變頻節能范文

導語：如何才能寫好一篇變頻節能，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞：變頻節能技術；煤礦；機電設備；探討

伴隨經濟的不斷進步，煤礦行業也在飛速發展，變頻節能技術在煤礦機電設備中的應用越來越廣泛。在某種程度上可有效降低電量消耗并實現節能減排的目的[1]。本文主要對變頻節能技術在煤礦機電設備應用進行了深入探討，為更好地促進煤礦行業的發展打下基礎。

1變頻節能技術簡介

變頻節能技術指的是通過半導體元件通斷的作用改變電源電流的工作頻率，進而達到降低能量消耗的目的。在變頻節能技術中，變頻器是其核心設備，主要組成部分有電源板、鍵盤、控制的面板及電極電容等。在電動機上安裝變頻器，在滿足了輸出的要求后，有效降低了能源消耗，實現了節能減排的目的。當電動機上沒有安裝變頻器時，其電流頻率沒有辦法改變，任意工作狀態下，都會以額定電壓開展工作，這樣就很難滿足不同工作狀態下的能量要求，同時也造成了能量極大的浪費。

2煤礦機電設備應用過程中存在的問題

a)在很多煤礦企業中，煤礦機電設備在選型方面普遍存在大馬拉著小車的情況，存在很嚴重的電能浪費，普遍沒有很高的運行效率。煤礦企業的電耗非常大，壓氣、通風、排水及提升等設備耗電量大約占總體能耗的1/3，約占煤礦用電量的30%。若選用閥門或擋風板，在調節過程中電能浪費很大，若選用變頻技術進行調節，可節省20%～50%，其經濟效益顯而易見。開元礦業公司在沒有應用變頻節能技術之前，1個月的用電能總量達到了35714.6kW•h，實際用電量26027.5kW•h，有效用電效率僅72.8%，電能很大一部分沒有得到有效利用[2]；b)煤礦機電設備的電機負荷普遍比較大，啟動起來電流很大、時間也很長，這嚴重影響了設備絕緣強度，很容易將大功率電動機燒毀，電網的可靠運行受到威脅。礦井機電設備在冷啟動時相對較困難，很容易產生機械方面的損傷，這不但使設備維修成本增加，還極大地沖擊了電網安全。另外控制的工藝比較單一，自動化程度偏低且實時性也很差；c)故障方面的問題。制約煤礦機電設備功能發揮非常關鍵的因素就是故障方面的問題?，F在社會發展迅速，對煤炭需求很高，所以一般煤礦機電設備全天24h都在工作，這種情況下，機電設備如果不能合理維護，很容易出現故障問題，造成設備損壞。現場采煤設備主要是采煤機和掘進機等設備，這種高強度作業比普通作業更容易出現設備故障，故障一旦出現，不但采煤功能降低，消耗的電量也急劇增加，增加2倍～3倍的電量很正常[2]。

3變頻技術在煤礦機電設備中的具體應用

a)變頻技術在水泵方面的具體應用。對煤礦生產起到非常重要控制作用的條件之一是水，所以對水泵流量進行調節非常關鍵。以往在對水的流量進行調節時，采用的就是對閥門開度進行調節，采用這個方法時，電機將一直控制在恒速狀態，所消耗電量非常大，也花費了大量錢財。若選用變頻技術對水泵進行調節，可將水泵調速性能大大提升，節能效果也得到很大的改善，工藝及流程也更加安全可靠[3]；b)在供風系統方面的具體應用。在煤礦井下進行作業時，對空氣進行壓縮時需用到空氣壓縮機，壓縮機連續不斷運轉的情況下將消耗大量電能。通過應用變頻技術可有效地將電能的消耗予以降低。當在對變頻器進行使用時，形成了調解的回路，可有效地對恒壓進行控制，使氣壓保持在一個不變的數值上，極大地改變了電源質量。壓縮機經過變頻技術的改造，極大地節省電能的損耗，假若使用半年以上，將能省出來一個變頻器的成本；c)在運輸系統方面的具體應用。在礦井的提升機上應用變頻器可將電阻取消，提升機調速運行時可節約不少電阻熱損耗。在很短的時間里，發動機在進行發電時，變頻調控可把電能能耗的情況給電網及時反饋過去，運作的人員可很快地將運行的實際情況掌握住。同時，將變頻器放在設備內部后，可將設備維修工作大大減少，維修費用也相應減少，會有很明顯的節能減排效果。此外，變頻技術還可有效地對皮帶輸送機進行控制，將空載或輕載所造成電能的浪費有效避免。變頻器在安裝后，可有效地對皮帶輸送機所產生的熱量損耗進行控制，將電氣系統沖擊的問題有效解決[3]。

4變頻技術在煤礦機電設備應用中節能探討

電氣控制系統非常核心的支撐就是變頻技術，為了達到節約能源、降低損耗的目的，就需對電動機的運轉速率進行調節。由于煤礦機電設備在運轉時，需借助電動機進行運作，所以最大耗電部分就是電動機。變頻技術通過對煤礦機電設備的電氣部分進行節能控制，使電能損耗量降低，可將電能資源進行最優配置。變頻技術在煤礦機電設備應用中節能技術主要表現在以下幾個方面：a)在啟動方面的節能。電機不正常（非額定轉速）啟動會嚴重沖擊采煤區電網，需有很高的電網容量，在啟動過程中會產生大的震動和很大的電流，這些都會很大程度上毀壞閥門及擋板，致使管路及設備使用壽命大幅度降低。若使用了變頻的節能裝置，變頻軟啟動功能可將電流從零開始啟動，最大也不會超過額定電流，這樣就可有效減輕電網沖擊力，同時也可將供電方面的容量要求予以減輕。變頻節能裝置有效地將閥門及設備使用的壽命延長，將設備維護的費用降低[2]；b)功率方面的節能。無功功率一方面使設備發熱及線損增加，另一方面降低的功率因數將造成電網的有功功率降低，在線路中消耗了大量無功電能，致使煤礦機電設備使用效率變得低下，在現場的實際操作過程中，浪費了很多電能。當選用了變頻裝置后，其內部濾波電容發揮了巨大作用，使無功損耗大大減少，如圖1所示，使采煤區配電工作有功功率增加，煤礦機電設備電能的消耗在均衡狀態中維持，使節能降耗得以實現[4]；圖1采煤機的變頻控制c)在變頻方面的節能。在滿負荷狀態下，電機不能運行時，動力的驅動要求達到后，多余力矩使消耗的有功功率增加，致使電能極大地浪費。傳統的像泵類和風機這種類型的設備是通過對出口或入口的閥門或擋板開度進行調節來對給水量及給風量進行調節，這樣輸入的功率是很大的。當變頻技術使用時，若要求將流量減少，可將風機或泵的轉速降低以達到要求，這就在局部上減少了電能損耗，也達到了整套設備節能降耗的目的。

5結語

現代社會突飛猛進的發展勢頭為變頻技術的應用打下了基礎，主要對變頻技術的具體應用及節能控制方面的應用進行了深入探討，因其具有諸多控制能耗的優勢受到了廣泛推廣及應用。變頻技術的引進，極大地促進了煤炭企業的發展，節能控制的應用不但降低了電耗還促進了經濟效益的提升。煤炭企業應不斷地對機電設備進行更新，最大化促進企業快速向前發展。

作者:武鵬飛 單位:陽煤集團壽陽開元礦業有限責任公司

參考文獻：

［1］劉學輝.變頻技術在煤礦的應用及節能效果研究［J］.無線互聯科技，2014(5)：194.

［2］趙旭.變頻調節技術在煤礦機械節能改造中的應用［J］.山東煤炭科技，2013(1)：248-249.

