变频节能技术原理6篇1
【关键词】高压电机；节能；变频；改造
1.引言
风机水泵类在火电厂的辅助设备中占了较大比例，它的节能将会展现出非常强大的潜力。本文重点对高压电机节能变频技术措施进行分析，并对案例中的高压电机改造前后的节能对比进行判断，来根据实际需求确定变频器的型号以及改造方案，为进一步进行施工优化与经济控制奠定基础。
2.发电厂高压电机节能变频改造典型用能案例
2.1华北某电厂的机组改造
华北某电厂的机组投产于二十世纪九十年代，它的主要辅助设备中风机与水泵采用了阀门与挡板的调节形式，严重地存在着能源损耗的问题，同时对阀门与挡板的损耗也存在着过快的问题。
在此电厂中重点有三个机组存在以上问题。其中5号机组水泵有三台，电机功率为250千瓦，送风电机有两台，功率均为800千瓦，引风机电机功率为1250千瓦；6号机组水泵有三台，电机功率为250千瓦，送风机电机两台，功率为800千瓦，引风电机两台，功率为1250千瓦；7号机组水泵为两台，电机功率为400千瓦，引风电机两台，功率为1250千瓦。同时有公用设备灰浆泵五台，功率为400千瓦。[1]
在实际的生产过程中，凝结水泵的调节开度为30%至85%，风机挡板开度约为80%，灰浆泵调节阀开度为30%至90%。由于阀门与挡板的开度小，它的损耗存在严重的问题，能量消耗大，通过变频改造，将会解决损耗大的问题
2.2丰镇某发电厂改造
丰镇某发电厂发电量为200兆瓦，电机容量设计裕量为10%左右，在年负荷不超过80%的实际运行过程中，经济性差。在风机与泵类的流量调节控制中，也存在着严重的能量消耗问题，需要采用高压变频技术，达到节能降耗的目的。[2]
3.发电厂高压电机节能变频改造原理简介
高压电机节能变频控制器主要是利用电力半导体的通与断将工频电源变换为另一种频率的电能控制装置。它的中间环节主要包括整流、滤波、二次整流、制动、驱动与检测微处理单元组成。由于电机的极数非连续，一般是2的倍数，通过对它进行调节，将很难达到控制电机的转速。但是电源频率却是在电机之外进行调节，调节之后对电机进行能源供应，将会与转速形成正比关系，通过这种方法，可以让电机的转速达到自由控制的目的。所以电机调整设备将会首选变频技术与装置。[3]
如果电压不变，仅改变电源的频率，将会导致电机烧坏的问题。所以在改变电源频率时，要对电压进行同时改动。在电机开动时，变频控制器的输出电流与起动转矩、最大转矩都要小于工频电源驱动时的电机时的数值。工频输入电源中，起动与加速冲击电流都比较大，会达到额定值的7倍左右。在使用变频时，所进行的冲击会小一些，仅为额定值的1.3倍左右，这大大降低了能耗，延长了电机的使用时间。
电机转速快时，风机与泵类的输出流量就会越大，输出压力与转速平方成正比，所消耗的功率则与转速的三次方成正比，当流量减低十分之一时，电机的功耗则可以降低三分之一，通过变频调速技术改变了电机的转速，也就改变了风机与泵类的流量，通过此种调节，可以将阀门或挡板开度调节到最大值，减少管道阻力，降低中间环节的能量消耗，提高能源利用率。[4]
由此可知，变频改造就是调节频率，通过改变电机的转速来应对实际生产过程中的需求，达到节能的目的。在采用这种技术后，电机转轴与负载将会直接联系在一起，电机的供电将会由变频器直接控制，而不是直接外部电源供电。通俗地讲，变频技术相当于实现了电机的无级变速。
4.高压电机变频改造技术的意义
4.1如上文所讲，应用高压变频器的节能效果非常明显；
4.2由于高压变频器具有优秀的软启动功能，可以降低在启动过程中电流对电动机与电网的冲击，大大减少了电机产生故障的可能性，延长了电机的使用寿命，同时有铲避免了电流冲击负荷对电网的不利影响；
4.3高压变频器不需要功率补偿，因为它的输入功率因数在95%以上，这种作用将会提高电网的功率因数，减少了不做功时的损失；
4.4有了高压变频调节技术，将不再需要手动进行调节，减少检测费用；
