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摘要：本论文主要要阐述了变频技术及其在风机泵类设备中应用原理和节能效果，以实际改造案例说明变频技术的节能效果。并降低变频器产生谐波对电网产生的危害措施。
关键词：变频技术变频器三相异步电机电动机工作原理
电机控制系统 谐波
中图分类号： TN773 文献标识码： A 文章编号：
变频器最初用途是速度控制。随着技术发展和社会对能源运用效率要求的日益提高，逐渐被用于节能领域。该技术尤其在风机、水泵的节能方面得到了广泛应用。以前，在工业生产的流程中，风机、水泵的调速通常使用的是用滑差调速电动机、耦合器等进行调速，以满足工艺生产的需要。根据各单位的实际需要，通常使用的是用耦合器对风机、泵进行20%-80%调速，或加装风门、阀门对风量、流量进行调节。但电机在工频状态下运行，多余的动能通过耦合器转化成熱能让冷却水带走或损失在风门和阀门上。这样从能源使用上和生产维护上都不经济，结合现在变频器的技术在风机泵类设备中的应用，为节能降耗工作提供了很好的解决办法。采用变频调节控制技术，取消原来的耦合器及相应的冷却水泵、冷却水和风门、阀门等装置，降低生产中的能源及资源消耗。做好清洁生产、节能降耗。在变频节能技术应用的同时，要降低变频器产生谐波对电网产生的危害。
一、变频技术和变频器
变频技术以其显著的节能效果广泛的应用于工业设备和家用电器。变频技术是改变电源频率的技术，在实际应用中通过变频器来实现改变电源频率。变频器的应用，须结合三相异步电动机的特性，因为变频器与三相异步电动机有着密切的联系。
二、三相异步电动机的作用和特性：
1. 三相异步电动机的作用： 通过三相异步电动机运转（正转或反转）来带动其它设备做各种各样的机械运动。
2. 三相异步电动机的特性：
1) 运转方式：靠旋转磁场来带动电动机转子额定电流为约等于其功率的二倍额定电流为约等于其功率的二倍V/F控制变频器力矩力电机力力转。
2) 接线方式：有星形（Y形）和三角形（△形）两种，Y形接线时，电动机的电流小，但力矩也小，三角形（△形）接线时电动机的电流大，但力矩大；
3) 变 速：n=60f (1-K)/p
n—电动机转速 60—常数 p—极对数
f —电源频率 k—滑差系数
公式说明：只要改变电源频率“f”或极对数“p”，就可以改变电动机转速。
三相异步电动机有2极、4极、6极、8极……,工业用的三相异步电动机一般极数不会超过8极，极数越多，转速越慢，但力矩就越大，极数越少，转速就越快，但力矩就越小；每种极数所对应的转速如下：
a) 2极──2950转/分（理想3000转/分，即同步转速）
b) 4极──1450转/分（理想1500转/分，即同步转速）
c) 6极──950转/分（理想1000转/分，即同步转速）
d) 8极──700转/分（理想750转/分，即同步转速）
三、 变频器的作用：
变频器具有：调速的作用：三相异步电动机，变频控制后可以实现调速功能，由输出频率控制电机转速，三相异步电动机由静态至最高速线性加速。通常变频器的频率调节范围是：0-650HZ。启动时电机由0转速线性加速，对机械设备运转没有危害。
四、 变频器的工作原理
变频器将三相380V(220V)/50HZ交流电通过整流桥整流变成脉动直流电，通过电解电容滤波后变成平滑的直流电，控制板对IPM、IGBT或模块的控制后将平滑的直流电变成三相频率可变的交流电，通过线路传输给电动机，实现电动机变频运行。
五、实际应用案例：以某单位一台40MW锅炉鼓风机、引风机变频技术应用改造为例
现场设备介绍：
40MW锅炉于1989年建成投运，鼓风机用于为锅炉燃烧送风，引风机用于排烟，两台风机未改造前风管上均装有风门调节装置，用以调节风量，以满足锅炉运行工艺要求，鼓、引风电均用自耦降压启动方式。现场设备鼓风机的电机参数如下表1所示，引风机的电机参数如下表2所示。
表1
表2
2、变频改造前后优缺点比较
原系统采用风门调节风量，电机工频运行，其能耗大、效率低、调节精度低，维护工作量很大。改造后变频调速是通过改变电动机定子供电频率来改变旋转磁场同步转速进行调速的，是无附加转差损耗的高效调速方式。优点是调速效率高，启动能耗低，调速范围广，可实现无极调速，动态响应速度快，调速精度高，操作简便，且易于实现生产工艺的控制自动化。
3、效益分析
