敘詞：變頻調(diào)速技術(shù)特點(diǎn)應(yīng)用節(jié)能1概述在工礦企業(yè)以及民用建筑中大量地使用著風(fēng)機(jī)、水泵、攪拌機(jī)、壓縮機(jī)等，這些機(jī)械一般都以交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)、功率從幾kW，至數(shù)千kW其中大部分交流電動(dòng)機(jī)均不是常年工作在額定功率，而經(jīng)常只有額定功率的50%~70%，甚至更低一些。而目前這類機(jī)械大多數(shù)處于恒速交流傳動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，并以檔板、閥門或空放回流的辦法進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而白白損失大量的電能，功率越大的風(fēng)機(jī)、水泵損失的電能也越大。

　　根據(jù)電工學(xué)基本原理，風(fēng)機(jī)和水泵，消耗功率與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速成三次方關(guān)系。如要調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量或水泵的流量，只要調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速就可以實(shí)現(xiàn)，而同時(shí)將大大降低電動(dòng)機(jī)的消耗功率，節(jié)約了電能。

　　電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速（N）由以下公式表示：因此要改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，只要改變供電電源的頻率或者改變電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)就可改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。

　　改變極對(duì)數(shù)進(jìn)行調(diào)速?gòu)睦碚撋现v效率比較高，因?yàn)樗鼪]有額外的損耗，操作比較簡(jiǎn)單，但由于對(duì)電動(dòng)機(jī)的制造要求高，機(jī)械構(gòu)造較為復(fù)雜，且屬于有級(jí)調(diào)速，在現(xiàn)有的產(chǎn)品中還沒有功率較大的這類電動(dòng)機(jī)，因此國(guó)內(nèi)外使用較少。改變頻率進(jìn)行調(diào)速、效率也很高，盡管有損耗，但按目前的技術(shù)水平其損耗可以減少到比較小（有些品牌的變頻器效率高達(dá)99%），而且可以進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速，變頻裝置的功率可達(dá)到幾千kW，因此可應(yīng)用到各種規(guī)格的電動(dòng)機(jī)中。

　　2變頻調(diào)速技術(shù)簡(jiǎn)介風(fēng)機(jī)、水泵配用的電動(dòng)機(jī)一般有兩種，一種為高壓電動(dòng)機(jī)（電壓等級(jí)為10kV、6kV或3kV），一種為低壓電動(dòng)機(jī)（電壓等級(jí)為660V或380V）。因此選用的變頻調(diào)速裝置也可有兩種：一種為高壓變頻器，一種為低壓變頻器。近年來(lái)各種高壓變頻器不斷出現(xiàn)，高壓變頻器到目前為止還沒有像低壓變頻器那樣近于統(tǒng)一的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。根據(jù)高電壓組成方式可分為直接高壓型和高-低高壓型；根據(jù)有無(wú)中間直流環(huán)節(jié)來(lái)分，可以分為交-交變頻器和交-直-交變頻器。在交-直-交變頻器中，按中間直流濾波環(huán)節(jié)的不同可分為電壓源型和電流源型。直接高壓輸出電流源型變頻器主要有：串聯(lián)二極管式電流源型變頻器，輸出濾波器換向式電流源型變頻器，負(fù)載換向式電流源型變頻器（LCI），GTO-PWM式電流源型變頻器等；直接高壓輸出電壓源型變頻器主要有：三電平PWM電壓源型變頻器，單元串聯(lián)多電平PWM電壓源型變頻器等；直接高壓交-直-交變頻器直接輸出高壓，無(wú)需輸出變壓器，效率高，輸出頻率不受限制，應(yīng)用較為廣泛。

　　評(píng)價(jià)高壓變頻器的性能指標(biāo)主要有：成本、可靠性、輸出諧波，對(duì)電網(wǎng)的諧波污染，輸入功率因素，du/dt共模電壓，系統(tǒng)效率，能否四象限運(yùn)行等。其中對(duì)變頻器產(chǎn)生的高次諧波尤為重視，因?yàn)樗鼘⒃斐蓪?duì)電網(wǎng)產(chǎn)生諧波污染，對(duì)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