4.5高压变频调节技术可以有效地对电机实现任何转速的调节与确定，大大减少了负载以及电机的机械磨损，降低了轴承、轴瓦的温度，减少了检修费用，延长了设备与系统的使用寿命。[5]
5.高压电机节能变频改造节能测算过程
5.1在华北某电厂中的5号机组中采用高压电机节能变频改造技术，前后效果对比如下：
变频改造前：
P前=1.732*U*I*cos
平均功率P前均=ΣP前*δ（δ为机组负荷在高中低阶段的时间比）
得出结果P前均=186.22千瓦
变频改造后：
P后=P前*H3*η
平均功率P后均=ΣP后*δ（δ为机组负荷在高中低阶段的时间比）=136.5千瓦
单台水泵变频改造后的节电率为
η=（P前均-P后均）/P前均=26.7%
单台水泵在变频改造后的节约电量为
ΔW=P前*η*t=216000千瓦时
5.2对丰镇某发电厂的引风机节能对比进行分析[6]
200MW负荷时电厂加煤挡板全开，时变频器不起作用；
150MW负荷时节能量为
Pi=1325-939=386千瓦，节能比为37%
130MW负荷时节能量为
Pi=1148-569=580千瓦，节能比为50%
100MW负荷时节能量为
Pi=1060-334=726千瓦，节能比为68%
4台机组一年的节电量为2800万千瓦时
6.结语
通过对华北某电厂的所有机组的主要辅助设备（风机与水泵）进行高压电机变频改造技术，完全符合国家相关的节约能源的政策，在整体的运营中非常有必要实施，它的实现为行业其他单位提供了模板与参考。
变频节能技术原理6篇2
关键词锅炉风机；泵机；变频；节能；技术；原理；应用；
中图分类号：TE08文献标识码：A文章编号：
引言
当今社会工业技术发展迅速，变频技术也日益成熟，在工业生产将变频技术运用到锅炉风机与泵机的运行当中，不仅能够较好地实现风机的低速启动，变频技术的运用，还可较好地达到节能降耗的目的，对于企业的安全生产与机械设备的正常运行、以及设备的使用寿命等力一而均具有重要的作用。
一、工业当中锅炉风机与泵机的运用的现状
企业当中大部分风机以及泵机在使用过程中，由于企业生产或者是工艺等因素的影响，需要对风量、液体压力与流量进行调节。此外，大部分的企业当中，原有的锅炉风机、泵机的启动方式比较落后，风量仍然依靠的是调节挡板来开启，对风机的风量进行调节，泵机压力只有靠人为调节了；这些都是在增加阻力的同时，以浪费电能与金钱作为代价，进而满足生产工艺对气体的调节需要，其调节的精度差，需要耗费较多的人力、财力与物力。为此进行对锅炉风机进行新技术的改造和创新具有重要的意义。
二、变频控制调速技术原理
异步电机的转速n可以表示为：
公式中，n2为同步转速，n1为转差损失的转速，P为磁极对数，s为转差率，f为电源的频率。可见，改变电源频率就可以改变同步转速和电机转速。频率的下降会导致磁通的增加，造成磁路饱和、励磁电流增加、功率因数下降、铁心和线圈过热，显然这是不允许的。为此，要在降频的同时还要降压。这就要求频率与电压协调控制。此外，在许多场合，为了保持在调速时，电动机产生最大转矩不变，亦需要维持磁通不变，这亦由频率和电压协调控制来实现，故称为可变频率可变电压调速(VVVF)，简称变频调速。
实现变频调速的装置称为变频器。变频器一般由整流器、滤波器、驱动电路、保护电路以及控制器(MCU/DSP)等部分组成。首先将单相或三相交流电源通过整流器并经电容滤波后，形成幅值基本固定的直流电压加在逆变器上，利用逆变器功率元件的通断控制，使逆变器输出端获得一定形状的矩形脉冲波形。在这里，通过改变矩形脉冲的宽度控制其电压幅值；通过改变调制周期控制其输出频率，从而在逆变器上同时进行输出电压和频率的控制，而满足变频调速对U/f协调控制的要求。PWM的优点是能消除或抑制低次谐波，使负载电机在近似正弦波的交变电压下运行，转矩脉冲小，调速范围宽。
三、锅炉风机调速节能原理
