变频节能范文
时间：2023-03-24 05:49:50
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篇1
伴随经济的不断进步，煤矿行业也在飞速发展，变频节能技术在煤矿机电设备中的应用越来越广泛。在某种程度上可有效降低电量消耗并实现节能减排的目的[1]。本文主要对变频节能技术在煤矿机电设备应用进行了深入探讨，为更好地促进煤矿行业的发展打下基础。
1变频节能技术简介
变频节能技术指的是通过半导体元件通断的作用改变电源电流的工作频率，进而达到降低能量消耗的目的。在变频节能技术中，变频器是其核心设备，主要组成部分有电源板、键盘、控制的面板及电极电容等。在电动机上安装变频器，在满足了输出的要求后，有效降低了能源消耗，实现了节能减排的目的。当电动机上没有安装变频器时，其电流频率没有办法改变，任意工作状态下，都会以额定电压开展工作，这样就很难满足不同工作状态下的能量要求，同时也造成了能量极大的浪费。
2煤矿机电设备应用过程中存在的问题
a)在很多煤矿企业中，煤矿机电设备在选型方面普遍存在大马拉着小车的情况，存在很严重的电能浪费，普遍没有很高的运行效率。煤矿企业的电耗非常大，压气、通风、排水及提升等设备耗电量大约占总体能耗的1/3，约占煤矿用电量的30%。若选用阀门或挡风板，在调节过程中电能浪费很大，若选用变频技术进行调节，可节省20%～50%，其经济效益显而易见。开元矿业公司在没有应用变频节能技术之前，1个月的用电能总量达到了35714.6kW•h，实际用电量26027.5kW•h，有效用电效率仅72.8%，电能很大一部分没有得到有效利用[2]；b)煤矿机电设备的电机负荷普遍比较大，启动起来电流很大、时间也很长，这严重影响了设备绝缘强度，很容易将大功率电动机烧毁，电网的可靠运行受到威胁。矿井机电设备在冷启动时相对较困难，很容易产生机械方面的损伤，这不但使设备维修成本增加，还极大地冲击了电网安全。另外控制的工艺比较单一，自动化程度偏低且实时性也很差；c)故障方面的问题。制约煤矿机电设备功能发挥非常关键的因素就是故障方面的问题。现在社会发展迅速，对煤炭需求很高，所以一般煤矿机电设备全天24h都在工作，这种情况下，机电设备如果不能合理维护，很容易出现故障问题，造成设备损坏。现场采煤设备主要是采煤机和掘进机等设备，这种高强度作业比普通作业更容易出现设备故障，故障一旦出现，不但采煤功能降低，消耗的电量也急剧增加，增加2倍～3倍的电量很正常[2]。
3变频技术在煤矿机电设备中的具体应用
a)变频技术在水泵方面的具体应用。对煤矿生产起到非常重要控制作用的条件之一是水，所以对水泵流量进行调节非常关键。以往在对水的流量进行调节时，采用的就是对阀门开度进行调节，采用这个方法时，电机将一直控制在恒速状态，所消耗电量非常大，也花费了大量钱财。若选用变频技术对水泵进行调节，可将水泵调速性能大大提升，节能效果也得到很大的改善，工艺及流程也更加安全可靠[3]；b)在供风系统方面的具体应用。在煤矿井下进行作业时，对空气进行压缩时需用到空气压缩机，压缩机连续不断运转的情况下将消耗大量电能。通过应用变频技术可有效地将电能的消耗予以降低。当在对变频器进行使用时，形成了调解的回路，可有效地对恒压进行控制，使气压保持在一个不变的数值上，极大地改变了电源质量。压缩机经过变频技术的改造，极大地节省电能的损耗，假若使用半年以上，将能省出来一个变频器的成本；c)在运输系统方面的具体应用。在矿井的提升机上应用变频器可将电阻取消，提升机调速运行时可节约不少电阻热损耗。在很短的时间里，发动机在进行发电时，变频调控可把电能能耗的情况给电网及时反馈过去，运作的人员可很快地将运行的实际情况掌握住。同时，将变频器放在设备内部后，可将设备维修工作大大减少，维修费用也相应减少，会有很明显的节能减排效果。此外，变频技术还可有效地对皮带输送机进行控制，将空载或轻载所造成电能的浪费有效避免。变频器在安装后，可有效地对皮带输送机所产生的热量损耗进行控制，将电气系统冲击的问题有效解决[3]。
4变频技术在煤矿机电设备应用中节能探讨
电气控制系统非常核心的支撑就是变频技术，为了达到节约能源、降低损耗的目的，就需对电动机的运转速率进行调节。由于煤矿机电设备在运转时，需借助电动机进行运作，所以最大耗电部分就是电动机。变频技术通过对煤矿机电设备的电气部分进行节能控制，使电能损耗量降低，可将电能资源进行最优配置。变频技术在煤矿机电设备应用中节能技术主要表现在以下几个方面：a)在启动方面的节能。电机不正常（非额定转速）启动会严重冲击采煤区电网，需有很高的电网容量，在启动过程中会产生大的震动和很大的电流，这些都会很大程度上毁坏阀门及挡板，致使管路及设备使用寿命大幅度降低。若使用了变频的节能装置，变频软启动功能可将电流从零开始启动，最大也不会超过额定电流，这样就可有效减轻电网冲击力，同时也可将供电方面的容量要求予以减轻。变频节能装置有效地将阀门及设备使用的寿命延长，将设备维护的费用降低[2]；b)功率方面的节能。无功功率一方面使设备发热及线损增加，另一方面降低的功率因数将造成电网的有功功率降低，在线路中消耗了大量无功电能，致使煤矿机电设备使用效率变得低下，在现场的实际操作过程中，浪费了很多电能。当选用了变频装置后，其内部滤波电容发挥了巨大作用，使无功损耗大大减少，如图1所示，使采煤区配电工作有功功率增加，煤矿机电设备电能的消耗在均衡状态中维持，使节能降耗得以实现[4]；图1采煤机的变频控制c)在变频方面的节能。在满负荷状态下，电机不能运行时，动力的驱动要求达到后，多余力矩使消耗的有功功率增加，致使电能极大地浪费。传统的像泵类和风机这种类型的设备是通过对出口或入口的阀门或挡板开度进行调节来对给水量及给风量进行调节，这样输入的功率是很大的。当变频技术使用时，若要求将流量减少，可将风机或泵的转速降低以达到要求，这就在局部上减少了电能损耗，也达到了整套设备节能降耗的目的。
5结语
现代社会突飞猛进的发展势头为变频技术的应用打下了基础，主要对变频技术的具体应用及节能控制方面的应用进行了深入探讨，因其具有诸多控制能耗的优势受到了广泛推广及应用。变频技术的引进，极大地促进了煤炭企业的发展，节能控制的应用不但降低了电耗还促进了经济效益的提升。煤炭企业应不断地对机电设备进行更新，最大化促进企业快速向前发展。
作者:武鹏飞 单位:阳煤集团寿阳开元矿业有限责任公司
参考文献：
［1］刘学辉.变频技术在煤矿的应用及节能效果研究［J］.无线互联科技，2014(5)：194.
［2］赵旭.变频调节技术在煤矿机械节能改造中的应用［J］.山东煤炭科技，2013(1)：248-249.
