變頻電氣控制柜的節能效果與技術發展

王建宇

摘 要：：變頻電子控制柜是是利用變頻技術對工業電動進行柔性控制的電氣設備，其主要解決的是復雜工況下電機長期在工頻下工作而產生的壽命降低和高能耗問題，其節能效果較為明顯，發展的趨勢將向著綜合化模糊控制型發展。

關鍵詞：變頻技術 變頻控制柜 節能應用 發展前景

中圖分類號：TM92 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）12（b）-00-01

所謂變頻控制技術就是將工頻電源進行整流，然后變為恒定的直流電壓，并利用大功率的晶體管組進行逆向轉換，逆變為可變電壓與可變頻率的交流電源，因為采用的是芯片技術進行控制，該技術可以利用正弦波PWM進行控制，電流的輸出會近似與正弦波，所以交流電機即可完成一種無極調速。變頻控速的技術是當前發展前景較為廣闊的一種交流控速方式，被廣泛的應用于工業與生活中。

在實際的應用中，一旦復雜的工作環境中設備需要不間斷的工作，其電機或者泵組的工作時間很長，且生產環境較為嚴苛此時電機的載荷會出現變化，此時其載荷就會發生改變，而電機則需要適應此中載荷的變化，如果一直采用剛性個控制則會導致電機的壽命下降。如在供熱中，一些生產的泵組需要全天工作，并且有不同的泵組切換，同時每天的生產量和注水都會發生變化，此時壓力波動就會增加。以往的電機和水泵都是按照工頻進行工作，在工況改變時其不能隨之改變工作參數，導致其長期處在高壓工況下，從而導致電機線纜發熱、泵體磨損嚴重，工作壽命有限。同時在傳統的工頻系統中，為了滿足流量控制的需求往往利用節流閥或者回流閥來控制排量，這樣也無形中增加了電力的浪費。如果采用變頻技術對泵組進行變速控制，即完成對排量的調節，這樣就可不用節流閥來控制而到達生產量調節的目的，同時減輕了勞動強度與故障點的數量，而且可以在柔性控制下延長電機和水泵的壽命，節約大量的能源。所以在實際的生產中利用變頻技術來完成對機組的控制可以有效的降低能源消耗，同時提高系統控制的精度和靈活性。

1 泵組變頻柜應用的情況分析

1.1 變頻柜的組成與基本原理

在實際的應用中要達到利用變頻柜節能的效果，首先應了解變頻柜的基本結構，這樣才有助于應用。當前生產的變頻柜主要是在工業生產中使用，其控制的范圍多為工業用泵，利用變頻技術對水泵系統完成復雜的變頻控制，通常是利用對管道的壓力測試來獲得信息，并以此控制變頻內置的PID運行，從而到達調節水泵流量的目的，從而保證管網內的壓力恒定或者隨著需求而改變，提高工業水泵系統的安全性與靈活性，通常系統是組成為變頻器、PLC、PID等組成，通過控制器實現對控制對象的頻率調節。

1.2 針對變頻控制的選擇

在應用中要應用變頻柜首先應對其工作的狀況進行了解，才能選擇適應生產的變頻柜型號，根據生產設備的功率需求與分析，工業泵的風機、功率和使用環境等都是變頻柜選擇的重要依據。同時對泵的功能也要有所了解，并實現對變頻需求進行分析，以此才能保證變頻柜選擇的合適。在重視上訴選型原則的基礎上，還應綜合性的考慮性價比，即配件、節能等方面考慮系統構建的成本等，充分滿足系統的經濟性，不能因為一位的追求變頻控制的高效而不顧系統成本。尤其是在變頻柜的選擇中，對于配件的供應應尤其重視，必須選擇通用的配件進行構建，這樣才能保證系統在日后的維護中不會造成更大的支出，保證變頻柜在節能的同時也保證低成本維護。

1.3 變頻柜應用中的注意事項

在工業生產中，變頻柜的應用是一個動態化的調試過程，其應根據泵組環境而設定變頻柜的安裝地點，同時還應保證設備接地良好。安裝變頻柜的接地要求，使用短粗接地線完成對公共接地點的連接。對于要求較高的工作環境應采用金屬網等進行接地，同時低壓單元和繼電器等注意與熔斷器的連接，從而提高變頻柜的保護效果。在工作中因為存在電磁干擾，而電磁干擾對變頻控制影響較大，所以進行變頻柜的設計時應考慮電機線纜與其他控制線路的獨立布置，同時避免電機電纜與控制線纜并行的距離過長。通常情況下，在應用中變頻器多安裝在控制柜的中間，且變頻器應垂直安裝，主要保證其上部與下部的空間，利于散熱，最后運行前通常應進行檢測以保證設備的可靠性。

2 變頻柜的節能與技術發展

在變頻柜的應用中，國內進行對于動力變頻柜中再生電能進行處理的方式主要是三種，即制動電阻、吸收電阻、回饋制動。其中第三種方式在技術上來看是較為先進的。具體操作的方式就是系統進行能量回饋，將電能回饋給相應的電源，并將設備的能量回饋到變頻控制柜上，以此來進行相應的分工從而達到節約能源的目的。在應用中，涉及到的還有電機的節能，按照相關的規定電動機運行過程中，使用的電能達到額定載荷或者徘徊其附近的時候，其電機的工作效率最佳，經濟性與性能達到平衡。而在實際中電機主要運行模式為輕載，因此電機往往處在高能耗中。對此在變頻柜上，就可對其進行頻率優化，即通過對頻率的調制，結合其他控制系統的參數，有效的對電機進行控制，從而使之達到平衡狀態。如利用對設備載荷的變化和功能圖等采集數據與變頻柜的變頻器實現聯動。這樣對上下行不平衡的工況就可以根據其具體工作參數進行控制，如在一個沖程內載荷發生改變，此時就可利用不同的頻率改變上下行的速度，以上快下慢的運行方式來降低泵組空抽的情況提高效率。再如注水過程，同樣可以對注水的量與壓力進行實時化分析，以此來對變頻器進行控制，從而調節泵組的工況，進而控制注水電機的速度，來達到降低能耗的目標。利用變頻技術可以克服大轉矩啟動是造成的電流沖擊，同時適應了電動機輕載時的工作頻率，使其能耗適應輕載利用率。

3 結語

在工業生產中，電動機是最為重要也是應用最廣的設備。而變頻技術則是精細控制電動機的技術措施，變頻柜則是其中一項較為重要的技術措施。其也成了工業生產控制技術的重要發展方向。變頻柜的發展將向著多技術門類結合的方向邁進，將信息、數字、模糊控制、模塊控制、計算機技術、調頻技術、傳感器技術等融合在一個控制設備中，形成靈活的變頻柜功能，使之可以滿足多種領域的需求。新技術將利用模糊控制理念，使得設備保持性對的平衡，即載荷與輸出功率之間的平衡，從而保證電機的工作狀態相對穩定，實現柔性控制。

參考文獻

[1] 陸濤，藍藍.油田抽油機智能節電器的研制及應用[J].才智，2012（17）.

[2] 于學良.游梁式抽油機節能控制技術的研究與應用[J].科技信息，2009（17）.

[3] 穆海軍.基于PLC的抽油機變頻控制柜的研究[J].科學技術與工程，2010（22）.

[4] 譚嘉樂.試論PLC及變頻技術在恒料控制系統中的應用[J].企業技術開發，2012（17）.