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摘 要：伴随我国经济的高速发展和科技的进步，电力技术取得了突破性进展，特别是在当前变频技术快速发展的大前提下，变频技术在各行各业应用得越来越广泛。在现代电力行业中，变频技术具有良好的调速性能和节能环保效果，对促进我国工业的发展起着至关重要的作用。一般情况下，变频技术是交流变频调速系统的重要组成元素，在人们的日常生活和工作中起着非常重要的作用。笔者结合多年的实际工作经验，分析变频技术在我国节能环保工作中的具体应用，为进一步促进变频技术的快速发展奠定基础。
关键词：变频技术；节能环保；电力行业；应用
中图分类号：TF351 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）11-0183-02
前 言
进入21世纪后，世界各国已经逐渐意识到节能环保在经济发展中的重要性，绿色环保、自动化、智能和安全理念已经深入人心，变频技术已经不仅仅是一个控制机器和设备的简单技术，变频技术更重要的功能是其具有智能化和人性化的现代化控制理论，已经在各行各业中得到了普及和推广。在我国经济发展过程中，电力行业具有举足轻重的作用。然而，当前人们对电力的需求和使用已经远远的超出了电力网的承受能力，导致我国很多地区电力系统出现不稳定的现象。通过分析上述不正常现象，表明我国当前电力系统处于供需不平衡的状况，制约着我国经济的继续发展。现阶段，我国电动机的装机容量有5×108kW按一半为泵类负载、风机来计算，即2.5×108kW。如若采取科学的节能措施，对其中40%的电能进行变频调能节速改造，就可以节约大概l×108kW·h的电能。现阶段，我国使用的变频器总容量大概为（1.0～1.5）×l08kW。由此可见，我们国家潜在的变频器的应用前景非常好。泵类、风机负载采取变频调速之后，它们的节电率可以达到25～65%左右，这是由于泵类、风机负载的耗电功率基本和转速三次方成一定比例，而其转速与实际流量也成一定比例。在电力用户的平均流量相对较小时，泵类、风机采取变频调速促使机器的转速降低，以此达到的节能效果非常明显。以节能环保为主要目的变频技术在最近几年发展的速度非常快，得到了人们推崇和认可，占据着主要的变频市场。根据相关部门的统计数据显示，我们国家已经进行变频调速改造的泵类、风机负载的容量大约占据总容量的5%以上，每年大约可以节省4×1010kW·h电能。因为压缩机、风机和水泵在采取变频调速之后，就可以节约大量的电力能源，我们就可以在短短的时间内节约大量的能源，所以，在节能环保领域中，变频调速技术应用得非常广泛。采取变频技术，可以节约大量的电力能源，并且产生更大的社会效益，比如将变频技术利用在锅炉上后，除了可以节能环保外，因为燃烧的非常充分，就可以大量节省燃料，起到节能环保的作用。
1 变频技术的降耗节能原理
现代自动化工厂要实现有效的自动化，就少不了一系列的设备：控制器是大脑，机器人是执行者，伺服电机是肌肉，变频器就是节能器。不管哪种层次的生产都是需要能源的，大规模的生产也就意味着巨大的能源消耗，而能源和资源并不是无穷的，那么变频器就是不可或缺的设备了。现在的变频器能实现能源的高效利用，减少能量的损耗，例如国产的PI9000系列变频器，能实现98%的能量利用率，大大减少了能量的无效损耗，降低工厂生产的成本。
1.1 变频节能
基于流体力学，P=Q×H，其中H表示压力，Q表示流量，P表示功率，流量Q和转速N的一次方成正比例关系，压力H和转速N的平方成正比例关系，功率P和转速N成正比例关系。如若水泵的效率固定，那么下调流量时，转速N也可以成比例的下调，此时，轴输出功率P也成立方的关系下调，也就是水泵电机的耗电功率和转速近似成立方比的比例关系。