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摘要:本文以壓力傳感技術、變頻調速技術、可編程控制技術為基礎，結合近年來泵站建設和低壓管道灌溉的經驗，將“液位自動控制節水灌溉系統”改進為“自控變頻節能節水灌溉系統”，有效提高了現代灌溉系統中水量流量的自動控制技術，為田間管理提供了強有力的技術支撐。

關鍵詞:自動變頻;節能節水;灌溉系統;研究

目前全球淡水資源日趨緊張，在我國有很多地方農田和生活用水緊張的情況相當嚴重，有的已出現斷水現象，因此節水問題已成為全社會共同關注的嚴重問題。

早在1997年，在桐鄉市政府支持下，經市水利勘測設計所設計并在河山含村示范區等地建成低壓地下管道灌溉試點工程，由于田間用水量變化大，為了解決水量流量的實時調控，泵站的出水池新建了高大的蓄水池，蓄水池內安裝了液位控制器，串接于電機控制柜的控制回路中，初步解決了用水量、出水量的實時調控?！耙何蛔詣涌刂乒澦喔认到y”于1998年獲浙江省水利廳科技進步三等獎，2004年獲浙江省水利廳優秀工程設計獎。2005年秋，桐鄉市水利局在石門鎮民豐村明渠灌溉的廟橋浜泵站試用手動變頻調速控制水泵運行，取得較好地效果，受到當地群眾的高度贊譽。

一、“自控變頻節能節水灌溉系統”的總體設計

一是引入變頻調速技術、壓力傳感技術、可編程控制技術于農田灌溉。由變頻器、壓力變送器、壓力顯示器、可編程控制器、可編程時控器、相序保護器和空氣開關、斷路器、交流接觸器、時間繼電器、熱繼電器、按鈕、指示燈、儀表等電器集成(均為國產)的智能型自動控制柜“自控變頻節能控制柜”，作為“自控變頻節能節水灌溉系統”的指揮中心，能根據田間用水量的變化，自動變頻調速調節水泵出水量，自動進行工頻變頻切換和單泵雙泵切換，自動按設定時間開機停機。在泵站建設中，針對平原水網地區泵站規模較小的特點，采用了涵洞式引水道、豎井式水泵室，使引水道和水泵井四周的土壓力相互平衡，比傳統的開敞式引水道有限地節省了工程量，減少了土方開挖和回填土，方便了施工。

二是將“液位自動控制節水灌溉”中的高蓄水池，改為較小的地下壓力水池，建在泵房地面之下。既節省了工程量，又減少了耕地占用。水池壁上預埋安裝壓力變送器和水位觀察管的鍍鋅鋼管，水池邊上設置調壓溢流管。選用專門為本地區低壓管道灌溉研制且不需要加引水、適于自動開機的HDB系列導葉式混流泵。用UPVC雙壁波紋管作為地下管道，用鋼筋混凝土預制接頭，施工方便，漏水少，管壁糙率小。干管和部份支管的進口處安裝蝶閥控制，部份渠尾設置調壓管。用專利產品、工程塑料制造的FN-150(100)農田灌溉節水閥作為田間放水閥，使用壽命長，不需維修，可做到滴水不漏。一只放水閥控制面積約5畝左右。

二、關鍵設備“自控變頻節能控制柜”的原理和工作過程

田間用水量的信息，通過管網壓力的變化，傳遞到壓力水池中，壓力水池中安裝的壓力變送器，把壓力信號變成電模擬量，輸入變頻器控制回路，變頻器根據輸入的模擬量，自動將連接水泵電機的主回路的交流電頻率變化，使管網壓力不斷向設定的“控制壓力”接近，達到恒壓供水。從而使水泵根據田間用水量自動調節供水量，達到節水節能目的。一個泵站安裝兩臺水泵，為了節省投資，采用一臺變頻器控制兩臺電機，由于田間用水量的變化涉及到單泵供水或雙泵供水，需單泵雙泵切換和工頻變頻切換，用可編程控制器設定條件進行控制，還要設置“最高壓力”、“最低壓力”等參數。

控制柜的電路，有變頻器-電機主回路和控制回路兩大部份，控制回路有壓力變送顯示電路、可編程控制器外接電路、可編程時控器外接電路、變頻器外接電路、交流接觸器互鎖電路、手動控制電路、電機工況顯示電路、直流電源外接電路等，另外還設置了相序保護器、熱繼電器等。

控制柜的工作過程，以一臺變頻器控制兩臺電機的控制柜為例。首先合上電源空氣開關，接通電源，按照“自控變頻節能控制柜使用維護簡要說明”在變頻器控制面板上設置好“控制壓力”，在壓力顯示器上設置好“最低壓力”、“最高壓力”，在可編程時控器上設置好開機停機時間(或在時間繼電器上設置好停機時間)，把“功能轉換旋鈕”旋到“自動”，然后即可正常工作。其工作過程為:

當到達時控器設定的開機時間，如果壓力變送器檢測到的壓力低于“最低壓力”，1號機組(兩臺機組中功率較大的一臺)首先變頻軟起動，可見壓力顯示器中數值逐漸上升，水位觀察管中水柱同步上升，如此時田間用水量不多，一臺水泵水量已夠，則壓力上升到“控制壓力”以上，變頻器即自動降頻，壓力降低到“控制壓力”以下，變頻器即自動升頻，使水泵保持恒壓供水，田間用水量的變化反映在水泵轉速的變化上。

如果田間用水量逐漸增加，1號機組的出水量不夠了，此時盡管電機以最大頻率即50Hz運行，但壓力顯示器中數值還是逐漸下降，待下降到設定的加泵壓力即“最低壓力時”，控制柜等待五分鐘，如果不是特殊的波動造成，五分鐘的壓力都低于最低壓力，此時才將1號機組自動轉為工頻運行，將2號機組自動變頻軟起動，可見壓力顯示器中數值逐漸上升，如此時兩臺水泵供水量已夠田間用水，則壓力上升到“控制壓力”后，即保持恒壓供水，田間用水量的變化反映在2號機組轉速的變化上。如果田間用水量繼續上升，兩臺水泵的供水量也不夠了，盡管兩臺水泵都以最高頻率50Hz運行，供水壓力還是逐步下降，此時，應關閉或調小部份節水閥，用水量減少到二兩臺水泵供水量以下，供水壓力就會恢復到設定的“控制壓力”。

如果田間用水量逐步減少，管道和壓力水池中的壓力會稍微上升，正在變頻運行的2號機組轉速隨即降低，水泵出水減少，以保持恒壓供水。如果田間用水量進一步減少，小于1號機組的出水量，但仍大于2號機組出水量，當供水壓力超過設定的“最高壓力”，這時首先將正在工頻運行的1號機組自動停機，然后自動將正在變頻運行的2號機組轉成工頻運行，再自動變頻軟起動1號機組。如果田間用水量進一步減少，小于2號機組的出水量，這時即使1號機組頻率和轉速降到最低，水池壓力還是超過“最高壓力”，則正在工頻運行的2號機組自動停機。如果田間用水量再進一步減少到接近于零，則1號機組以最低頻率(設置為15HZ)運行，使管道壓力保持一定數值，以備田間可以隨時用水。

可編程時控器到達設定停機時間，正在變頻運行的1號機組變頻軟停機。也可以將“功能轉換旋鈕”從“自動”轉向“停止”。如果按下“緊急停車按鈕”，任何情況之下，兩臺機組都會立即停機。

三、該系統的改進意見

任何技術都是在不斷改進的，“自控變頻節能節水灌溉系統”也是在綜合許多先進技術的基礎上改進的，今后也將隨著技術的發和進步不斷改進。經過一個灌溉季節的實踐，筆者認為應對系統做如下改進:

一是對于只有一臺水泵的泵站，可以利用變頻器內置簡易PLC編程控制，可降低控制柜造價。

二是對于只有一臺水泵的泵站，可以取消壓力水池，以進一步降低泵站造價，逆止閥、調壓管仍舊保留。對于兩臺或兩臺以上水泵的泵站，壓力水池還是需要的。

三是針對現有泵站管理人員文化程度偏低的現象，建議今后選配泵站管理人員時，最好文化程度能在初中以上，便于熟練掌握控制柜各種功能的應用，最大限度地發揮先進設備的功能。

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關鍵詞：煤礦；變頻器；節能技術

變頻器的工作原理是通過微電子技術和變頻技術改變電源頻率來控制交流電動機，以此來達到調節速度和節能的目的，使設備的能源消耗有效降低，為企業帶來較大的經濟效益。作為能源消耗較高的煤礦企業，在眾多設備中應用到變頻技術的較多，例如采掘、排水、運輸、通風及空氣壓縮設備等，通過將變頻器節能技術運用到這些設備中，有利于減少煤礦生產電能消耗，從而有利于煤礦企業的生產效益。