篇2
摘要:本文以压力传感技术、变频调速技术、可编程控制技术为基础，结合近年来泵站建设和低压管道灌溉的经验，将“液位自动控制节水灌溉系统”改进为“自控变频节能节水灌溉系统”，有效提高了现代灌溉系统中水量流量的自动控制技术，为田间管理提供了强有力的技术支撑。
关键词:自动变频;节能节水;灌溉系统;研究
目前全球淡水资源日趋紧张，在我国有很多地方农田和生活用水紧张的情况相当严重，有的已出现断水现象，因此节水问题已成为全社会共同关注的严重问题。
早在1997年，在桐乡市政府支持下，经市水利勘测设计所设计并在河山含村示范区等地建成低压地下管道灌溉试点工程，由于田间用水量变化大，为了解决水量流量的实时调控，泵站的出水池新建了高大的蓄水池，蓄水池内安装了液位控制器，串接于电机控制柜的控制回路中，初步解决了用水量、出水量的实时调控。“液位自动控制节水灌溉系统”于1998年获浙江省水利厅科技进步三等奖，2004年获浙江省水利厅优秀工程设计奖。2005年秋，桐乡市水利局在石门镇民丰村明渠灌溉的庙桥浜泵站试用手动变频调速控制水泵运行，取得较好地效果，受到当地群众的高度赞誉。
一、“自控变频节能节水灌溉系统”的总体设计
一是引入变频调速技术、压力传感技术、可编程控制技术于农田灌溉。由变频器、压力变送器、压力显示器、可编程控制器、可编程时控器、相序保护器和空气开关、断路器、交流接触器、时间继电器、热继电器、按钮、指示灯、仪表等电器集成(均为国产)的智能型自动控制柜“自控变频节能控制柜”，作为“自控变频节能节水灌溉系统”的指挥中心，能根据田间用水量的变化，自动变频调速调节水泵出水量，自动进行工频变频切换和单泵双泵切换，自动按设定时间开机停机。在泵站建设中，针对平原水网地区泵站规模较小的特点，采用了涵洞式引水道、竖井式水泵室，使引水道和水泵井四周的土压力相互平衡，比传统的开敞式引水道有限地节省了工程量，减少了土方开挖和回填土，方便了施工。
二是将“液位自动控制节水灌溉”中的高蓄水池，改为较小的地下压力水池，建在泵房地面之下。既节省了工程量，又减少了耕地占用。水池壁上预埋安装压力变送器和水位观察管的镀锌钢管，水池边上设置调压溢流管。选用专门为本地区低压管道灌溉研制且不需要加引水、适于自动开机的HDB系列导叶式混流泵。用UPVC双壁波纹管作为地下管道，用钢筋混凝土预制接头，施工方便，漏水少，管壁糙率小。干管和部份支管的进口处安装蝶阀控制，部份渠尾设置调压管。用专利产品、工程塑料制造的FN-150(100)农田灌溉节水阀作为田间放水阀，使用寿命长，不需维修，可做到滴水不漏。一只放水阀控制面积约5亩左右。
二、关键设备“自控变频节能控制柜”的原理和工作过程
田间用水量的信息，通过管网压力的变化，传递到压力水池中，压力水池中安装的压力变送器，把压力信号变成电模拟量，输入变频器控制回路，变频器根据输入的模拟量，自动将连接水泵电机的主回路的交流电频率变化，使管网压力不断向设定的“控制压力”接近，达到恒压供水。从而使水泵根据田间用水量自动调节供水量，达到节水节能目的。一个泵站安装两台水泵，为了节省投资，采用一台变频器控制两台电机，由于田间用水量的变化涉及到单泵供水或双泵供水，需单泵双泵切换和工频变频切换，用可编程控制器设定条件进行控制，还要设置“最高压力”、“最低压力”等参数。
控制柜的电路，有变频器-电机主回路和控制回路两大部份，控制回路有压力变送显示电路、可编程控制器外接电路、可编程时控器外接电路、变频器外接电路、交流接触器互锁电路、手动控制电路、电机工况显示电路、直流电源外接电路等，另外还设置了相序保护器、热继电器等。
控制柜的工作过程，以一台变频器控制两台电机的控制柜为例。首先合上电源空气开关，接通电源，按照“自控变频节能控制柜使用维护简要说明”在变频器控制面板上设置好“控制压力”，在压力显示器上设置好“最低压力”、“最高压力”，在可编程时控器上设置好开机停机时间(或在时间继电器上设置好停机时间)，把“功能转换旋钮”旋到“自动”，然后即可正常工作。其工作过程为:
当到达时控器设定的开机时间，如果压力变送器检测到的压力低于“最低压力”，1号机组(两台机组中功率较大的一台)首先变频软起动，可见压力显示器中数值逐渐上升，水位观察管中水柱同步上升，如此时田间用水量不多，一台水泵水量已够，则压力上升到“控制压力”以上，变频器即自动降频，压力降低到“控制压力”以下，变频器即自动升频，使水泵保持恒压供水，田间用水量的变化反映在水泵转速的变化上。
如果田间用水量逐渐增加，1号机组的出水量不够了，此时尽管电机以最大频率即50Hz运行，但压力显示器中数值还是逐渐下降，待下降到设定的加泵压力即“最低压力时”，控制柜等待五分钟，如果不是特殊的波动造成，五分钟的压力都低于最低压力，此时才将1号机组自动转为工频运行，将2号机组自动变频软起动，可见压力显示器中数值逐渐上升，如此时两台水泵供水量已够田间用水，则压力上升到“控制压力”后，即保持恒压供水，田间用水量的变化反映在2号机组转速的变化上。如果田间用水量继续上升，两台水泵的供水量也不够了，尽管两台水泵都以最高频率50Hz运行，供水压力还是逐步下降，此时，应关闭或调小部份节水阀，用水量减少到二两台水泵供水量以下，供水压力就会恢复到设定的“控制压力”。
如果田间用水量逐步减少，管道和压力水池中的压力会稍微上升，正在变频运行的2号机组转速随即降低，水泵出水减少，以保持恒压供水。如果田间用水量进一步减少，小于1号机组的出水量，但仍大于2号机组出水量，当供水压力超过设定的“最高压力”，这时首先将正在工频运行的1号机组自动停机，然后自动将正在变频运行的2号机组转成工频运行，再自动变频软起动1号机组。如果田间用水量进一步减少，小于2号机组的出水量，这时即使1号机组频率和转速降到最低，水池压力还是超过“最高压力”，则正在工频运行的2号机组自动停机。如果田间用水量再进一步减少到接近于零，则1号机组以最低频率(设置为15HZ)运行，使管道压力保持一定数值，以备田间可以随时用水。
可编程时控器到达设定停机时间，正在变频运行的1号机组变频软停机。也可以将“功能转换旋钮”从“自动”转向“停止”。如果按下“紧急停车按钮”，任何情况之下，两台机组都会立即停机。
三、该系统的改进意见
任何技术都是在不断改进的，“自控变频节能节水灌溉系统”也是在综合许多先进技术的基础上改进的，今后也将随着技术的发和进步不断改进。经过一个灌溉季节的实践，笔者认为应对系统做如下改进:
一是对于只有一台水泵的泵站，可以利用变频器内置简易PLC编程控制，可降低控制柜造价。
二是对于只有一台水泵的泵站，可以取消压力水池，以进一步降低泵站造价，逆止阀、调压管仍旧保留。对于两台或两台以上水泵的泵站，压力水池还是需要的。
三是针对现有泵站管理人员文化程度偏低的现象，建议今后选配泵站管理人员时，最好文化程度能在初中以上，便于熟练掌握控制柜各种功能的应用，最大限度地发挥先进设备的功能。
篇3
关键词：煤矿；变频器；节能技术
变频器的工作原理是通过微电子技术和变频技术改变电源频率来控制交流电动机，以此来达到调节速度和节能的目的，使设备的能源消耗有效降低，为企业带来较大的经济效益。作为能源消耗较高的煤矿企业，在众多设备中应用到变频技术的较多，例如采掘、排水、运输、通风及空气压缩设备等，通过将变频器节能技术运用到这些设备中，有利于减少煤矿生产电能消耗，从而有利于煤矿企业的生产效益。
1.煤矿采煤机中对于变频器节能技术的应用
在煤矿生产中，采煤机是主要的机械设备，由于采煤作业空间较小，环境恶劣，粉尘较大，且空气湿度和湿度较高，因此要求采煤机设备要便于操作和维护，并要求系统运行要具有较高的可靠性、稳定性及安全性。而在煤矿采煤机上应用变频器节能技术，可有效避免电路异常、漏电、过负荷、过电流及过热等现象的发生，并且能提高采煤机运行的安全性、可靠性及稳定性，进而使煤矿采煤机的性能得到有效保护。
