Ｇ。ｎ９ｙ ｉｕ －ｓｎｕ！三至量茎 鎏 变频器节能技术原理及其应用探讨 毛波涛李艳华翟红星 （河南能源化工集团洛阳永龙能化有限公司，河南洛阳４７１１００） 摘要：重点探讨变频器的基本构成及节能原理，并以水泵变频器为例，研究变频器节能技术的节能功效。 关键词：变频器；节能；原理；应用 ０引言 随着传统的直流调速、模拟控制技术逐渐被交流调速、计 用电容或电感对产生的脉动电压进行吸收处理；如果电机过 小，由于电源、主电路的器件中仍然有余量，这样可直接去掉电 感而选用滤波电路。 １．３逆变器 逆变器的功能与整流器是相反的，主要功能是将整流器处 理后的直流电转化为可满足异步电机运行要求（电压、频率）的 交流电。 １．４控制电路 算机自动化控制技术所替代，交流电动机的变频器技术已成为 降低电机生产能耗的主要技术手段之一。变频器技术的研发 与推广，标志着电动机技术进入了一个崭新的发展阶段。其主 要利用可编程控制器来调节转速、提高功率因数，并因软启动 性能优良等节能优势被业界广泛认定为最佳的调速控制装置， 因此具有广阔的应用前景…。 在变频器中控制电路主要是根据相关回馈信号对整流器、 逆变器输出的电压、频率实现合理控制，目的在于为异步电机 提供合适的交流电源。 １ 变频器的基本组成 交流电机中应用的变频器装置主要分为４个部分，每个部 分的具体功能如下： １．１整流器 ２变频器节能技术原理 变频器技术是集微电子技术、变频技术为一体的综合性技 术系统，其利用计算机应用技术、电子电力技术来保证电机始 终处于平稳运行状态，并对电机的自动加速、减速运行实现有 整流器是变频器最主要的构件之一。目前，我国常用变频 器中的整流器均采用二极管变流器，其可以将Ｔ频交流电直接 转化为直流电。当然，也可以采用两组晶体管变流器组建一个 可逆的变流器，该变流器可实现功率方向的可逆性，也就是可 实现电机的再生运转功能。 １－２滤波电路 直流电经整流器处理后可形成一个脉动电压（相对于电源 效控制，提高电机的运行效率并降低电机的能耗，同时对较强 的过压、过流也可起到一定保护作用。根据实际应用需求，交 流电机的变频器节能方式主要分为以下２种： ２．１软启动节能方式 目前，异步电机的启动方式主要分为直接启动、全压启动、 Ｙ／Ｄ启动，在启动电压可达到额定电压的５倍左右，此时会产 的６倍频率），逆变器中产生的电流也可导致直流电出现变动。 因此，为确保应用时电压能够处于一个相对平稳的状态，可使 ５结语 通过对巡检机器人在户外条件下采集的巡检图像进行 大量测试，证实了本文所提算法的鲁棒性。通过底帽变换 生大量的电流损耗，且增加电路的功率损耗，并对电机设备、企 ［４］’７乇海洋，潘德炉，夏德深．二维Ｏｔｓｕ自适应阈值选取算法的快 速实现＿Ｊ］．自动化学报，２００７，３３（９）：９６８－－９７１ Ｅ５］段瑞玲，李庆祥，李玉和．图像边缘检测方法研究综述＿Ｊ］．光学 技术，２００５，３３（３）：４１５￣４１９ 对图像进行预处理可以有效地适应各种不同的光照条件。 根据ＰＨＴ和直线过滤条件可以快速检测到指针对应的直 ［６］Ｍａｒｒ Ｄ Ｃ，Ｈｉｌｄｒｅｔｈ Ｅ．Ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ Ｅｄｇｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ［Ｍ］．