　　由于高壓變頻器的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，容量也較大，占整個(gè)電網(wǎng)容量的比重較為顯著，因此，對(duì)電網(wǎng)的諧波污染問(wèn)題不容忽視，解決諧波污染的辦法有兩種，一是采取諧波濾波器，對(duì)于高壓變頻器產(chǎn)生的諧波進(jìn)行治理以達(dá)到供電部門的要求，也即通過(guò)所說(shuō)的“先污染，后治理”的辦法；二是采用產(chǎn)生諧波電流小的變頻器，變頻器本身基本上不對(duì)電網(wǎng)造成諧波污染，即所謂的“綠色”電力電子產(chǎn)品，從本質(zhì)上解決諧波污染問(wèn)題。國(guó)際上對(duì)電網(wǎng)諧波污染控制的標(biāo)準(zhǔn)中，應(yīng)用較為普遍的是IEEE519-1992我國(guó)也有相應(yīng)的諧波控制標(biāo)準(zhǔn)。

　　輸出諧波對(duì)電動(dòng)機(jī)的影響主要有：引起電動(dòng)機(jī)附加發(fā)熱，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的額外溫升，電動(dòng)機(jī)往往要降額使用。由于輸出波形失真加電動(dòng)機(jī)的重復(fù)峰值電壓，影響電動(dòng)機(jī)的絕緣，諧波還會(huì)引起電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，噪聲加。目前使用的各種變頻器通過(guò)分析比較有以下區(qū)別：電流源型變頻器由于存在輸出諧波和共模電壓對(duì)電動(dòng)機(jī)的影響等問(wèn)題，電動(dòng)機(jī)需降容使用和加強(qiáng)絕緣，使其應(yīng)用受到極大的限制；三電平電壓源型變頻器存在輸出諧波和du/dt等問(wèn)題，一般要設(shè)置輸出濾波器，否則必須使用專用電動(dòng)機(jī)，對(duì)風(fēng)機(jī)和水泵等一般不要求四象限運(yùn)行的設(shè)備；單元串聯(lián)多電平PWM電壓源型變頻器在輸出諧波，du/dt等方面有明顯優(yōu)勢(shì)，對(duì)電動(dòng)機(jī)沒有特殊要求，可用于任何普通異步電動(dòng)機(jī)，且不必降容使用，具有較大的應(yīng)用前景。

　　綜上所述，在選用變頻裝置的過(guò)程中，除考慮節(jié)能的同時(shí)還應(yīng)注意上述因素，以取得比較佳效果。

　　3變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用與節(jié)能變頻調(diào)速技術(shù)顯著的節(jié)能效果己越來(lái)越被人們所重視，并且己在許多場(chǎng)合得到廣泛應(yīng)用。下面介紹幾個(gè)應(yīng)用比較成功且效果比較明顯的例子。

　　3.1在給水工程中的應(yīng)用給水工程包括水廠、取水泵站、壓泵站等，主要用電設(shè)備是水泵電動(dòng)機(jī)，而水泵電動(dòng)機(jī)的用電量一般要占整個(gè)水廠（泵站）用電量的80%~ 90%，水泵配用電動(dòng)機(jī)的功率一般都較大（大至幾千kW）因此在給水工程中，對(duì)水泵電動(dòng)機(jī)采取合適的節(jié)能措施，其節(jié)能效果將是十分顯著的。

　　根據(jù)給水工藝的要求，對(duì)水泵的出水壓力和流量一般均需要調(diào)節(jié)，當(dāng)然過(guò)去僅靠采用擋板或閥門的方式進(jìn)行調(diào)節(jié)是十分落后的，現(xiàn)在基本上不再采用，而比較多的是采用調(diào)速的方式來(lái)調(diào)節(jié)壓力與流量。以往在國(guó)內(nèi)采用較為普遍的調(diào)速方式有以下幾種：①可控硅串級(jí)調(diào)速；②轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速；③液力耦合器調(diào)速、油膜調(diào)速；④變頻調(diào)速。

　　第①種方式效率較高，但功率因數(shù)低，產(chǎn)生的高次諧波會(huì)污染電網(wǎng)，價(jià)格也不低，目前工程上投運(yùn)的裝置由于質(zhì)量不穩(wěn)定，經(jīng)常發(fā)生故障，因此己很少采用。第②、③種方式價(jià)格相對(duì)較低，但效率低，損耗大，維護(hù)工作量大，對(duì)要求高的場(chǎng)合一般不宜采用。第④種方式價(jià)格雖然較高，但其裝置技術(shù)先進(jìn)，效率高，節(jié)能顯著，功率因數(shù)高（不低于0.95），輸出電壓和電流接近正弦波，并且可以作為水泵電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)設(shè)備，無(wú)起動(dòng)沖擊電流，延長(zhǎng)了電動(dòng)機(jī)和水泵的使用壽命，特別在大型設(shè)備上應(yīng)用，一般運(yùn)行4~5年（有的甚至2~3年）可回收設(shè)備投資。