近年来，我单位开始运用MG900/2210-WD型系列电牵引采煤机，该设备牵引拖动系统采用“一拖一”，主、从拖动方式的机载交流变频调速技术，目前国内煤矿采矿区倾斜角一般在15°～180°之间，采煤区局部倾斜度则在30°～40°间。在采煤机运行中，若采用四象限能量回馈变频器调速技术，其可以在采煤区大倾斜度范围内，该技术调控制动力矩与维持牵引速度变化较小，基本上可以忽略不计，且运行中不会出现下滑现象，因此运用四象限能量回馈变频器调速节能技术可实现可靠调节、灵活控制等效果，可最大程度减少煤矿采煤机运行耗能。
2.煤矿供风系统设备中对于变频器节能技术的应用
在煤矿生产作业中，通常由空气压缩机提供井下作业时所需的压缩空气，但压缩空气应用的是非连续性的机械设备，而压缩机属于连续运行的机械设备，所使用的时间较长。在煤矿井下作业时，由于电动机系统难以根据负载量大小进行调整，而在供风系统设备中运用变频器节能技术能够有效调节电动机系统，能够确保在压力较稳定时，使煤矿压缩空气的质量得到进一步提高。此外，在煤矿压缩机中应用变频节能技术的优势还体现在[1]：其一，变频器节能技术能够避免机械设备受到电流冲击；其二，通过应用变频器节能技术，能够使系统在恒压控制的状态下，恒定气压，从而使煤矿作业气源的质量得到有效改；其三，应用变频器节能技术，所节省的电能可达到总电能耗费量的20%，从而有效降低变频器节能技术的投入成本善。
3.煤矿运输系统设备中对于变频器节能技术的应用
3.1煤矿皮带输送机中对于变频器节能技术的应用
目前，皮带输送机在煤矿生产中的使用较为频繁，但在使用皮带输送机过程中由于多种原因导致存在空载运行或轻载运行的状态，并且会耗费大量电能。而在煤矿输送机中应用变频器节能技术，一是能使皮带输送机难以启动的问题得到有效解决；二是能使皮带输送过程中电能消耗量降低。在煤矿皮带输送机中采用变频器进行驱动时，一般可采用一台电机、一个控制装置技术，若采用多台电机同时运行，则采用多个控制装置，实现主控制与从控制，从而平衡所有电机功率，进而实现节能效果。
3.2煤矿提升机中对于变频器节能技术的应用
提升机在煤矿生产作业生产时主要应用于使用频繁、负载繁重的环境中。因此，必须确保提升机在频繁的启动、停止及调速等过程中能够安全、稳定的运行，才能实现提升机的节能效果。在提升机中应用变频节能技术，不但能够确保提升机运行在节能状态下，使调速电阻的热损耗量降低，而且还能使设备在运行时的损耗降低，从而减少设备不必要的耗损，从而达到节能的效果。
在煤矿提升机变频器使用中，主要采用三种不同方式，即：频率与时间成线性关系、S形方式、半S形方式；在实际运行中，可根据煤矿提升高度、重量等因素可以调控变频器升速方式，从实现匀速升降，不仅提高提升机运行稳定性，还能节约提升机电耗。
4.结论
近年来，在煤矿机械设备中对于变频器节能技术的应用越来越广泛，作为一种新兴的电力节能技术的变频器节能技术，其具有高性能、数字化及智能化等多方面的优势，对于煤矿的生产有着重要的意义。随着科学技术的发展，不断涌现出了具有高性能、高安全性及高稳定性的变频器，并且现代化机械设备节能技术越来越好。因此，将变频器节能技术应用到煤矿生产中，能进一步降低煤矿生产中所消耗的能源，从而有效提高煤矿企业的经营效益。
参考文献：
篇4
煤矿的安全问题不仅是生产问题，也是社会问题，在制约煤矿生存和发展的同时，也影响着社会的健康与和谐，所以说提高煤矿生产的安全性具有重要意义，这也是应用变频节能技术的目标。不过，变频节能技术在煤矿机电设备中的应用并不是一帆风顺的，在变频技术出现之初，受技术条件的限制，变频节能技术并没有贸然引入变频技术，随着变频技术的发展及成熟，其在煤矿生产中应用才普及开。变频技术最早应用于采煤机、皮带输送机、提升机、空压机等，经过一段时间的应用，我们发现应用变频技术改造后的设备，其能耗远低于、效率远高于改造前，且设备更不容易磨损，实现了经济效益和社会效益的双重提升，从另外一个侧面也说明变频节能技术能提高煤矿机电设备的性能。变频技术的应用，使得交流电的固定频率成为一种能被机电设备充分利用的变动资源，这是其与传统的交流电最大的不同之处，具体表现为（1）从IGBT、GTR基础上发展起来的智能功率模块IPM能增加变频的功率。（2）采用了矢量控制和转矩控制，通过改进压频比（U/f）来扩展变频节能技术的应用范围，使得控制理论进一步向前发展。（3）革新了模糊自优化控制和人工神经网络，促进了数字信息处理技术的向集成化发展，使得，完成了技术的跨越发展，从单片机发展为高级专用集成电路（AsIc）、精简指令集计算机（Iuse）、数字信号处理器（DPS）。（4）变频技术的应用不仅提高了调速功能，还逐渐发展出编程序参数辨识、通信等功能。
2煤矿机电设备变频节能技术的具体应用
2.1变频技术在提升机中的应用
提升机是煤矿生产应用的合理设备之一，承担者输送人员和物料的任务，其运行的安全性直接关系到生命财产安全。在很长的一段时间内，为了实现传送速度的控制，电动机转子电路会使用金属电阻，尽管调速的目标得以实现，但该种方法存在电能消耗更大、安全隐含依旧存在的问题。变频技术的的出现与成熟很好解决了上述问题，应用变频技术后可配合应用提升机的变频防爆提升机与交流四象限变频调速系统，辅助用计算机即可完成对提升机的数学信息化控制，继而实现了提升机的远程控制，不仅提升减少了对电能的消耗，还提升了提升机运行的安全性。
2.2变频技术在采煤机中的应用
随着变频技术的发展与成熟，采煤机变频调速系统以从前的“一拖二”升级至“一拖一”，越来越成熟完善。国产电牵引采煤机的变频器电压是380V，最大行走功率为2×100KW，能在额定转速、恒定转矩调速下实现台变频器之间的转矩平衡和主从控制以及恒定功率调速。从具体的应用情况来看，对于倾角较大的工作面，采煤机如果采用四象限变频器调速电进行牵引可对制动力矩进行大范围的调节，保证了即使不增加牵引速度机器也不会出现下滑跑车的现象。总的来说，采煤机应用变频技术后，除了结构能进一步简化，还具备控制灵活、操作方便、速度调节可靠的优点。
2.3变频技术在皮带输送机中的应用
变频技术在皮带输送机、提升机的应用原理相同。皮带输送机主要任务是运送井下煤炭，在这个过程中煤炭受到向下的重力，垂直皮带的弹力以及与皮带运动速度相同的摩擦力，其中垂直皮带的弹力与皮带张力大小相同，方向相反，使得皮肤能被支撑辊轮带动，而皮带运动速度相同的摩擦力使得煤炭不从皮带上滑落，继而完成煤炭的向上输送。在很长的一段时间内，皮带输送机主要采用液力耦合器进行启动，其主要问题是这种启动方式会加速皮带的老化和断裂，影响媒体运输。变频节能技术的应用，机电内的冲击、机械发热等现象明显减少，电机启动时电流也更加的稳定，使得运输更加的同步及运输功率更加平均，极大地提升了皮带机的传送功能。
2.4变频技术在流体负荷设备中的应用
风机、泵是最主要的流体负荷设备，其对变频技术的应用最具有代表性。由于变频技术的优势较为明显，目前绝大数风机都采用变频调速，甚至出现了能适应特殊煤矿环境的变频调速装置。在同样的工况下，经变频技术改造后风机的最低转速明显低于改进前，不仅减低了企业的电费支出，还使得风机更加适应矿井特殊的工况。在矿区给水、给液用泵中变频调速同样具有广泛的应用，极大地提升工艺系统控制的灵活性，减低了设备的机械冲击，这使得设备的使用寿命更长。此外，抽水泵使用变频技术后，其平滑起停、加减速的控制将更加地灵活，减少了频繁起停和泵空转时间，避免了电能的消耗和设备的磨损，同时也可使得井下液位处一直处于恒定状态，这减少能耗及设备维护费用的基础上提高了煤矿作业的效率和安全性。