1.2 功率因数补偿节能
一般情况下，无功功率会增加设备的发热和线损，它主要的作用是功率的降低导致电网有功功率的下降，在线路的运行过程中，大量的无功电能被消耗，设备的使用效率非常低，浪费现象十分严重。在计算公式P=S×COS？准中，Q=S×SIN？准中，其中COS？准表示功率因数，P表示有功功率，S表示视在功率，可以得知COS？准越大，表示有功功率P值越大，普通水泵电机的功率因素在0.6～0.7之间，在使用变频调速的装置之后，因为变频器内部滤波电容器的作用，COS？准≈l，因此减小了无功的损耗，促使电网的有功功率得到增加。
1.3 软启动节能
因为电机是Y/△或直接启动，启动的电流值大小为4～7倍的额定电流值，因此会对供电电网和其它设备造成严重的损害，并且还会对电网的容量提出更高的要求，电机在启动时，产生的震动和大电流会对阀门和挡板产生严重的影响，缩短了管路及设备的使用寿命。在使用变频节能装置之后，基于变频器的软启动功能，使电机的启动电流从零开始增加，最大值也不会大于额定电流值，极大的降低了对供电容量和对电网的冲击，延长了阀门和设备的使用寿命，大大的节省了设备的维修费用。
2 风机、水泵的节能环保分析
2.1 变频意义
过往，水泵和风机都是利用异步电机进行拖动工作的，转速保持恒定状态，在需要流量或风量发生改变时，通常采取调节节流阀和挡风板等措施来实现调节流量的效果。采取这种控制方式，即使能满足发展和生产的需求，但是从节能环保的角度来说，这种做法是非常不科学的，并且采取控制转速的方法在过去的控制方式中是非常少见的。在以往，工厂的生产设备都是长期处于转动的状态，保持不停机的状态，促使設备维持在恒定功率状态下长时间的运行。在这种情况下，机器设备有很大部分时间是处于低负荷运行的状态，只有在极少的时间内，功率和流量才可以被正常使用。被浪费的电力资源大约占到50%左右。在这种情况下，如果采取变频调速技术，对水泵电机、风机进行控制，以此来调控流量和转速，促进能源使用效率的提升，从根本上提升生产效率。 2.2 风机节能举例
在此，笔者以某一个工厂炉底风机的散热控制系统为例进行研究。冶炼炉会根据材料的差异设计相应的炉底冷却温度，以此来满足适应期间生产必须的冷却风量，通常设计的满足最大冷却风量是4台18kW的四级叶轮式风机。通常情况下，这4台风机都会同时开启，以此来确保风量的正常供应，然而工厂一般都不需要最大的冷却风量，因此，这种方式下的功率浪费现象非常严重。依据冶炼材质的不一样，有些时候需要对着打开一对风机，某些时候需要对着打开两对风机，某些时候需要侧着打开一台风机。但是，在这个过程中，冷却不均匀带来的麻烦就会变得显而易见。如若四台风机全部打开，那么可以调节挡风板，以此来控制风量的大小，然而这种操作方式对电能的消耗也是非常大的。如若采取科学的措施，对其中的两台风机进行变频调速控制，那么使一对风机全速运转，另外两台风机也必须依据不同的材质需求进行速度调节，这样的操作方法既可以完成不同材料对温度的控制要求，还可以达到节能环保的要求，节能环保的效果非常明显。
2.3 水泵节能举例
水泵节能和风机节能的原理类似。本文以某个洗浴中心为案例进行研究，该洗浴中心的中央空调冷水机组水系统有55kW的冷却泵和90kW冷冻泵，水泵电机通常是线性恒功率输出，主机制冷是依据温度的变化而进行操控的，属于非线性负荷。55kW的冷却泵通过阀门来控制流量，以此来满足控制主机温度的要求，但是电机的节能环保水平一直都是处于一个较低的状态，也就是阀门在全部都关闭的状态下，电流只可以处于97～107A之间动态变化。如若利用温控系统对水泵的电机进行闭环变频控制，则水泵的节电量可以达到30%左右，同样的道理，冷冻泵经过变频调速的操作之后，节约的电力资源可以达到30以上。