Ｉ．ｏｎｄｏｎ： Ｐｒｏｃ．Ｒｏｙ．Ｓｏｃ，１９８０ 线，进而读出仪表读数，算法简单，易于实现，满足了巡检机 器人检测实时性的要求。而且，大量巡检机器人的巡检图 ［７］孙丰荣，刘积仁．快速霍夫变换算法［Ｊ］．计算机学报，２００１，２４ （１０）：１ １０２～１ ｌＯ９ 片验证，在此图像处理算法下，对避雷器仪表正确读数的概 率在９６．５ 以上，完全满足巡检机器人对避雷器指针检测 的精度要求。 ［参考文献］ ［１］何智杰，张彬，金连文．高精度指针仪表自动读数识别方法＿Ｊ］． 计算机辅助工程，２００６，１５（３）：９－－１２ ［２］陈彬，金连文．一种仪表指针位置检测的中心投影法［Ｊ］．计算 机应用研究，２００５（１）：２４６－－２４８ 收稿日期：２０１４—０７—０８ ［３］ＨＵＩ Ｉ Ｒ，ＺＨ（）ｕ Ｇ．Ａ ｆｒａｍｅ ｗｏｒｋ ｆｏｒ ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ｄａｔａ ｉｎｔｅｇｒａ— ｔｉｏｎ ｕｓｉｎ ｇ ｔｈｅ ｍａｔｅｒｉａｌｉｚｅｄ ａｎｄ ｖｉｒｔｕａｌ ａｐｐｒｏａｃｈｅｓ［Ａ］．Ｐｒｏｃ ｏｆ ＡＣＭ ＳＩＧＭ（）Ｄ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｏｆ 作者简介：李汉峰（１９８Ｏ一），男，广西陆川人，工程师，设备部 主管，研究方向：电气工程及其自动化。 谷志伟（１９８３一），男，河北廊坊人， 程师，变电管理所副主 任，研究方向：电气Ｔ程及其自动化。 ＤａｔａＥＣ￣，１９９６ 机电信息２０１４年第２４期总第４１４期１０５ 耋三至量堡 Ｇ。ｎｇｙｉ ｖｕ ｓ ｕ 业供电网络产生巨大冲击，最终将损坏电机自身线路及影响同 一最佳。 线路上其他设备正常运行。 为了解决电机启动时产生的能源浪费、电容增加等问题， 在实际生产过程中可运用变频器的软启动节能方式，其可以实 现电机启动时电流量从０逐渐升至额定值，且保证在电流量上 升时产生的最大电流值始终在额定值范围内，从而降低电机启 动时的功率损耗，缓解电机启动对企业电网的冲击，最终实现 节能、延长设备使用寿命的效果。 ２＿２变频节能方式 企业在生产过程中经常出现设备容量选择不当的现象，可 ４应用水泵变频器的注意事项 变频器应用于水泵系统是一种比较经济、简单的节能方 式，但是在电机驱动阶段采用变频器，由于存在高次谐波，所以 与工频电源驱动相比需要特别注意电机运行中的变频浪涌电 压、升温等问题。 ４．１ 浪涌电压损坏绝缘问题 变频器的电源可能会引发浪涌电压，且影响电机线圈的绝 缘，此时应对电机各线圈之间的绝缘、绝缘强度的相容性采取 能造成能量浪费。我们都知道，电机功率一压力×流量，其中 流量与压力成反比，流量、压力与功率成正比，由于电机的转速 与功率、压力、流量均呈正比，也就是说当电机的压力处于稳定 状态时，将电机的转速下调，输出的功率也会相应下降，也就是 电机损失的功率下降 ｎ］。变频节能方式可合理电机转速， 从而降低电机能耗，实现节能效果。 ３水泵变频器的节能技术应用分析 本文选取水泵作为研究对象。水泵是一个平方转矩负载 设备，我们可将转速设置为 ，流量设置为Ｑ，扬程设置为Ｈ，水 泵轴功率设置为Ｎ，上述变量的关系式如下： Ｑ】一（ （ １／ ２），Ｈｌ—Ｈ２（ ｌ／ ２）。，Ｎ１一Ｎ２（ ｌ／ ２）。 