变频技术在地铁机电设备中的节能探究

变频技术在地铁机电设备中的节能探究

张金勇

中铁十二局集团电气化工程有限公司天津300308

摘要：伴随着我国科学技术水平的不断发展，变频技术作为一项先进的技术日益被广泛运用于我国的地铁机电设备之中，并且取得了傲人的成绩。可以说变频技术的应用，不仅在很大程度上提高了我国地铁的运行效率，同时也降低了地铁机电设备的成本，还做到了地铁机电设备的节能环保，提高了地铁在运输行业之中的竞争力。

关键词：变频技术，地铁机电设备，节能

一、前言

科学技术的迅猛发展促进了变频技术的发展，被广泛应用到生活和工业中，当今社会的能源资源消耗越来越大，对环境所造成的伤害也逐渐加大。在这种情况下，变频技术应运而生，变频技术在社会工程当中的应用也越来越注重其潜能的发挥，特别是节能功效受到了极大的关注。变频技术的应用可谓是电器、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，迅速为机电设备所欢迎。地铁机电设备服务于整个地铁的工作运行，是一项能源消耗极大的项目，而将变频技术巧妙的运用到地铁机电设备中，则能够大大的减少地铁车站在各个方面的能源浪费，节省能源，降低地铁运行成本。因此如何提高变频技术在地铁机电设备中的节能能力，已经成为现阶段地铁行业工作的一个重要方面。

二、地铁机电设备中变频技术的具体应用

变频技术指的是异步电动机的变压变频调速控制系统，一般简称变频调速系统，也就是人们所说的变频技术。在各种异步电动机调速系统中，变频技术的效率最高，同时性能也最好。采用变频控制技术，在生产机械对调速系统的静、动态性能要求不高的情况，不但结构简单，而且成本也较低，大大降低了生产成本和能量消耗，从而达到高效节能。变频技术中，变频控制系统是整个调速系统的核心，而变频装置即变频器又是变频技术的主要装置。变频控制系统，它的基本控制方式是，在基频以下，为了维持磁通不变，须按比例的同时控制电压和频率，低频时还应抬高电压以补偿定子压降；在基频以上，由于电压无法再升高，只好仅仅提高频率而迫使磁通减弱。综合基频以上以及以下的情况，根据变频控制特性，按照电机拖动基本原理，基频以下属于“恒转矩调速”，基频以上属于“恒转矩功率调速”。现今，使用最多的是静止式变频装置，用的变频装置主要是间接变频技术。

（一）地铁换控系统节能

新风扇将室外新鲜空气送入“新回风混合室”。当新鲜空气和回风完全混合时，它们被“联合空调单元”冷却，然后被送到公共区域。“回流排气扇”将部分室内空气送回“新回流空气混合室”使用，而其余部分排放到室外。地铁车站空调通风负荷设计历时30年，初次运行3～5年。与长期相比，客流要小得多。假日和高峰期的客流变化很大，而且天气每年都在变化。白天气温和客流也有很大差异。如果车站空调通风设备按一定的功率运行，则会造成能源浪费，使车站温度不稳定。因此，变频控制系统可用于降低空调风机在低空调负荷下的速度，从而降低能耗；当空调负荷较高时，增加空调风机的速度，增加制冷量。通过变频调速系统实现调速已成为环空系统其它领域的先例，但在地铁机电设备中的应用尚处于起步阶段。车站公共区域环境控制系统的消耗会随着天气的变化和人员的变化而变化，因此变频节能的发展有很大的空间。

（二）自动扶梯的变频技术使用

在最初阶段，地铁站只有楼梯。人们需要自己上上下下爬楼梯，这是非常费力的。后来，随着科学技术的发展，自动扶梯出现了。自动扶梯使用电能，来带动整个扶梯上下移动。人们可以站在自动扶梯上，通过自动扶梯自动上下。这非常有助于人们快速的到达目的地，大大方便了人们的生活。无变频技术改造的自动扶梯，不论是空载还是空闲，均以初始设定速度匀速运行。这将导致一个问题，即自动扶梯将造成能源浪费在空闲状态，虽然能源浪费造成的每一个空闲自动扶梯。不是很多，但是全国各地的自动扶梯都是闲置的，这就造成能源浪费，随着时间的推移能源浪费的数量会更加的惊人。变频技术的引入在一定程度上解决了这一问题。自动扶梯中的变频技术是变频器。在变频器的作用下，提高了自动扶梯的速度可控性。当自动扶梯空转时，变频器控制自动扶梯以低速运转，以维持节能状态；当自动扶梯被占用时，安装在自动扶梯中的传感器将作出相关反应，并且变频器可以在很短的时间内控制整个自动扶梯的高度。自动扶梯在高速运行时，当其加速到一定程度时，它将保持高速运行。高速低速交替运行不仅保证了乘客的正常运行，而且在自动扶梯空闲时也节省了能源。

