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【摘 要】笔者在本文中，简要概述了变频调速技术的工作原理和节能原理，对其在锅炉供水控制系统、风机控制系统中的节能应用做了大致分析，并就变频器的选择应用提供了几点注意事项，以期能对大家有所借鉴。
【关键词】变频调速技术；锅炉；控制系统；节能
锅炉控制系统分为燃烧控制、供水控制、风机控制等多个复杂部分，按照以前的传统做法，通常是依靠人工调节煤、风门等方式，控制锅炉的鼓风和引风风量，并借助温度和压力显示仪表等来实现状态控制的目的。由于人工控制的成本较高，采用接触器控制锅炉的鼓风和引风容易引起故障，不利于提高生产效率；在电机以恒定速度运作的时候，选择改变风门挡板的开度来对风量进行调控并不是一种节约能源的办法；加上万一用汽量波动较大，手动控制执行器进行锅炉给水时不够安全等，锅炉控制系统的传统技术亟需改进。
这些年计算机自动领域技术的进步和发展，通过电气传动技术的变革，使得新型电机交流变频调速技术不断出现，变频调速技术的起制动和调速性能优异，效率高、节电效果好、适用范围广泛，因此具有广阔的发展前途，在当前我国进行经济建设需要消耗大量能源的时刻，变频调速技术也不失为节电省能、推动技术进步、改善生产环境的有效方式。
一、变频调速技术概述
变频调速技术的主要概念：电动机及其拖动负载不需要变动，只需要改变电压、电机的频率，就可以较准确的调整转速输出，降低电机功耗，促使系统高效运行。传统调速多用直流电机，但使用时需要经常更换滑环和碳刷，比较麻烦，后来随着信息技术、电力电子技术等的发展，变频调速技术逐渐成为电气传动的中枢，和交流电机可以说是“最佳拍档”。
（一）变频调速技术的原理
原理如下：
其中，为异步电机的转速，f为电源的频率，p为磁极对数，s为转差率，为同步转速，为转差损失的转速。
从这个公式可以知道，改变电源的频率f可以改变电机转速及同步转速，而想要在频率降低的时候，保证电动机的最大转矩和磁通不改变的话，还要采取降压措施，防止出现线圈过热的现象，这就是所说的变频调速，这种方法可以对频率和电压进行更加协调的控制。
变频器是实现变频调速的装置，可以将频率固定不变的电压和交流电变换为频率可变的，一般由整流器、滤波器、逆变器及控制器等部分组成。在设备运作的时候，首先会有单相或者三相交流电源通过整流器，之后滤波器会对电容滤波进行处理得到直流电压；逆变器具有的通断控制则可以在输出端制造固定形状的矩形脉冲，通过控制器对脉冲波的宽度及周期进行调节，可以对矩形脉冲波形的电压幅值及输出频率进行调控，以达到变频调速控制的需要。
（二）变频调速技术的节能原理
传统的风机和泵类设备一般采用挡风板和节流阀等工具来对风流量进行控制，从而实现节能，在变频调速技术中，这些工具都被调速的控制所代替。因为风机、泵类设备在流体力学分析上都是平方转矩负载，风机转速通过调节而下降时，电动机功率会以更大的幅度降低，这样带来的节能效果会是非常明显的。
二、变频调速技术在锅炉控制系统中的节能应用
（一）在锅炉供水控制系统中的应用
在传统锅炉供水控制系统中，给水泵必须要保持连续运作，只能借助调节阀、回流支路等方式来对水量进行调控，但是有些时候阀门的开度可能不够，这样使得水泵的出口压力加大，容易导致水回流的情况，对阀门和设备都会造成很大损害，而且也浪费了能源；将变频调速供水系统应用到锅炉控制系统之中，采用单片机和变频器来取代阀门和传统的回流支路，通过电动差压变送器来对水位进行检测，获取给水量、蒸发量等具体数据，然后通过单片机来输出电流信号，自动对水泵的转速进行调控。
在进行系统设计时，考虑到全系统的控制效果，首先要根据水泵流量、扬程、最大和最小用水量等参数来确定变频器的输出频率，然后在变频器的输入输出端设置自动、手动工作这两种状态（自动工作状态下由单片机的输出信号来控制，手动工作状态一般用于特殊情况，如单片机停止操作时）。