1.煤礦采煤機中對于變頻器節能技術的應用

在煤礦生產中，采煤機是主要的機械設備，由于采煤作業空間較小，環境惡劣，粉塵較大，且空氣濕度和濕度較高，因此要求采煤機設備要便于操作和維護，并要求系統運行要具有較高的可靠性、穩定性及安全性。而在煤礦采煤機上應用變頻器節能技術，可有效避免電路異常、漏電、過負荷、過電流及過熱等現象的發生，并且能提高采煤機運行的安全性、可靠性及穩定性，進而使煤礦采煤機的性能得到有效保護。

近年來，我單位開始運用MG900/2210-WD型系列電牽引采煤機，該設備牽引拖動系統采用“一拖一”，主、從拖動方式的機載交流變頻調速技術，目前國內煤礦采礦區傾斜角一般在15°～180°之間，采煤區局部傾斜度則在30°～40°間。在采煤機運行中，若采用四象限能量回饋變頻器調速技術，其可以在采煤區大傾斜度范圍內，該技術調控制動力矩與維持牽引速度變化較小，基本上可以忽略不計，且運行中不會出現下滑現象，因此運用四象限能量回饋變頻器調速節能技術可實現可靠調節、靈活控制等效果，可最大程度減少煤礦采煤機運行耗能。

2.煤礦供風系統設備中對于變頻器節能技術的應用

在煤礦生產作業中，通常由空氣壓縮機提供井下作業時所需的壓縮空氣，但壓縮空氣應用的是非連續性的機械設備，而壓縮機屬于連續運行的機械設備，所使用的時間較長。在煤礦井下作業時，由于電動機系統難以根據負載量大小進行調整，而在供風系統設備中運用變頻器節能技術能夠有效調節電動機系統，能夠確保在壓力較穩定時，使煤礦壓縮空氣的質量得到進一步提高。此外，在煤礦壓縮機中應用變頻節能技術的優勢還體現在[1]：其一，變頻器節能技術能夠避免機械設備受到電流沖擊；其二，通過應用變頻器節能技術，能夠使系統在恒壓控制的狀態下，恒定氣壓，從而使煤礦作業氣源的質量得到有效改；其三，應用變頻器節能技術，所節省的電能可達到總電能耗費量的20%，從而有效降低變頻器節能技術的投入成本善。

3.煤礦運輸系統設備中對于變頻器節能技術的應用

3.1煤礦皮帶輸送機中對于變頻器節能技術的應用

目前，皮帶輸送機在煤礦生產中的使用較為頻繁，但在使用皮帶輸送機過程中由于多種原因導致存在空載運行或輕載運行的狀態，并且會耗費大量電能。而在煤礦輸送機中應用變頻器節能技術，一是能使皮帶輸送機難以啟動的問題得到有效解決；二是能使皮帶輸送過程中電能消耗量降低。在煤礦皮帶輸送機中采用變頻器進行驅動時，一般可采用一臺電機、一個控制裝置技術，若采用多臺電機同時運行，則采用多個控制裝置，實現主控制與從控制，從而平衡所有電機功率，進而實現節能效果。

3.2煤礦提升機中對于變頻器節能技術的應用

提升機在煤礦生產作業生產時主要應用于使用頻繁、負載繁重的環境中。因此，必須確保提升機在頻繁的啟動、停止及調速等過程中能夠安全、穩定的運行，才能實現提升機的節能效果。在提升機中應用變頻節能技術，不但能夠確保提升機運行在節能狀態下，使調速電阻的熱損耗量降低，而且還能使設備在運行時的損耗降低，從而減少設備不必要的耗損，從而達到節能的效果。

在煤礦提升機變頻器使用中，主要采用三種不同方式，即：頻率與時間成線性關系、S形方式、半S形方式；在實際運行中，可根據煤礦提升高度、重量等因素可以調控變頻器升速方式，從實現勻速升降，不僅提高提升機運行穩定性，還能節約提升機電耗。

4.結論

近年來，在煤礦機械設備中對于變頻器節能技術的應用越來越廣泛，作為一種新興的電力節能技術的變頻器節能技術，其具有高性能、數字化及智能化等多方面的優勢，對于煤礦的生產有著重要的意義。隨著科學技術的發展，不斷涌現出了具有高性能、高安全性及高穩定性的變頻器，并且現代化機械設備節能技術越來越好。因此，將變頻器節能技術應用到煤礦生產中，能進一步降低煤礦生產中所消耗的能源，從而有效提高煤礦企業的經營效益。

參考文獻：

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煤礦的安全問題不僅是生產問題，也是社會問題，在制約煤礦生存和發展的同時，也影響著社會的健康與和諧，所以說提高煤礦生產的安全性具有重要意義，這也是應用變頻節能技術的目標。不過，變頻節能技術在煤礦機電設備中的應用并不是一帆風順的，在變頻技術出現之初，受技術條件的限制，變頻節能技術并沒有貿然引入變頻技術，隨著變頻技術的發展及成熟，其在煤礦生產中應用才普及開。變頻技術最早應用于采煤機、皮帶輸送機、提升機、空壓機等，經過一段時間的應用，我們發現應用變頻技術改造后的設備，其能耗遠低于、效率遠高于改造前，且設備更不容易磨損，實現了經濟效益和社會效益的雙重提升，從另外一個側面也說明變頻節能技術能提高煤礦機電設備的性能。變頻技術的應用，使得交流電的固定頻率成為一種能被機電設備充分利用的變動資源，這是其與傳統的交流電最大的不同之處，具體表現為（1）從IGBT、GTR基礎上發展起來的智能功率模塊IPM能增加變頻的功率。（2）采用了矢量控制和轉矩控制，通過改進壓頻比（U/f）來擴展變頻節能技術的應用范圍，使得控制理論進一步向前發展。（3）革新了模糊自優化控制和人工神經網絡，促進了數字信息處理技術的向集成化發展，使得，完成了技術的跨越發展，從單片機發展為高級專用集成電路（AsIc）、精簡指令集計算機（Iuse）、數字信號處理器（DPS）。（4）變頻技術的應用不僅提高了調速功能，還逐漸發展出編程序參數辨識、通信等功能。

2煤礦機電設備變頻節能技術的具體應用

2.1變頻技術在提升機中的應用

提升機是煤礦生產應用的合理設備之一，承擔者輸送人員和物料的任務，其運行的安全性直接關系到生命財產安全。在很長的一段時間內，為了實現傳送速度的控制，電動機轉子電路會使用金屬電阻，盡管調速的目標得以實現，但該種方法存在電能消耗更大、安全隱含依舊存在的問題。變頻技術的的出現與成熟很好解決了上述問題，應用變頻技術后可配合應用提升機的變頻防爆提升機與交流四象限變頻調速系統，輔助用計算機即可完成對提升機的數學信息化控制，繼而實現了提升機的遠程控制，不僅提升減少了對電能的消耗，還提升了提升機運行的安全性。

2.2變頻技術在采煤機中的應用

隨著變頻技術的發展與成熟，采煤機變頻調速系統以從前的“一拖二”升級至“一拖一”，越來越成熟完善。國產電牽引采煤機的變頻器電壓是380V，最大行走功率為2×100KW，能在額定轉速、恒定轉矩調速下實現臺變頻器之間的轉矩平衡和主從控制以及恒定功率調速。從具體的應用情況來看，對于傾角較大的工作面，采煤機如果采用四象限變頻器調速電進行牽引可對制動力矩進行大范圍的調節，保證了即使不增加牽引速度機器也不會出現下滑跑車的現象?？偟膩碚f，采煤機應用變頻技術后，除了結構能進一步簡化，還具備控制靈活、操作方便、速度調節可靠的優點。

2.3變頻技術在皮帶輸送機中的應用

變頻技術在皮帶輸送機、提升機的應用原理相同。皮帶輸送機主要任務是運送井下煤炭，在這個過程中煤炭受到向下的重力，垂直皮帶的彈力以及與皮帶運動速度相同的摩擦力，其中垂直皮帶的彈力與皮帶張力大小相同，方向相反，使得皮膚能被支撐輥輪帶動，而皮帶運動速度相同的摩擦力使得煤炭不從皮帶上滑落，繼而完成煤炭的向上輸送。在很長的一段時間內，皮帶輸送機主要采用液力耦合器進行啟動，其主要問題是這種啟動方式會加速皮帶的老化和斷裂，影響媒體運輸。變頻節能技術的應用，機電內的沖擊、機械發熱等現象明顯減少，電機啟動時電流也更加的穩定，使得運輸更加的同步及運輸功率更加平均，極大地提升了皮帶機的傳送功能。

