试述电机变频控制节能技术及应用
摘要：为贯彻落实国务院提出的“节能减排”的重要指示，财政部、国家发展改革委将组织开展高效电机推广，将电机系统的节能问题放在很重要的位置，变频电机控制节能也有了广阔的发展空间。目前我国电力能源利用效率较低、消耗高、浪费大，电力供应形势严峻，发展变频节能电机势在必行。
关键词：交流电机；风机；变频控制
一、电机变频控制节能技术的特点和适用范围
1.1电机变频控制技术的特点
电机变频控制技术的主要特点是能够有效控制电路，并且其使用过程中能够产生较小的成本，再加上其制作机械硬度刚好，在传递的过程中平滑低速，已经得到社会中各个行业的认可。但是其中也存在一定的弊端，变频电机系统性能不高，转矩利用率不高，稳定性会因为定子电阻和逆变器死去效应的存在变差的特点。
1.2电机变频控制节能技术的适用范围
电机变频控制节能技术被广泛应用于多个行业，例如：电力企业、钢铁行业、化工行业等，社会中的这些行业主要是利用电机变频控制节能技术来降低生产中的成本，提高企业生产效率，减少劳动力的使用，从而提高产品的质量。电机变频控制节能技术适用范围广泛，但是其中对客观条件的要求较高。例如，通过转变工程施工状况参数来提高电能的利用率，从而将企业经济效益提高。在节约电能方面主要采用的是将工程运行参数中存在不合理的参数去除。在降低频率方面主要与以下几点有关：（1）电机的负载率。通过降低电机的负载率来提高电能的使用率。（2）最初运行工况参数值的合理程度。其主要体现在电机的流量和转速等因素，当这些因素值越大时，就会节省越多的电能，反之则节约电能量越少。（3）最初的调整方式和调速方式。其主要体现在调整方式方面，其中调整方式主要是采用进出口阀门的方式和变频的方式，如果采用进出口阀门的方式则会加大电能的浪费程度；如果使用变频调速的方式，除了能够减少人工劳动力之外还能够保障电机的稳定运行，节约电能。传统的滑差电机方式不仅电能浪费情况严重，其生产效率低下，它与变频电机控制技术是无法比拟的。（4）电机本身采用的工作方式。电机自身的工作方式决定其电能的消耗程度，因此，企业必须结合自身实际情况来选择电机运作方式，用最适合的运作方式来达到最佳的节能状态。
二、电机变频控制的节能方式分析
2.1电机的变频节能
由于电流和现实生活中的水流存在很多的相似之处，所以可以借用水流的研究来研究电流。流体力学告诉我们，功率是与流量和压力时成正比的，而流量又与转速一次方成正比，而压力与转速的平方是正比关系，由此可得它与转速的三次方存在着正比的关系。假定水泵效率不变的情况下，要想降低流量的话，那么就要将转速降下来，那么输出功率也就是三次方的关系下降。像水泵电机的功率是55瓦，如果转速只有原来的80%的话，它的耗电量就只有28.16瓦，可以将近省48.8%的电，而如果转速变成了原来的50%的话，耗电量竟然降到了6875瓦，实现省电87.5%，节电效果明显。
2.2功率因数的降低带来的补偿节能
无功功率不但增加线损和设备的发热，更主要的是功率因数的降低导致电网有功功率的降低，大量的无功電能消耗在线路当中，设备使用效率低下，浪费严重，由公式P=S*COS，Q=S*SIN，其中S一视在功率，P一有功功率，Q一无功功率，COS一功率因数，可知COSe越大，有功功率P越大，普通水泵电机的功率因数在0/6—0/7之间，使用变频调速装置后，由于变频器内部滤波电容的作用，COSd1，从而减少了无功损耗，增加了电网的有功功率。
2.3电机启动中变频器的软启动节能功用
由于电机为直接启动或Y/D启动，启动电流等于（4—7）倍额定电流，这样会对机电设备和供电电网造成严重的冲击，而且还会对电网容量要求过高，启动时产生的大电流和震动时对挡板和阀门的损害极大，对设备、管路的使用寿命极为不利。而使用变频节能装置后，利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始，最大值也不超过额定电流，减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求，延长了设备和阀门的使用寿命。节省了设备的维护费用。
三、电机变频控制节能技术的发展及应用
3.1变频电机控制技术的发展
目前，大多数使用V/F控制系统运用在变频电机上，主要是因为该系统有结构简单和成本低的特点优势，适用于风机这类比较大型但对调速系统性能不算高的电机上面。变频电机虽然能够满足一般平滑低速需求，但是，它的动态和静态的性能是还是有限的。由于矢量控制的引入，变频电机控制技术在高性能场合开始运用。随着半导体技术的发展和数字控制技术的普及，矢量控制技术的应用已经扩展开来，从高性能领域到通用领域，增加了矢量控制技术的应用范围。
3.2变频电机控制技术的应用
变频电机的控制节能技术应用越来越广泛，可以有效达到调速节能、过流、过压、过载保护等多种功能。例如变频调速技术在工艺风机节能中的应用，玻璃生产厂在生产钢化玻璃的时候，工人需要将普通玻璃经过钢化炉处理后形成钢化玻璃。通常，钢化炉由热炉、冷却段和风机系统三部分构成。传统的电机调节方法是由操作工人阻挡风机入口的面积，工人需要根据要加工玻璃的厚度设定输入风门的面积大小，降低风机量的减小，从而减少风量。此过程属于纯人工设定和操作，难免存在误差。采用变频电机技术之后，操作工人只需要根据要加工玻璃的厚度，设定电机变频器的输出频率，降低了误差，提高了玻璃钢化过程的效率和企业的经济效益，同时还能达到节能的目的。电机变频技术在中央空调系统中也得到了广泛运用，有效减少温室气体的排放量。
四、结束语
变频电机在空调风机和泵类电机拖动中表现出了其节能、安全易控、无级平滑调速、高精度控制等显著特点。随着我国对节能环保投入的不断增加，电机的变频控制将会得到更好的发展。
参考文献：
[1]汤凤佩.注水电机变频控制时的继电保护设计[J].科技创新导报，2012（02）：15-17.
[2]许蔡辉，麦智炜，王碧滢.电机变频控制节能技术和运用探析[J].家用电器，2017（1）：34-35.
[3]陈高明.论电机变频控制节能技术和运用[J].山东工业技术，2016（1）：192.
（作者单位：河北华热工程设计有限公司）