朱悅 王俊軒

【摘要】隨著科技的發(fā)展，自動(dòng)化已經(jīng)成為了各行各業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，而自動(dòng)變頻控制系統(tǒng)的出現(xiàn)更是給工業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)了極大的便利，減輕了相關(guān)工作人員的工作負(fù)擔(dān)，提高了電氣系統(tǒng)工作的效率，創(chuàng)造了較大的經(jīng)濟(jì)效益。本文將簡(jiǎn)述變頻技術(shù)的原理和使用意義，分析變頻柜的節(jié)能與技術(shù)發(fā)展，提出變頻柜使用的注意事項(xiàng)，希望能進(jìn)一步改善變頻電氣控制柜的使用功能，促進(jìn)其推廣應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】變頻電氣控制柜；節(jié)能效果；技術(shù)發(fā)展

現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中電動(dòng)機(jī)是主要的工作設(shè)備之一，而人為進(jìn)行電動(dòng)機(jī)的控制很容易導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)不正常的磨損，縮短了電動(dòng)機(jī)的使用壽命，作為實(shí)現(xiàn)精細(xì)控制電動(dòng)機(jī)的技術(shù)措施，變頻技術(shù)的出現(xiàn)為延長(zhǎng)電動(dòng)機(jī)使用壽命做出了極大的貢獻(xiàn)。作為工業(yè)生產(chǎn)控制技術(shù)的重要發(fā)展方向之一，探究變頻電氣控制柜的節(jié)能效果和技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)是工業(yè)生產(chǎn)的需要，也是我國(guó)實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)代化的必經(jīng)之路。

1.變頻技術(shù)的原理和使用意義

變頻電氣控制柜的工作原理如下：市電經(jīng)過(guò)整流器后變成恒定的直流電，直流電經(jīng)過(guò)逆變器后逆變成可變電壓、可變頻率的交流電源，由于采用微處理機(jī)編程的正弦波PWM控制，電流輸出波近似正弦波，故可用交流電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速。而通過(guò)對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速可以實(shí)現(xiàn)對(duì)功率的實(shí)時(shí)調(diào)整，這樣就避免了電動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)導(dǎo)致不必要的磨損。

以油田的生產(chǎn)為例，由于油田的生產(chǎn)環(huán)境復(fù)雜，主機(jī)功率的需求也會(huì)時(shí)時(shí)變動(dòng)，而為了保證生產(chǎn)的需要，主機(jī)都是長(zhǎng)期處在高壓運(yùn)行狀態(tài)，不僅電纜發(fā)熱量較大，造成了較多的電能浪費(fèi)，同時(shí)也會(huì)加劇主機(jī)的磨損，縮短主機(jī)的使用壽命。而將變頻電氣控制柜應(yīng)用在油田生產(chǎn)之中，省去了來(lái)回開(kāi)關(guān)電動(dòng)機(jī)閘門(mén)的麻煩，既滿(mǎn)足油田生產(chǎn)對(duì)于主機(jī)負(fù)荷的要求，又能夠降低主機(jī)的磨損，節(jié)約能源的同時(shí)延長(zhǎng)主機(jī)的使用壽命，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。此外，還要通過(guò)變頻器對(duì)工頻電源進(jìn)行變頻，以保證主機(jī)正常運(yùn)行。再加上主機(jī)需要長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行，供電是保證主機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行的一個(gè)前提條件，因此變頻電氣控制柜的穩(wěn)定和節(jié)能要予以重視。

2.變頻柜的節(jié)能與技術(shù)發(fā)展

當(dāng)前我國(guó)對(duì)于動(dòng)力變頻柜中再生電能的處理方式主要有制動(dòng)電阻、吸收電阻和回饋制動(dòng)三種，以前兩種處理方式較為成熟，而第三種處理方式技術(shù)較為先進(jìn)，尚未推廣使用。其具體的操作原理是系統(tǒng)將電腦回饋給相應(yīng)的電源，并且將設(shè)備的能量回饋到變頻控制柜上，從而實(shí)現(xiàn)能量的科學(xué)分配，提高能量的利用率。一般認(rèn)為，電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中如果能夠達(dá)到額定的荷載或者接近額定荷載，其工作效率是最佳的。而在實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)往往不會(huì)達(dá)到荷載，但是此時(shí)又會(huì)有較高的能耗，經(jīng)濟(jì)性與性能?chē)?yán)重不匹配，通過(guò)變頻電氣控制柜能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)頻率的調(diào)節(jié)，從而科學(xué)控制電機(jī)的效率，提高電能的利用率。