（二）在锅炉风机控制系统中的应用
锅炉的风机控制系统也是变频调速技术应用的重要领域，借助于变频调速技术可以实现对炉膛压力、风速、风量、温度等指标的调控。在锅炉运作过程中，变频器对送风机的转速进行调节，使得送风量和给煤量保持在一定的比例，从而使没充分燃烧，减少能源的浪费；锅炉中的鼓风引风机很多时候都在定额的风量流量之下工作，但是实际工作中所需要的风量流量很少达到这种额度的要求，这样就出现了多余浪费，通过变频器来对风量流量进行适时的调节，可以避免很多能源的浪费；目前普遍采用档板或阀门的節流调节方式，这几种方法虽然操作简单，但实际上是通过增加阻力来达到调节风量流量的目的，能耗太大，且对于风量调节的度不好把握，调节过大会造成热能浪费，因为空气中的含氧量会超标，调节过小又会造成煤炭的浪费，因为煤渣残留的碳份会超标。而应用变频调速技术，可以通过用汽量的变化进行闭环控制，随时调整风机的转速，有效、准确地调节风量流量，将空气含氧量和煤渣残留的碳份保持在合理水平，节省电能损耗的同时延长风机的使用寿命，降低维修成本费用。
三、变频器选择应用的注意事项
（—）变频器的可行性分析
在安装变频器之前，应对所选的设备对象进行投资比较，一般从节约电能、提高生产效率或产品质量等方面获得的收益出发来分析计算，如果两年内能够偿还变频器的投资则认为是可行的；否则就不经济。
（二）变频器要有质量保证
产品质量直接影响工作性能及安全，因此用户在进行变频器的选择时，一定要详细了解所选产品的型号、规格、容量覆盖范围等具体信息，并通过变频器所用的功率元件及控制技术来判断产品质量，尽可能地选择生产能力强、信誉好、技术先进的品牌厂家进行购买，保障变频器的质量。 （三）變频器的效率
变频器在运行时也会消耗掉部分电能，因此变频器的调速节能量与变频器的效率是直接联系在一起的。按常规来说，直接高压变频器的效率比高-低-高式高压变频器的效率要高，通常可以达到0.97%-0.98%，而后者由于多了一个变压器，相应也多了一份损耗，其系统效率也有所降低。
（四）变频器的功率因素
在变频器调速的全过程中，功率因数是一项重要的参考指标，最好符合国家标准GB3485-83的规定，使其全程都保持在0.95以上。
（五）变频器的谐波
为了限制电网电压正统波发生畸变，国家严格控制用记户非线性谐波设备注入电网的谐波电流，要求公用电网谐波在国际上要符合IEEE-519标准的规定，所用的高压变频器的谐波必须符合国标GB/T14549-93电能质量规定。
（六）变频器的输出容量、额定输出电流
变频器的输出容量就是供给电动机的输出功率，额定输出电流则指的是在额定电压下可以持续输出的电流值，在选择变频器的时候，输出容量和额定输出电流都是重要标准，输出容量要满足电动机的功率需求，额定输出电流则要保证大于电动机的额定电流。
（七）变频器的电源电压范围
变频器的电源电压范围选择首先是要符合实际，用户要了解自己用电所在电网的容量和电压的变化范围，以此为基础去进行选择，另外一个原则就是变频器的供给电源容量尽量选择的足够大，确保使用需求得到满足。
四、总结
通过改变电机频率和电压来达到电机调速目的的变频调速技术在当前仍是一门新兴技术，虽然已经得到部分运用，但是远没有达到成熟。如今国家大力推广节能新兴技术的应用，变频调速技术应该积极应用到各行业及相关领域之中，发挥其节能、环保、高效的优势，节约能源，保护环境，推动可持续经济的发展。
参考文献：
[1]肖朋生；变频器及其控制技术[M]；北京：机械工业出版社； 2008
[2]赵良坤；变频控制在高炉炉前液压设备上的应用研究[J]；科技创新与应用；2012（24）
[3]黎柏源；变频节能技术及其在锅炉风机中的应用[J]；广西电业；2010（04）
[4]严爵；王国伟；变频调速技术在泵类设备上的应用[J]；聚氯乙烯；2006（01）
[5]冯秋；曹国刚；浅谈变频调速系统的发展与应用[J]；电力电子技术应用；2010（10）.
