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[摘要]：随着电力技术的快速发展，电机变频节能技术取得了突破性的进步，应用广泛（如加热炉的助燃风机、传动系统），应用变频调速技术可以提高电机的效率，如在大量耗能的风机、泵类、压缩机类负载的电动机上使用变频器，平均节能可达40%，节能优势效果明显。
[关键词]：变频调速 功率因数 软启动
中图分类号：TM921.51 文献标识码：TM 文章编号：1009-914X（2012）12- 0003–01
前言：
莱钢棒材厂加热炉额定生产能力为120t/h，额定耗燃1.0GJ/t，燃料采用的是高焦炉混合煤气，其助燃风机系统是机电设备的耗电大户。通常情况下，通过控制电动机执行机构来调节风门挡板的开度的大小以满足生产上助燃空气的需求。其电能消耗和诸如阀门、挡板相关设备的能源损失以及维护、维修费用非常大，通常正常生产模式下，无论生产需求的大小，风机几乎都要全速运转。用电量损耗大，严重影响了棒材厂“降本增效”的方针。在当前“节能减排”的大格局下，节能降耗已成为企业降本增效、提高产品质量，实现科学发展的必由之路。通过改变交流电频率的方式实现交流电控制的技术就叫变频技术。变频技术是应交流电机无级调速的需要而诞生的。电动机交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境，推动技术进步的一种主要手段。变频调速以其优异的调速性能和起制动平稳性能、高性能、高功率因数和节能效果，完全能满足冶金企业生产需求。
1变频调速节能技术的原理及优点
变频控制都采用矢量控制方式，其原理特点是利用现代电子技术的优势使异步电动机具有与直流电动机相同的转矩生成机理，变频调速技术是微机技术的发展、电力电子技术的广泛应用和电机传动技术快速发展的综合应用，是强弱电混合、机电一体的综合性技术。其实质是利用电力半导体器件的通断作用将电压、频率固定不变的交流电变成电压、频率都可调的交流电源控制装置，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电机。其基本原理是通过整流桥将工频交流电压变为直流电压， 再由逆变器转换为频率、电压可调的交流电压作为交流电机的驱动电源，使电机获得无级调速所需的电压和电流，是一种无附加转差损耗的高效调速方式之一。变频调速技术之所以应用广泛，主要是因为它能根据电机负载的变化实现自动、平滑的增速、减速， 从而大幅度提高电机的工作效率。
1）通过改变交流电动机定子绕组的供电频率，在改变频率的同时也改变电压，从而达到调节电动机转速的目的，可根据电动机负载的变化实现自动、平滑地增速或减速。降低电机噪音及机械震动。
2）变频器具有简单、可靠、耐用，维护方便的优点，运转的稳定性能提，达到节电的显著效果，减小电机设备磨损。
3）起动电流平缓，变频在低频起动，最大不超过电动机额定100%-150%电流，频繁起动和停止时，电机热耗减小，延长电机寿命。对电网容量的影响也大大减少。
2 变频节能原理
2.1 功率因数补偿节能
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，大量的无功电能消耗在线路当中，设备使用效率低下，浪费严重，由公式P=S×cosФ，Q=S×sinФ，其中S为视在功率，P为有功功率，Q为无功功率，cosФ为功率因数，可知cosФ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，cosФ≈1，从而减少了無功损耗，增加了电网的有功功率，提高电网质量。
2.2 软启动节能
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，加、减速过程平滑，保护了电机，延长了机电设备的使用寿命，提高了设备利用率，降低电机维护费用。
3 变频节能技术应用
