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摘要：节能降耗已成为我国的基本国策。电动机作为各种设备的动力，被广泛应用在工业、商业、国防、公共设施等各个领域。推广变频调速技术，改善风机、泵类电动机系统的调节方式，可以提高机组本体及系统运行效率，从而实现系统经济运行。
关键词：高压变频技术；电气设备；节能分析
引言
当前，随着经济的发展，对于能源资源的消耗越来越大，对环境所造成的伤害也越来越大。在这种情况下，变频技术应运而生。变频技术可谓是电气、机电设备在能源使用上的一大变革。变频技术充分展现了其在对设备提供稳定的电压，减少能源消耗等方面的优势，迅速被电气、机电设备等相关市场所欢迎。
1.我国电气设备节能工作的紧迫性
目前，我国电动机的装备容量达508亿kW，占全国总消费电能的60%—70%；而其中的交流电动机占了90%左右，只有2000万kW不到的电动机有变频调速，95%以上无变频调速，节能潜力巨大。很多国内的电动机效率普遍比发达国家的电动机效率平均要低3—5个百分点。另外，风机、泵类负载机效率较低，我国电动机传送系统的效率要比发达国家低20%，如果对这些系统进行开发改造，每年的节电量是500亿kW，相当1万mW。因此，开展电气设备节能工作十分紧迫，是我国进行节能工程的重要方面。
2.高压变频节能新技术
2.1PWM控制技术
所谓PWM技术就是利用半导体器件的开通和关断把直流电压变成一定形状的电压脉冲序列来实现频率、电压控制和消除谐波的一门技术。PWM技术用于变频器的控制，可以明显改善变频器输出波形，降低电动机的谐波损耗，并减小转矩脉动，同时还简化了逆变器的结构，加快了调节速度，提高了系统的动态响应性能。
2.2SPWM控制技术
电流控制PWM技术是一种新颖的控制技术，近年来得到了相当大的发展及较广泛的应用。其基本原理是使用几个三角波信号和一个参考信号（每相）比较，产生SPWM信号。将三角载波进行合适的移相，可以实现选定次数谐波的消除。
2.3无速度传感器矢量控制技术
近年来高性能异步电机调速系统得到广泛的应用，而速度传感器的安装、维护以及低速性能等方面的问题，影响了异步电机调速系统的简便性、廉价性和可靠性。无速度传感器异步电机的控制已越来越受到人们的关注和重视。
3.高压变频器件
随着变频调速技术的发展，作为大容量传动的高压（2kV—10kV）变频调速技术也得到了广泛的研究和应用，高压变频器已成为当前电力电子技术最新发展动向之一。目前，主流的高压变频器产品主要有3种类型。
3.1电流源型
电流源型中高压变频器输入侧的功率因数比较低，电抗器发热量较大，效率比电压源型中高压变频器低，所以电流源型中高压变频器的市场竞争能力已经逐渐变弱。
3.2三电平型中高变压器
三电平型中高压变频器采用钳位电路，解决了两只功率器件的串联问题，并使用相电压输出具有三个电平。三电平中高压变频器由于输出电压不高的问题，应用受到了限制，主要的应用范围在一些特殊领域，如轧钢机、轮船驱动、机车牵引及提升机等。
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3.3单元串联多电平型中高压变频器
该类型中高压变频器采用多个低压的功率电源串联实现高压，输入侧的降压变压器采用移相的方式，可以有效消除对电网的谐波污染，输出侧采用多电平正弦PWM技术，可适用于任何电压的普通电动机。
4.水泵、风机和空压机的高压变频应用
4.1泵类、风机负载变频调速节能原理
变频器在锅炉调速控制系统中主要是针对鼓风机、引风机、循环水泵及给水泵的控制，主要目的是节能。由水流体力学原理可知，水泵在控制转速时，水泵的输出流量与转速成正比，水泵的供水压力与转速的平方成正比，所消耗的功率等于流量与压力的乘积，具体关系为：
4.2压缩机变频改造
压缩空气供气系统具体工作流程为：当按下启动按钮，控制系统接通启动器线圈并打开断油阀，空压机在卸载模式下启动，这时进气阀处于关闭位置，而放气阀打开以排放油气分离器内的压力，等降压n秒（由时间继电器控制）后空压机开始加载运行，系统压力开始上升。如果系统压力上升到压力开关上限值，即起跳压力，控制器使进气阀关闭，油气分离器放气，压缩机空载运行，直到系统压力降到压力开关下限值后，即回跳压力下，控制器使进气阀打开，油气分离器放气阀关闭，压缩机打开，油气分离器放气阀关闭，压缩机满载运行。
传统的供气系统主要控制方式为加、卸载供气控制方式，即为进气阀开关控制方式：当压力达到上限时关阀，压缩机进入轻载运行；压力抵达下限时开阀，压缩机进入满载运行。
由于空压机不能排除在满负荷状态下长时间运行的可能性，所以只能按最大需要来决定电动机的容量，设计余量一般偏大。工频起动设备时的冲击大，电机轴承的磨损大，所以设备维护量大。虽然都是降压启动，但起动时的电流仍然很大，会影响电网的稳定及其它用电设备的运行安全，而且大多数是连续运行，由于一般空气压缩机的拖动电机本身不能调速，因此就不能直接使用压力或流量的变动来实现降速调节输出功率的匹配，电机不允许频繁启动，导致在用气量少的时候电机仍然要空载运行，电能浪费巨大。
在供气系统中接入变频节能系统，利用变频技术改变空压机转速来调节管道中的流量，以取代阀门调节方式，能取得明显的节能效果。即通过改变空压机的转速来调节流量，而阀门的开度保持不变（一般保持最大开度）。当空压机转速改变时，供气系统的扬程特性随之改变，而管阻特性不变。在这种控制方式下，通过变频调速技术改变空压机电机的转速，空压机的供气流量可随着用气流量的改变而改变，达到真正的供需平衡，在节能的同时，也可使整个系统达到最佳工作效率。另外，变频器的软启动功能及平滑调速的特点可实现对流量的平稳调节，同时减少启动冲击并延长机组及管组的使用寿命。
5.高压变频技术发展趋势
交流变频调速技术是强弱电混合、机电一体的综合技术，既要处理巨大电能的转换（整流、逆变），又要处理信息的收集、变换和传输，因此它必定会分成功率和控制两大部分。前者要解决与高压大电流有关的技术问题，后者要解决的是软硬件控制问题。因此，未来高压变频调速技术也将在这两个方面得到发展。
结束语
高压变频调速技术已成为节约能源及提高产品质量的有效措施。把高变频调速技术应用到冶金、化工及建筑等行业中，将改善各行业电气设备的系统性能，提高经济效益，同时也为我国节能减排的工作发挥巨大的推动作用。
参考文献
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[2]贾贵玺，高跃，贺家李，等.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，2002，26(14).
论文作者:胡建坤
论文发表刊物:《基层建设》2017年第8期
论文发表时间:2017/7/12
标签：高压论文; 技术论文; 变频器论文; 系统论文; 电动机论文; 节能论文; 变频调速论文; 《基层建设》2017年第8期论文;