2.4變頻技術在流體負荷設備中的應用

風機、泵是最主要的流體負荷設備，其對變頻技術的應用最具有代表性。由于變頻技術的優勢較為明顯，目前絕大數風機都采用變頻調速，甚至出現了能適應特殊煤礦環境的變頻調速裝置。在同樣的工況下，經變頻技術改造后風機的最低轉速明顯低于改進前，不僅減低了企業的電費支出，還使得風機更加適應礦井特殊的工況。在礦區給水、給液用泵中變頻調速同樣具有廣泛的應用，極大地提升工藝系統控制的靈活性，減低了設備的機械沖擊，這使得設備的使用壽命更長。此外，抽水泵使用變頻技術后，其平滑起停、加減速的控制將更加地靈活，減少了頻繁起停和泵空轉時間，避免了電能的消耗和設備的磨損，同時也可使得井下液位處一直處于恒定狀態，這減少能耗及設備維護費用的基礎上提高了煤礦作業的效率和安全性。

3煤礦機電設備變頻節能技術的發展前景

由于節能、安全，煤礦機電設備應用變頻技術是未來煤礦行業發展的整體趨勢。隨著變頻技術的發展以及我國經濟的騰飛，變頻節能技術已在在煤礦機電設備中得到廣泛的應用，但其仍具有較大的應用前景。這是因為我國仍舊有許多煤礦要開發，且機電設備的種類和數量也越來越豐富，這就使得變頻節能技術有較大的可能應用于新的機電設備。此外，基于提高舊設備利用率的目標，許多老舊設備需要應用變頻技術進行改造?？偟膩碚f，在煤礦的大量開發以及機電設備大量應用的大環境下，變頻節能技術在未來依舊有著廣闊的應用前景。

4結束語

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關鍵詞：起重機械 plc 變頻 節能

1.引言

隨著我國經濟的快速發展，國內各類起重機的需求量也隨之極大上升。同時隨著能源的枯竭和環境的惡化，能源節約和環境保護也被提到議事日程。國家鼓勵和支持節能技術的研究、開發、示范及推廣工作，促進節能技術創新與進步。對高能耗的設備進行節能改造，按照國家的規定實行節能審查和監督管理[1]。

2.傳統起重機械存在的缺陷

傳統的橋式起重機電力拖動系統大多采用繞線式異步電動機驅動，通過繼電—接觸器控制改變轉子回路中串入的多段電阻進行有級調速。這種控制方式存在能耗大、效率低、低速起動力矩小、機械特性軟、調速穩定性差、線路故障率高、維修量大等缺點，而且系統抱閘是在運動狀態下進行的，對制動器損害很大，閘皮磨損嚴重，影響使用壽命，因此，為提高橋式起重機運行的安全性和精確性，有必要采用變頻器對橋式起重機電力拖動系統進行技術改造。

橋式起重機的控制系統為繼電器接觸控制系統，噪音大，接線量多，更改控制邏輯困難。傳統的起重機械能量轉換效率比較低、能耗比較大、成本比較高。同時也產生巨大噪音給使用的環境造成了污染，這與日益嚴格的節能環保要求有一定距離。因此對傳統的起重機械進行節能改造是有必要的。

3.變頻節能的理論基礎

變頻器就是采用整流和逆變技術、電力電子技術、微電腦控制技術等技術來實現變頻變壓調速節能的[2]。

（1）變頻調速節能。為了確保生產的安全性和可靠性，生產機械在選擇電動機時，一般都會留出合適的余量。假如電機滿負荷運轉，多余的力矩會將會增加有功功率的消耗，生產中就會產生浪費，為了節約電能減少成本，可以降低電動機的轉速，保持恒定電壓。從而實現理想的節能效果。

（2）通過電壓-頻率比恒定節能?？刂品譃榛l以下和基頻以上兩種情況。基頻以下屬于恒轉矩調速，基頻以上屬于恒功率調速，其條件就是要保持電機氣隙磁通基本不變。因此，當頻率變化時，工作電壓也要隨之相應變化，這種就是感應電動機有變壓變頻調速。在確保電機力矩足夠的前提下，可自動調節u/f控制曲線，減少電動機的輸出功率，降低輸入電流，實現節能。

（3）改善功率因數節能。電機轉矩是由定子和轉子的電磁效應而產生的。在電網方面，繞組因具有感抗的特殊性質而成感性，電機在運轉時，就會吸收很多沒有必要的功率，也就是無功功率，這會使功率因數降低。使用變頻器后，負載對電網的成阻性，功率因數會得到很大的提高，從而減少了無功功率損失。

（4）軟啟動節能。全壓啟動電動機時，要求必須要有足夠大的啟動力矩，大約7倍的額定電流在電網中被吸收，超過額定的啟動電流，會導致浪費，并且電壓波動更加嚴重，損失加劇。使用軟啟動后，情況改善許多，可實現啟動電流的平滑調節，電網受到的沖擊也將減少，同時減少了啟動時慣性對設備轉速的沖擊，與此同時，延長了設備的使用壽命。

4.變頻節能控制系統的設計

起升機構屬位能負載機構，不但要求有較高的起制動控制精度，而且還要求多段速控制以及嚴格的轉矩控制。

本課題中的起升機構是由兩個主起升機構組成，兩者同時工作，分別用一臺變頻器驅動，同時為了加強控制精度，采用旋轉編碼器作為檢測裝置，來實現起升的準確度。

起升機構所使用的變頻器，在選型時應以額定電流為基準，一般變頻器的額定電流應等于或大于電動機的額定電流。通過計算，變頻器的額定電流一般為電動機額定電流的1.2倍以上。

大車的運行是由兩臺電動機用一臺變頻器控制，由于運行機構的工作頻率單一，為了節省成本，在調速中運行機構共用一臺變頻器。該變頻器的容量應比兩臺電動機的容量之和大，并且只能選擇v/f控制模式，而不能采用矢量控制方式。這樣做一方面簡化了電路，另一方面又可降低成本。

運行機構的起動時間應盡量符合實際需要，起動迅速而平穩；機構的電氣制動方式必須著重考慮。對不同的工況，可選擇自由制動方式與強制制動方式。在運行機構正常停止時，可選用自由停止方式，其停止時間可按實際生產中的運行情況設定，以盡量滿

司機操作橋式起重機的需要為主。為保證起升機構起動時具有足夠大的起動轉矩，可以通過設定機械制動器的打開時間、變頻器的最低運行頻率、運行電流之間的關系，以滿足機構負載特性的要求。

采用該種設計，變頻器內部參數的設定能保證機構具有良好的調速精度及起制動性能，由于起升機構電機需使用脈沖編碼器作為速度反饋裝置，通過測量脈沖編碼器的脈沖數，利用二者之差控制電機的速度，

5.節能測試

在負載條件相同情況下，將多種實驗樣品做能效對比的實驗，從而得出產品的節能等級，在評價能效時有充分的數據。對比實驗差異工作類別的樣品。可以對各種型號的產品最終得到的最優化能效工作級別做評判，挖掘節能潛力[4]。

經過長達6個月的對比測試，其每個月的用電量比傳統的控制方式減少了42%左右。假如在傳統控制方法下，一個月電量1000度，每度電0.5元，則花費500元電費。但是使用變頻控制后，節能達到40%，則一個月就可以節省200元的電費，這是相當客觀的，其節能效果是非常明顯的。

起重機械變頻控制系統的設計，一次性的成本投入相對來說是高一點，但是從長期利益和節能、提高生產率、降低使用成本等方面來看，也就是說綜合考慮性能、經濟因素，其前期的投入是非常有必要的、是值得的。