3煤矿机电设备变频节能技术的发展前景
由于节能、安全，煤矿机电设备应用变频技术是未来煤矿行业发展的整体趋势。随着变频技术的发展以及我国经济的腾飞，变频节能技术已在在煤矿机电设备中得到广泛的应用，但其仍具有较大的应用前景。这是因为我国仍旧有许多煤矿要开发，且机电设备的种类和数量也越来越丰富，这就使得变频节能技术有较大的可能应用于新的机电设备。此外，基于提高旧设备利用率的目标，许多老旧设备需要应用变频技术进行改造。总的来说，在煤矿的大量开发以及机电设备大量应用的大环境下，变频节能技术在未来依旧有着广阔的应用前景。
4结束语
篇5
关键词：起重机械 plc 变频 节能
1.引言
随着我国经济的快速发展，国内各类起重机的需求量也随之极大上升。同时随着能源的枯竭和环境的恶化，能源节约和环境保护也被提到议事日程。国家鼓励和支持节能技术的研究、开发、示范及推广工作，促进节能技术创新与进步。对高能耗的设备进行节能改造，按照国家的规定实行节能审查和监督管理[1]。
2.传统起重机械存在的缺陷
传统的桥式起重机电力拖动系统大多采用绕线式异步电动机驱动，通过继电—接触器控制改变转子回路中串入的多段电阻进行有级调速。这种控制方式存在能耗大、效率低、低速起动力矩小、机械特性软、调速稳定性差、线路故障率高、维修量大等缺点，而且系统抱闸是在运动状态下进行的，对制动器损害很大，闸皮磨损严重，影响使用寿命，因此，为提高桥式起重机运行的安全性和精确性，有必要采用变频器对桥式起重机电力拖动系统进行技术改造。
桥式起重机的控制系统为继电器接触控制系统，噪音大，接线量多，更改控制逻辑困难。传统的起重机械能量转换效率比较低、能耗比较大、成本比较高。同时也产生巨大噪音给使用的环境造成了污染，这与日益严格的节能环保要求有一定距离。因此对传统的起重机械进行节能改造是有必要的。
3.变频节能的理论基础
变频器就是采用整流和逆变技术、电力电子技术、微电脑控制技术等技术来实现变频变压调速节能的[2]。
（1）变频调速节能。为了确保生产的安全性和可靠性，生产机械在选择电动机时，一般都会留出合适的余量。假如电机满负荷运转，多余的力矩会将会增加有功功率的消耗，生产中就会产生浪费，为了节约电能减少成本，可以降低电动机的转速，保持恒定电压。从而实现理想的节能效果。
（2）通过电压-频率比恒定节能。控制分为基频以下和基频以上两种情况。基频以下属于恒转矩调速，基频以上属于恒功率调速，其条件就是要保持电机气隙磁通基本不变。因此，当频率变化时，工作电压也要随之相应变化，这种就是感应电动机有变压变频调速。在确保电机力矩足够的前提下，可自动调节u/f控制曲线，减少电动机的输出功率，降低输入电流，实现节能。
（3）改善功率因数节能。电机转矩是由定子和转子的电磁效应而产生的。在电网方面，绕组因具有感抗的特殊性质而成感性，电机在运转时，就会吸收很多没有必要的功率，也就是无功功率，这会使功率因数降低。使用变频器后，负载对电网的成阻性，功率因数会得到很大的提高，从而减少了无功功率损失。
（4）软启动节能。全压启动电动机时，要求必须要有足够大的启动力矩，大约7倍的额定电流在电网中被吸收，超过额定的启动电流，会导致浪费，并且电压波动更加严重，损失加剧。使用软启动后，情况改善许多，可实现启动电流的平滑调节，电网受到的冲击也将减少，同时减少了启动时惯性对设备转速的冲击，与此同时，延长了设备的使用寿命。
4.变频节能控制系统的设计
起升机构属位能负载机构，不但要求有较高的起制动控制精度，而且还要求多段速控制以及严格的转矩控制。
本课题中的起升机构是由两个主起升机构组成，两者同时工作，分别用一台变频器驱动，同时为了加强控制精度，采用旋转编码器作为检测装置，来实现起升的准确度。
起升机构所使用的变频器，在选型时应以额定电流为基准，一般变频器的额定电流应等于或大于电动机的额定电流。通过计算，变频器的额定电流一般为电动机额定电流的1.2倍以上。
大车的运行是由两台电动机用一台变频器控制，由于运行机构的工作频率单一，为了节省成本，在调速中运行机构共用一台变频器。该变频器的容量应比两台电动机的容量之和大，并且只能选择v/f控制模式，而不能采用矢量控制方式。这样做一方面简化了电路，另一方面又可降低成本。
运行机构的起动时间应尽量符合实际需要，起动迅速而平稳；机构的电气制动方式必须着重考虑。对不同的工况，可选择自由制动方式与强制制动方式。在运行机构正常停止时，可选用自由停止方式，其停止时间可按实际生产中的运行情况设定，以尽量满
司机操作桥式起重机的需要为主。为保证起升机构起动时具有足够大的起动转矩，可以通过设定机械制动器的打开时间、变频器的最低运行频率、运行电流之间的关系，以满足机构负载特性的要求。
采用该种设计，变频器内部参数的设定能保证机构具有良好的调速精度及起制动性能，由于起升机构电机需使用脉冲编码器作为速度反馈装置，通过测量脉冲编码器的脉冲数，利用二者之差控制电机的速度，
5.节能测试
在负载条件相同情况下，将多种实验样品做能效对比的实验，从而得出产品的节能等级，在评价能效时有充分的数据。对比实验差异工作类别的样品。可以对各种型号的产品最终得到的最优化能效工作级别做评判，挖掘节能潜力[4]。
经过长达6个月的对比测试，其每个月的用电量比传统的控制方式减少了42%左右。假如在传统控制方法下，一个月电量1000度，每度电0.5元，则花费500元电费。但是使用变频控制后，节能达到40%，则一个月就可以节省200元的电费，这是相当客观的，其节能效果是非常明显的。
起重机械变频控制系统的设计，一次性的成本投入相对来说是高一点，但是从长期利益和节能、提高生产率、降低使用成本等方面来看，也就是说综合考虑性能、经济因素，其前期的投入是非常有必要的、是值得的。
6.总结
通过对起重机械进行节能测试，已经验证了该plc-变频系统的节能设计是成功的，达到了节能的目的，同时也提高了日常工作效率，减少了故障率，简化了故障的排除难度。
参考文献：
[1]刘剑锋. 基于plc-变频控制的桥式起重机节能技术研究[d].太原：2013.10。
[2] 王松雷.桥门式起重机节能设计[j].南京：建筑机械，2010。
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关键词：煤矿；变频控制技术；机电设备；技术应用；节能措施
中图分类号：TD67 文献标识码：A
近年来，经济的不断发展和技术水平的不断提高，对煤矿开采提出了更高的要求，全面改善煤矿开采环境，促进资源节约，已然成为煤矿业的目标和宗旨。变频控制技术的引入，极大修缮了煤矿业现存的问题，弥补了煤矿业发展的不足，改善了煤矿开采环境，提高了煤矿开采效率，符合当今时代节能减排、环保型社会的基本要求，是煤矿开采行业整体的发展走势和基本方向。变频控制技术在煤矿开采行业的应用，是大势所趋，是发展的必然。那么，变频控制技术的工作原理是什么呢？技术应用和节能价值有什么样的具体表现呢？
一、变频控制技术的原理及其发展
变频控制技术，是新时展的产物，有效结合电子技术、计算机技术的优势和特点形成的一种综合性技术，主要利用半导体器件的作用，对电源频率进行适时转换，进而改变电机转速，实质上就是将交流电变为直流电，进而将直流电变为交流电，亦或者将交流电直接转换为交流电。在这个交流电-直流电-交流电的转换过程中，主要进行的是频率相关转换。半导体技术的不断发展，促进了变频控制技术的发展，其性能和功能符合现代社会的发展要求，通过电力半导体器件改变工频电源，并有效控制不同频率的电能控制装置。提高生产效率，减少能源的消耗。
