技術(shù) | 變頻技術(shù)在電力傳動(dòng)節(jié)能領(lǐng)域的應(yīng)用

分析電力傳動(dòng)節(jié)能領(lǐng)域的電機(jī)電能消耗問(wèn)題，以及變頻調(diào)速技術(shù)在電力傳動(dòng)節(jié)能領(lǐng)域的應(yīng)用?；谧冾l技術(shù)在電力傳動(dòng)領(lǐng)域的應(yīng)用，研究變頻技術(shù)的諧波影響，功率構(gòu)件的耐高壓影響，變頻器接地的對(duì)策。

1 引言

變頻技術(shù)是當(dāng)代高新科技的產(chǎn)物，該項(xiàng)技術(shù)中充分融合了微電子技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)以及電力電子技術(shù)等多項(xiàng)技術(shù)，一般常用于交流電機(jī)運(yùn)行控制、空調(diào)制冷系統(tǒng)的控制等工作中。變頻技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中具有運(yùn)行穩(wěn)定、能源消耗量小等優(yōu)勢(shì)，并逐漸在社會(huì)的更多行業(yè)中得到應(yīng)用和推廣?，F(xiàn)如今，該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)十分成熟，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中能夠有效延長(zhǎng)設(shè)備的生命周期，而且能夠起到顯著節(jié)能的作用[1]。

2 變頻技術(shù)在電力傳動(dòng)節(jié)能領(lǐng)域的應(yīng)用

2.1 電力傳動(dòng)節(jié)能領(lǐng)域的電機(jī)電能消耗問(wèn)題

工業(yè)領(lǐng)域的電動(dòng)機(jī)輕載現(xiàn)象也加劇了我國(guó)電能的損耗。電動(dòng)機(jī)輕載現(xiàn)象產(chǎn)生的主要原因是由于三相異步交流電機(jī)的廣泛應(yīng)用。該項(xiàng)交流電機(jī)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中為了能夠確保設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，通常都會(huì)在設(shè)備選型過(guò)程中，預(yù)留出足夠的功率空間。這就造成了生產(chǎn)設(shè)備在電動(dòng)機(jī)型號(hào)選擇上會(huì)留有富裕度，甚至一些生產(chǎn)企業(yè)會(huì)選用大功率非恒定負(fù)載的電動(dòng)機(jī)配型[2-3]。這樣一來(lái)，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)于電能的消耗量十分巨大。從長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度來(lái)分析，這非常不利于企業(yè)的長(zhǎng)久發(fā)展。通過(guò)分析三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)行過(guò)程中的電壓平衡公式能夠得出：當(dāng)三相異步電動(dòng)機(jī)處于輕載運(yùn)行時(shí)，此時(shí)額定功率勵(lì)磁電流小于勵(lì)磁電流。這就造成定子上的勵(lì)磁電流在運(yùn)行過(guò)程中電能的無(wú)功消耗量升高，進(jìn)而使得企業(yè)電力損耗量增加。除此之外，當(dāng)三相異步電動(dòng)機(jī)處于輕載運(yùn)行時(shí)，由于受到電機(jī)額定功率的影響，致使三相異步電動(dòng)機(jī)電能轉(zhuǎn)換利用能力減弱，這也會(huì)增加企業(yè)生產(chǎn)的電能消耗。當(dāng)前，在電力傳動(dòng)節(jié)能領(lǐng)域，相關(guān)的節(jié)能技術(shù)應(yīng)用較少，而變頻技術(shù)在電力傳動(dòng)領(lǐng)域的應(yīng)用還有待進(jìn)一步研究。

2.2 變頻調(diào)速技術(shù)在電力傳動(dòng)節(jié)能領(lǐng)域的應(yīng)用

變頻調(diào)速技術(shù)在電力傳動(dòng)節(jié)能領(lǐng)域發(fā)揮出實(shí)際作用，首先應(yīng)對(duì)變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行矢量控制。這也是變頻調(diào)速技術(shù)在電力傳動(dòng)節(jié)能領(lǐng)域應(yīng)用的第一步。通過(guò)轉(zhuǎn)換交流電，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)三相坐標(biāo)定子進(jìn)行轉(zhuǎn)換，進(jìn)能夠?qū)Ξ惒诫妱?dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行有效控制。模擬電流控制滯留電動(dòng)機(jī)，對(duì)異步電動(dòng)機(jī)電流流量進(jìn)行控制，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩目標(biāo)進(jìn)行精準(zhǔn)把控。在這一步驟中，由于矢量控制缺乏計(jì)算的過(guò)程，在實(shí)際計(jì)算參數(shù)時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)失誤。但矢量控制能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)控制目標(biāo)的連續(xù)性操控，而且控制效果較為良好[4]。圖 1 為變頻技術(shù)的應(yīng)用。

變壓變頻控制技術(shù)的應(yīng)用也比較常見(jiàn)。變頻調(diào)速計(jì)算在電力傳動(dòng)節(jié)能領(lǐng)域應(yīng)用的第二步驟。在電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)額定相電壓始終與主磁通連接緊密。因此，在對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速時(shí)，若將主磁通進(jìn)行提高，則電機(jī)運(yùn)行會(huì)損耗更多的電流。但若將主磁通降低，此時(shí)無(wú)功率消耗下功率因數(shù)變小，則會(huì)造成電動(dòng)機(jī)機(jī)身發(fā)熱的情況，需要額外對(duì)其進(jìn)行散熱。此種控制方法在實(shí)際應(yīng)用中也存在問(wèn)題，由于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)過(guò)程中，對(duì)于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速難以精準(zhǔn)調(diào)控，這就造成了電動(dòng)機(jī)電壓損耗數(shù)值過(guò)高，電動(dòng)機(jī)精準(zhǔn)性控制較差等問(wèn)題的產(chǎn)生。