6.總結

通過對起重機械進行節能測試，已經驗證了該plc-變頻系統的節能設計是成功的，達到了節能的目的，同時也提高了日常工作效率，減少了故障率，簡化了故障的排除難度。

參考文獻：

[1]劉劍鋒. 基于plc-變頻控制的橋式起重機節能技術研究[d].太原：2013.10。

[2] 王松雷.橋門式起重機節能設計[j].南京：建筑機械，2010。

篇6

關鍵詞：煤礦；變頻控制技術；機電設備；技術應用；節能措施

中圖分類號：TD67 文獻標識碼：A

近年來，經濟的不斷發展和技術水平的不斷提高，對煤礦開采提出了更高的要求，全面改善煤礦開采環境，促進資源節約，已然成為煤礦業的目標和宗旨。變頻控制技術的引入，極大修繕了煤礦業現存的問題，彌補了煤礦業發展的不足，改善了煤礦開采環境，提高了煤礦開采效率，符合當今時代節能減排、環保型社會的基本要求，是煤礦開采行業整體的發展走勢和基本方向。變頻控制技術在煤礦開采行業的應用，是大勢所趨，是發展的必然。那么，變頻控制技術的工作原理是什么呢？技術應用和節能價值有什么樣的具體表現呢？

一、變頻控制技術的原理及其發展

變頻控制技術，是新時展的產物，有效結合電子技術、計算機技術的優勢和特點形成的一種綜合性技術，主要利用半導體器件的作用，對電源頻率進行適時轉換，進而改變電機轉速，實質上就是將交流電變為直流電，進而將直流電變為交流電，亦或者將交流電直接轉換為交流電。在這個交流電-直流電-交流電的轉換過程中，主要進行的是頻率相關轉換。半導體技術的不斷發展，促進了變頻控制技術的發展，其性能和功能符合現代社會的發展要求，通過電力半導體器件改變工頻電源，并有效控制不同頻率的電能控制裝置。提高生產效率，減少能源的消耗。

二、煤礦機電變頻控制技術的應用與節能

煤礦機電變頻控制技術的應用十分廣泛，涉及到煤礦開采的各個步驟和流程，不僅有效提高了煤礦開采過程中的設備運行效率和運行穩定性，而且大大提高了煤礦開采的生產效率，促進了電能等資源能源的節約，促進了煤礦業的發展。以下簡要分析煤礦機電變頻技術在通風機、皮帶機、提升機等設備運行過程中的應用，并分析其節能價值和意義，探索變頻控制技術的長遠發展。

1 煤礦機電變頻控制技術在通風機的應用與節能

在煤礦開采中，通風機是比較常用的，是礦井作業中的通風設備，對于礦井作業是必不可少的，因此要求較長的工作時間，煤礦開采深度的增加伴隨著較大的風壓，對通風機提出了更高的要求，要求的通風機功率越來越大，變頻控制技術的引入，使通風機能夠根據實際需要進行調試，改變風量大小，滿足礦井作業的基本要求，并能夠有效節省資源浪費，節能低耗。變頻控制技術的引入，可以避免電流過大對電網設備造成的損失，降低了危險隱患的發生，有效控制通風機的強度，延長了通風機的使用壽命，減少了設備維修的次數。

2 煤礦機電變頻控制技術在煤礦開采皮帶機的應用與節能

在煤礦開采中，煤炭皮帶機是比提升機功率更大的機械設備，皮帶機在啟動運行的過程中，極其容易產生較大的電流，就會導致電網電壓產生異常劇烈的波動，并伴隨電機內部異常發燙等表現，這些現象都是極其危險的，此外，皮帶機啟動運行的時候，時間間隔小，間斷短暫，韌性差的皮帶不能承受如此的壓力，因此就會經常出現皮帶老化，皮帶斷裂的現象。此外，液力耦合器在煤炭皮帶機中也有應用，對皮帶機的有效運轉產生影響。液力耦合器在運行的過程中，經常會導致油溫升溫過高過快，內部部件摩擦加大的情況，這就導致后期維護和修理的成本過高，難度過大，功率難以同步，并會對環境造成較大的污染。變頻控制技術的引入，不僅能夠有效改變傳輸機的不良運作方式，還能確保皮帶機性能的穩定，使其能夠承受不同重量的運作功率和力矩，保持電機工頻的勻速運行，大大節約了電力能源的消耗，提高工作效率，減少后期維護和修理的成本，達到節能環保的目標和要求。

3 煤礦機電變頻控制技術在煤礦礦井提升機中的應用與節能

煤礦礦井作業中，提升機是必不可少的，是將物料和人員安全運輸到目的地的必備設備。傳統上，提升機都是通過金屬電阻帶動電動機的方式運行，并有效利用鼓型控制器和接觸器的作用，切除電阻，適時調速，但是，這種運行方式極其容易導致電阻消耗過量，散熱較差的情況，并且還會產生精確度較低的情況，此外，提升機減速和下放的過程中，都需要借助動力生成直流電源或低頻電源，這種運作方式極其容易導致設備的損壞，從而導致電能的消耗和浪費，使提升機設備的安全性受到質疑，并影響到整個煤礦開采的安全性和整體的經濟效益。變頻控制技術的引入，不僅能夠保證提升機的平穩勻速，還能夠方便地做到適時調速，保證了提升設備的安全運行和性能，加大了提升機的保護，減少電能消耗量，促進節能環保。

新時代的發展為變頻控制技術的產生和應用奠定了堅實的基礎，變頻控制技術的獨特優勢使其在煤礦開采行業得到了迅速的發展和廣泛的應用，不僅大大提升了煤礦開采的效率和生產水平，而且保證了礦井開采的安全性，提高了機電設備的性能，使煤礦開采變得更為方便更為快捷，大大節約可用資源能源，提高資源的利用率。隨著社會對煤礦開采要求的不斷提高，變頻控制技術在煤礦開采中的應用將越來越重要，我們只要充分認識到變頻控制技術的基本原理和應用特點，并了解技術應用的技巧和節能措施，就能夠促進煤礦開采的順利進行和有效實施，推進煤礦業的不斷發展，減少資源能源浪費，提高煤礦業的生產效率，擴大生產規模，提高資源利用率，構建煤礦開采的高質高效，節能環保，符合社會的發展目標和發展方向。

參考文獻

[1]馬修成.基于變頻技術的煤礦機電設備應用分析[J].中國新技術新產品，2009（10）.

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1.調速系統的發展

交流電機結構簡單、價格低廉、運行可靠、維護方便，所以被廣泛應用于生產機械 電力拖動系統作為動力源。但是交流電機的起動特性一直改進甚微，因為在恒壓下直接起動的電流約為額定電流的4～7倍，而轉速要在這么短暫的時間內從零升至額定值必將產生極大的沖擊，導致拖動對象(如傳動機構裝置)嚴重磨損或損壞，在起動瞬間的大電流還會引起電網電壓降低，嚴重時甚至影響電網內其他設備正常運行， 由于電壓突然降低電機本身起動也難以完成，極易造成電機堵轉和燒毀。

防止或減少異步電機起動瞬間大電流沖擊現象，是保障電機良好運行的首要任務。為此，設法使電機起動處于低沖擊或無沖擊且平滑柔和的環境狀態，各種限流起動方法便應運而生。就現今技術水準而言，在諸多電機起動方式中變頻控制為最佳。

變頻調速技術是隨交流電機無級調速需求誕生的。20世紀60年代后半期開始，電力電子器件從SCR(晶閘管)、GTO(門極可關斷晶閘管)、BJT(雙極型功率晶體管)、MOSFET(金屬氧化物半導體場效應管)、SIT (靜電感應晶體管)、SITH(靜電感應晶閘管), MCT(MOS控制晶體管)、MCT(MOS控制晶閘管)發展到今天的I G B T(絕緣柵雙極型晶體管)、HVIGBT(耐高壓絕緣柵雙極型晶閘管)，器件的更新促使電力變換技術不斷發展。從2O世紀70年代開始，脈寬調制變壓變頻(PWM―VVVF)調速研究引起了人們的高度重視，到20世紀8O年代，作為變頻技術核心的PWM模式優化問題引起了人們的濃厚興趣，并得出諸多優化模式，其中以鞍形波PWM模式效果為最佳。自20世紀80年代后半期始，美、日、德、英等發達國家的VVVF變頻器開始投入市場并得到廣泛應用。

2.變頻調速方案

根據不同生產作業方式和不同的電機種類、變頻器型式，可設計出各種變頻調速控制方法。這里僅討論交一直一交(AC―DC―AC)變頻器，至于交一交循環變頻器(AC―AC相控變頻)以及自同步控制逆變器(不論AC―AC方式還是AC―DC―AC方式)，即俗稱無換向器電機，均不加以討論。