二、煤矿机电变频控制技术的应用与节能
煤矿机电变频控制技术的应用十分广泛，涉及到煤矿开采的各个步骤和流程，不仅有效提高了煤矿开采过程中的设备运行效率和运行稳定性，而且大大提高了煤矿开采的生产效率，促进了电能等资源能源的节约，促进了煤矿业的发展。以下简要分析煤矿机电变频技术在通风机、皮带机、提升机等设备运行过程中的应用，并分析其节能价值和意义，探索变频控制技术的长远发展。
1 煤矿机电变频控制技术在通风机的应用与节能
在煤矿开采中，通风机是比较常用的，是矿井作业中的通风设备，对于矿井作业是必不可少的，因此要求较长的工作时间，煤矿开采深度的增加伴随着较大的风压，对通风机提出了更高的要求，要求的通风机功率越来越大，变频控制技术的引入，使通风机能够根据实际需要进行调试，改变风量大小，满足矿井作业的基本要求，并能够有效节省资源浪费，节能低耗。变频控制技术的引入，可以避免电流过大对电网设备造成的损失，降低了危险隐患的发生，有效控制通风机的强度，延长了通风机的使用寿命，减少了设备维修的次数。
2 煤矿机电变频控制技术在煤矿开采皮带机的应用与节能
在煤矿开采中，煤炭皮带机是比提升机功率更大的机械设备，皮带机在启动运行的过程中，极其容易产生较大的电流，就会导致电网电压产生异常剧烈的波动，并伴随电机内部异常发烫等表现，这些现象都是极其危险的，此外，皮带机启动运行的时候，时间间隔小，间断短暂，韧性差的皮带不能承受如此的压力，因此就会经常出现皮带老化，皮带断裂的现象。此外，液力耦合器在煤炭皮带机中也有应用，对皮带机的有效运转产生影响。液力耦合器在运行的过程中，经常会导致油温升温过高过快，内部部件摩擦加大的情况，这就导致后期维护和修理的成本过高，难度过大，功率难以同步，并会对环境造成较大的污染。变频控制技术的引入，不仅能够有效改变传输机的不良运作方式，还能确保皮带机性能的稳定，使其能够承受不同重量的运作功率和力矩，保持电机工频的匀速运行，大大节约了电力能源的消耗，提高工作效率，减少后期维护和修理的成本，达到节能环保的目标和要求。
3 煤矿机电变频控制技术在煤矿矿井提升机中的应用与节能
煤矿矿井作业中，提升机是必不可少的，是将物料和人员安全运输到目的地的必备设备。传统上，提升机都是通过金属电阻带动电动机的方式运行，并有效利用鼓型控制器和接触器的作用，切除电阻，适时调速，但是，这种运行方式极其容易导致电阻消耗过量，散热较差的情况，并且还会产生精确度较低的情况，此外，提升机减速和下放的过程中，都需要借助动力生成直流电源或低频电源，这种运作方式极其容易导致设备的损坏，从而导致电能的消耗和浪费，使提升机设备的安全性受到质疑，并影响到整个煤矿开采的安全性和整体的经济效益。变频控制技术的引入，不仅能够保证提升机的平稳匀速，还能够方便地做到适时调速，保证了提升设备的安全运行和性能，加大了提升机的保护，减少电能消耗量，促进节能环保。
新时代的发展为变频控制技术的产生和应用奠定了坚实的基础，变频控制技术的独特优势使其在煤矿开采行业得到了迅速的发展和广泛的应用，不仅大大提升了煤矿开采的效率和生产水平，而且保证了矿井开采的安全性，提高了机电设备的性能，使煤矿开采变得更为方便更为快捷，大大节约可用资源能源，提高资源的利用率。随着社会对煤矿开采要求的不断提高，变频控制技术在煤矿开采中的应用将越来越重要，我们只要充分认识到变频控制技术的基本原理和应用特点，并了解技术应用的技巧和节能措施，就能够促进煤矿开采的顺利进行和有效实施，推进煤矿业的不断发展，减少资源能源浪费，提高煤矿业的生产效率，扩大生产规模，提高资源利用率，构建煤矿开采的高质高效，节能环保，符合社会的发展目标和发展方向。
参考文献
[1]马修成.基于变频技术的煤矿机电设备应用分析[J].中国新技术新产品，2009（10）.
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1.调速系统的发展
交流电机结构简单、价格低廉、运行可靠、维护方便，所以被广泛应用于生产机械 电力拖动系统作为动力源。但是交流电机的起动特性一直改进甚微，因为在恒压下直接起动的电流约为额定电流的4～7倍，而转速要在这么短暂的时间内从零升至额定值必将产生极大的冲击，导致拖动对象(如传动机构装置)严重磨损或损坏，在起动瞬间的大电流还会引起电网电压降低，严重时甚至影响电网内其他设备正常运行， 由于电压突然降低电机本身起动也难以完成，极易造成电机堵转和烧毁。
防止或减少异步电机起动瞬间大电流冲击现象，是保障电机良好运行的首要任务。为此，设法使电机起动处于低冲击或无冲击且平滑柔和的环境状态，各种限流起动方法便应运而生。就现今技术水准而言，在诸多电机起动方式中变频控制为最佳。
变频调速技术是随交流电机无级调速需求诞生的。20世纪60年代后半期开始，电力电子器件从SCR(晶闸管)、GTO(门极可关断晶闸管)、BJT(双极型功率晶体管)、MOSFET(金属氧化物半导体场效应管)、SIT (静电感应晶体管)、SITH(静电感应晶闸管), MCT(MOS控制晶体管)、MCT(MOS控制晶闸管)发展到今天的I G B T(绝缘栅双极型晶体管)、HVIGBT(耐高压绝缘栅双极型晶闸管)，器件的更新促使电力变换技术不断发展。从2O世纪70年代开始，脉宽调制变压变频(PWM―VVVF)调速研究引起了人们的高度重视，到20世纪8O年代，作为变频技术核心的PWM模式优化问题引起了人们的浓厚兴趣，并得出诸多优化模式，其中以鞍形波PWM模式效果为最佳。自20世纪80年代后半期始，美、日、德、英等发达国家的VVVF变频器开始投入市场并得到广泛应用。
2.变频调速方案
根据不同生产作业方式和不同的电机种类、变频器型式，可设计出各种变频调速控制方法。这里仅讨论交一直一交(AC―DC―AC)变频器，至于交一交循环变频器(AC―AC相控变频)以及自同步控制逆变器(不论AC―AC方式还是AC―DC―AC方式)，即俗称无换向器电机，均不加以讨论。
2.1 开环控制的通用变频器三相异步电机变频调速系统
本控制方案结构简单，可靠性高(控制框图见图1)。由于是开环控制方式，其调速精度和动态响
图1 开环异步电机变频调速
应特性不十分理想，尤其在低速区域电压调整比较困难，不可能得到较大调速范围和较高调速精度。又由于异步电机存在转差率，转速随负荷力矩变化而变化，即使目前部分变频器具有转差补偿及转矩提升功能，也难以达到0.5％的精度要求，所以这种V/F控制的通用变频器异步电机开环变频调速方法仅适用于要求不高的场合(如风机、水泵等)。
2.2 无速度传感器 的矢量控制变频器异步电机变频调速系统
控制框图见图2。对比图1和图2，两者的差别仅在于使用的变频器不同。由于使用无速度传感器矢量控制的变频器，可以分别对异步电机的磁通和转矩电流进行检测、控制，自动改变电压和频率，使指令 值和检测实际值达到一致，从而实现矢量控制。虽说它是开环控制系统，但却大大提升了静态精度和动态
品质，转速精度偏差在0.5％左右，且转速响应较快。
图 2 矢量控制变频器的异步电机变频调速
对生产作业要求不十分高的情形，采用矢量变频器无传感器开环异步电机变频调速方案非常合适，可以达到控制方式简单、可靠性高的效果。
2.3 带速度传感器矢量控制变频器异步电机闭环变频调速系统
矢量控制异步电机闭环变频调速是一种理想的控制方式。它具有许多优点：①可从零转速起进行速度控制(即超低速亦能运行)，故调速区域宽广，可达100：1或1000：1的范围。②可对转矩实行精确控制。③系统动态响应速度甚快。④电机加速度特性很好等。
2.4 永磁同步电机开环控制变频调速系统
