高压变频器在大功率电机节能改造中的应用研究

 摘 要：节能降耗是现在世界上对于能源供需不足提出的最为有效的解决措施之一，而生产力的提升高压变频设备使用频率越来越大。大功率电机已经成为了现代社会工农业生产必不可少的机械动力源，使用高压变频的大功率电机可以有效的调解速度，在大功率电机运行的时候能够减少电能浪费，节约能源，增强了企业的市场竞争力。

关键词：高压变频器；大功率电机；节能改造

社会发展变化很快，科技发展迅速，大功率电机在社会应用中非常的普遍，成为了一种必备的机械动力源。而变频技术从最初的起步到现在有了长足的发展，变频技术的日趋成熟一方面要求企业的大功率电机进行速度调节，另一方面则强调了节能减少了电机运行中的电能损耗。高压变频的调频功能应用在大功率电机上具有节能改造的效果。大功率异步电机调速现在主流方法有三种：变极调速、调压调速和变频调速，目前变频调速在三者中是最先进最优越的调速方案，这主要是因为它的精度比较高、实用效果比较好、操作简单容易上手。高压变频器的使用可以降低单位电能使用量，同时提高了设备各个方面的性能，电机设备的使用年限增长，无形中为企业创造了更多的经济收益。

水泥行业大功率电机节能改造被列为我国企业能源节约的领头羊之一不是没有原因的。水泥生产企业在我国是重要的工业能源消耗大户，而在文献[1]中提出，我国单位水泥产值综合能耗（kg 标准煤 /t）为 181，而先进国家的综合能耗为 125.7，整个差距达 44%，也就是说在不考虑企业产业结构调整的情况下，仅仅是改进生产技术条件就有节能44%的潜力。节能可以降低生产成本增加经济效益，是提高市场竞争力的一个行之有效的手段。我国明确要求水泥行业提高应用水平和增加节能，在这种形势下水泥生产企业对企业生产设备——大功率电机进行节能改造是必须和必然的，通过应用高压变频技术将大功率风机电动机进行降耗增效，能够有效的减少单位水泥生产的综合消耗降低成本，提高市场竞争力和经济效益。

1 节能措施的国内外现状

在节能方面国外多是采用能量回馈技术，这种技术主要是结合变频器对大功率电机进行了调速控制，从而降低了能耗。德国西门子公司研制的高压电机的四象限运行电压型交流变频技术就具有很强的代表性。日本富士公司推出的FRENIC、 RHR系列再生能量装置，也是成熟有效的大功率电机改造的成品。虽然国外节能这方面产品效果很不错，但是总体来说价格偏高对于电网的专业性要求也很高，这样的产品并不适合我们国家工业、农业共同发展的现阶段基本国情。

2 高压变频器的工作原理和优势

2.1 高压变频的原理

高压变频器应用多重化技术。它由几个YWM功率单位通过串联组成，将高压变频器组件直接串联构成多级电压型高压变频器。高压变频器是由多台单相逆变器串联连接，在多重叠加时，每台逆变器中PWM的三角波都会有均匀的相位位移，因而致使高次谐波互相抵消，减少了输出电压中的谐波含量，输出波形十分接近正弦波从而得到了高压交流电，从而实现高压输出。它对输入和输出变压器的影响很小，设备内在的电能消耗也就降低了，而且随着材料器件的集成化趋势进一步发展，电机所使用的变频器的空间位置也将越来越小。这种高压变频器具有高效率低能耗小体积的特点。

2.2 节能原理

企业发展总是伴随着机械化的普及和应用，大功率电机在各个行业中普遍使用。传统低功率电机在工作时消耗了较大的电能，造成了不必要的成本浪费。高压变频调速技术使大功率电机可以根据负载的增减情况来调节原动力，使输入和输出的电能平衡，有效地降低了电能损耗。功率、转矩、转速存在着关系：P=MV，降低大功率电机就是该公式的具体应用。当电机的负载发生变化时，应用了高压变频调速技术后，在电机的负载发生变化时就能够及时通过高压变频器的电机频率调节机制，改变电机转速保持输入、输出电能的同步并最终形成平衡，达到大功率电机节能的目的。

2.3 变频调速的优势所在

三相异步电机的运行区域有最佳运行区、普通运行区以及不经济运行区三种。最佳运行区的电机负载率在三种中是最高的，一般来说会高于70%，而不经济运行区得负载率则是三种之中是最少的，大约是在40%以下。相关能耗规范对平均负载率超过70%的大功率电机应该进行改造。高压变频器的调频原理是通过改变输入电压的频率来适应电机设备负载的变化，并且实现电能输入与输出的均衡，这样可以确保最佳状态的电力工作。

3 高压变频器的实际应用

3.1 在大型工业生产上的应用

高压变频器技术随着科技的发展已经越来越成熟，高压变频器的变频装置具备了超高的预测能力和智能分析能力，负载随着时间变化反应比较灵敏的高压水泵、高压风机等设备类而言这个功能具有十分明显的节能的作用，并且还可以通过特殊装置起到一定的保护电机。为此该文对某水泥厂的窑尾排风风机进行节能改造并对改造前后的能量损耗做出对比，由此研究高压变频器在大功率电机中的实际应用。在变频前的运行功率大约是900KW，变频改造后的功率是690KW。从已知的数据分析正常情况下它的单位年内的工作天数为300天，单位天内18小时为例：ΔQ=P1T1- P2T2=500×18×300- 360×18×300=756000（KW.时），以一度电为 0.6元计算：W=ΔQ×0.6=453600≈45万元。由此就可以看出仅仅是水泥厂窑尾排风风机通过节能改造后，每年都可以节省下来 45万元。水泥厂中的不同风机如果都利用高压变频器进行改造完全可以实现节能的目的，节能的幅度可以达到在20%与 30%之间。虽然没有通过节能改造达到前面提到的 44%，但是改造后大大的减少了我国水泥生产的单位能耗，提高了企业市场竞争力。

3.2 在电力系统晃电故障中的应用

电力系统运行中由于雷击、企业电网故障、大型设备启动等原因，造成电网出现故障，导致电网电压瞬间增高出现不稳定的现象还有可能出现瞬间断电但很快回复正常的情况，这些故障称为“晃电”。电力系统应用了高压变频器可以调整变频器的参数、增加变频器的直流电源支撑系统等措施，可以有效保证了变频器在电网晃电时稳定运行。

4 结语

总之变频器在大功率电机节能改造的应用中可以有效提高企业的单位电能生产效率，能够大大减少水泥厂的单位水泥能耗，降低了水泥的成本提高了企业在市场上的竞争力。利用高压变频节能改造技术在保障了安全生产的同时降低了企业维护、生产成本。从目前国内工农业现阶段的发展而言，大功率电机使用高压变频器的节能改造拥有着广阔的发展前景和市场。

参考文献

[1] 李毅.高压变频器在大功率电机节能改造中的应用[J].机电信息， 2013（33）.

[2] 薛小勇.高压变频器在大功率电机节能改造中的应用分析[J].科技信息，2010（02）.

[3] 张英.高压变频器在大功率电机节能改造中的应用研究[J].科技资讯，2015，13（26）.