【关键词】变频调速技术；锅炉；控制系统；节能
锅炉控制系统分为燃烧控制、供水控制、风机控制等多个复杂部分，按照以前的传统做法，通常是依靠人工调节煤、风门等方式，控制锅炉的鼓风和引风风量，并借助温度和压力显示仪表等来实现状态控制的目的。由于人工控制的成本较高，采用接触器控制锅炉的鼓风和引风容易引起故障，不利于提高生产效率；在电机以恒定速度运作的时候，选择改变风门挡板的开度来对风量进行调控并不是一种节约能源的办法；加上万一用汽量波动较大，手动控制执行器进行锅炉给水时不够安全等，锅炉控制系统的传统技术亟需改进。
这些年计算机自动领域技术的进步和发展，通过电气传动技术的变革，使得新型电机交流变频调速技术不断出现，变频调速技术的起制动和调速性能优异，效率高、节电效果好、适用范围广泛，因此具有广阔的发展前途，在当前我国进行经济建设需要消耗大量能源的时刻，变频调速技术也不失为节电省能、推动技术进步、改善生产环境的有效方式。
一、变频调速技术概述
变频调速技术的主要概念：电动机及其拖动负载不需要变动，只需要改变电压、电机的频率，就可以较准确的调整转速输出，降低电机功耗，促使系统高效运行。传统调速多用直流电机，但使用时需要经常更换滑环和碳刷，比较麻烦，后来随着信息技术、电力电子技术等的发展，变频调速技术逐渐成为电气传动的中枢，和交流电机可以说是“最佳拍档”。
（一）变频调速技术的原理
原理如下：
其中，为异步电机的转速，f为电源的频率，p为磁极对数，s为转差率，为同步转速，为转差损失的转速。
从这个公式可以知道，改变电源的频率f可以改变电机转速及同步转速，而想要在频率降低的时候，保证电动机的最大转矩和磁通不改变的话，还要采取降压措施，防止出现线圈过热的现象，这就是所说的变频调速，这种方法可以对频率和电压进行更加协调的控制。
变频器是实现变频调速的装置，可以将频率固定不变的电压和交流电变换为频率可变的，一般由整流器、滤波器、逆变器及控制器等部分组成。在设备运作的时候，首先会有单相或者三相交流电源通过整流器，之后滤波器会对电容滤波进行处理得到直流电压；逆变器具有的通断控制则可以在输出端制造固定形状的矩形脉冲，通过控制器对脉冲波的宽度及周期进行调节，可以对矩形脉冲波形的电压幅值及输出频率进行调控，以达到变频调速控制的需要。
（二）变频调速技术的节能原理
传统的风机和泵类设备一般采用挡风板和节流阀等工具来对风流量进行控制，从而实现节能，在变频调速技术中，这些工具都被调速的控制所代替。因为风机、泵类设备在流体力学分析上都是平方转矩负载，风机转速通过调节而下降时，电动机功率会以更大的幅度降低，这样带来的节能效果会是非常明显的。
二、变频调速技术在锅炉控制系统中的节能应用
（一）在锅炉供水控制系统中的应用
在传统锅炉供水控制系统中，给水泵必须要保持连续运作，只能借助调节阀、回流支路等方式来对水量进行调控，但是有些时候阀门的开度可能不够，这样使得水泵的出口压力加大，容易导致水回流的情况，对阀门和设备都会造成很大损害，而且也浪费了能源；将变频调速供水系统应用到锅炉控制系统之中，采用单片机和变频器来取代阀门和传统的回流支路，通过电动差压变送器来对水位进行检测，获取给水量、蒸发量等具体数据，然后通过单片机来输出电流信号，自动对水泵的转速进行调控。
在进行系统设计时，考虑到全系统的控制效果，首先要根据水泵流量、扬程、最大和最小用水量等参数来确定变频器的输出频率，然后在变频器的输入输出端设置自动、手动工作这两种状态（自动工作状态下由单片机的输出信号来控制，手动工作状态一般用于特殊情况，如单片机停止操作时）。
（二）在锅炉风机控制系统中的应用