由于在日常生产中，燃料的构成及热负荷随季节的变化较大。因此，锅炉燃烧所需的空气量也相应有较大变化。配置给锅炉供风的风机必须按所需的最大风量设计。以我地区某医院的WGG65/39-6型锅炉为例，该锅炉设计选配的送风机的额定风量为78200m3/h，在纯烧燃料油时，所需风量为64000m3/h。而以燃烧CO为主，燃料气或燃料油为辅混烧时，所需风量为310000m3/h。仅燃料构成变化，风量相差约近一倍。如考虑季节变化引起的锅炉负荷调整，风机全年90%以上时间是在较低负荷下运行，仅有6%(停工吹扫和开工)的时间处于较大负荷下运行。锅炉风机的能耗与机组的转速有关，锅炉风机一般是根据工作中可能要求的最大风量进行选择的，但实际生产中所需的风量往往比设计的最大风量小得多。如果电机的转速不可调，通常只能通过调节阀门的开度来控制风量，其结果在阀门上会造成很大的能量损耗。如果不用阀门调节，而是让风机调速运行，那么，当需要的风量减少时，电动机的转速降低，消耗的能量将会明显减少。
图1是风机类机械在不同转速时的输出特性曲线。图中H(n1)、H(n2)表示调速时的Q=f(H)曲线，R1，R2表示阀门调节时的管路阻力曲线，阀门控制时Q2-Q1,A-B,HA-HB，阀门控制时功率消耗P1由OHBBQ1表示，调速时功率消耗P2由OHCCQ1表示。显然，调速时功率消耗P2远小于阀门控制时功率消耗P1，根据相似原理：
图1风机调速时的H-Q曲线
当转速下降1/2时，流量下降1/2，压力下降1/4，功率下降为1/8，即功率与转速成3次方的关系下降，如果不是用关小风门的方法，而是把电机转速降下来，那么，随着风机输出风力的降低，在输出同样流量的情况下，原来消耗在风门上的功率就可完全避免，这就是调速节能原理所在。简单地说，在不装变频调速装置时，风机的出口排量靠出口阀控制调节，电机易过负荷。流量大时，靠关小风门调节，增加了风机管道压差，使部分能量白白消耗在出口阀门上。安装变频调速器后，可以降低风机的转速，电机内的电耗降低，使原来消耗在风机出口阀上的风机管道的压差用无级调速方法得到了解决。
四、风机、泵机的节能应用
4.1锅炉房引风、鼓风控制系统的节能改造
我局某木材加工企业在生产上对蒸汽的需求量特别大，现有2台45t/h锅炉，为满足锅炉的最大引风、鼓风量，分别安装了引风机（Y4－73－14D）和鼓风机（G4－73－14D）各2台，其中引风机电机功率为160kW，鼓风机电机功率为90kW，生产时4台电动机满负荷运转。但由于各车间对蒸汽的需求不均衡，因此要经常调节锅炉引风、鼓风的供风量，而风量的调整只能通过调整风挡板的开度来实现，风挡板全开时引风机、鼓风机的电流分别是304A、171A，全关闭时电流分别是287A、157A，输入功率在151～160kW和83～90kW之间变化，节电率不足6%。
下面对变频控制电机的节能情况进行分析：鼓风机、水泵属于流变机械，其转矩与转速的2次方成正比，功率P＝TΩ，Ω为旋转磁场的角速度，与转速成正比，因此电机实际功率与转速的3次方成正比。他们的关系变化如表1所示：
表1降频调速与节能降耗情况表
为此，决定进行改造。其改造方案为：对其中2台引风、鼓风电机进行开环变频调速控制，改造后既满足锅炉对引风、鼓风的技术要求，又大大节约了电能。按照这一改造方案，4台设备平均日用电量由改造前的11304Kwh下降到8975Kwh，节电21%，且效果明显。
4.2泵机的节能改造
