基于高压变频器的大功率电机节能改造探究

基于高压变频器的大功率电机节能改造探究

武振华王浩任莉莉

（中信重工机械股份有限公司河南洛阳471000）

摘要：随着社会工业化水平的逐渐提高，大功率电机是现阶段工厂生产的主要电气设备。但是根据资料表明，在一些工厂中，大功率电机消耗的电能成品占整个构件生产成本的35％以上。随着科学技术的快速发展，高频变压器的的变频技术也越来越完善，在控制电机节能方面的技术也越来越科学。电机节能主要是减少电机热量损耗，从而全面实现节能。

关键词：高压变频器；大功率；电机；节能改造

社会发展变化很快，科技发展迅速，大功率电机在社会应用中非常的普遍，成为了一种必备的机械动力源。而变频技术从最初的起步到现在有了长足的发展，变频技术的日趋成熟一方面要求企业的大功率电机进行速度调节，另一方面则强调了节能减少了电机运行中的电能损耗。高压变频的调频功能应用在大功率电机上具有节能改造的效果。大功率异步电机调速现在主流方法有三种：变极调速、调压调速和变频调速，目前变频调速在三者中是最先进最优越的调速方案，这主要是因为它的精度比较高、实用效果比较好、操作简单容易上手。高压变频器的使用可以降低单位电能使用量，同时提高了设备各个方面的性能，电机设备的使用年限增长，无形中为企业创造了更多的经济收益。

1节能措施的国内外现状

纵观国内外大功率电机的节能改造水平，我们发现其大多数都是结合变频器来改变电机自身的频率，从而实现节能。例如，德国的西门子公司的节能设备就显得较为突出，该公司研发出四象限高压节能电机，有效的实现了交-直-交的全面快速转化，使得节能效果显著的提高。日本富士公司也研发出了RHR系列等节能装置，对节能起着显著效果。但是这些节能设备却不适合我国的工业发展需求，主要是因为这些装置价格较贵，并且在运用时还要改变电机自身固有电压，十分复杂，因此国内工厂大多数并没有采用国外的节能设备。高频变压器的出现为了节约我国大型电机能量提供了可能，高频变压器可以有效的实现电流频率的快速转化，从而实现节约电能，减少生产成本。

2高压变频器的工作原理和优势

2.1高压变频的原理

高压变频器应用多重化技术。它由几个YWM功率单位通过串联组成，将高压变频器组件直接串联构成多级电压型高压变频器。高压变频器是由多台单相逆变器串联连接，在多重叠加时，每台逆变器中PWM的三角波都会有均匀的相位位移，因而致使高次谐波互相抵消，减少了输出电压中的谐波含量，输出波形十分接近正弦波从而得到了高压交流电，从而实现高压输出。它对输入和输出变压器的影响很小，设备内在的电能消耗也就降低了，而且随着材料器件的集成化趋势进一步发展，电机所使用的变频器的空间位置也将越来越小。这种高压变频器具有高效率低能耗小体积的特点。

2.2节能原理

企业发展总是伴随着机械化的普及和应用，大功率电机在各个行业中普遍使用。传统低功率电机在工作时消耗了较大的电能，造成了不必要的成本浪费。高压变频调速技术使大功率电机可以根据负载的增减情况来调节原动力，使输入和输出的电能平衡，有效地降低了电能损耗。功率、转矩、转速存在着关系：P=MV，降低大功率电机就是该公式的具体应用。当电机的负载发生变化时，应用了高压变频调速技术后，在电机的负载发生变化时就能够及时通过高压变频器的电机频率调节机制，改变电机转速保持输入、输出电能的同步并最终形成平衡，达到大功率电机节能的目的。

2.3变频调速的优势所在

三相异步电机的运行区域包括最佳运行区、普通运行区以及不经济运行区三种。最佳运行区的电机负载率在三种中是最高的，一般来说会高于70%，而不经济运行区得负载率则是三种之中是最少的，大约是在40%以下。因此根据相关能耗规范，应当对平均负载率超过70%的大功率电机进行改造。高压变频器的调频原理是通过改变输入电压的频率，来适应电机设备负载的变化，并实现电能输入与输出均衡，来确保在最佳状态的电力工作。调频电机设备，以确保其有效运作无论是在哪种电压下，这样不仅提高了电机的自我调节的能力，避免电机遭受冲击，也达到了降低单位能耗，提高能源利用效率的目标。

3高压变频器的实际应用

3.1在大型工业生产上的应用

高压变频器技术随着科技的发展已经越来越成熟，高压变频器的变频装置具备了超高的预测能力和智能分析能力，负载随着时间变化反应比较灵敏的高压水泵、高压风机等设备类而言这个功能具有十分明显的节能的作用，并且还可以通过特殊装置起到一定的保护电机。为此该文对某厂的窑尾排风风机进行节能改造并对改造前后的能量损耗做出对比，由此研究高压变频器在大功率电机中的实际应用。在变频前的运行功率大约是900KW，变频改造后的功率是690KW。从已知的数据分析正常情况下它的单位年内的工作天数为300天，单位天内18小时为例：?Q=P1T1一P2T2=500×18×300-360×18×300=756000(KW?时)，以一度电为0.6元计算：W=?Q×0.6=453600≈45万元。由此就可以看出仅仅是某厂窑尾排风风机通过节能改造后，每年都可以节省下来45万元。某厂中的不同风机如果都利用高压变频器进行改造完全可以实现节能的目的，节能的幅度可以达到在20%与30%之间。虽然没有通过节能改造达到前面提到的44%，但是改造后大大的减少了单位能耗，提高了企业市场竞争力。

3.2在电力系统晃电故障中的应用

电力系统在运行过程中，由于雷击、对地短路、故障重合闸、企业的电网故障、大型设备启动等原因，造成电网故障，导致电网电压瞬间增高呈不稳定状态或者造成瞬时断电，但又能很快恢复正常的情况，称为“晃电”。高压变频器在晃电故障中也有很大的作用。通过对变频器的参数调整、增加变频器的直流电源支撑系统及电气控制回路电源改接UPS电源等措施，能有效保证变频器在电网晃电时稳定运行。此外还可以将高压变频器主电路中的直流母线回路引出，并连接到直流支撑装置的直流输出接触器上，在电力系统出现晃电故障时，依靠直流支撑装置蓄电池提供的稳定电流提供给高压变频器，使大功率电机转速不波动或变频器欠电压保护不动作，达到大功率电机不跳停的目的，确保电机在电网“晃电”时的稳定运行。

结语

总之,变频器在大功率电机节能改造的应用中可以有效提高企业的单位电能生产效率，能够大大减少单位能耗，降低了成本提高了企业在市场上的竞争力。利用高压变频节能改造技术在保障了安全生产的同时降低了企业维护、生产成本。从目前国内工农业现阶段的发展而言，大功率电机使用高压变频器的节能改造拥有着广阔的发展前景和市场。

参考文献

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[2]薛小勇.高压变频器在大功率电机节能改造中的应用分析[J].科技信息，2010(02).

[3]张英.高压变频器在大功率电机节能改造中的应用研究[J].科技资讯，2015，13(26).