變頻調(diào)速技術(shù)中的轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)能夠?qū)⒎答亝?shù)與給定參數(shù)的對(duì)比結(jié)果進(jìn)行結(jié)合，從而對(duì)照轉(zhuǎn)矩偏差與磁通量的差值，能夠展開(kāi)具有針對(duì)性的電壓矢量作業(yè)。通過(guò)對(duì)磁通量進(jìn)行控制，能夠使磁通量與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行相應(yīng)轉(zhuǎn)矩。在這一過(guò)程中，若定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩高于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩，則此時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩有所提高；若定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩低于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩，則此時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩有所減少。轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)一般在風(fēng)機(jī)、水泵等大功率設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中較為常見(jiàn)。除了以上這三種常用的變頻調(diào)速技術(shù)，轉(zhuǎn)差頻率控制技術(shù)的應(yīng)用也具有一定的節(jié)能作用。該項(xiàng)技術(shù)也屬于變頻調(diào)速技術(shù)范疇，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，主要是借助三相異步交流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的轉(zhuǎn)差頻率，對(duì)其進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)功率調(diào)節(jié)。該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用不同于以上三種變頻調(diào)速技術(shù)，需滿足轉(zhuǎn)差頻率調(diào)整輸出的前提，才能夠?qū)崿F(xiàn)電動(dòng)機(jī)功率進(jìn)行控制。但由于該項(xiàng)技術(shù)缺乏控制必須要對(duì)定子電壓補(bǔ)充，因此一般企業(yè)都不將之列入應(yīng)用范圍之內(nèi)。

3 變頻技術(shù)應(yīng)用問(wèn)題與解決對(duì)策分析

3.1 變頻技術(shù)的諧波影響問(wèn)題

由于變頻器中包含大量的電子元件，其中不僅敷設(shè)各類控制電路，而且還包括逆變器、整流器等等器件。這些電子元件在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中難以避免的會(huì)產(chǎn)生大量電磁波，對(duì)電機(jī)運(yùn)行以及電機(jī)功率控制產(chǎn)生一定的干擾。而變頻器內(nèi)部的逆變器以及整流器在瞬間開(kāi)關(guān)時(shí)也會(huì)產(chǎn)生高次諧波。與此同時(shí)，由于變頻器輸入呈現(xiàn)出非線性整流電路特點(diǎn)，因此也會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生較大的干擾。特別是一些大型的機(jī)電設(shè)備，由于這些大型機(jī)電設(shè)備接入的都是高壓電網(wǎng)，此時(shí)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的高次諧波更會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成干擾。除此之外，機(jī)電設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中，由于受到諧波影響，致使設(shè)備的UPS電源輸出較高，機(jī)電設(shè)備需要額外接入散熱裝置進(jìn)行機(jī)身散熱，否則在高負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài)之下，設(shè)備很有可能出現(xiàn)故障，造成損毀。當(dāng)前，我國(guó)機(jī)電設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中應(yīng)對(duì)變頻器諧波影響的方法主要有兩種。其一就是在機(jī)電設(shè)備基礎(chǔ)上額外安裝濾波器等抗干擾的電力設(shè)備，從而降低高壓諧波對(duì)于機(jī)電設(shè)備的影響。另一種則是對(duì)變頻器的線路進(jìn)行總體的更改，并連接其他的其他設(shè)備線路。圖 2 為整流逆變器的結(jié)構(gòu)示意圖。

3.2 功率構(gòu)件耐高壓影響

電力傳動(dòng)節(jié)能領(lǐng)域中，變頻技術(shù)的應(yīng)用還面臨著功率構(gòu)建耐高壓的影響?，F(xiàn)階段，我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)中，6 kV 電源電壓的電動(dòng)機(jī)較為常見(jiàn)。但是，現(xiàn)階段我國(guó)大部分變壓器內(nèi)功率構(gòu)件都存在高壓耐受問(wèn)題，變頻器抗壓性較差，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中無(wú)法與電動(dòng)機(jī)進(jìn)行有效結(jié)合，進(jìn)而造成設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)的情況。此外，由于變壓器的成本投入較大，不利于企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。因此，當(dāng)前我國(guó)變頻技術(shù)在電力傳動(dòng)節(jié)能領(lǐng)域的應(yīng)用，提升變頻器構(gòu)建的抗壓水平成為相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)該重點(diǎn)攻克的一項(xiàng)難題。

3.3 變頻器接地的注意事項(xiàng)

變頻技術(shù)在電力傳動(dòng)節(jié)能領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中還面臨著變頻器接地的問(wèn)題。在進(jìn)行變頻器接地這一過(guò)程中，首先應(yīng)保證接地導(dǎo)線深入地下的范圍在 10 mm/m2 以下。此外，還應(yīng)確保機(jī)電設(shè)備的電源線橫斷面與接地線路的部分相同。若多臺(tái)變頻器共同運(yùn)行，此時(shí)對(duì)于變頻器的接地保護(hù)工作更應(yīng)注意，保證變頻器接地設(shè)置滿足主電路系統(tǒng)要求以及回路適應(yīng)系統(tǒng)要求。

4 結(jié)語(yǔ)

變頻控制技術(shù)在電力傳動(dòng)節(jié)能領(lǐng)域擁有較大的發(fā)展空間，不僅能夠提升機(jī)電設(shè)備的工作效率，還能夠起到保護(hù)機(jī)電設(shè)備的積極作用。將變頻技術(shù)應(yīng)用到電力傳動(dòng)節(jié)能領(lǐng)域，能夠促進(jìn)我國(guó)工業(yè)事業(yè)的快速發(fā)展。