同风机原理基本相同，以我局某制酒企业冷水机组水系统90kw冷冻泵和55kw冷却泵空调系统为例：主机制冷是根据温度的变化而工作，是非线性负荷，而水泵电机基本上是线性恒功率输出。1台55kw冷却水泵靠调整阀门来改变流量，达到设定值，虽然能满足主机运行要求，但对于电机来讲节电意义不大，阀门的全开和全闭，电流在107～98A之间变化，平均节电不足4％。通过改造，采用温度控制为主、压力控制为辅，进行闭环变频控制水泵电机，水泵电机平均节电率在20％以上；90kw冷冻水泵电机靠调节阀门电流在163～148A之间变化，平均节电不足5%，经闭环控制变频调速改造后，节电率平均在20％以上。为什么会有这么大节电空间呢？因为系统设计时的最大容量是以人流、气温、空间散热3项极限指标为依据计算的（即人流最大、气温最高、空间散热最差），平时出现这种情况的概率极低，从经验上讲不到10%，空调系统大部分运行时间都在中、低负荷状态，空调主机的负荷曲线是非线性的，而水系统的水泵负荷是线性恒功率的，以满足主机的最大负荷为标准。这样在主机非最大负荷时水泵就必然存在着电能浪费空间。这样可以通过变频调速控制使水泵电机的负载曲线符合或接近空调主机的负载曲线。
结束语
本文对变频控制调速技术和锅炉风机调速原理的分析以及在锅炉风机进行技术改造中应用了变频调速技术，可为工业企业煤矿产品升级换代、设备改造提供参考和建议。
参考文献
[1]杨建华、循环流化床锅炉设备及运行[M]中国电力出版社，2006.1.
[2]徐晓、变频调速技术在锅炉风机运行中的应用[J]、天津冶金，2002（6）：28-31
[3]姚汉龙，变频控制在氯碱生产中的应用，氯碱工业，2009（4）39-40
变频节能技术原理6篇3
关键词：低压变频；12脉冲型整流；变频系统；技术；改造
中图分类号：TU73文献标识码：A
一、12脉变频器简述
电力电子技术是现代电力技术发展的重要支柱，由于它所产生的谐波污染已成为电力电子技术发展急待解决的问题。随着供电可靠性要求的提高，公用电网中的谐波问题也日益引起重视，必须符合国家标准GB/T14549-1993《电能质量：公用电网谐波》的规定。
普通6脉变频器的主电路一般为交一直一交组成，外部输入50Hz的工频电源经三相桥路不可控整流成直流电压，经电容滤波及大功率晶体管开关元件逆变为频率可变的交流电压。在整流回路中，输入电流的波形为不规则的矩形波，波形按傅立叶级数分解为基波和各次谐波，谐波次数通常为6n±1次高次谐波，其中的高次谐波将干扰输入供电系统。
对于高功率应用场合，如果需要降低谐波及电网稳定性，12脉变频器提供了比较好的解决方案，用两个标准的6脉整流器通过一个30度角移相变压器并联到三相系统中，通过次级移相绕组，主电路中的次级电流之和可以消除5次、7次、17次和19次谐波。与采用6脉波带电抗器的变频器THID30%-50%相比，这种方式可以将该值将至10%。
二、现场变频系统概况及修改方案
1主回路变动
本院能源楼大口径水流量装置一期用电负荷情况：水泵房有5台355kW12脉冲的变频器，以及各1台7.5kW+18.5kW+45kW+250kW普通6脉变频器。所有负荷由现场2000KVA的主变来提供，由于12脉冲变频器进线端需要专用的移相变压器来提供6相电源，且容量较大，按原设计此移相变压器必须做成0.4/0.4KV，这样变压器原边及副边都将是大电流，变压器不仅体积更大，而且损耗大，并且现场已无空间安放此台变压器。
原有方案主接线图如图1。
所以修改方案将原有进线变压器中的一台（ST9）直接更换为10/0.4KV的移相变压器，这样不仅省掉原有的变压器，而且可以省掉原有的中间回路包括低压断路器及相关保护。移相变压器型号：ZTSFG（H）-2000kVA-10/2*0.4650kVA-10/0.4。原边容量为2000KVA，副边有互成30度的角的2000KVA双绕组供12脉整流用，另外有与高压侧成6脉的普通绕组650KVA用于普通变频器负载。但这两组负载不同时工作。这样可以提高供电效率，减少故障点，节约成本，并且解决了现场位置不够的问题。
但采用修改后设计方案也会产生新的问题：原有的进线母联系统将无法保证，供电可靠性将有所降低（现场仅有柴油发电机应急系统）。
更改后的方案如图2所示，移相变为10/0.4KV，节省了原有的进线变压器及断路器。两组进线将相互独立工作，不存在联系。