3 变频技术在节能环保方面的应用前景
现阶段，变频技术在节能环保方面具有非常显著的优点，有着广阔的应用前景，它的主要优点包括：①无振荡，无噪音，是其它普通电动机无法比拟的。②起制动性能好——普通电动机在启动时，电流会达到额定电流的5倍，对于电机的冲击和振荡比较严重，而变频器可以对其频率，电压进行调节，同步启动，启动的电流控制在额定电流以内，升速平稳，停车时间也比普通电动机较快。③加工方便，适应性强——变频器的电箱是电子元件组成的，裝配方便，并且其可以适应不同的电路，只需要按照不同的功率来给设备分配电量。④适应性好，变频器一改电动机根据频率，电压，功率选择的难度，只需要对功率进行控制，就可以实现对电压、频率的无级调节，适应各种设备的驱动需求。⑤效率非常高，相比于传统的电动机方案，电-机-电的转换，变频器在其中仅仅作为电能的参与变化，也就是交流变成直流，再变成交流，它的利用效率可以达到惊人的95%以上。如果保持这种状态长期运行下去，取得的效果会更加显著。变频器的主要弱点为：线路比较复杂，维护相对困难，电子元件的稳定性还需要进一步的提高等。由此可以得到，变频节能技术的前景市场还是非常广阔的。
4 结 语
综上所述，变频技术因为具有无级调速、特性硬、精度高、范围大和效率高的优点，在行业内各种交直流变频调速系统内部已经逐步占据主导地位，特别是节能环保技术方面，变频技术的应用必将逐步扩大。在实际的应用过程中，变频技术还可以进一步的改善自动化技术，取得更好的节能环保效果。
参考文献
[1]张鹏飞.变频技术在煤矿机电设备中的应用[J].能源与节能，2013（09）：119～121.
[2]李高峰.煤矿机电设备中变频技术的应用研究[J].机械工程与自动化，2017（02）：210+213.
[3]田树河.试论变频技术在煤矿机电设备中的应用[J].中国新技术新产品，2017（12）：52～53.
收稿日期：2018-3-15
作者简介：徐祖安（1980-），男，广西玉林玉州人，助理工程师，本科，主要从事铸造设备维护维修工作。
关键词：变频技术；节能环保；电力行业；应用
中图分类号：TF351 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）11-0183-02
前 言
进入21世纪后，世界各国已经逐渐意识到节能环保在经济发展中的重要性，绿色环保、自动化、智能和安全理念已经深入人心，变频技术已经不仅仅是一个控制机器和设备的简单技术，变频技术更重要的功能是其具有智能化和人性化的现代化控制理论，已经在各行各业中得到了普及和推广。在我国经济发展过程中，电力行业具有举足轻重的作用。然而，当前人们对电力的需求和使用已经远远的超出了电力网的承受能力，导致我国很多地区电力系统出现不稳定的现象。通过分析上述不正常现象，表明我国当前电力系统处于供需不平衡的状况，制约着我国经济的继续发展。现阶段，我国电动机的装机容量有5×108kW按一半为泵类负载、风机来计算，即2.5×108kW。如若采取科学的节能措施，对其中40%的电能进行变频调能节速改造，就可以节约大概l×108kW·h的电能。现阶段，我国使用的变频器总容量大概为（1.0～1.5）×l08kW。由此可见，我们国家潜在的变频器的应用前景非常好。泵类、风机负载采取变频调速之后，它们的节电率可以达到25～65%左右，这是由于泵类、风机负载的耗电功率基本和转速三次方成一定比例，而其转速与实际流量也成一定比例。在电力用户的平均流量相对较小时，泵类、风机采取变频调速促使机器的转速降低，以此达到的节能效果非常明显。