林寧

摘要 我國(guó)雖然地大物博，但是一個(gè)有14億人民的人口大國(guó)，因此我國(guó)的資源和能源面臨巨大的壓力，在現(xiàn)階段變頻調(diào)速技術(shù)是各國(guó)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速和節(jié)能的主要技術(shù)手段，當(dāng)然，我國(guó)也不例外，所以本文將對(duì)變頻調(diào)速這一技術(shù)的發(fā)展歷程進(jìn)行簡(jiǎn)單回顧，并對(duì)其技術(shù)中的變頻調(diào)速和節(jié)能板塊進(jìn)行重點(diǎn)分析，然后結(jié)合實(shí)際對(duì)目前起重機(jī)上的變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行闡述，并對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的未來(lái)應(yīng)用進(jìn)行展望。

【關(guān)鍵詞】變頻調(diào)速 起重機(jī)械 運(yùn)用

我國(guó)在資源和能源所面臨的巨大壓力使得電力問(wèn)題成了我國(guó)的普遍性問(wèn)題，其中電力緊缺問(wèn)題是最普遍并亟待解決的問(wèn)題，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在我國(guó)工業(yè)用電這一單項(xiàng)中就有至少3/5的總供電被電機(jī)所消耗，這是一個(gè)驚人的數(shù)字，因此，尋找一個(gè)高效率、低能耗的技術(shù)對(duì)此能源消耗問(wèn)題進(jìn)行有效的解決是幫助我國(guó)面對(duì)巨大的資源和能源匱乏壓力的一個(gè)重要舉措，本文所介紹的變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)是一項(xiàng)采用微機(jī)對(duì)電機(jī)傳動(dòng)和功率電子進(jìn)行有效調(diào)控的技術(shù)，比技術(shù)在國(guó)內(nèi)外例如英國(guó)、德國(guó)、日本等國(guó)家都獲得了高度認(rèn)可，是近年來(lái)被業(yè)界最為認(rèn)可的效益、性能、應(yīng)用最優(yōu)秀的技術(shù)，并且，為了進(jìn)一步的推動(dòng)此技術(shù)的應(yīng)用和普及，我國(guó)還相繼出臺(tái)《風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)負(fù)載變頻調(diào)速節(jié)電傳動(dòng)系統(tǒng)及其應(yīng)用條件》等多個(gè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

1 變頻技術(shù)的發(fā)展歷程

在調(diào)速系統(tǒng)出現(xiàn)伊始，大多采用的都是直流電機(jī)，交流電機(jī)的應(yīng)用對(duì)象為不可變速或簡(jiǎn)單調(diào)速傳動(dòng)，當(dāng)有高效交流變頻器的出現(xiàn)時(shí)，就使得交流籠型電機(jī)進(jìn)入了可調(diào)速領(lǐng)悟，最初的調(diào)速方法是恒壓頻比控制，但是由于這種方法在處理電機(jī)低頻低速時(shí)性能較差，在一定程度上限制了電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，所以這種方法只用于對(duì)調(diào)速技術(shù)要求不高的場(chǎng)合，而后，有人提出了矢量控制理論，即采用矢量變換的形式達(dá)到交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速和磁鏈控制的解耦，與此同時(shí)，隨著當(dāng)時(shí)科研技術(shù)水平的提高對(duì)矢量控制的發(fā)展有了推動(dòng)，而后有人提出了直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)，在矢量控制的基礎(chǔ)上對(duì)電機(jī)的控制技術(shù)進(jìn)行了提升，避開(kāi)了由于電機(jī)工作中的不確定參數(shù)的影響，使得變頻調(diào)速技術(shù)得到了大幅度提升，到了目前，變頻技術(shù)已經(jīng)有了質(zhì)變的突破，朝著高性能、智能、集成化方面發(fā)展。

2 變速調(diào)節(jié)技術(shù)分析

2.1 變頻調(diào)速原理

我們可用公式對(duì)目前所用交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行表達(dá)如下：

n=60f （1-s）/p （1）

n--電機(jī)轉(zhuǎn)速;

f--電源頻率;

s--轉(zhuǎn)差率;

p--電機(jī)極對(duì)數(shù)。

我們對(duì)公式進(jìn)行推導(dǎo)和驗(yàn)證可以得出與交流電機(jī)調(diào)速有關(guān)的因素：

（1）電機(jī)極對(duì)數(shù)值的改變，我們可通過(guò)改變電機(jī)磁極對(duì)數(shù)p的參數(shù)值，使得電機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生改變，從而實(shí)現(xiàn)有級(jí)調(diào)速的目的。

（2）改變電機(jī)轉(zhuǎn)差率，改變電機(jī)轉(zhuǎn)差率的效果并不好，其原理是通過(guò)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)差率s的值進(jìn)行調(diào)節(jié)，改變定子電壓調(diào)速和滑差電機(jī)調(diào)速，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)差率的改變。

（3）電源頻率的改變，通過(guò)公式我們可知電源頻率對(duì)電機(jī)的調(diào)速起著重要作用，我們可改變同步轉(zhuǎn)速n，這樣雖然需要通過(guò)操控復(fù)雜的電路但可以高效率進(jìn)行調(diào)速。