如图3示为原设计ST9变压器及相应的低压回路，原配有总出线柜AA91，电容补偿柜AA92、AA93，母联柜AA94，及馈线AA95，AA96，AA97，AA98，原AA96出线即供应变频器回路用。
现考虑将此ST9更换为移相变压器，并且放于原ST10的位置，因移相变压器出线侧为9相涉及到的母线或电缆较多，故选择离低压配电柜较位置安装。
由于移相变压器只供变频器用，无其它负载，变频器的功率因素较高此系统无需装电容补偿系统，故去掉两台电容补偿柜（AA92，AA93）。
因无法形成母联系统，故去掉母联柜（AA94）。
因原照明回路（AA98）负载属常用负荷，用于变频系统时可能增产生故障的概率，为了保障变频系统的可靠性故将此部分因回路移至另一台变压器。新方案如图4。
原有音速喷嘴气体流量装置（AA944QF）将与普通（6脉）变频器（AA933QF）共用650KVA这个绕组。
保证1QF和2QF须同步合闸，允许一定的时差，前提是不得带载开变频器，不得单独运行，并能提供1QF，2QF没有同步合闸时限外的报警。
2低压配电柜调整及进出母线变动
（1）低压配电房布置图改动见图5。
（2）低压侧母线槽的变化
低压配电柜原来至变频柜的3相母线槽将变成9相，但电流变为原来的2/3，如图示中红色部分，这部分的母线成本将会有所增加，因为音速喷嘴为原有设备，原设计已经做考虑，这里的母线要求照旧。
（3）变频柜现场布置方案
注意，现场12脉变频器每台进线都将变为两组3相共6相进线，每台变频器也将有两组进线开关，5台共10组电缆，如图6示，每台12脉进线都将下进出线通过电缆沟到母线汇集柜。母线汇集柜内将不设断路器或隔离开关，将由开关柜引过来的9相电源做成3组汇集母线排，每3相成一面柜体，用于变频器的电缆接线。
3移相变压器
本系统中移相变压器原边容量2000KVA，副边为2000KVA+650KV
A两负载绕组不同时工作。详细参数见图7、图8。
结语
通过按上述方法对原来的供电系统进行改造，既满足了技术要求，又节约了成本，并且，对电网的污染程度降到最低。是目前国内外大型电动机启动普遍采用的一种新技术，值得广泛的应用和推广。
参考文献
变频节能技术原理6篇4
关键词：博尔特；百米冠军；节奏
中图分类号：G822.1文献标识码：A文章编号：1006-2076（2014）01-0094-04
在田径百米飞人大战这个项目上，历来有以下几个问题的争论，一是百米到底有无极限，即有限论与无限论的问题[1]；二是“影响跑速的主要矛盾是步长还是步频”这个在短跑理论界历经了半个多世纪的争论[2-5]，即步长主导与步频主导的争论；三是身材高大者是否适合从事短跑竞技，即选材上的争论[2，6]。当博尔特在第29届北京奥运会上以9.69s、时隔不久在柏林以9.58s的惊人成绩一次又一次地打破世界记录时，让人们不得不反思以上几个问题。他的出现打破了传统论断一些，让人们对百米的极限、选材、技术上有了新的思考，人类到底能跑多快，要跑得更快是否需要身材更高大的运动员，要以怎样的技术来实现突破。德国哲学家黑格尔曾说过“存在即合理”，即任何存在的事物都有其存在的原因，存在的一切事物都可以找到其存在的理由。本研究试图用新的方法解析博尔特在2008年北京奥运会、2009年柏林世锦赛、2013年莫斯科世锦赛三次夺得世界百米冠军的全程节奏，从博尔特跑的外部特征来分析博尔特如何跑这么快，以引起更多的体育工作者对顶尖选手百米跑技术的思考，为今后的百米选手的培养提供一定的理论参考。
1研究对象
当今百米飞人博尔特及2013年世锦赛第2～5名跑进10s的选手。选取2008北京奥运、2009世锦赛、2013世锦赛百米冠决赛的技术录像进行研究。
2研究方法
2.1文献资料法
通过CNKI中国知网、万方数据库查阅百米跑相关的文献资料，及IAAF网站下载相关比赛成绩、选手信息等资料。
2.2信息技术法
2.2.1资料获取通过百度、优酷、爱酷等网站搜索北京奥运会、柏林世锦赛、莫斯科世锦赛决赛的视频，下载至电脑硬盘。