从上述公式可以看出，水泵流量与转速成正比，扬程与转 速平方成正比，轴功率与转速立方成正比。当电机带动水泵 时，电机的轴功率Ｐ表示如下： Ｐ— ＱＨ／ ×１０一 式中，』。为水的密度；啦为Ｔ况点效率； 为传动效率。 水泵流量（Ｑ）、扬程（Ｈ）的关系曲线如图１所示。在图１ 中，曲线①表示水泵在 ．转速下流量、扬程之间的关系；曲线② 表示水泵在 转速下流量、功率之间的关系；曲线③、④为水管 阻力的特性；曲线⑤表示水泵在 转速下流量、扬程之间的 关系。 Ｑ 图１水泵流量（Ｑ）、扬程（Ｈ）关系曲线图 我们假设水泵工作点在Ａ点时效率最高，此时水流输出量 （Ｑ）为１００ ，此点水泵的轴功率（Ｐ ）与Ａ、Ｈｌ、Ｑ、Ｑ 的面积成 正比，根据企业的生产＿Ｔ艺标准，当水泵的输出流量从Ｑ１缩小 至Ｑ时．如果直接调节水泵的阀门，则可能使得管阻曲线从③ 变成④，这样可能会导致系统的最佳工作效率由Ａ点移至Ｂ 点，而水泵的扬程也会增加，水泵的轴功率（Ｐ：）与Ｂ、Ｈ。、Ｑ、Ｑ 的面积成正比；若采用变频器进行合理控制，水泵的转速由 下降至 ｚ，在满足Ｑ的基础上，大幅度降低水泵的扬程（Ｈａ）， 此时水泵的轴功率（Ｐ。）与Ｃ、Ｈ。、Ｑ、Ｑ的面积成正比关系。通 过比较分析３种运行模式，可看出 明显最小，节省的功率损 耗与Ｂ、Ｈ 、Ｈ。、Ｃ成正比关系，由此可知该方案节能效果 １０６ 必要的保护措施。当在水泵系统中运用变频器驱动时，电机绝 缘的寿命一般为４万ｈ，大概为１５年左右。由于传统的工频驱 动电机中并没有浪涌电压保护装置，若对４００ Ｖ的电机更换变 频器驱动，可能会因为变频器出现浪涌电压而导致绝缘性能恶 化甚至烧毁ｌ３］。因此，在更换变频器驱动时建议同步更换电 动机。 ４＿２升温问题 运用变频器驱动的电机受高次谐波影响可能会增加损耗， 电流量增加ｌＯ ，温度则升高２０ 。电机的转子轴端一般都 装有冷却风扇，若处于低频运转状态，冷却效果也会明显下 降 ］。从常规情况来看，电机的冷却风量与升温形成的冷却效 果之间的关系为：若电机呈现出相同损耗时，机身温度上升值 与转速成反比；若电机在工频以高速运转，由于电机处于恒定 功率输出状态，电流量随着频率的升高而降低，且提高了冷却 效果，因此不会出现明显的升温问题。 ５结语 随着变频器技术的日趋成熟，其被广泛应用于机电设备的 实际运行中。在交流电机中运用变频器节能可实现软启、软 停，从而减少电机启动时对企业同一配电线路上其他设备正常 运行的影响，并最大限度地降低对企业供电网络的冲击，同时 减少电机线路的损耗，降低电机的磨损度以及设备的维修、保 养费用。与此同时，在变频器的节能调速下可提升电机转速的 控制精度，提高生产工艺水平及生产效率，为企业创造良好的 经济效益。因此，变频器节能技术在我国未来经济发展中将发 挥重要的作用，市场应用前景广阔。 ［参考文献］ Ｅｌｉ侯炳耀．浅析变频器的工作原理和节能原理ＥＪ］．今日湖北：下 旬刊，２ｏ１２（５） Ｅ２］王立刚．变频器节能技术及现场应用分析［Ｊ］．中国城市经济， ２０ｌＯ（９） Ｅ３］张令东．变频器节能技术及应用展望ＥＪ］．科技创新与应用， ２Ｏ１２（１６） Ｅ４］李永鑫．变频器节能技术原理及应用分析［Ｊ］．电子制作，２０１３ （５） 收稿日期：２０１４ ０６ ３０ 作者简介：毛波涛（１９８２～），男，河南灵宝人，助理Ｔ程师，研 究方向：电力系统自动化与应用。