如利用對(duì)設(shè)備載荷的變化和功能圖等采集數(shù)據(jù)與變頻柜的變頻器實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，這樣對(duì)上下行不平衡的工況就可以根據(jù)其具體工作參數(shù)進(jìn)行控制。以油田的注水泵為例，通過(guò)對(duì)注水的量和井下壓力的實(shí)時(shí)收集和分析，可了解注水泵是否處在超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)或者空載狀態(tài)，這樣就可以利用變頻器進(jìn)行控制，時(shí)刻調(diào)節(jié)泵組的工況以控制注水電機(jī)的速度，提高注水效率的同時(shí)降低其能耗。

3.變頻柜的組成及應(yīng)用

要了解變頻電機(jī)控制柜的技術(shù)發(fā)展以及節(jié)能的效果，首先需要了解的是變頻控制柜的基本結(jié)構(gòu)。常規(guī)的系統(tǒng)組成為變頻器、PLC、PID，當(dāng)前工業(yè)上生產(chǎn)的變頻控制柜主要用在工業(yè)泵系統(tǒng)中，主要是利用變頻技術(shù)對(duì)水泵系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的變頻控制，實(shí)現(xiàn)水泵的高效工作。具體說(shuō)來(lái)，通常是通過(guò)傳感器來(lái)測(cè)量管道內(nèi)的壓力或者流速來(lái)獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，數(shù)據(jù)信息傳遞至變頻控制柜內(nèi)置的PID 運(yùn)行，從而調(diào)控水泵的工作。這樣管道內(nèi)的壓力或者流速能夠始終保持在恒定的狀態(tài)，更能夠滿(mǎn)足生產(chǎn)的需要。

舉例而言，，在實(shí)際應(yīng)用變頻電氣控制柜的過(guò)程中，首先需要了解其工作的具體條件和需求，在進(jìn)行變頻柜型的選擇。機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行是整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)作的前提，變頻柜需滿(mǎn)足主機(jī)所需要的轉(zhuǎn)速條件。由電機(jī)轉(zhuǎn)速與頻率的公式：

n=60f/p

可知，n——電機(jī)的轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分）；

60——每分鐘（秒）；

f——電源頻率（HZ）；

p——電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的極對(duì)數(shù)。

在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，根據(jù)公式n=60f/p可知：改變頻率f就可改變轉(zhuǎn)速，降低頻率↓f，轉(zhuǎn)速就變?。杭?0f↓/p=n↓，增加頻率↑f，轉(zhuǎn)速就加大：即60f↑/p=n↑。主機(jī)對(duì)于頻率的要求直接決定了所配備的變頻器應(yīng)具有的參數(shù)，同時(shí)對(duì)穩(wěn)定性也有一定的要求。

4.電氣技術(shù)發(fā)展展望

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代電氣技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)融合為一體，變頻電氣控制柜也開(kāi)始朝著網(wǎng)絡(luò)化、智能化、自動(dòng)化、綠色化的方向快速發(fā)展。變頻電氣控制柜的網(wǎng)絡(luò)化能夠幫助相關(guān)工作人員實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制，省去了各種操作的麻煩，提高了管理的效率。而變頻電氣控制柜的智能化則可以面對(duì)各種復(fù)雜的系統(tǒng)進(jìn)行高效控制，在出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)能夠迅速進(jìn)行反應(yīng)，真正實(shí)現(xiàn)了機(jī)械的24小時(shí)無(wú)人操作，有利于提高工作的效率，也可以降低人力成本的支出。自動(dòng)化變頻電機(jī)控制柜的出現(xiàn)意味著企業(yè)可以付出更低的人力成本就能完成原有的工作量，同時(shí)操作也更加精確，有良好的容錯(cuò)能力。當(dāng)前可持續(xù)發(fā)展是社會(huì)發(fā)展的主流價(jià)值觀(guān)，以綠色、節(jié)能、高效，可再生資源開(kāi)發(fā)等低碳經(jīng)濟(jì)為代表的深刻變革已成為我國(guó)的重大戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，電氣技術(shù)同樣應(yīng)該抓住這種機(jī)遇，在發(fā)展的過(guò)程中時(shí)刻以綠色化為指導(dǎo)方針，探究更低能耗的控制方式，推動(dòng)我國(guó)的自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)不斷向前發(fā)展。