2.2.2资料处理下载的视频资料经格式工厂（格式转换器3.1.2）转换为AVI格式，在瑞士产dartfish软件中进行解析，解析频率为50Hz。
2.2.3数据处理
查阅众多文献资料发现，百米分段一般以每10m为一段，测得每段的时间和步频，就可以计算该段平均速度和平均步长。这样的测量方法在一般的比赛或者训练中比较容易实现，而在一些大赛中，由于要放置一定的标志物（摄像测量）或其他测试设备（如激光测速仪等）操作起来就较困难。本研究试图用一种新的分段方法来解析数据，这种分段方法以一定的步数为分段依据，使得许多没有放置分段标志物拍摄的录像资料也可以拿来进行全程节奏分析，理由是顶尖选手在一定时期内百米跑所用的步数相对稳定，宏观上主要的变化在于各分段步频的变化。本文中以起跑后第2～5步、第6～10步、第11～15步、第16～20步、第21～25步、第26～30步、31～35步、36～40步、41～45步……来进行分段，由于大部分选手在45步左右即可完成百米比赛，因此本研究中就按9个分段来进行步频计算。
3研究结果
3.1全程步数、平均步频、平均步长等情况本研究选取了博尔特2008年北京奥运、2009柏林世锦赛和2013年莫斯科世锦赛3站比赛录像资料，以及莫斯科世锦赛第2～5名跑进10s的优秀选手的录像资料，经解析获得的数据（见表1）。
根据传统的世界优秀选手步频指数和步长指数技术风格分类方法[7]，以步频指数和步长指数分别为8和1.2为平均标准，若选手的步频指数和步长指数分别达到8和1.2或以上者为均衡性，若其中一项明显高于平均标准，另一项又明显低于时，则可认为他是以明显高于标准那项见长的选手，即步频型或步长型。那么根据这个分类方法，表1中所有选手均达到了8和1.2，属于均衡型。从步长指数、步频指数来看，美国选手加特林的步长能力较好，其余选手较为接近；而博尔特的步频能力最好，但其步频在选手中属于较低的。可见传统的分类方法和步频指数、步长指数已不能满足区分当前优秀选手之间的风格差异的需要。因此，我们只能从表中步长、步频、步数等简单的指标来直观描述表中选手之间相对差别。
表1中跑进42步的选手有博尔特和另一名来自牙买加的选手KemarBailey-Cole，他们步数较少，平均步长较长，在2.35m以上，博尔特在几名选手中步长最大为2.410～2.439m，KemarBailey-Cole平均步长为2.387m。从步频看，博尔特与KemarBailey-Cole在4.35步/s以下，其余选手在4.40步/s以上，而博尔特平均步频、平均步长均大于KemarBailey-Cole，因此他在跑速上更有优势。
NestaCarter和NickelAshmeade的平均步长较短，在2.25m以下，而步频相对较高，分别为4.656步/s和4.554步/s。
美国选手JustinGatlin在表中所列选手中，属于中等步长与中等步频的类型，他的步频与步长分别为4.418步/s和2.336m。
在百米赛跑中关键是要获得大的跑速并能较好地维持，才能取得较好的成绩，毫无疑问在反应时相同的情况下，百米平均跑速的大小是成绩快慢是一一对应的。而跑速取决于步长与步频的组合，“影响跑速的主要矛盾是步长还是步频”是专家学者们一直以来争论不休的话题，表中选手无论属于哪种类型，都跑进了10s的优异成绩，因此很难论断那种跑法能跑得更快，事实上，博尔特的出现已打破了很多以往的论断。因此，我们认为结合选手个人特点、探究更具个性化的步频步长优化组合技术，才是当今短跑选手需要考虑的问题。
假设选手完成百米的步数相对稳定不变，即平均步长不变，那么其余选手要达到博尔特跑得最快的一次9.58s时的平均速度，就必须达到怎样的步频呢？除博尔特在另外两次比赛中需提高较小的步频外，其余选手需提高的步频在0.120～0.195步/s，以表1中最小的平均步长2.193m计算，其余选手每秒应比13世锦赛上至少多跑0.26m～0.43m，这在百米短跑项目中是一个非常可观的数字，而在全程中维持较高的步频是非常困难的。