　　在近幾年的給水工程中己越來(lái)越多地采用變頻調(diào)速裝置。例如：在某水廠選用的二臺(tái)10kV、1400kW高壓變頻裝置，以及某泵站選用的2臺(tái)6kV、1600kW高壓變頻裝置，運(yùn)行至今均己有3~4年情況正常，且效果較好，節(jié)能顯著。

　　高位水箱的供水系統(tǒng)，實(shí)際上是一個(gè)壓力大致恒定的系統(tǒng)，這個(gè)壓力就是水位的高度，而管道的阻力特性都是變化的，當(dāng)用戶多時(shí)，也即打開閥門放水的支路多時(shí)，管道的阻力就相應(yīng)減少，反之則阻力增大。針對(duì)這種情況，可以用變頻調(diào)速裝置和壓力調(diào)節(jié)器組成閉環(huán)控制系統(tǒng)來(lái)控制水泵的轉(zhuǎn)速，保護(hù)水壓恒定，從而省去高位水箱。恒壓供水變頻調(diào)速裝置原理比較簡(jiǎn)單，只要將供水管道中的水壓通過(guò)壓力變送器變換成電信號(hào)，經(jīng)集成電路放大器放大后送至壓力調(diào)節(jié)器并與給定壓力比較，其差值經(jīng)比例、積分、微分運(yùn)算后控制變頻器的輸出頻率，從而調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)和水泵轉(zhuǎn)速，達(dá)到調(diào)節(jié)壓力的目的。

　　在給水系統(tǒng)中流量變化時(shí)，官道阻力特性也是變化的，因?yàn)榱髁看蟊囟ㄊ怯休^多的支路閥門打開著，而流量較小時(shí)，只有部分支路閥門打開，如果沒有變頻調(diào)速裝置，這時(shí)管路壓力超過(guò)給定壓力。由于泵的流量Q與轉(zhuǎn)速n成正比，壓力H與n2成正比，如果使用變頻調(diào)速裝置改變水泵轉(zhuǎn)速，在滿足所需流量的同時(shí)，既降低了壓力，又節(jié)約了電能。

　　因此在目前所建住宅群或高層建筑中已考慮取消高位水箱的做法，這樣不僅可以降低造價(jià)，省去經(jīng)常性清洗水箱的人力和時(shí)間，避免二次水污染，同時(shí)節(jié)約了能源。

　　（上接第25頁(yè)）了控制訪問(wèn)權(quán)限，并提供了控制路徑表，有權(quán)訪問(wèn)的工作站數(shù)目比較大是16，同時(shí)還設(shè)置了另外一個(gè)CA-OWNER，在其內(nèi)部存儲(chǔ)了擁有控制路徑的數(shù)碼，F(xiàn)ieldUnit接受來(lái)自這個(gè)控制站的命令。在控制路徑表中擁有較低一極優(yōu)先權(quán)的工作站需向較高一極優(yōu)先權(quán)的工作站申請(qǐng)，才能操作Field 4.3INSUM2.0系統(tǒng)的特點(diǎn)下特點(diǎn)：①分散式智能化。指分布在Lon上的INSUM元件無(wú)明顯的主從關(guān)系，現(xiàn)場(chǎng)元件MCU具有高度智能性并有更強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理功能和控制作用。②同級(jí)通信。由于LonBus為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，INSUM各組件無(wú)須經(jīng)過(guò)主機(jī)許可即可以直接相互通信。③事件驅(qū)動(dòng)式通信。只有變化的數(shù)據(jù)才被數(shù)據(jù)總線傳輸，如果參數(shù)是數(shù)字量，這種變化是指二進(jìn)制數(shù)值的變化；如果參數(shù)是模擬量，這種變化是指超過(guò)了設(shè)定閥值的變化。④可兼容性。由于系統(tǒng)米用了開放式的LonWorks的現(xiàn)場(chǎng)總線，因此凡是采用這種通信規(guī)約設(shè)備，系統(tǒng)都可以兼容，而不受生產(chǎn)廠家或品牌的限制，同時(shí)IN-等網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)與不同系統(tǒng)的連接，從而大大增強(qiáng)了系統(tǒng)的通用性。

　　MNS系統(tǒng)外形尺寸見表2、安裝尺寸見。

　　表