由流体力学可知，P（功率）=Q（流量）×H（压力），流量Q与转速N的一次方成正比，压力H与转速N的平方成正比，功率P与转速N的立方成正比，如果水泵的效率一定，当要求调节流量下降时，转速N可成比例的下降，而此时轴输出功率P成立方关系下降。即风机电机的耗电功率与转速近似成立方比的关系。风机和水泵是典型的变转矩负载。变转矩负载的特性是转矩随速度的上升而上升。从流体力学的原理得知风机和水泵的电动机的轴功率P与其流量（风量）Q，扬程（压力）H之间的关系式如下：P∝Q×H ， 当电动机的转速由N1变化到N2时， Q、 H、 P与转速的关系如下：
由式（1）、式（2）和式（3）可以看出，风量Q和电机的转速n是成正比关系的，风机和水泵的电动机的轴功率（功率输出）与转速的3次方成正比，而转矩与转速的2次方成正比。
图1显示出了风机和水泵的扬程（压力）与风量（流量）的关系曲线，图2显示出转矩与电机速度的关系曲线：
从图中可以看出，在低速时，功率会有很大的下降。由于风机或水泵运行于额定转速以上是恒功率调速，此时风机和水泵效率很低，机械磨损大，容易损坏电机。例如：1台风机电机功率为355 kW，当转速下降到原转速的4/5时，其耗电量为181.76 kW，省电48.8%，当转速下降到原转速的1/2时，其耗电量为44.375 kW，省电87.5%。从理论上讲，速度降低10%时会带来30%左右的功率下降，由于功率的大幅度降低，可获得显著的节能效果。
结束语：
变频节能技术的应用，提高了设备使用寿命，电网有效功率增加，功率因数由0.7提升到0.98，电源质量明显改善，大大节约了风机消耗的电能，降低了棒材生产的成本。
参考文献：
[1]骆德汉，郎文辉；交流电动机软起动控制器的设计[J]；电子科技大学学报；2001年05期
[2]郭庆华；风机变频改造节能技术的应用[J]；风机技术；2005年02期
[3]贾贵玺，高跃，贺家李，张臣堂；高压变频调速技术在发电厂节能方面的研究与应用[J]；电力系统自动化；2002年14期
[4]徐甫荣，崔力；发电厂辅机电动机变频调速节能方案探讨[J]；电气传动自动化；2003年02期
[5]张承慧，李洪斌；热电厂风机变频调速效率优化控制策略[J]；电力系统自动化；2002年11期
[关键词]：变频调速 功率因数 软启动
中图分类号：TM921.51 文献标识码：TM 文章编号：1009-914X（2012）12- 0003–01
前言：
莱钢棒材厂加热炉额定生产能力为120t/h，额定耗燃1.0GJ/t，燃料采用的是高焦炉混合煤气，其助燃风机系统是机电设备的耗电大户。通常情况下，通过控制电动机执行机构来调节风门挡板的开度的大小以满足生产上助燃空气的需求。其电能消耗和诸如阀门、挡板相关设备的能源损失以及维护、维修费用非常大，通常正常生产模式下，无论生产需求的大小，风机几乎都要全速运转。用电量损耗大，严重影响了棒材厂“降本增效”的方针。在当前“节能减排”的大格局下，节能降耗已成为企业降本增效、提高产品质量，实现科学发展的必由之路。通过改变交流电频率的方式实现交流电控制的技术就叫变频技术。变频技术是应交流电机无级调速的需要而诞生的。电动机交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境，推动技术进步的一种主要手段。变频调速以其优异的调速性能和起制动平稳性能、高性能、高功率因数和节能效果，完全能满足冶金企业生产需求。
1变频调速节能技术的原理及优点
变频控制都采用矢量控制方式，其原理特点是利用现代电子技术的优势使异步电动机具有与直流电动机相同的转矩生成机理，变频调速技术是微机技术的发展、电力电子技术的广泛应用和电机传动技术快速发展的综合应用，是强弱电混合、机电一体的综合性技术。其实质是利用电力半导体器件的通断作用将电压、频率固定不变的交流电变成电压、频率都可调的交流电源控制装置，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电机。其基本原理是通过整流桥将工频交流电压变为直流电压， 再由逆变器转换为频率、电压可调的交流电压作为交流电机的驱动电源，使电机获得无级调速所需的电压和电流，是一种无附加转差损耗的高效调速方式之一。变频调速技术之所以应用广泛，主要是因为它能根据电机负载的变化实现自动、平滑的增速、减速， 从而大幅度提高电机的工作效率。
