CN102185560A - 一种电机节能变频控制方法 - Google Patents

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郭威娜
张连合
孟锦
王文杰
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Abstract

本发明涉及一种电机节能变频控制方法，属于交流电机变频节能控制技术领域。技术方案是：在频率给定值不变的情况下，通过改变降低变频器V/F曲线斜率，实现降低变频器输出电压，不降低电机转速的变频节能；将基准频率F由原来的50Hz提升设定到50Hz以上后，基准频率为50Hz以上的V/F曲线斜率比基准频率为50Hz的V/F曲线斜率将会降低；变频器输出电压的降低及电机电流的减小导致了电机从变频器吸收的能量的减小，实现了电机的变频节能控制。本发明创造应用在风机节能方面，能够实现不降低电机转速、不影响除尘效果的变频节能，能产生巨大的社会经济效益，具有很强的推广价值。

Description

一种电机节能变频控制方法
技术领域
本发明涉及一种交流电机节能变频控制方法，属于交流电机变频节能控制技术领域。
背景技术
目前，电力资源相当的紧张，为了不降低人们的幸福生活指数，在用电高峰期政府不得不采取对能耗大户限电的方式来满足百姓的生活用电。在工业企业中，钢铁冶金是电能的能耗的大户，而风机耗能则是冶炼行业的耗能大户，据统计，风机耗电约占冶炼耗电的60%以上。为此，相当一部分企业为了节能上了变频设备。如何在保证生产环保的情况下最大限度的实现节能成了本领域乃至全世界工程技术人员不断探索追求的目标。变频节能控制主要应用在风机、水泵方面，为了保证生产的可靠性，各种生产机械在设计配用动力驱动时，都留有一定的富余量。当电机不能在满负荷下运行时，除达到动力驱动要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成电能的浪费。风机、泵类等设备传统的调速方法是通过调节入口或出口的挡板、阀门开度来调节给风量和给水量，其输入功率大，且大量的能源消耗在挡板、阀门的截流过程中。当使用变频器进行调速控制时，如果流量要求减小，通过降低泵或风机的转速即可满足要求。以除尘风机为例，风机节能变频控制是以流体力学原理为基础，是以降低电机转速，但却是适当牺牲除尘效果为代价的。当风机转子实际转速越接近于风机转子额定转速，风机电机从电网吸收的实际功率就越接近于风机电机的额定功率，风机变频节能的效果就越不明显。某炼铁厂除尘风机将风机出口阀门的开的度调到了100%，启动变频后就出现了当变频器的输出频率低于45HZ时，现场烟尘就较大，除尘效果就变差，当变频器的输出频率高于45HZ时，节电效果就变得不够明显的情况。因此说应用流体力学原理实现变频节能有一定的局限性，当电机的实际运行频率接近于电机的额定频率时，变频的节电效果就会变得不明显。应用流体力学原理的变频节能是以降低电机转速，适当牺牲除尘效果为代价的。
发明内容
本发明的目的是提供一种电机变频节能控制方法，能够实现不降低电机转速，不降低除尘效果的变频节能，能够解决背景技术中存在的上述问题。
本发明的技术方案是：在频率给定值不变的情况下，通过改变降低变频器V/F曲线斜率，实现降低变频器输出电压，不降低电机转速的变频节能；所谓变频器V/F曲线即变频器输出电压V与变频器输出频率F的关系曲线；将基准频率F由原来的50HZ提升设定到50HZ以上后，基准频率为50HZ以上的V/F曲线斜率比基准频率为50HZ的V/F曲线斜率低；在同一给定频率值时，基准频率设定为50HZ以上的变频器输出电压比基准频率设定为50HZ的变频器输出电压低，变频器输出电压值将会有所下降，电压数值下降的多少与基准频率设定值的高低有关，基准频率的值设定的越高，电压下降的越多。
针对风机类负载，由于其负载特性为大惯量低转矩负载，因此其负载电流很小，提高基准频率后，风机负载电流将会变得更小；变频器输出电压的降低及电机电流的减小导致了电机从变频器吸收的能量的减小，实现了电机的变频节能控制。
本方法适用于轻载情况下的电机节能，尤其适用于除尘风机的变频节能。能够实现不降低风机转速，不牺牲除尘效果的风机节能控制，节能效果非常显著。
所说的在原有基础上提高变频器的基准频率，是指提高后的基准频率在80HZ-120HZ的频率范围。
所说的大惯量低转矩负载是指抽风机类负载，同时也包括轻载运行的负载设备。
本发明的积极效果是：通过提高变频器的基准频率，来改变变频器V/F曲线的斜率，从而来降低变频器的输出电压，实现不降低电机转速的变频节能，其经济效益显著，具有很高的推广应用价值，尤其是应用在风机节能方面，能够实现不降低电机转速、不影响除尘效果的变频节能。
附图说明
附图1是本发明实施例的变频器V/F曲线示意图；
图中：电压V、频率F、原基准频率下V/F曲线1、提高基准频率下V/F曲线2。
具体实施方式
以下结合附图，通过实施例对本发明作进一步说明。
本实施例中，变频器原基准频率50 HZ，对应的输出电压380V，提高后的基准频率100 HZ，对应的输出电压190V，应用于某厂1.5千瓦轻载设备。
本发明的理论基础：
一、变频调速原理
在电机转速公式中，把电机转速用n表示，电源频率用f表示 ，电机的磁极对数用p表示。
由电机转速公式n=60f/p可知：电机的转速n与电源频率f成正比，与电机的磁极对数p成反比。
由于电机在制造完成后，其磁极对数p是固定的，是个常数，因此电机的转速n就只与电机电源频率f有关，我们通过变频装置改变电机电源频率f就可直接实现对电机转速n的调整，这就是我们所应用的变频调速原理。
二、应用流体力学原理的变频节能控制
①流体力学原理：流体力学是研究流体(液体和气体)的力学运动规律及其应用的学科。在流体力学公式中，把风机额定风量与实际负荷风量分别用Q1 Q2表示，风机额定风压与实际风压分别用H1 H2表示，风机额定轴功率与实际轴功率分别用P1 P2表示，风机额定转速与风机实际转速分别用N1 N2表示，由流体力学的三个公式：
Q1/Q2 = N1/N2      …………………..…  (1)
H1/ H2 = N12/N2 2   ……..……………….…(2)
P1/ P2 = N13/N23      …………………………(3)
可以得出：风机风流量Q与风机转子转速N成正比，风机风压H与风机转子转速N的平方成正比，风机轴功率P与风机转子转速N的三次方成正比。
②应用流体力学原理实现变频节能的局限性
由公式（3）还可得知，当风机转子实际转速N2越接近于风机转子额定转速N1，风机电机从电网吸收的实际功率P2就越接近于风机电机的额定功率P1，风机变频节能的效果就越不明显。某炼铁厂除尘风机试运行时将风机出口阀门的开的度调到了100%，启动变频后就出现了当变频器的输出频率低于45HZ时，现场烟尘就较大，除尘效果就变差，当变频器的输出频率高于45HZ时，节电效果就变得不够明显的情况，最后为了不影响除尘效果，只能将变频器运行在了50HZ，节能效果不够明显。
因此说应用流体力学原理实现变频节能是有局限性的，当电机的实际运行频率越接近于电机的额定频率，变频的节电效果就越不明显，它是以降低电机转速，适当牺牲除尘效果为代价的。
三．通过改变变频器V/F曲线斜率，实现不降低电机转速，不牺牲除尘效果，变频节能
1）V/F曲线：参照附图1，绘出了当变频器基准电压为380V，变频器基准频率分别为50HZ及100HZ时的V/F曲线1及V/F曲线2。
由V/F曲线1可知，当变频器的给定输出频率F等于变频器基准频率50HZ时，对应的变频器的输出电压V等于380V；由V/F曲线2可知，当变频器的基准频率F等于100HZ，变频器的给定输出频率等于变频器基准频率100HZ时的1/2，即50HZ时，变频器的输出电压为190V，为电源电压的1/2。
由此可见，当我们设定的变频器的基准频率发生变化之后，电机V/F曲线的斜率也将随之发生变化，变频器输出电压的值也同样会随之发生变化。由于电源电压的下降，电机工作电流也将随之下降。
根据三相异步电动机的功率计算公式：
P=3UICOSФ可以计算出，当输出频率同为50HZ时，V/F曲线1，电机从电源吸收的功率P1=3UI1.COSФ。
曲线2，电机从电源吸收的功率P2=3×U2×I2.COSФ
由此可见，V/F曲线2电机从电源吸收的功率较V/F曲线1少。
一台15KW小型低压变频器及一台1.5KW电机做了一项电机轻载节能试验，记录的实验数据见下表：
Figure 117854DEST_PATH_IMAGE001
Figure 316754DEST_PATH_IMAGE002
上面的两组实验数据验证了通过改变变频器V/F曲线斜率，实现电机节能控制的可行性，本发明同样适用于高压变频的节能控制。
使用本发明方法注意事项：
1. 变频参数设定时，变频器的实际输出频率绝对不允许超出电机的额定频率，否则将会引起电机超速，损坏电机；
2.变频调试时，变频器的基准频率设定时大于80HZ，在80—120HZ范围内，基准频率设定值低于80HZ电机振动会加大，这一结论来源于实验过程；
3. 由于电机V/F曲线设低后，电机的起动转矩会相对减小，这一点可以通过适当减小加速时间及提高初始电压常数来改善。