2.1 開環控制的通用變頻器三相異步電機變頻調速系統

本控制方案結構簡單，可靠性高(控制框圖見圖1)。由于是開環控制方式，其調速精度和動態響

圖1 開環異步電機變頻調速

應特性不十分理想，尤其在低速區域電壓調整比較困難，不可能得到較大調速范圍和較高調速精度。又由于異步電機存在轉差率，轉速隨負荷力矩變化而變化，即使目前部分變頻器具有轉差補償及轉矩提升功能，也難以達到0.5％的精度要求，所以這種V/F控制的通用變頻器異步電機開環變頻調速方法僅適用于要求不高的場合(如風機、水泵等)。

2.2 無速度傳感器 的矢量控制變頻器異步電機變頻調速系統

控制框圖見圖2。對比圖1和圖2，兩者的差別僅在于使用的變頻器不同。由于使用無速度傳感器矢量控制的變頻器，可以分別對異步電機的磁通和轉矩電流進行檢測、控制，自動改變電壓和頻率，使指令 值和檢測實際值達到一致，從而實現矢量控制。雖說它是開環控制系統，但卻大大提升了靜態精度和動態

品質，轉速精度偏差在0.5％左右，且轉速響應較快。

圖 2 矢量控制變頻器的異步電機變頻調速

對生產作業要求不十分高的情形，采用矢量變頻器無傳感器開環異步電機變頻調速方案非常合適，可以達到控制方式簡單、可靠性高的效果。

2.3 帶速度傳感器矢量控制變頻器異步電機閉環變頻調速系統

矢量控制異步電機閉環變頻調速是一種理想的控制方式。它具有許多優點：①可從零轉速起進行速度控制(即超低速亦能運行)，故調速區域寬廣，可達100：1或1000：1的范圍。②可對轉矩實行精確控制。③系統動態響應速度甚快。④電機加速度特性很好等。

2.4 永磁同步電機開環控制變頻調速系統

該方案具有控制電路簡單、可靠性高的特點。由于是同步電機，其轉速始終等于同步轉速N0=60F／P，所以其調速性能只取決于電機供電頻率F，而與負載大小無關(除非負載力矩大于或等于失步轉矩。同步電機失步，轉動會迅速停止)，其機械特性曲線為一根直線，為絕對硬特性。

如果采用高精度的變頻器(數字設定頻率精度可達0.01％)，在開環控制情形下，同步電機的轉速精度亦為0.01％，因為在開環控制方式下，同步電機轉速精度與變頻器頻率精度相一致，所以特別適合多電機同步傳動。

3.變頻控制系統節能

變頻控制系統之所以可節能，是因為變頻器在其中所發揮的作用。變頻器只有在低于工頻運行或從高頻降到低頻過程中才能起到節能的功效 。

3.1 變頻節能

為確保安全生產，設計配用動力驅動的各種生產機械都留有一定的富余量，電機一般不會在滿負荷狀態下運行，因此除要達到額定驅動力要求外，多余的力矩無疑增加了有功功率消耗，造成電能浪費。然而， 加變頻器后就可以需要多少電能給多少，不會產生浪費現象。使用變頻器控制時，功耗隨外負載的變化而變化，也就是說變頻器會自動調整輸出功率，使其在滿足工況的同時達到節約電能的目的。

3.2 電能回饋電網節能

采用變頻器控制，電機改用變頻鼠籠電機，不存在常規控制系統中繞線式異步電動機轉子串電阻耗能的問題，若使用帶能量回饋裝置的逆變系統，就可將貨物下降時產生的能量轉化為電能后反饋電網，更加節能。

3.3 提高功率因數節能

電機由定子繞組和轉子繞組通過電磁作用產生力矩而運轉。繞組線圈對電網而言電抗特性呈感性，電機在運行時吸收大量的無功功率，造成功率因數降低。采用變頻節能調速器后，由于其性能已變為AC―DC ―AC，經整流、濾波、逆變后，線路特性發生了變化，電網回路的感抗減小，功率因數提高，明顯減少了無功損耗。

3.4 低功耗安全控制節能

采用變頻控制后，由于變頻電機不存在轉子外接線問題，變頻器本身保護功能很強，變頻器一旦檢測到所控電機回路有對地漏電、匝間短路、三相輸出不平衡，變頻器立即保護停機，并報故障原因，不僅消除了安全隱患，而且不會因漏電、缺相、短路保護不可靠而造成電能損耗。

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關鍵詞：變頻器 節能技術原理 應用

中圖分類號：TM925 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）05（b）-0063-01

在產品的加工制造業以及工業生產中，泵類、風機等設備的應用范圍越來越廣泛，其在電能上的消耗以及擋板、閥門等一些設備的節流損失，還有對它們的日常的維修和維護的費用幾乎占成本的20%，這是一筆不小的生產費用的開支，隨著經濟的發展，改革不斷深入，市場競爭不斷加劇，節能降耗也逐漸成為了提高產品質量和降低生產成本的一個重要手段。

1 變頻節能技術基本理論

變頻技術使用的基本原理：在很長的一段時期內，電氣設備所使用的交流電的頻率都是維持在一個固定的狀態，變頻技術的運用就是使頻率變成了一種可以隨意的調節和利用的資源?，F如今，變頻技術中最活躍以及最快發展的就是變頻的調速技術。變頻技術包括計算機技術、電力電子技術、點擊傳動技術，是一種綜合性比較強的技術，結合了機械設備和強弱電。就是指在工頻電流的信號轉化成其他的頻率，這種轉化主要是通過半導體元件來完成的，之后再將交流電轉化成為直流電，在逆變器對電流和電壓進行調控的同時使機電設備達到無極調速的程度?？偠灾?，變頻技術就是通過電流改變頻率來對電機的轉速進行控制，從而使有效的控制電機設備，這些都是在電流頻率與電機轉速同比增長的基礎上來完成的。變頻技術的特點就是能夠使電機平穩的運行，可以進行自動的加速和減速的控制，在能夠提高工作效率的同時減小對于能源的消耗。

在變頻器的日常運用中，主要是運用轉矩直接控制和矢量控制的方式，在變頻器的今后發展中人工神經網絡以及模糊自優化的控制方式，而且，變頻器通過不斷地發展，其綜合性會越來越高，在完成基本調速的功能基礎上，還具有在內部設置的通信、可編程序以及參數辨識的功能。

2 變頻器的節能原理

2.1 變頻節能方式

根據流體力學，功率=壓力*流量，流量和轉速的一次方是成正比的，壓力與轉速的平方是成正比的，功率和轉速的立方成正比，如果說水泵效率固定的話，當調節流量下降時，轉速就會成比例下降，輸出的功率也就成立方關系下降，所以說，水泵的轉速與電機耗電功率是近似立方比關系。舉個例子，一臺功率是55kW的水泵電機，將它的轉速調到原來轉速的80%的時候，它的耗電量是28kW/h，省電率是48%。但是如果將轉速調到原來的50%的時候，耗電量就變成了6千瓦每小時，省電率達到87%。

2.2 采用功率因數補償方式進行節能

無功的功率不但會使設備發熱，增加電線的磨損，最重要的一點就是功率因數降低導致了電網的有功功率也隨之降低，所以，造成了大量無功電能在線路當中消耗掉，導致設備的使用效率降低，浪費現象非常嚴重，使用了變頻調速設備裝置之后，因為變頻器內部的濾波電容作用，從而使無功損耗得到進一步減少，使電網有功功率得到增加。

2.3 運用軟啟動方式進行節能

由于電機是通過Y/D啟動或者直接啟動的方式進行的，啟動的電流是額定電流的四到七倍，這樣就會對供電電網和機電設備造成嚴重沖擊，而且這樣對電網的容量要求也是非常高的，在啟動的時候會產生比較大的電流，而且在震動的時候對閥門和擋板的損害也是非常大的，對管路和設備的使用壽命也是非常不利的。變頻裝置的使用，利用變頻器軟啟動的功能，使啟動的電流從零開始，最大的值也不會超過額定電流，所以使其對電網的沖擊以及對供電容量的要求也大大減輕了，使閥門和設備的使用壽命也大大延長了。