锅炉的风机控制系统也是变频调速技术应用的重要领域，借助于变频调速技术可以实现对炉膛压力、风速、风量、温度等指标的调控。在锅炉运作过程中，变频器对送风机的转速进行调节，使得送风量和给煤量保持在一定的比例，从而使没充分燃烧，减少能源的浪费；锅炉中的鼓风引风机很多时候都在定额的风量流量之下工作，但是实际工作中所需要的风量流量很少达到这种额度的要求，这样就出现了多余浪费，通过变频器来对风量流量进行适时的调节，可以避免很多能源的浪费；目前普遍采用档板或阀门的節流调节方式，这几种方法虽然操作简单，但实际上是通过增加阻力来达到调节风量流量的目的，能耗太大，且对于风量调节的度不好把握，调节过大会造成热能浪费，因为空气中的含氧量会超标，调节过小又会造成煤炭的浪费，因为煤渣残留的碳份会超标。而应用变频调速技术，可以通过用汽量的变化进行闭环控制，随时调整风机的转速，有效、准确地调节风量流量，将空气含氧量和煤渣残留的碳份保持在合理水平，节省电能损耗的同时延长风机的使用寿命，降低维修成本费用。
三、变频器选择应用的注意事项
（—）变频器的可行性分析
在安装变频器之前，应对所选的设备对象进行投资比较，一般从节约电能、提高生产效率或产品质量等方面获得的收益出发来分析计算，如果两年内能够偿还变频器的投资则认为是可行的；否则就不经济。
（二）变频器要有质量保证
产品质量直接影响工作性能及安全，因此用户在进行变频器的选择时，一定要详细了解所选产品的型号、规格、容量覆盖范围等具体信息，并通过变频器所用的功率元件及控制技术来判断产品质量，尽可能地选择生产能力强、信誉好、技术先进的品牌厂家进行购买，保障变频器的质量。 （三）變频器的效率
变频器在运行时也会消耗掉部分电能，因此变频器的调速节能量与变频器的效率是直接联系在一起的。按常规来说，直接高压变频器的效率比高-低-高式高压变频器的效率要高，通常可以达到0.97%-0.98%，而后者由于多了一个变压器，相应也多了一份损耗，其系统效率也有所降低。
（四）变频器的功率因素
在变频器调速的全过程中，功率因数是一项重要的参考指标，最好符合国家标准GB3485-83的规定，使其全程都保持在0.95以上。
（五）变频器的谐波
为了限制电网电压正统波发生畸变，国家严格控制用记户非线性谐波设备注入电网的谐波电流，要求公用电网谐波在国际上要符合IEEE-519标准的规定，所用的高压变频器的谐波必须符合国标GB/T14549-93电能质量规定。
（六）变频器的输出容量、额定输出电流
变频器的输出容量就是供给电动机的输出功率，额定输出电流则指的是在额定电压下可以持续输出的电流值，在选择变频器的时候，输出容量和额定输出电流都是重要标准，输出容量要满足电动机的功率需求，额定输出电流则要保证大于电动机的额定电流。
（七）变频器的电源电压范围
变频器的电源电压范围选择首先是要符合实际，用户要了解自己用电所在电网的容量和电压的变化范围，以此为基础去进行选择，另外一个原则就是变频器的供给电源容量尽量选择的足够大，确保使用需求得到满足。
四、总结
通过改变电机频率和电压来达到电机调速目的的变频调速技术在当前仍是一门新兴技术，虽然已经得到部分运用，但是远没有达到成熟。如今国家大力推广节能新兴技术的应用，变频调速技术应该积极应用到各行业及相关领域之中，发挥其节能、环保、高效的优势，节约能源，保护环境，推动可持续经济的发展。
参考文献：
[1]肖朋生；变频器及其控制技术[M]；北京：机械工业出版社； 2008
[2]赵良坤；变频控制在高炉炉前液压设备上的应用研究[J]；科技创新与应用；2012（24）
[3]黎柏源；变频节能技术及其在锅炉风机中的应用[J]；广西电业；2010（04）
[4]严爵；王国伟；变频调速技术在泵类设备上的应用[J]；聚氯乙烯；2006（01）
[5]冯秋；曹国刚；浅谈变频调速系统的发展与应用[J]；电力电子技术应用；2010（10）.