该方案具有控制电路简单、可靠性高的特点。由于是同步电机，其转速始终等于同步转速N0=60F／P，所以其调速性能只取决于电机供电频率F，而与负载大小无关(除非负载力矩大于或等于失步转矩。同步电机失步，转动会迅速停止)，其机械特性曲线为一根直线，为绝对硬特性。
如果采用高精度的变频器(数字设定频率精度可达0.01％)，在开环控制情形下，同步电机的转速精度亦为0.01％，因为在开环控制方式下，同步电机转速精度与变频器频率精度相一致，所以特别适合多电机同步传动。
3.变频控制系统节能
变频控制系统之所以可节能，是因为变频器在其中所发挥的作用。变频器只有在低于工频运行或从高频降到低频过程中才能起到节能的功效 。
3.1 变频节能
为确保安全生产，设计配用动力驱动的各种生产机械都留有一定的富余量，电机一般不会在满负荷状态下运行，因此除要达到额定驱动力要求外，多余的力矩无疑增加了有功功率消耗，造成电能浪费。然而， 加变频器后就可以需要多少电能给多少，不会产生浪费现象。使用变频器控制时，功耗随外负载的变化而变化，也就是说变频器会自动调整输出功率，使其在满足工况的同时达到节约电能的目的。
3.2 电能回馈电网节能
采用变频器控制，电机改用变频鼠笼电机，不存在常规控制系统中绕线式异步电动机转子串电阻耗能的问题，若使用带能量回馈装置的逆变系统，就可将货物下降时产生的能量转化为电能后反馈电网，更加节能。
3.3 提高功率因数节能
电机由定子绕组和转子绕组通过电磁作用产生力矩而运转。绕组线圈对电网而言电抗特性呈感性，电机在运行时吸收大量的无功功率，造成功率因数降低。采用变频节能调速器后，由于其性能已变为AC―DC ―AC，经整流、滤波、逆变后，线路特性发生了变化，电网回路的感抗减小，功率因数提高，明显减少了无功损耗。
3.4 低功耗安全控制节能
采用变频控制后，由于变频电机不存在转子外接线问题，变频器本身保护功能很强，变频器一旦检测到所控电机回路有对地漏电、匝间短路、三相输出不平衡，变频器立即保护停机，并报故障原因，不仅消除了安全隐患，而且不会因漏电、缺相、短路保护不可靠而造成电能损耗。
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关键词：变频器 节能技术原理 应用
中图分类号：TM925 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）05（b）-0063-01
在产品的加工制造业以及工业生产中，泵类、风机等设备的应用范围越来越广泛，其在电能上的消耗以及挡板、阀门等一些设备的节流损失，还有对它们的日常的维修和维护的费用几乎占成本的20%，这是一笔不小的生产费用的开支，随着经济的发展，改革不断深入，市场竞争不断加剧，节能降耗也逐渐成为了提高产品质量和降低生产成本的一个重要手段。
1 变频节能技术基本理论
变频技术使用的基本原理：在很长的一段时期内，电气设备所使用的交流电的频率都是维持在一个固定的状态，变频技术的运用就是使频率变成了一种可以随意的调节和利用的资源。现如今，变频技术中最活跃以及最快发展的就是变频的调速技术。变频技术包括计算机技术、电力电子技术、点击传动技术，是一种综合性比较强的技术，结合了机械设备和强弱电。就是指在工频电流的信号转化成其他的频率，这种转化主要是通过半导体元件来完成的，之后再将交流电转化成为直流电，在逆变器对电流和电压进行调控的同时使机电设备达到无极调速的程度。总而言之，变频技术就是通过电流改变频率来对电机的转速进行控制，从而使有效的控制电机设备，这些都是在电流频率与电机转速同比增长的基础上来完成的。变频技术的特点就是能够使电机平稳的运行，可以进行自动的加速和减速的控制，在能够提高工作效率的同时减小对于能源的消耗。
在变频器的日常运用中，主要是运用转矩直接控制和矢量控制的方式，在变频器的今后发展中人工神经网络以及模糊自优化的控制方式，而且，变频器通过不断地发展，其综合性会越来越高，在完成基本调速的功能基础上，还具有在内部设置的通信、可编程序以及参数辨识的功能。
2 变频器的节能原理
2.1 变频节能方式
根据流体力学，功率=压力*流量，流量和转速的一次方是成正比的，压力与转速的平方是成正比的，功率和转速的立方成正比，如果说水泵效率固定的话，当调节流量下降时，转速就会成比例下降，输出的功率也就成立方关系下降，所以说，水泵的转速与电机耗电功率是近似立方比关系。举个例子，一台功率是55kW的水泵电机，将它的转速调到原来转速的80%的时候，它的耗电量是28kW/h，省电率是48%。但是如果将转速调到原来的50%的时候，耗电量就变成了6千瓦每小时，省电率达到87%。
2.2 采用功率因数补偿方式进行节能
无功的功率不但会使设备发热，增加电线的磨损，最重要的一点就是功率因数降低导致了电网的有功功率也随之降低，所以，造成了大量无功电能在线路当中消耗掉，导致设备的使用效率降低，浪费现象非常严重，使用了变频调速设备装置之后，因为变频器内部的滤波电容作用，从而使无功损耗得到进一步减少，使电网有功功率得到增加。
2.3 运用软启动方式进行节能
由于电机是通过Y/D启动或者直接启动的方式进行的，启动的电流是额定电流的四到七倍，这样就会对供电电网和机电设备造成严重冲击，而且这样对电网的容量要求也是非常高的，在启动的时候会产生比较大的电流，而且在震动的时候对阀门和挡板的损害也是非常大的，对管路和设备的使用寿命也是非常不利的。变频装置的使用，利用变频器软启动的功能，使启动的电流从零开始，最大的值也不会超过额定电流，所以使其对电网的冲击以及对供电容量的要求也大大减轻了，使阀门和设备的使用寿命也大大延长了。
3 变频节能技术的应用实例
我们利用在160kW的循环水泵上安装变频调速器为例子，对变频节能设备进行改造，分别测试了改造前后的用电量，取得了非常满意的效果。
3.1 在进行变频改造之前的控制模式
在循环水泵的工作中，当流量由于工艺的需要而改变时，就要运用调节水泵出口和入口的开度方式来对水泵的实际流量进行改变，这种调节方式被称为节流调节，在本次举例中，出口和入口的阀门开度都是60%上下，从电能利用的方面来说，这是一种很不经济的调节方式。
3.2 在进行变频改造之后的控制模式
在循环水泵的工作中，当流量由于工艺的需要而改变时，入口和出口的阀门都完全打开，运用对电动机转速进行调节的方式来寻找合适的、新的工作点，从而得到合适的流量。根据实际情况和现场的需要来实现手动控制或自动控制，在本例中，因为不需要频繁地对流量进行调整，所以根据现场的实际情况和需要，确定出电动机实际工作的频率是40Hz，并且采取了手动控制的方式，主要目的就是为了节约电能。
4 运用变频调速系统后运行上发生的变化
实现了完全意义的软启动，在电机进行启动的时候，转子的转速随着输入电源的频率增加而慢慢增加，使速度得到平稳提升，整个系统的启动时间设为20s左右，不会对系统造成冲击，比原来的启动方式更平稳。
电网所运用的电流也得到大幅度下降，使电气设备的使用更加安全，同时也因为频率降低后，电机的转速也随之降低，对机械的磨损也就减少了，也使发生故障的概率大大降低，减少了维修经费。
使为水泵提供电能的变压器节约出了大部分的供电容量，单纯的有功负荷下降，节约出的容量大约是50千瓦，提高了设备的利用效率。电机功率的因数也相应得到提高，这样就使电机的运行更加经济。
5 结语
变频技术的使用提高了产品质量，降低了能耗，节约了能源，也进一步提高了企业的经济效益，变频调速技术的应用就是要对这些设备进行改造，从而达到节约能源的作用。
参考文献
[1] 刘长军.对变频节能技术原理的几点分析[J].中小企业管理与科技，2011（3）.