（三）地铁空调系统的构造和控制方法

地铁中中央空调的组成部分相对复杂，主要可以分为水系统和风系统，各个系统中又有很多具体设备，但不论组成构建有多么复杂，所有的部件几乎都是为了调节温度而存在。变频空调机组用来调控地铁站厅和站台的温度，在初始的时候，通过公共区温度的信息反馈来对空调机的送风量进行调控，运用PID的调控方法完成。在空调的送风量降低到一定量后，通过调节水系统中的冷冻水流量电动二通调节阀的开度大小实现水温度的调控。冷水泵采用变频控制系统，其运行的频率决定于水泵两端的水压差。水泵依据此系统中冷量和水量没有比例调配，水量的变化延缓于冷量，就会出现“大流量”，“小温差”的现象。系统所需的冷量如果超过规定冷量的50%的时候，两台冷水机组和冷水泵会一同运行。当冷量减少到工况的一半的时候，就可以关闭一台冷水机组和一台冷水泵。冷冻水温差的调控要依据季节和时段来进行，如果温度和季节不相符，就要做出对应的调整，以此来适应季节的变换。变频技术在地铁中中央空调中的应用涉及到空调设备和制冷泵的一体化结构，大大降低了能耗，提高了整个中央空调系统的节能效率，降低了能耗。变频技术使电力负荷值和大多数中央空调运行设备受益匪浅，使能源消耗和资本增加，黄金消费大幅下降，前景光明。虽然地铁中中央空调在变频技术中的应用得到了很大的提高，但其应用程度还远远不够。可以说，变频技术在地铁机电设备中节能方面的潜力是无限的。在一个中央空调中，各个部件同时运转，造成了极大的能耗，但是在这些能耗中，有一些是完全可以避免的。在没有融入变频技术的中央空调系统中，负荷值处于不停的变化状态，除了冷水机组外，其他设备基本上都是以固定速度运行，在这样一种情况下，空调的负荷值如果降低，就会使整个地铁空调运行机组的效率有所下降，能源也在这个过程中产生多余的流失。变频技术的出现为地铁冷水机组和其他机电设备相配合调节提供了条件。变频技术在地铁空调水系统中的应用，主要是将可变水系统代替原有恒水系统，并增加可根据温度变化自动调节的各种设备等。在地铁中，每个制冷系统都配有变频器。在使用过程中，频率被限制在固定范围内。并且地铁空调中的传感器主要功能是记录冷冻水的温度，反馈或检测水压差，并及时调整异常变化。在中央空调的变化中，制冷水的总流量等。各设备的耗电量也包括在监测范围内。总之，变频技术引入地铁中央空调水系统，对水系统的正常运行具有重要意义，延长了设备的使用寿命，从长远来看，也减少了地铁在中央空调方面的投资。

（四）风系统和变频式多联机的节能应用

在如今的地铁机电设备中，将变频技术已经引入地铁空调系统，并且增加了电调节阀。根据回风温度，电调节阀可自动控制进出风量。排气系统中的变频器和水系统中的变频器都把频率限制在一个固定的范围内，在30到50赫兹之间基本稳定。每个风扇在运行时使用。风扇内的排风和送风的电量和温度也由专门的传感器监测。送风的大小和排风的温度直接影响到整个地铁车站的温度。高温或低温不利于乘客的健康，变频技术可应用于空调，自动调节温度，减少空调病害的发生。在地铁车站，冷却并不总是必要的。一般来说，在晚上和季节的交换中不需要提供冷却。当不需要冷却时，为了节约能源，中央空调可以关闭。此时，变频多联系统可以取代中央空调开始工作。一旦变频多联系统将中央空调系统改造成大系统，小系统将由大系统代替，小系统的能耗将比大系统减少大约四分之一。这种小系统运行方式带来的能源效率具有巨大的发展空间，节能效果更加明显。

三、结束语

随着经济和社会的发展，社会上对能源的需求将大大增加。在能源市场面临供需紧张的形势下，具有节能效益的变频技术将为经济和社会的发展做出贡献。国家提倡节能环保，采用变频技术符合国家的要求。地铁车站在全国范围内分布广泛。作为能源消耗的一个重要方面，变频技术的应用也非常普遍。采用变频调控技术，可以减少地铁车站机电设备系统中的能源消耗，对地铁环控的实际运营有着重大意义。

参考文献：

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