改造前平均鼓、引风机运行电流：70.8 A；负载率：60.3 %，改造后平均运行电流：26.2A；负载率：33.3%，通过一个运行期的性能考核分析：改造后节能：60.3%-33.3%=27%，27%×185kW=50kW·h；一年按运行100天计算，可节约电量：50×24×100=12万度。通过以上案例分析，由此可见，在满足生产要求的条件下，采用变频调速节能效果明显著，延长了设备使用寿命、降低了故障率。
4、变频技术在风机泵类设备中应用的主要特点
1、低频力矩大、输出平稳
2、高性能矢量控制
3、转矩动态响应快、稳速精度高
4、减速停车速度快
六：降低变频器谐波危害，提高电能质量
变频其产生的高次谐波对电网产生的危害日益严重。通常采用变频器隔离、接地或采用无源滤波器、有源滤波器、架设无功补偿器装置以及绿色变频器等方法，将变频器产生的谐波控制在最小范围之内以抑制电网污染、提高电能质量，这些值得研究推广。
电网谐波产生的危害主要有：
1)、谐波使电网中的元件产生附加的谐波损耗，降低发电、输电及用电设备的效率。同时大量的3次谐波流过中性线会使线路过热甚至发生火灾。
2)、谐波影响各种电器设备的正常工作，使电机发生机械振动、噪声和过热，使变压器局部严重过热，使电容器、电缆等设备过热，造成设备的绝缘老化、寿命缩短以至损坏。
3)、 谐波会引起电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，引起严重事故。
4)、谐波会对邻近的通讯系统产生干扰，轻者产生噪声，降低通讯质量，重者导致信息丢失，使通讯系统无法正常工作。
5)、谐波会导致继电保护和自动装置的误动作，并使电器测量以表计量不准确。
目前谐波的治理方法：
1）、将变频器的隔离、屏蔽、接地；
2）、加装交流电抗器和直流电抗器；
3）、加装无源滤波器；
4）、加装有源滤波器；
5）、加装无功功率静止型无功补偿装置；
6）、线路分开；
7）、电路的多重化、多元化；
8）、变频器控制方式的完善；
9）、使用理想化的无谐波污染的绿色变频器。
结束语
总之，变频技术在风机、泵类负载中的应用无论从操作、运行维护，还是节能方面都取得比较好的效果。其控制方便，灵活，优良的调速性能，满足了生产工艺的要求，良好的节能效果，可以提高系统的运行效率。变频器的使用大大提高了系统的自动化控制水平，使整套设备的控制系统变得更加安全可靠，从而保证了生产的高效和稳定。变频器应用产生的谐波对电网的危害也非常严重，在使用变频器的同时要确保将产生的谐波控制在最小范围之内。
关键词：变频技术变频器三相异步电机电动机工作原理
电机控制系统 谐波
中图分类号： TN773 文献标识码： A 文章编号：
变频器最初用途是速度控制。随着技术发展和社会对能源运用效率要求的日益提高，逐渐被用于节能领域。该技术尤其在风机、水泵的节能方面得到了广泛应用。以前，在工业生产的流程中，风机、水泵的调速通常使用的是用滑差调速电动机、耦合器等进行调速，以满足工艺生产的需要。根据各单位的实际需要，通常使用的是用耦合器对风机、泵进行20%-80%调速，或加装风门、阀门对风量、流量进行调节。但电机在工频状态下运行，多余的动能通过耦合器转化成熱能让冷却水带走或损失在风门和阀门上。这样从能源使用上和生产维护上都不经济，结合现在变频器的技术在风机泵类设备中的应用，为节能降耗工作提供了很好的解决办法。采用变频调节控制技术，取消原来的耦合器及相应的冷却水泵、冷却水和风门、阀门等装置，降低生产中的能源及资源消耗。做好清洁生产、节能降耗。在变频节能技术应用的同时，要降低变频器产生谐波对电网产生的危害。
一、变频技术和变频器
变频技术以其显著的节能效果广泛的应用于工业设备和家用电器。变频技术是改变电源频率的技术，在实际应用中通过变频器来实现改变电源频率。变频器的应用，须结合三相异步电动机的特性，因为变频器与三相异步电动机有着密切的联系。
二、三相异步电动机的作用和特性：
1. 三相异步电动机的作用： 通过三相异步电动机运转（正转或反转）来带动其它设备做各种各样的机械运动。
2. 三相异步电动机的特性：
1) 运转方式：靠旋转磁场来带动电动机转子额定电流为约等于其功率的二倍额定电流为约等于其功率的二倍V/F控制变频器力矩力电机力力转。
2) 接线方式：有星形（Y形）和三角形（△形）两种，Y形接线时，电动机的电流小，但力矩也小，三角形（△形）接线时电动机的电流大，但力矩大；
3) 变 速：n=60f (1-K)/p
n—电动机转速 60—常数 p—极对数
f —电源频率 k—滑差系数
公式说明：只要改变电源频率“f”或极对数“p”，就可以改变电动机转速。