在實(shí)際過(guò)程中我們對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速時(shí)，電機(jī)的每極磁通量的額定值作為常量數(shù)值不變化是一個(gè)重要因素，因?yàn)椋绻谡{(diào)速過(guò)程中，磁通量降低導(dǎo)致磁通不足，電機(jī)中的鐵心就不會(huì)得到充分利用，從而造成資源浪費(fèi)，如果磁通過(guò)大，又會(huì)使得鐵心過(guò)飽和，會(huì)有燒壞電機(jī)的可能，所以，在工作過(guò)程中我們需要對(duì)磁通量的數(shù)值進(jìn)行保持。

三相異步電動(dòng)機(jī)的規(guī)定磁通電動(dòng)勢(shì)為：

U≈ E=4.44fNKΦ （2）

U--定子相電壓;

E--氣隙磁通在定子每相中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值;

N--定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù);

K--定子基波繞組系數(shù);

f--定子頻率;

Φ一一每極氣隙磁通量。

由上式可知，電機(jī)的電源電動(dòng)勢(shì)和定子頻率是控制磁通的關(guān)鍵因素，所以我們要考慮以下兩種情況的控制：

（1）基頻以下。從公式（2）可知，在施工過(guò)程中我們對(duì)頻率進(jìn)行調(diào)低時(shí)必須要同時(shí)降低電動(dòng)勢(shì)才能保持磁通量不變，即：U/f≈E/f=常數(shù)，也就是所謂的恒壓頻比控制方式。

（2）基頻以上。在這種情況下，我們對(duì)頻率進(jìn)行上調(diào)并保證電壓不超過(guò)額定電壓就可以達(dá)到磁通量與頻率成反比的效果，類(lèi)似于直流電機(jī)的弱磁升速原理。

3 變頻調(diào)速技術(shù)在起重機(jī)上的應(yīng)用

近年來(lái)，我國(guó)的產(chǎn)品技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于從水泵到風(fēng)機(jī)再到大型起重機(jī)械設(shè)備等能耗設(shè)備上，與傳統(tǒng)設(shè)備相比而言，變頻節(jié)能技術(shù)的可以節(jié)省2/5以上的電，比如，水泵作用變頻調(diào)速技術(shù)后節(jié)電率可以高達(dá)接近70個(gè)百分點(diǎn)的電能，運(yùn)用此技術(shù)的風(fēng)機(jī)可以省30個(gè)百分點(diǎn)的電，效果特別明顯。相比目前的變頻調(diào)速而言，傳統(tǒng)調(diào)速有如下缺點(diǎn)：

（1）操作復(fù)雜，傳統(tǒng)變速的控制檔位多，操作復(fù)雜，系統(tǒng)故障率高并且不易檢修，而且容易出現(xiàn)人工操作失誤的情況。

（2）使用壽命短，傳統(tǒng)調(diào)速模式因?yàn)楣ぷ鬟^(guò)程中存在零件間的沖擊問(wèn)題，這樣會(huì)降級(jí)零件使用壽命，增加成本。

（3）低速定位精度差。

（4）能耗嚴(yán)重，傳統(tǒng)技術(shù)的啟動(dòng)電流過(guò)大，使得機(jī)器損耗嚴(yán)重，如頻繁切換還會(huì)損傷零件，如采用變頻調(diào)速技術(shù)也可以極大幅度的降低甚至解決這些短板。

譬如，某煉油廠5t、某發(fā)電廠1Ot起重機(jī)使用變頻調(diào)速技術(shù)后，設(shè)備操作性增強(qiáng)，故障率大大降低，節(jié)電率超過(guò)了30個(gè)百分點(diǎn)。某鋼鐵有限公司對(duì)公司- 25t的起重機(jī)進(jìn)行了如下改造：

（1）改變定子調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)為節(jié)能變頻調(diào)速系統(tǒng);

（2）取消轉(zhuǎn)子電阻，接觸器控制;

（3）采用整流回饋裝置和逆變器對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制;

（4）改造電機(jī)成可以變頻控制電機(jī)。

在經(jīng)過(guò)改裝后，這一臺(tái)160kw的起重機(jī)，按330天，16h/天，進(jìn)行計(jì)算，一年可省40萬(wàn)kw-h電能，電費(fèi)約為25萬(wàn)元。

4 總結(jié)

能源問(wèn)題是我國(guó)的難題，也是世界的難題，希望我們對(duì)此引起足夠的重視，并采取相應(yīng)的實(shí)際行動(dòng)對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行解決，變頻技術(shù)較之前實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍，希望今后工作人員可以在產(chǎn)品技術(shù)綜合負(fù)載運(yùn)動(dòng)，重量，運(yùn)行速度和精度等方面對(duì)技術(shù)進(jìn)行提升，設(shè)計(jì)出更節(jié)能，高效，安全的系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

[1]徐甫榮，國(guó)民經(jīng)濟(jì)重點(diǎn)行業(yè)主要輔機(jī)設(shè)備變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)講座（十五）第一章[J].電力行業(yè)，第十節(jié)凝結(jié)水泵變頻調(diào)速節(jié)能改造（上）.變頻器世界，2017 （11）.