如果认为步频因遗传等因素较难改变，在原有步频的基础上要提高到平均跑速10.6m/s，则选手们就需提高步长来达到这个成绩（见表3）。
选手们需要增加的平均步长在0.02～0.10m之间，这看似非常小的距离，但在实际百米大战的顶尖选手来说，在原有步长基础上再突破，绝非易事，如果能达到这样的步长，其余选手将比原来少跑一步以上。当然这只是一种假设，百米项目达到目前的水平，绝非孤立地提高步频或孤立地提高步长就能实现的，一旦一个因素改变了，第二个因素也会随之改变，如李春雷等[8]研究认为步频与步长指数之间呈高度负相关（-0.740）。因此，对于优秀选手来说，如何来组合步频与步长是一个非常复杂的问题。
3.2分段步频
可以认为顶尖选手在一定时期内，完成百米的步数相对稳定，因此其成绩的变化可以认为是由起跑反应时、全程步频来决定的，而后者影响成绩的作用更大。本研究中以起跑后第2～5步、第6～10步、第11～15步、第16～20步、第21～25步、第26～30步、31～35步、36～40步、41～45步来进行分段，由于大多数在45步左右即可完成百米比赛，因此本研究中就按9个分段来进行步频计算。由于经解析发现表中选手从发令到第一个脚着地即刻的时间在0.52～0.56s之间，除去反应时，第一步步时在0.36～0.41s之间，而2～5步每步在0.20～0.24s之间，差别较大，因此第一个分段选取第2～5步。从表1可见，各选手的分段步频高于全程平均步频，这在一定程度上由于第一步的时间较长有关。
为了更加直观地呈现博尔特及其他选手的全程步频变化情况，我们进行制图，图1、图2和表4可以明显看到，博尔特在北京奥运会上从第6～35步、2013世锦赛第6～30步的步频均为4.46步/s，2009世锦赛上第6～30步步频均为4.55步/s，因此，可以认为博尔特在百米跑的过程中很长一段时间或距离的步频是不变的，而其余选手在这些分段上均有较大的上下波动。冯敦寿1996[14]在《贝利破百米世界纪录跑的技术特征》一文中提到贝利破世界纪录时全程步频变化非常小，全程最大与最小步频仅差0.1步/秒，前10米就达到4.63，一直保持到30米，从30～60米他的步频上升到4.72步/秒，在最后的60～100米段步频又回复到4.63步/秒，所以他的全程步频变化线几乎是一条水平线。虽该文的百米分段与本研究不同，但在百米的途中跑过程可以与本研究途中过程大致对应。
4结论
4.1相对于其他选手而言，博尔特的步长是最大的，与接近身高的选手比，其步长、步频均有优势。传统的步频、步长指数技术风格分类方法、步频指数、步长指数，已不能满足区分当世界顶尖级百米选手之间技术风格的差异。突破成绩要发展步长或步频，或者两者同时提高，如何取舍，需针对每一选手实际情况进行尝试，而远非不通过实践就能下定论。
4.2从博尔特跑的节奏——全程步频分配上看，与其他优秀百米选手比，其步频变化极小，在第6～30步甚至35步之间几乎不变，最后10步步频下降较少，仍能高于起跑后第2～5步的步频可见其长时间维持步频的能力较强，而其余选手在跑的过程中步频有增有减。
参考文献：
[1]李益群.百米世界纪录有无极限[J].新体育，1999（8）：15：38.
[2]邹虹，詹晓梅.博尔特成功因素探析——从第29届奥运会男子100m决赛谈起[J].军事体育进修学院学报，2009，28（2）：38-41.
[3]冯敦寿.步频、步幅与短跑运动员的选材和训练[J].四川体育科学学报，1986（3，4）：79-85.
[4]谢伟，周玉.从步长、步频的角度分析我国男子百米跑成绩滞后原因[J].体育科技文献报，2010（1）：16-17.
[5]谭明义，尹军，李立群.中、外优秀男子短跑运动员步频、步幅的比较与分析[J].中国体育科技，2000，36（12）：12-13.