3 變頻節能技術的應用實例

我們利用在160kW的循環水泵上安裝變頻調速器為例子，對變頻節能設備進行改造，分別測試了改造前后的用電量，取得了非常滿意的效果。

3.1 在進行變頻改造之前的控制模式

在循環水泵的工作中，當流量由于工藝的需要而改變時，就要運用調節水泵出口和入口的開度方式來對水泵的實際流量進行改變，這種調節方式被稱為節流調節，在本次舉例中，出口和入口的閥門開度都是60%上下，從電能利用的方面來說，這是一種很不經濟的調節方式。

3.2 在進行變頻改造之后的控制模式

在循環水泵的工作中，當流量由于工藝的需要而改變時，入口和出口的閥門都完全打開，運用對電動機轉速進行調節的方式來尋找合適的、新的工作點，從而得到合適的流量。根據實際情況和現場的需要來實現手動控制或自動控制，在本例中，因為不需要頻繁地對流量進行調整，所以根據現場的實際情況和需要，確定出電動機實際工作的頻率是40Hz，并且采取了手動控制的方式，主要目的就是為了節約電能。

4 運用變頻調速系統后運行上發生的變化

實現了完全意義的軟啟動，在電機進行啟動的時候，轉子的轉速隨著輸入電源的頻率增加而慢慢增加，使速度得到平穩提升，整個系統的啟動時間設為20s左右，不會對系統造成沖擊，比原來的啟動方式更平穩。

電網所運用的電流也得到大幅度下降，使電氣設備的使用更加安全，同時也因為頻率降低后，電機的轉速也隨之降低，對機械的磨損也就減少了，也使發生故障的概率大大降低，減少了維修經費。

使為水泵提供電能的變壓器節約出了大部分的供電容量，單純的有功負荷下降，節約出的容量大約是50千瓦，提高了設備的利用效率。電機功率的因數也相應得到提高，這樣就使電機的運行更加經濟。

5 結語

變頻技術的使用提高了產品質量，降低了能耗，節約了能源，也進一步提高了企業的經濟效益，變頻調速技術的應用就是要對這些設備進行改造，從而達到節約能源的作用。

參考文獻

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關鍵詞：中央空調 變頻節能 節能改造

1\中央空調變頻節能改造的意義

中央空調是現代化大廈、賓館、酒店、商場、車間等場所不可缺少的重要運行設備之一，電能的消耗非常大，約占建筑物總電能消耗的50％。

中央空調系統主要由冷凍機組、冷卻水塔、冷卻水循環系統、室內風機、冷卻塔風機、溫度檢測、冷凍機組拖動系統、冷凍泵組拖動系統、冷卻泵組拖動系統、風機（含室內風機和冷卻塔風機）拖動系統組成。在設計空調系統方案時，一般均按現場最大冷量需求（最大工況）來考慮冷凍機組的選型，其冷卻泵組、冷凍泵組和風機也是按最大工況來考慮的，它們的拖動系統均不能調速，為普通電氣控制系統，只要運行即工作在額定工況狀態下，但實際使用中，許多時間（如每天早晚和夜間及陰雨天氣等）它們都工作在非滿載狀態（即大馬拉小車），能源浪費較大；而且為達到恒溫控制而采用閥門、電動閥，這不但增大了系統的管網阻力和節流損失，還由于對空調本身的調節是階段性的，減少損失的能力很有限，也使整個空調系統工作在波動狀態，使得中央空調系統總體效率較低，溫度調節精度不高，壽命有所下降，加之由于一些控制上的缺陷，使中央空調系統在帶來良好的內部環境的同時，也帶來了巨大的能源消耗。

2　中央空調變頻節能改造原理及方案

2.1　變頻節能基本原理

由流體力學可知，P(功率)＝Q（流量）×H（壓力），因流量Q與轉速n的一次方成正比，壓力H與轉速n的平方成正比，故功率P與轉速n的立方成正比。如果效率一定，當要求調節流量下降時，轉速n可成比例的下降，而此時，軸輸出功率P成立方關系下降，即電機的耗電功率與轉速近似成立方比的關系。根據上述原理可知：改變水泵、風機、壓縮機的頻率（轉速）就可改變水泵、風機、壓縮機的功率，從而達到節能的效果。表1中列出了風機、泵類負載應用變頻器后，在不同轉速、流量、軸功率（額定值的相對百分數）在某頻率值時的節能率。

2.2變頻節能改造主體方案

目前，許多廠家生產的冷凍機組均已在控制系統中對制冷機冷凍水的出水溫度實現了數字PID調節控制，達到冷凍水恒溫輸出，因此對冷凍泵、冷卻泵和風機的變頻節能改造，主要是通過對冷凍水系統、冷卻水系統和風機的進水（口）和出水（口）的溫度差檢測并變送成標準電信號反饋至PLC和變頻器，經PID調節，輸出相應頻率而改變電機轉速，

以達到節約能源的目的。

一般來講，對應1臺制冷機組的冷凍水循環系統和冷卻水循環系統都由若干臺水泵組成1組，變頻改造時如資金充足，對應每臺泵均采用變頻調速（備用泵除外）由PLC程序控制，調整各臺泵為最佳轉速，實現恒溫差控制，此方案節能效果最好。其次可采用單臺泵變頻，其余工頻運行由PLC控制，當變頻泵頻率上升至上限值時（通常小于50Hz，如設定48Hz），工頻依次啟動其他泵，當頻率下降至下限值時（通常不低于25Hz），工頻依次停止其他泵，變頻泵可任意設定，此方案設備投資較少，但是節能效果也比全變頻方案稍差；而風機變頻控制主要是一對一形式，重點改造大功率空調風機，小房間空調風機功率較小，暫不考慮加裝變頻器，節能效果不明顯，仍保持原有恒溫控制方式，即控制冷凍水流量的方式。而對于冷卻風機，一般宜采用開環變頻調節，即無溫度反饋，由中控室在不同情況設定不同頻率。

3　中央空調變頻節能改造的優點

1）由于增加了變頻調速器及自動控制系統，使得泵和風機實現無級調速，始終工作在最佳工作狀態，既滿足空調正常工作需要，又盡可能保持最低功率，因此提高了工作效率，降低了能耗，節電明顯，平均在40％左右，最高可達50％。

2）由于泵和風機都實現了平滑軟啟動、軟停止，從而大大減少了啟動沖擊電流和機械負載及管道的沖擊，從而降低了設備的故障率，減少了噪聲，延長了設備的使用壽命。

3）由于實現了數字PID調節和PLC程序自動化控制，使得溫度調節平穩，提高了空調控制精度和質量，保證了空調最佳工作狀態，從而使人們享受更舒適的工作、生活環境。

4）由于變頻器和PLC本身的功能特點使得設備具有更完善的保護功能、程序優化控制功能和報警功能，操作簡單，安裝使用方便，可實現由中控室遠程控制、顯示和操作，現場可以無人值守，起到減員增效的作用。

4　中央空調系統改造時的注意事項

1）由于是變頻節能技術改造，所以要保留原空調系統工頻手動電氣控制部分，在設計方案中要保證變頻自動節能系統與工頻手動時一樣滿足制冷機組啟動、停止和工作中對整個系統的聯動控制要求，并且變頻節能控制柜與原工頻手動控制柜之間要設置硬件（最好軟件也設置）聯鎖，手動與自動能相互切換，以確保整個空調系統工作安全、可靠。

2）冷凍水和冷卻水系統管網在變頻節能改造中要考慮水泵的轉速與揚程和管損同為正比的關系，在水泵的揚程隨轉速的降低而降低的同時，管道損失也在降低；因此，系統對水泵揚程的實際需求一樣要降低，而通過設定變頻器下限頻率即可保證系統對水泵揚程的最低要求，一般設為30Hz，最低不小于25Hz。

3）由于制冷機組在正常工作時要求冷水出口流量必須大于額定流量的50％，故在冷凍水出口管網應加裝流量計或流量開關，并將采集的信號傳輸至PLC，以便在程序編制中保證冷凍水循環泵的總流量不低于冷凍機組要求的50％額定流量。

4）由于循環水系統管網是封閉的，與加壓供水不同，水幾乎不消耗，尤其是冷凍水系統由冷凍泵、各樓層風機盤管及冷凍機組等構成一個封閉的循環水管網，水流是連續的，全揚程近似為零。循環水泵的主要作用是使循環水按一定流量流動，這樣水泵出口與進口之間，要有壓差ΔP，它是與流量成正比的，即ΔP＝QR，其中R為水網管阻，而流量是與轉速成正比的。而通過變頻調速，實現恒壓差運行時，ΔP恒定，根據功率