三相异步电动机有2极、4极、6极、8极……,工业用的三相异步电动机一般极数不会超过8极，极数越多，转速越慢，但力矩就越大，极数越少，转速就越快，但力矩就越小；每种极数所对应的转速如下：
a) 2极──2950转/分（理想3000转/分，即同步转速）
b) 4极──1450转/分（理想1500转/分，即同步转速）
c) 6极──950转/分（理想1000转/分，即同步转速）
d) 8极──700转/分（理想750转/分，即同步转速）
三、 变频器的作用：
变频器具有：调速的作用：三相异步电动机，变频控制后可以实现调速功能，由输出频率控制电机转速，三相异步电动机由静态至最高速线性加速。通常变频器的频率调节范围是：0-650HZ。启动时电机由0转速线性加速，对机械设备运转没有危害。
四、 变频器的工作原理
变频器将三相380V(220V)/50HZ交流电通过整流桥整流变成脉动直流电，通过电解电容滤波后变成平滑的直流电，控制板对IPM、IGBT或模块的控制后将平滑的直流电变成三相频率可变的交流电，通过线路传输给电动机，实现电动机变频运行。
五、实际应用案例：以某单位一台40MW锅炉鼓风机、引风机变频技术应用改造为例
现场设备介绍：
40MW锅炉于1989年建成投运，鼓风机用于为锅炉燃烧送风，引风机用于排烟，两台风机未改造前风管上均装有风门调节装置，用以调节风量，以满足锅炉运行工艺要求，鼓、引风电均用自耦降压启动方式。现场设备鼓风机的电机参数如下表1所示，引风机的电机参数如下表2所示。
表1
表2
2、变频改造前后优缺点比较
原系统采用风门调节风量，电机工频运行，其能耗大、效率低、调节精度低，维护工作量很大。改造后变频调速是通过改变电动机定子供电频率来改变旋转磁场同步转速进行调速的，是无附加转差损耗的高效调速方式。优点是调速效率高，启动能耗低，调速范围广，可实现无极调速，动态响应速度快，调速精度高，操作简便，且易于实现生产工艺的控制自动化。
3、效益分析
改造前平均鼓、引风机运行电流：70.8 A；负载率：60.3 %，改造后平均运行电流：26.2A；负载率：33.3%，通过一个运行期的性能考核分析：改造后节能：60.3%-33.3%=27%，27%×185kW=50kW·h；一年按运行100天计算，可节约电量：50×24×100=12万度。通过以上案例分析，由此可见，在满足生产要求的条件下，采用变频调速节能效果明显著，延长了设备使用寿命、降低了故障率。
4、变频技术在风机泵类设备中应用的主要特点
1、低频力矩大、输出平稳
2、高性能矢量控制
3、转矩动态响应快、稳速精度高
4、减速停车速度快
六：降低变频器谐波危害，提高电能质量
变频其产生的高次谐波对电网产生的危害日益严重。通常采用变频器隔离、接地或采用无源滤波器、有源滤波器、架设无功补偿器装置以及绿色变频器等方法，将变频器产生的谐波控制在最小范围之内以抑制电网污染、提高电能质量，这些值得研究推广。
电网谐波产生的危害主要有：
1)、谐波使电网中的元件产生附加的谐波损耗，降低发电、输电及用电设备的效率。同时大量的3次谐波流过中性线会使线路过热甚至发生火灾。
2)、谐波影响各种电器设备的正常工作，使电机发生机械振动、噪声和过热，使变压器局部严重过热，使电容器、电缆等设备过热，造成设备的绝缘老化、寿命缩短以至损坏。
3)、 谐波会引起电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，引起严重事故。
4)、谐波会对邻近的通讯系统产生干扰，轻者产生噪声，降低通讯质量，重者导致信息丢失，使通讯系统无法正常工作。
5)、谐波会导致继电保护和自动装置的误动作，并使电器测量以表计量不准确。
目前谐波的治理方法：
1）、将变频器的隔离、屏蔽、接地；
2）、加装交流电抗器和直流电抗器；
3）、加装无源滤波器；
4）、加装有源滤波器；
5）、加装无功功率静止型无功补偿装置；
6）、线路分开；
7）、电路的多重化、多元化；
8）、变频器控制方式的完善；
9）、使用理想化的无谐波污染的绿色变频器。
结束语
总之，变频技术在风机、泵类负载中的应用无论从操作、运行维护，还是节能方面都取得比较好的效果。其控制方便，灵活，优良的调速性能，满足了生产工艺的要求，良好的节能效果，可以提高系统的运行效率。变频器的使用大大提高了系统的自动化控制水平，使整套设备的控制系统变得更加安全可靠，从而保证了生产的高效和稳定。变频器应用产生的谐波对电网的危害也非常严重，在使用变频器的同时要确保将产生的谐波控制在最小范围之内。