以节能环保为主要目的变频技术在最近几年发展的速度非常快，得到了人们推崇和认可，占据着主要的变频市场。根据相关部门的统计数据显示，我们国家已经进行变频调速改造的泵类、风机负载的容量大约占据总容量的5%以上，每年大约可以节省4×1010kW·h电能。因为压缩机、风机和水泵在采取变频调速之后，就可以节约大量的电力能源，我们就可以在短短的时间内节约大量的能源，所以，在节能环保领域中，变频调速技术应用得非常广泛。采取变频技术，可以节约大量的电力能源，并且产生更大的社会效益，比如将变频技术利用在锅炉上后，除了可以节能环保外，因为燃烧的非常充分，就可以大量节省燃料，起到节能环保的作用。
1 变频技术的降耗节能原理
现代自动化工厂要实现有效的自动化，就少不了一系列的设备：控制器是大脑，机器人是执行者，伺服电机是肌肉，变频器就是节能器。不管哪种层次的生产都是需要能源的，大规模的生产也就意味着巨大的能源消耗，而能源和资源并不是无穷的，那么变频器就是不可或缺的设备了。现在的变频器能实现能源的高效利用，减少能量的损耗，例如国产的PI9000系列变频器，能实现98%的能量利用率，大大减少了能量的无效损耗，降低工厂生产的成本。
1.1 变频节能
基于流体力学，P=Q×H，其中H表示压力，Q表示流量，P表示功率，流量Q和转速N的一次方成正比例关系，压力H和转速N的平方成正比例关系，功率P和转速N成正比例关系。如若水泵的效率固定，那么下调流量时，转速N也可以成比例的下调，此时，轴输出功率P也成立方的关系下调，也就是水泵电机的耗电功率和转速近似成立方比的比例关系。
1.2 功率因数补偿节能
一般情况下，无功功率会增加设备的发热和线损，它主要的作用是功率的降低导致电网有功功率的下降，在线路的运行过程中，大量的无功电能被消耗，设备的使用效率非常低，浪费现象十分严重。在计算公式P=S×COS？准中，Q=S×SIN？准中，其中COS？准表示功率因数，P表示有功功率，S表示视在功率，可以得知COS？准越大，表示有功功率P值越大，普通水泵电机的功率因素在0.6～0.7之间，在使用变频调速的装置之后，因为变频器内部滤波电容器的作用，COS？准≈l，因此减小了无功的损耗，促使电网的有功功率得到增加。
1.3 软启动节能
因为电机是Y/△或直接启动，启动的电流值大小为4～7倍的额定电流值，因此会对供电电网和其它设备造成严重的损害，并且还会对电网的容量提出更高的要求，电机在启动时，产生的震动和大电流会对阀门和挡板产生严重的影响，缩短了管路及设备的使用寿命。在使用变频节能装置之后，基于变频器的软启动功能，使电机的启动电流从零开始增加，最大值也不会大于额定电流值，极大的降低了对供电容量和对电网的冲击，延长了阀门和设备的使用寿命，大大的节省了设备的维修费用。
2 风机、水泵的节能环保分析
2.1 变频意义
过往，水泵和风机都是利用异步电机进行拖动工作的，转速保持恒定状态，在需要流量或风量发生改变时，通常采取调节节流阀和挡风板等措施来实现调节流量的效果。采取这种控制方式，即使能满足发展和生产的需求，但是从节能环保的角度来说，这种做法是非常不科学的，并且采取控制转速的方法在过去的控制方式中是非常少见的。在以往，工厂的生产设备都是长期处于转动的状态，保持不停机的状态，促使設备维持在恒定功率状态下长时间的运行。在这种情况下，机器设备有很大部分时间是处于低负荷运行的状态，只有在极少的时间内，功率和流量才可以被正常使用。被浪费的电力资源大约占到50%左右。在这种情况下，如果采取变频调速技术，对水泵电机、风机进行控制，以此来调控流量和转速，促进能源使用效率的提升，从根本上提升生产效率。 2.2 风机节能举例