P＝ΔP×n，

則有

P＝k×n，

式中：k為比例常數，n為轉速。這就表明水泵功率P只與流量或轉速的一次方成正比，故其節能效果與供水系統相比減小許多，此外恒壓差控制方式并未將環境溫度變化的因素考慮進去，而房間溫度將隨環境溫度變化而變化，顯然，該控制方式不太合理。另一種選擇應該以冷凍機的回水與出水溫差作為控制參量，通過變頻調速，實現恒溫差運行，當溫差大時，應加大冷凍水流量，溫差小應減小流量，從而保持房間溫度相對穩定，此時，由于ΔP不恒定，則有

P＝Q2　R，

即

P＝n2　R，

也就是說水泵功率P是和轉速的平方成正比的，故恒溫差控制方式節能效果要比恒壓差控制方式好，但仍低于供水系統節能效果。而最為合理的方式應該是將壓差與溫差信號都采集出來，送至PLC綜合分析、處理，既保證使用溫度，又滿足工作壓力，從而達到最佳節能效果。

5）當對風機進行變頻控制時，由于風機轉速低于額定轉速的40％～50％時，其效率將明顯下降，風量和風壓較小，失去實際工作意義，因此，通常不低于50％，一般調速范圍在70％～100％為宜，此外還應避開可能引起機械諧振的轉速范圍。

篇10

關鍵詞：變頻；風機；節能

1 引言

風機作為工業生產中十分常見的工業設備，在煤炭、電力、鋼鐵等諸多行業內都得到了廣泛的應用。風機作為工業生產的通用設備，在工業生產能耗中的比重較大，一般來說根據生產需求，風機經常處在全天候的運轉狀態下，并且根據工況的需要，需要對風機進行實時的調節。傳統的改變風門等調節方式，不僅調節精度、調節效果不佳，還會造成不必要的能量損耗。近年來隨著變頻技術的不斷發展以及人們節能意識的不斷提高，變頻控制技術在工業生產中開始得到推廣與應用，本文主要針對變頻節能技術在風機中的應用進行簡要的分析與闡述。

2 風機調速方式的簡介

一般來說，風機的調速主要可以通過改變風機自身輸出特性或者改變外部管網阻力特性來實現，根據風機運行狀態的不同，風機調速方式又可以分為恒速調節與變速調節兩大類

2.1 風機恒速調節

風機恒速調節就是在風機調速過程中，不改變風機的運轉速度，使風機一直處于恒速運轉狀態，而是通過改變外部條件實現風量、風壓等條件的調節與控制。根據改變外部條件的不同，風機的調節既可以通過改變風機的葉片角度，也可以通過改變風機葉片的數目或寬度，或者通過改變風機的風門大小來實現。風機恒速調節方式下的風速調節控制精度較差，且風機一直處于恒速運轉狀態，造成了能量的不必要浪費。

2.2 風機變速調節

風機變速調節就是通過改變風機的運轉速度調節風機的風速，根據工程需要，既可以選用簡單易行但效率較低的調速方式以降低前期成本，也可以選用高效復雜的調速方式實現高效低能耗的風機調速。一般來說，轉子回路串聯電阻調速、電磁調速等調速方式在工業生產中的應用較為廣泛。與風機恒速調速相比，變速調速改變了風機的運轉速度，減少了不必要的能耗，但電阻等元件的引入也增加了不必要的能耗。

3 變頻技術在風機調速中的應用

3.1 調速節能原理簡介

風機的負載轉矩與風機轉速的平方成正比，風機的軸功率與風機轉速的立方成正比，基于這一原理，當風機負荷發生變化時，對風機輸出功率的需求也隨之發生變化，因此改變風機的轉速能夠實現對風機輸出功率有效的調節。采用風機恒速調節方式時，風機的轉速保持不變，此時風機輸出的功率也保持不變，而是通過調節風門對風速進行控制，當風門減小時，風門的阻力增大，且隨著風機轉速的增加阻力隨之增大，一方面導致恒速調節方式的風速調節范圍較小，且控制精度較差，另一方面也造成了大量不必要的能量損失。

根據流體力學知識可知，風機的風量Q、轉速n、風壓H以及軸功率P之間存在以下數量關系：

由上述公式可以看出，當工業生產所需的風量、風壓減小事，通過調節轉速將得到較大增益的風速調節。風機調速過程中風機各項指標的變化情況如圖1所示。

如上圖所示，縱坐標H表示風機的風壓，橫坐標Q表示風機的風量，（1）、（2）曲線表示表示不同風門情況下的阻力曲線，N1、N2曲線表示風機在不同轉速下的工作特性曲線，風機工作特性曲線與阻力曲線的交點表示風機的工作狀態點，工作狀態點與兩坐標軸所形成的矩形面積表示風機的功耗。

當風機的負荷減小時，若采用恒速調節方式，需要減小風門大小，此時阻力曲線由（1）變為（2），而風機的轉速及工作特性曲線不發生變化，此時工作狀態點由C1轉移至C2，風量Q減小但風壓H增大，風機的功耗P幾乎不發生變化；若采用調速調節方式，需要降低風機的轉速，此時工作特性曲線由N1變為N2，而阻力曲線保持（1）不變，此時工作狀態點由C1轉移至C2’，風量Q與風壓H均顯著減小，風機功耗P也顯著減小，可見調速調節方式與恒速調節方式相比，有著顯著的節能效果。

3.2 變頻調速原理簡介

一般來說，異步電機是風機中應用較為廣泛的電機類型，其轉速n與供電頻率f、轉差率S以及電機的極對數P有如下關系：

通過上式可以看出，電機的轉速n與供電電源的頻率f成正比，因此改變供電電源的頻率即可以實現電動機轉速的精確控制與調節。

由于電網頻率是固定不變的，需要使用變頻器實現對供電電源頻率的調節。變頻器是在保證電機性能不變的前提下，通過改變電機的供電頻率實現電機轉速調節的電子設備。變頻調速的調速范圍大，能夠實現電機在0-100%額定轉速范圍內的無級變速，同時控制調節精度也更高，控制方式也更加靈活。

變頻器的種類較為豐富，在變頻調速時需要根據實際的工況需求選擇合適的變頻器，以保證變頻器的安全運行與最大節能效果。一般來說，變頻器的選用具有幾點基本要求：一是變頻器額定容量要大于電動機額定功率與適應電動機的功率和，二是變頻器額定電流不小于電動機的額定電流，三是變頻器的額定電壓不小于電動機的額定電壓。除了以上三條基本要求外，在實際工業生產環境中，選用變頻器時還需要根據實際工況中的電機類型、電機容量以及外部運行條件等信息進行綜合考慮，同時還要考慮變頻器變頻調速帶來的諧波污染與諧波抑制問題，優化選擇最佳的變頻控制器。

3.3 變頻調速的特點

風機的調速方式較多，傳統的液力離合器調速、液力耦合器調速等調速方式前期投資成本較低，但轉差率較大且效率不高，運行可靠性也較差，維護工作量較大，難以起到滿意的節能和調速效果。與其他調速方式相比，變頻調速具有以下幾點特點：

一是調速范圍大，能夠實現風機轉速在0-100%而定轉速下的無級變速，調速的效率較高，且調速的平滑性較好，風機調速過程中對風機的損傷較小；

二是調速精準，風機轉速的控制精度較高，能夠實現預定轉速的快速精準調速；

三是安全性較高，能夠在調速過程中對風機的電流、電壓等運行參數進行監視，避免過流、過壓以及短路等故障的發生；

四是可靠性較高且控制簡便，控制自動化水平較高，不需要進行復雜的操作，且對風機的損傷較小，使用壽命較長；

五是體積小巧，裝配便捷，不需要對電動機進行額外的改造，變頻器的安裝、調試以及維修工作都較為便捷。

4 結束語

隨著節能減排的不斷深化，人們的節能意識不斷提高，風機在工業生產中的能耗問題越來越得到人們的重視，變頻調速技術作為一種新興的控制技術，在風機控制中顯示出了較好的調節性能與顯著的節能效果，相信隨著相關技術的不斷發展晚上，變頻節能技術必將在工業生產中得到更廣泛的應用。

參考文獻

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