[2] 孔国财.矿井主通风机控制系统变频节能技术应用探讨[J].科技资讯，2010 （32）.
[3] 孔方正.关于火力发电厂变频节能技术分析与应用[J].中国科技博览，2010（32）.
[4] 冯东升，张智华.变频节能技术在污水处理中的应用[J].电机与控制应用，2010（7）.
[5] 但翔.我国煤矿机电设备变频节能技术的应用现状[J].城市建设，2010（7）.
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关键词：中央空调 变频节能 节能改造
1\中央空调变频节能改造的意义
中央空调是现代化大厦、宾馆、酒店、商场、车间等场所不可缺少的重要运行设备之一，电能的消耗非常大，约占建筑物总电能消耗的50％。
中央空调系统主要由冷冻机组、冷却水塔、冷却水循环系统、室内风机、冷却塔风机、温度检测、冷冻机组拖动系统、冷冻泵组拖动系统、冷却泵组拖动系统、风机（含室内风机和冷却塔风机）拖动系统组成。在设计空调系统方案时，一般均按现场最大冷量需求（最大工况）来考虑冷冻机组的选型，其冷却泵组、冷冻泵组和风机也是按最大工况来考虑的，它们的拖动系统均不能调速，为普通电气控制系统，只要运行即工作在额定工况状态下，但实际使用中，许多时间（如每天早晚和夜间及阴雨天气等）它们都工作在非满载状态（即大马拉小车），能源浪费较大；而且为达到恒温控制而采用阀门、电动阀，这不但增大了系统的管网阻力和节流损失，还由于对空调本身的调节是阶段性的，减少损失的能力很有限，也使整个空调系统工作在波动状态，使得中央空调系统总体效率较低，温度调节精度不高，寿命有所下降，加之由于一些控制上的缺陷，使中央空调系统在带来良好的内部环境的同时，也带来了巨大的能源消耗。
2 中央空调变频节能改造原理及方案
2.1 变频节能基本原理
由流体力学可知，P(功率)＝Q（流量）×H（压力），因流量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，故功率P与转速n的立方成正比。如果效率一定，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，即电机的耗电功率与转速近似成立方比的关系。根据上述原理可知：改变水泵、风机、压缩机的频率（转速）就可改变水泵、风机、压缩机的功率，从而达到节能的效果。表1中列出了风机、泵类负载应用变频器后，在不同转速、流量、轴功率（额定值的相对百分数）在某频率值时的节能率。
2.2变频节能改造主体方案
目前，许多厂家生产的冷冻机组均已在控制系统中对制冷机冷冻水的出水温度实现了数字PID调节控制，达到冷冻水恒温输出，因此对冷冻泵、冷却泵和风机的变频节能改造，主要是通过对冷冻水系统、冷却水系统和风机的进水（口）和出水（口）的温度差检测并变送成标准电信号反馈至PLC和变频器，经PID调节，输出相应频率而改变电机转速，
以达到节约能源的目的。
一般来讲，对应1台制冷机组的冷冻水循环系统和冷却水循环系统都由若干台水泵组成1组，变频改造时如资金充足，对应每台泵均采用变频调速（备用泵除外）由PLC程序控制，调整各台泵为最佳转速，实现恒温差控制，此方案节能效果最好。其次可采用单台泵变频，其余工频运行由PLC控制，当变频泵频率上升至上限值时（通常小于50Hz，如设定48Hz），工频依次启动其他泵，当频率下降至下限值时（通常不低于25Hz），工频依次停止其他泵，变频泵可任意设定，此方案设备投资较少，但是节能效果也比全变频方案稍差；而风机变频控制主要是一对一形式，重点改造大功率空调风机，小房间空调风机功率较小，暂不考虑加装变频器，节能效果不明显，仍保持原有恒温控制方式，即控制冷冻水流量的方式。而对于冷却风机，一般宜采用开环变频调节，即无温度反馈，由中控室在不同情况设定不同频率。
3 中央空调变频节能改造的优点
1）由于增加了变频调速器及自动控制系统，使得泵和风机实现无级调速，始终工作在最佳工作状态，既满足空调正常工作需要，又尽可能保持最低功率，因此提高了工作效率，降低了能耗，节电明显，平均在40％左右，最高可达50％。
2）由于泵和风机都实现了平滑软启动、软停止，从而大大减少了启动冲击电流和机械负载及管道的冲击，从而降低了设备的故障率，减少了噪声，延长了设备的使用寿命。
3）由于实现了数字PID调节和PLC程序自动化控制，使得温度调节平稳，提高了空调控制精度和质量，保证了空调最佳工作状态，从而使人们享受更舒适的工作、生活环境。
4）由于变频器和PLC本身的功能特点使得设备具有更完善的保护功能、程序优化控制功能和报警功能，操作简单，安装使用方便，可实现由中控室远程控制、显示和操作，现场可以无人值守，起到减员增效的作用。
4 中央空调系统改造时的注意事项
1）由于是变频节能技术改造，所以要保留原空调系统工频手动电气控制部分，在设计方案中要保证变频自动节能系统与工频手动时一样满足制冷机组启动、停止和工作中对整个系统的联动控制要求，并且变频节能控制柜与原工频手动控制柜之间要设置硬件（最好软件也设置）联锁，手动与自动能相互切换，以确保整个空调系统工作安全、可靠。
2）冷冻水和冷却水系统管网在变频节能改造中要考虑水泵的转速与扬程和管损同为正比的关系，在水泵的扬程随转速的降低而降低的同时，管道损失也在降低；因此，系统对水泵扬程的实际需求一样要降低，而通过设定变频器下限频率即可保证系统对水泵扬程的最低要求，一般设为30Hz，最低不小于25Hz。
3）由于制冷机组在正常工作时要求冷水出口流量必须大于额定流量的50％，故在冷冻水出口管网应加装流量计或流量开关，并将采集的信号传输至PLC，以便在程序编制中保证冷冻水循环泵的总流量不低于冷冻机组要求的50％额定流量。
4）由于循环水系统管网是封闭的，与加压供水不同，水几乎不消耗，尤其是冷冻水系统由冷冻泵、各楼层风机盘管及冷冻机组等构成一个封闭的循环水管网，水流是连续的，全扬程近似为零。循环水泵的主要作用是使循环水按一定流量流动，这样水泵出口与进口之间，要有压差ΔP，它是与流量成正比的，即ΔP＝QR，其中R为水网管阻，而流量是与转速成正比的。而通过变频调速，实现恒压差运行时，ΔP恒定，根据功率
P＝ΔP×n，
则有
P＝k×n，
式中：k为比例常数，n为转速。这就表明水泵功率P只与流量或转速的一次方成正比，故其节能效果与供水系统相比减小许多，此外恒压差控制方式并未将环境温度变化的因素考虑进去，而房间温度将随环境温度变化而变化，显然，该控制方式不太合理。另一种选择应该以冷冻机的回水与出水温差作为控制参量，通过变频调速，实现恒温差运行，当温差大时，应加大冷冻水流量，温差小应减小流量，从而保持房间温度相对稳定，此时，由于ΔP不恒定，则有
P＝Q2 R，
即
P＝n2 R，
