì)閥門(mén)阻力做功，這部分就是水泵運(yùn)行中損耗的能量。安裝變頻器后，水泵閥門(mén)全部打開(kāi)，通過(guò)轉(zhuǎn)速的輸出來(lái)調(diào)節(jié)流量，節(jié)能損耗的部分將被節(jié)省。

　　由于水泵是變轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其轉(zhuǎn)速n與流量Q、壓力P、軸功率N的關(guān)系式如下：Q1/Qe=n1/neP1/Pe=(n1/ne)2N1/Ne=(n1/ne)3

　　當(dāng)n1/ne=0.8時(shí)，N1/Ne=51.2%，即N1=0.512Ne；即：當(dāng)實(shí)際轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速的80%時(shí)(即輸出40HZ時(shí))，電機(jī)所消耗的功率為額定功率的51.2%，約節(jié)電50%左右。

　　(2)經(jīng)濟(jì)效益

　　需購(gòu)置托威達(dá)MFC710系列變頻器1臺(tái)，電纜等附件，合計(jì)投資約13萬(wàn)元。

　　變流量系統(tǒng)的平均工作流量為額定流量的85%；則計(jì)算節(jié)電率為38.6%，扣除由于其它原因所引起的效率損失和原系統(tǒng)的節(jié)電率，節(jié)電率按35%計(jì)算。

　　1)、現(xiàn)每月耗電量(設(shè)水泵負(fù)載率80%)

　　110KW*24h*30日*80%=63360KWh

　　2)、每月可實(shí)現(xiàn)節(jié)電量

　　63360KWh*35%=22176KWh

　　3)、每月節(jié)約電費(fèi)(電費(fèi)按0.58元計(jì)算)

　　22176KWh*0.58元/KWh=12862.08元

　　4)、投資回報(bào)期

　　130000/12862.08=10.1(月)

　　五、結(jié)束語(yǔ)

　　變頻器調(diào)速這一技術(shù)正越來(lái)越廣泛的深入到各行各業(yè)中。它的節(jié)能、省力、易于構(gòu)成自控系統(tǒng)的顯著優(yōu)勢(shì)，必將成為電力拖動(dòng)的中樞設(shè)備。應(yīng)用變頻器調(diào)速技術(shù)也是企業(yè)改造挖潛、增加企業(yè)效益的一條有效途徑。尤其是在化工行業(yè)中高耗能、低產(chǎn)出的設(shè)備較多，采用變頻調(diào)速裝置將使企業(yè)獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益。