5.變頻柜應(yīng)用中的注意事項(xiàng)

在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中變頻電器柜的應(yīng)用是一個(gè)動(dòng)態(tài)化的調(diào)試過(guò)程，其安裝地點(diǎn)應(yīng)該根據(jù)工作環(huán)境而定，設(shè)備要保證接地良好。安裝變頻柜的接地要求，使用短粗接地線(xiàn)完成對(duì)公共接地點(diǎn)的連接。對(duì)于要求較高的工作環(huán)境應(yīng)采用金屬網(wǎng)等進(jìn)行接地，同時(shí)低壓?jiǎn)卧屠^電器等注意與熔斷器的連接，從而提高變頻柜的保護(hù)效果。考慮到較長(zhǎng)的電纜會(huì)有較大的電能損耗，因此要避免變頻控制柜的電纜過(guò)長(zhǎng)，而且為了保證變頻控制柜的高效穩(wěn)定運(yùn)行，有必要為變頻控制柜提供獨(dú)立的電源，這樣也可以避免線(xiàn)纜之間的電磁干擾，同時(shí)可以采用變頻器間互相備用來(lái)保證運(yùn)行的穩(wěn)定性。為保證變頻電器控制柜的散熱良好，在應(yīng)用中變頻器多安裝在控制柜的中間，且變頻器應(yīng)垂直安裝，保證變頻器之間有足夠的空間散熱。由于變頻柜持續(xù)運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，因此選擇合格穩(wěn)固的散熱手段也是非常必要的，運(yùn)行過(guò)程中應(yīng)保證變頻器冷卻水持續(xù)穩(wěn)定的供應(yīng)。

變頻電氣控制柜的運(yùn)行受到多種因素的影響，如環(huán)境溫度、濕度、粉塵、震動(dòng)等，這些因素都可能導(dǎo)致電氣控制柜內(nèi)部的元件出現(xiàn)問(wèn)題。因此為了保證變頻電機(jī)控制柜能夠長(zhǎng)期有效運(yùn)行，外變頻電氣控制柜創(chuàng)造良好的工作環(huán)境是非常有必要的，最好能夠控制變頻電氣柜

所在環(huán)境內(nèi)的環(huán)境溫度、濕度、粉塵、震動(dòng)等情況。如果變頻電氣柜經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)途運(yùn)輸，在安裝之前首先應(yīng)該檢查變頻電機(jī)控制柜的各個(gè)部件是否完好無(wú)損，螺釘是否能緊固，安裝后嘗試能否正常運(yùn)行。對(duì)于投入正常工作的變頻電機(jī)控制柜應(yīng)該定期予以維護(hù)，維護(hù)的過(guò)程要做好記錄，以便后期抽查。

6.結(jié)束語(yǔ)

變頻電器控制柜是工業(yè)生產(chǎn)上精細(xì)控制電動(dòng)機(jī)的主要技術(shù)，同時(shí)也是工業(yè)發(fā)展的重要方向。傳統(tǒng)的人為控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)避免不了電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)行或者超負(fù)荷運(yùn)行的情況，既浪費(fèi)了大量的電能，又加重了電動(dòng)機(jī)的磨損，為企業(yè)帶來(lái)了諸多額外的損失。而變頻電氣控制柜技術(shù)的發(fā)展將信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、調(diào)頻技術(shù)、傳感器技術(shù)等多種技術(shù)集于一體，可實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的適時(shí)調(diào)控，能夠保證荷載和輸出功率之間處于平衡狀態(tài)，提高機(jī)械對(duì)于能量的利用率，促使電機(jī)長(zhǎng)期穩(wěn)定的工作，這對(duì)于正常生產(chǎn)十分有利。

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作者簡(jiǎn)介

朱悅：1988.5，男，天津，2011.6，防災(zāi)科技學(xué)院，電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，助理工程師，變頻電氣。

王俊軒：1988.11，男，甘肅蘭州，2011.6哈爾濱工程大學(xué)測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)、助理工程師、自控儀表。