山东华宇工学院 山东德州 253034
摘要：随着经济社会的发展和人们环保意识的增强，各项节能环保技术广泛应用在企业生产活动中，将现代先进技术与传统行业有机地结合起来，有利于实现企业节能减排的目标。变频器是现代电力电子、微电子、自动控制等技术的结合体，通过电力电子半导体通断作用调节电能功率，从而达到节能降耗的目的。该文主要阐述了电机变频调速原理和电机控制节能技术要求，并将变频器电机控制节能系统应用在实际工程中，取得了一定的节能效果。
关键词：变频器；电机控制；节能系统；调速
1变频调速节能的原理
大部分风机、水泵、循环泵等电机负荷的压力、流量以及风量控制系统全部都是阀空系统，它是通过对三相交流电频率控制来达到对转速控制的目的，它的实现是通过工作的频率之间的转换来实现的。在实际应用过程中，若设备需求产生了变化，为了满足其运行，出口端溢压阀、溢流调节负载压力、流量和风量。但是，经过溢压阀、溢流调节后，会释放大量的能量，这些释放的能量其实就是电机从电网中产生的能量的一部分，所以造成严重的浪费。从这也可以看出，电机功率和转速成正比，转速和频率成正比，如果想要达到节能的目的，则要改变电机的运行方式，让它即便不在额定转速下，也能正常运转，所以必须改变变频调控控制系统，让其停启和调整设备的运行，让电机在0至额定转速内可以进行调节，输出的压力、流量或风量在0～100%的范围内可以调节，从而使得设备运行的频率和负载所匹配，达到节能降耗的目的。电机转速的公式：n=60f（1-s）/p，其中：n=电机转速，f=电源频率，p=电机的极对数，s=转差率。从上面的公式可以看出，电机的转速与电源频率成正比，因此改变电源的频率就可以改变电机的转速，从而达到调节设备频率的目的。
2电机控制系统节能要求
目前大多数电机使用恒V/F控制系统，这种控制系统结构比较简单、成本低，适合风机、水泵等大型、对调速系统动态性能要求不高的场所。变频电机系统必须满足一般平滑调速需求，但是它的动、静态性能不是很好，如果需要高动、静特性，则需要反馈转速进行闭环调节。基于变频器的电机变频调速想要达到节能的目的，必须满足以下几个方面的要求。
2.1转换性
我国基于变频器电机控制节能系统方面的技术还在进一步研究，但是国外这方面的技术已经比较成熟，基于变频器的控制系统应用十分广泛。常见的有机械制造生产技术、数据技术、电子电工技术等，只要有机电的地方，都可以通过变频器制定小系统代替人工作业。以德国为例，通过变频器建立控制系统对数控机床设备进行控制，控制系统的程序员只要调整数控机床的运转速度，就能满足工业设备切割精度，从而确保产品的质量。这种系统使用了闭环控制系统，包括控制器、电动机、放大器、测量元件，测量元件使用开关式传感器，这种闭环控制系统具有强抗干扰能力，并利用反馈产生的控制作用消除系统运行过程中的偏差。
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2.2智能化
随着计算机、信息化、控制技术的发展，电器设备开始逐渐走向智能化、自动化发展，因此，变频器控制系统也逐渐发展为自动变频控制系统，自动变频控制系统是利用计算机、电子设备，收集变频电机数据资料，并对其进行处理，确保电机信息的准确性，从而对電机的运行和管理提供参考。通过控制器调节系统的运行速度，从而确保变频电机正常运行。此外，系统还可以利用计算机、放大器、显示器以及其他元件作为系统的辅助设备，对整个系统进行综合调节。这样电机操作人员能够根据显示器和放大器显示的数据，按照设备运行要求对电机进行调控，确保变频电机转速处于一个合理的范围内，避免转速过高对系统造成的不良影响。而且这种系统结构比较合理，应用性强，非常符合变频电机变频控制系统运行的要求。
2.3灵活性
目前市场上一些变频器使用先进的转子磁场矢量动态控制测量，让异步电动机交流电气调速转动系统能够达到与直流电气调速传动系统同等静、动态实时调节工，变频器调节控制系统可以自动寻找功能模块，从而实现系统最优控制调速。并且能够对系统故障进行自检，缩短了故障排查检修的时间，达到提高了系统的运行效率。变频器与PLC控制器配合使用，能够实现对变速控制、速差大范围调节、非线性负荷控制，从而确保系统的安全性和节能性。
3电机变频控制节能技术的现状
3.1国内电机变频节能技术的发展现状
由于我国在电机变频控制方面与先进的发达国家尚且存在一定的差距，所以在很多方面表现都不尽如人意。第一，尽管我国在电机生产方面与国外的差距并不大，但是与它们相比，效率低下，价格高和普及率偏低等等都导致了电机的发展困境。第二，我国电机系统的运行效率较低。我国电机经常出现系统匹配不合理的情况，导致设备长期处于低负荷的运行状态。电机的系统调节方式落后，从而导致电能的浪费。
3.2电机系统在未来节能方面的潜力
随着人们节能环保意识的增强，国家在节能环保方面的研究投入也不断地呈现增加的趋势。为了能够提高电能的利用率，降低温室气体的排放，更好地推动电力方面的发展，很有必要对电机变频控制进行深入研究。随着科技的不断发展，对电机变频控制节能技术的不断研究，国际组织和各国政府以达成共识——电机变频控制节能技术具有很大的潜力。
4基于变频器的电机控制节能系统应用效果
4.1工程概况
某炼钢厂1#转炉氧枪共有2台冷却水泵，额定流量为300m3/h，进口压力是0.4MPa，升压是1.3MPa，异步电动机机型是Y2355L-2/380V，功率是315kW。由于炼钢厂的1#转炉氧枪冷却水泵控制系统运行效率比较低，耗电量非常大，日常电能转换率只有35%，因此整个冷水泵耗费了整个系统的45%以上的电能。因此，必须对炼钢厂的1#转炉氧枪异步电动机系统进行改造。利用变频器的综合控制能力，与电机、传感器、显示器等其他硬件组成一个闭环控制系统，提高整个电机控制系统的性能。
4.2变频器电机控制节能效果
通过对转炉氧枪冷却水泵控制系统进行改造以后，然后2台水泵其中一台使用工频加阀门调节方式运行，另外一台使用变频调节，这两台水泵运行参数相同，但是实际运行效果也不一样。在各项运行参数相同的情况下，2号水泵的运行效率更加稳定，平均运行电流为196A，工频运行额定480A的电流下降了284A，实际节电效率为59.17%，所以可以看出节电效果十分明显。该系统变频控制系统设计比较简单，使用了比例调节器算法，可以对系统设计过程以及运用的原理进行调整和控制，利于后期电机操作人员收集更多的数据信息对系统结构进行完善和调整。
5结语
在当前资源危机日益严重、环境恶化的形势下，提高电机运行效率是未来发展的方向。而通过变频器电机转速控制系统，能有效降低传统控制系统电能的损耗，让控制系统实现自动化、智能化，能有效降低工业生产成本，促进变频器更新换代，应用到更多产品中，从而促进我国工业生产效率。
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论文作者:蔡,敏,刘晓燕
论文发表刊物:《防护工程》2017年第29期
论文发表时间:2018/2/27
标签：电机论文; 控制系统论文; 系统论文; 变频器论文; 节能论文; 转速论文; 水泵论文; 《防护工程》2017年第29期论文;