在此，笔者以某一个工厂炉底风机的散热控制系统为例进行研究。冶炼炉会根据材料的差异设计相应的炉底冷却温度，以此来满足适应期间生产必须的冷却风量，通常设计的满足最大冷却风量是4台18kW的四级叶轮式风机。通常情况下，这4台风机都会同时开启，以此来确保风量的正常供应，然而工厂一般都不需要最大的冷却风量，因此，这种方式下的功率浪费现象非常严重。依据冶炼材质的不一样，有些时候需要对着打开一对风机，某些时候需要对着打开两对风机，某些时候需要侧着打开一台风机。但是，在这个过程中，冷却不均匀带来的麻烦就会变得显而易见。如若四台风机全部打开，那么可以调节挡风板，以此来控制风量的大小，然而这种操作方式对电能的消耗也是非常大的。如若采取科学的措施，对其中的两台风机进行变频调速控制，那么使一对风机全速运转，另外两台风机也必须依据不同的材质需求进行速度调节，这样的操作方法既可以完成不同材料对温度的控制要求，还可以达到节能环保的要求，节能环保的效果非常明显。
2.3 水泵节能举例
水泵节能和风机节能的原理类似。本文以某个洗浴中心为案例进行研究，该洗浴中心的中央空调冷水机组水系统有55kW的冷却泵和90kW冷冻泵，水泵电机通常是线性恒功率输出，主机制冷是依据温度的变化而进行操控的，属于非线性负荷。55kW的冷却泵通过阀门来控制流量，以此来满足控制主机温度的要求，但是电机的节能环保水平一直都是处于一个较低的状态，也就是阀门在全部都关闭的状态下，电流只可以处于97～107A之间动态变化。如若利用温控系统对水泵的电机进行闭环变频控制，则水泵的节电量可以达到30%左右，同样的道理，冷冻泵经过变频调速的操作之后，节约的电力资源可以达到30以上。
3 变频技术在节能环保方面的应用前景
现阶段，变频技术在节能环保方面具有非常显著的优点，有着广阔的应用前景，它的主要优点包括：①无振荡，无噪音，是其它普通电动机无法比拟的。②起制动性能好——普通电动机在启动时，电流会达到额定电流的5倍，对于电机的冲击和振荡比较严重，而变频器可以对其频率，电压进行调节，同步启动，启动的电流控制在额定电流以内，升速平稳，停车时间也比普通电动机较快。③加工方便，适应性强——变频器的电箱是电子元件组成的，裝配方便，并且其可以适应不同的电路，只需要按照不同的功率来给设备分配电量。④适应性好，变频器一改电动机根据频率，电压，功率选择的难度，只需要对功率进行控制，就可以实现对电压、频率的无级调节，适应各种设备的驱动需求。⑤效率非常高，相比于传统的电动机方案，电-机-电的转换，变频器在其中仅仅作为电能的参与变化，也就是交流变成直流，再变成交流，它的利用效率可以达到惊人的95%以上。如果保持这种状态长期运行下去，取得的效果会更加显著。变频器的主要弱点为：线路比较复杂，维护相对困难，电子元件的稳定性还需要进一步的提高等。由此可以得到，变频节能技术的前景市场还是非常广阔的。
4 结 语
综上所述，变频技术因为具有无级调速、特性硬、精度高、范围大和效率高的优点，在行业内各种交直流变频调速系统内部已经逐步占据主导地位，特别是节能环保技术方面，变频技术的应用必将逐步扩大。在实际的应用过程中，变频技术还可以进一步的改善自动化技术，取得更好的节能环保效果。
参考文献
[1]张鹏飞.变频技术在煤矿机电设备中的应用[J].能源与节能，2013（09）：119～121.
[2]李高峰.煤矿机电设备中变频技术的应用研究[J].机械工程与自动化，2017（02）：210+213.
[3]田树河.试论变频技术在煤矿机电设备中的应用[J].中国新技术新产品，2017（12）：52～53.
收稿日期：2018-3-15
作者简介：徐祖安（1980-），男，广西玉林玉州人，助理工程师，本科，主要从事铸造设备维护维修工作。