Claims (4)

1.一种电机变频节能控制方法，其特征在于：在给定频率值不变的情况下，通过改变降低变频器V/F曲线斜率，实现降低变频器输出电压，不降低电机转速的变频节能；所谓变频器V/F曲线即变频器输出电压V与变频器输出频率F的关系曲线；将基准频率F由原来的50HZ提升设定到50HZ以上后，基准频率为50HZ以上的V/F曲线斜率比基准频率为50HZ的V/F曲线斜率将会降低；在同一给定频率值时，基准频率设定为50HZ以上的变频器输出电压比基准频率设定为50HZ的变频器输出电压低，变频器输出电压值将会有所下降，电压数值下降的多少与基准频率设定值的高低有关，基准频率的值设定的越高，电压下降的越厉害。
2.根据权利要求1所述之电机变频节能控制方法，其特征在于：针对风机类负载，由于其负载特性为大惯量低转矩负载，因此其负载电流很小，提高基准频率后，风机负载电流值将会变得更小；变频器输出电压的降低及电机电流的减小导致了电机从变频器吸收的能量的减小，实现了电机的变频节能控制。
3.根据权利要求1或2所述之电机节能变频控制方法，其特征在于所说的在原有基础上提高变频器的基准频率，是指提高后的基准频率在80HZ以上至120HZ的频率范围。
4.根据权利要求2所述之电机节能变频控制方法，其特征在于所说的大惯量低转矩负载是指抽风机类负载，同时也包括轻载运行的负载设备。
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