也就是说水泵功率P是和转速的平方成正比的，故恒温差控制方式节能效果要比恒压差控制方式好，但仍低于供水系统节能效果。而最为合理的方式应该是将压差与温差信号都采集出来，送至PLC综合分析、处理，既保证使用温度，又满足工作压力，从而达到最佳节能效果。
5）当对风机进行变频控制时，由于风机转速低于额定转速的40％～50％时，其效率将明显下降，风量和风压较小，失去实际工作意义，因此，通常不低于50％，一般调速范围在70％～100％为宜，此外还应避开可能引起机械谐振的转速范围。
篇10
关键词：变频；风机；节能
1 引言
风机作为工业生产中十分常见的工业设备，在煤炭、电力、钢铁等诸多行业内都得到了广泛的应用。风机作为工业生产的通用设备，在工业生产能耗中的比重较大，一般来说根据生产需求，风机经常处在全天候的运转状态下，并且根据工况的需要，需要对风机进行实时的调节。传统的改变风门等调节方式，不仅调节精度、调节效果不佳，还会造成不必要的能量损耗。近年来随着变频技术的不断发展以及人们节能意识的不断提高，变频控制技术在工业生产中开始得到推广与应用，本文主要针对变频节能技术在风机中的应用进行简要的分析与阐述。
2 风机调速方式的简介
一般来说，风机的调速主要可以通过改变风机自身输出特性或者改变外部管网阻力特性来实现，根据风机运行状态的不同，风机调速方式又可以分为恒速调节与变速调节两大类
2.1 风机恒速调节
风机恒速调节就是在风机调速过程中，不改变风机的运转速度，使风机一直处于恒速运转状态，而是通过改变外部条件实现风量、风压等条件的调节与控制。根据改变外部条件的不同，风机的调节既可以通过改变风机的叶片角度，也可以通过改变风机叶片的数目或宽度，或者通过改变风机的风门大小来实现。风机恒速调节方式下的风速调节控制精度较差，且风机一直处于恒速运转状态，造成了能量的不必要浪费。
2.2 风机变速调节
风机变速调节就是通过改变风机的运转速度调节风机的风速，根据工程需要，既可以选用简单易行但效率较低的调速方式以降低前期成本，也可以选用高效复杂的调速方式实现高效低能耗的风机调速。一般来说，转子回路串联电阻调速、电磁调速等调速方式在工业生产中的应用较为广泛。与风机恒速调速相比，变速调速改变了风机的运转速度，减少了不必要的能耗，但电阻等元件的引入也增加了不必要的能耗。
3 变频技术在风机调速中的应用
3.1 调速节能原理简介
风机的负载转矩与风机转速的平方成正比，风机的轴功率与风机转速的立方成正比，基于这一原理，当风机负荷发生变化时，对风机输出功率的需求也随之发生变化，因此改变风机的转速能够实现对风机输出功率有效的调节。采用风机恒速调节方式时，风机的转速保持不变，此时风机输出的功率也保持不变，而是通过调节风门对风速进行控制，当风门减小时，风门的阻力增大，且随着风机转速的增加阻力随之增大，一方面导致恒速调节方式的风速调节范围较小，且控制精度较差，另一方面也造成了大量不必要的能量损失。
根据流体力学知识可知，风机的风量Q、转速n、风压H以及轴功率P之间存在以下数量关系：
由上述公式可以看出，当工业生产所需的风量、风压减小事，通过调节转速将得到较大增益的风速调节。风机调速过程中风机各项指标的变化情况如图1所示。
如上图所示，纵坐标H表示风机的风压，横坐标Q表示风机的风量，（1）、（2）曲线表示表示不同风门情况下的阻力曲线，N1、N2曲线表示风机在不同转速下的工作特性曲线，风机工作特性曲线与阻力曲线的交点表示风机的工作状态点，工作状态点与两坐标轴所形成的矩形面积表示风机的功耗。
当风机的负荷减小时，若采用恒速调节方式，需要减小风门大小，此时阻力曲线由（1）变为（2），而风机的转速及工作特性曲线不发生变化，此时工作状态点由C1转移至C2，风量Q减小但风压H增大，风机的功耗P几乎不发生变化；若采用调速调节方式，需要降低风机的转速，此时工作特性曲线由N1变为N2，而阻力曲线保持（1）不变，此时工作状态点由C1转移至C2’，风量Q与风压H均显著减小，风机功耗P也显著减小，可见调速调节方式与恒速调节方式相比，有着显著的节能效果。
3.2 变频调速原理简介
一般来说，异步电机是风机中应用较为广泛的电机类型，其转速n与供电频率f、转差率S以及电机的极对数P有如下关系：
通过上式可以看出，电机的转速n与供电电源的频率f成正比，因此改变供电电源的频率即可以实现电动机转速的精确控制与调节。
由于电网频率是固定不变的，需要使用变频器实现对供电电源频率的调节。变频器是在保证电机性能不变的前提下，通过改变电机的供电频率实现电机转速调节的电子设备。变频调速的调速范围大，能够实现电机在0-100%额定转速范围内的无级变速，同时控制调节精度也更高，控制方式也更加灵活。
变频器的种类较为丰富，在变频调速时需要根据实际的工况需求选择合适的变频器，以保证变频器的安全运行与最大节能效果。一般来说，变频器的选用具有几点基本要求：一是变频器额定容量要大于电动机额定功率与适应电动机的功率和，二是变频器额定电流不小于电动机的额定电流，三是变频器的额定电压不小于电动机的额定电压。除了以上三条基本要求外，在实际工业生产环境中，选用变频器时还需要根据实际工况中的电机类型、电机容量以及外部运行条件等信息进行综合考虑，同时还要考虑变频器变频调速带来的谐波污染与谐波抑制问题，优化选择最佳的变频控制器。
3.3 变频调速的特点
风机的调速方式较多，传统的液力离合器调速、液力耦合器调速等调速方式前期投资成本较低，但转差率较大且效率不高，运行可靠性也较差，维护工作量较大，难以起到满意的节能和调速效果。与其他调速方式相比，变频调速具有以下几点特点：
一是调速范围大，能够实现风机转速在0-100%而定转速下的无级变速，调速的效率较高，且调速的平滑性较好，风机调速过程中对风机的损伤较小；
二是调速精准，风机转速的控制精度较高，能够实现预定转速的快速精准调速；
三是安全性较高，能够在调速过程中对风机的电流、电压等运行参数进行监视，避免过流、过压以及短路等故障的发生；
四是可靠性较高且控制简便，控制自动化水平较高，不需要进行复杂的操作，且对风机的损伤较小，使用寿命较长；
五是体积小巧，装配便捷，不需要对电动机进行额外的改造，变频器的安装、调试以及维修工作都较为便捷。
4 结束语
随着节能减排的不断深化，人们的节能意识不断提高，风机在工业生产中的能耗问题越来越得到人们的重视，变频调速技术作为一种新兴的控制技术，在风机控制中显示出了较好的调节性能与显著的节能效果，相信随着相关技术的不断发展晚上，变频节能技术必将在工业生产中得到更广泛的应用。
参考文献
[1]暴剑.变频调速在矿山风机节能中的应用[J].通用机械，2013，（11）
[2]齐振邦.风机变频调速应用现状及节能原理[J].风机技术，2010，（3）
[3]王延才，王本铁.风机设备的变频技术及应用[J].L机技术，2014，（4）