1）通过改变交流电动机定子绕组的供电频率，在改变频率的同时也改变电压，从而达到调节电动机转速的目的，可根据电动机负载的变化实现自动、平滑地增速或减速。降低电机噪音及机械震动。
2）变频器具有简单、可靠、耐用，维护方便的优点，运转的稳定性能提，达到节电的显著效果，减小电机设备磨损。
3）起动电流平缓，变频在低频起动，最大不超过电动机额定100%-150%电流，频繁起动和停止时，电机热耗减小，延长电机寿命。对电网容量的影响也大大减少。
2 变频节能原理
2.1 功率因数补偿节能
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，大量的无功电能消耗在线路当中，设备使用效率低下，浪费严重，由公式P=S×cosФ，Q=S×sinФ，其中S为视在功率，P为有功功率，Q为无功功率，cosФ为功率因数，可知cosФ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，cosФ≈1，从而减少了無功损耗，增加了电网的有功功率，提高电网质量。
2.2 软启动节能
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，加、减速过程平滑，保护了电机，延长了机电设备的使用寿命，提高了设备利用率，降低电机维护费用。
3 变频节能技术应用
由流体力学可知，P（功率）=Q（流量）×H（压力），流量Q与转速N的一次方成正比，压力H与转速N的平方成正比，功率P与转速N的立方成正比，如果水泵的效率一定，当要求调节流量下降时，转速N可成比例的下降，而此时轴输出功率P成立方关系下降。即风机电机的耗电功率与转速近似成立方比的关系。风机和水泵是典型的变转矩负载。变转矩负载的特性是转矩随速度的上升而上升。从流体力学的原理得知风机和水泵的电动机的轴功率P与其流量（风量）Q，扬程（压力）H之间的关系式如下：P∝Q×H ， 当电动机的转速由N1变化到N2时， Q、 H、 P与转速的关系如下：
由式（1）、式（2）和式（3）可以看出，风量Q和电机的转速n是成正比关系的，风机和水泵的电动机的轴功率（功率输出）与转速的3次方成正比，而转矩与转速的2次方成正比。
图1显示出了风机和水泵的扬程（压力）与风量（流量）的关系曲线，图2显示出转矩与电机速度的关系曲线：
从图中可以看出，在低速时，功率会有很大的下降。由于风机或水泵运行于额定转速以上是恒功率调速，此时风机和水泵效率很低，机械磨损大，容易损坏电机。例如：1台风机电机功率为355 kW，当转速下降到原转速的4/5时，其耗电量为181.76 kW，省电48.8%，当转速下降到原转速的1/2时，其耗电量为44.375 kW，省电87.5%。从理论上讲，速度降低10%时会带来30%左右的功率下降，由于功率的大幅度降低，可获得显著的节能效果。
结束语：
变频节能技术的应用，提高了设备使用寿命，电网有效功率增加，功率因数由0.7提升到0.98，电源质量明显改善，大大节约了风机消耗的电能，降低了棒材生产的成本。
参考文献：
[1]骆德汉，郎文辉；交流电动机软起动控制器的设计[J]；电子科技大学学报；2001年05期
[2]郭庆华；风机变频改造节能技术的应用[J]；风机技术；2005年02期
[3]贾贵玺，高跃，贺家李，张臣堂；高压变频调速技术在发电厂节能方面的研究与应用[J]；电力系统自动化；2002年14期
[4]徐甫荣，崔力；发电厂辅机电动机变频调速节能方案探讨[J]；电气传动自动化；2003年02期
[5]张承慧，李洪斌；热电厂风机变频调速效率优化控制策略[J]；电力系统自动化；2002年11期