[6]张辉.世界男子100m跑运动项目发展及趋势分析[J].杭州师范学院学报：自然科学版，2005，4（4）：315-318.
[7]劳力.世界男子百米飞人之战[J]，田径，1997（5）：9-11.
变频节能技术原理6篇5
关键词：风机泵类负载；变频；节能
0.前言
我国能源短缺，《工业节能十二五规划》指出：“必须从战略和全局的高度，充分认识做好工业节能工作的重要性、艰巨性和紧迫性，切实采取有效措施，大幅提高能源利用效率，突破资源环境瓶颈制约，促进工业发展方式实现根本性转变。”
据21世纪初的一项统计，我国电动机驱动用电约占总发电量的2/3，其中一半用于风机、水泵和压缩机（其中压缩机用量较小）的驱动。
风机、泵类负载多是根据满负荷工作量来选型，且多用恒速电机驱动，实际应用中大部分时间并非工作于满负荷状态。在根据季节、生产状况等对风量、流量等参数进行调整时，常通过调节风门、闸门开度的方式来调节风量、流量大小，大量电能消耗在挡板上，运行效率低、能源浪费严重；同时，由于管道承受的压力加大，使机械设备容易损坏。
1.变频调速原理
电动机转速与输入电源的频率成正比，是变频调速的基本原理，即：N=60f（1-s）/P
公式中，N、f、s、P分别表示电动机转速、输入电源频率、异步电动机转差率和电机磁极对数，通过改变输入电源的频率达到改变电机转速的目的。
变频调速技术就是基于上述原理采用集交-直-交电源变频技术、电子电力技术、微电脑控制技术于一体的综合性电控技术，这种技术在理论上可实现无级调速，启停平稳，作可靠，特别是在平方转矩类负载的调速方面节能效果显著。
2.调速节能原理
由流体力学原理可知，风机泵负载在使用电动机拖动的情况下，轴功率P与风量（流量）Q、风压（扬程）H的关系可表示为：P∝Q×H
当电动机转速由N1变化到N2时，Q、H、P与转速变化的关系是：
Q2=Q1×N2/N1H2=H1×（N2/N1）2P2=P1×（N2/N1）3
即风量（流量）与转速的变化成正比，风压（扬程）与转速变化的平方成正比，轴功率与转速变化的三次方成正比。
下面以风机为例，风量-转速-风压关系曲线如图所示。
若采用电机固定速度运行方式，通过调节出口风门开度控制风量，当风量从Q1减小50%至Q2时，由于风门开度减小使管网阻力特性由r0变为r1，系统工作点沿方向Ⅰ由A点移至B点，其节流作用使风压由H1变为H2。根据公式P=Q·H/（ηc·ηb）×10-3，为分析起见，假设总效率（ηc·ηb）为1，则风机轴功率实际值（KW）为工作点与坐标轴所包围的矩形面积。因此，风机由工作点A移至工作点B时，电机节能为矩形AQ1OH1和矩形BQ2OH2的面积差。
若采用变频调速运行方式，通过改变风机的转速N，当风量同样从Q1减小50%至Q2时，采用变频调速技术控制风量比通过调节出口风门开度控制风量更节能，电机节能为矩形BCH3H2的面积。
与此类似，若通过变频调速技术调整泵类设备转速来调整流量，同样可以得出上述结果。
如在运行中既需要对风量（流量）参数进行调节，又需对风压（扬程）参数进行控制的系统，就需要采用变频调速技术调节电机转速和自动控制技术调节风门、阀的开度相配合的综合控制方式，才能满足工艺要求的前提下达到节能降耗的目的，本文不再展开。
3.应用举例
某厂有3台160KW的水泵，由3台160KW（额定电压380V）的异步电动机拖动；正常生产中，两台泵并联运行，一台冷备用。
水泵及配套异步电动机铭牌参数分别见表1和表2。
水泵型号流量（m3/h）配用电机功率（kw）效率（%）扬程（m）转速（r/min）
14SH-9B72016076.5491450
表1水泵铭牌参数
电机型号额定电压（V）额定功率（kw）额定电流（A）功率因数转速（r/min）
Y315L1-43801602870.861485
表2配套异步电动机铭牌参数
3.1.变频改造前
当水泵在工作中需要改变流量时，采用节流调节的方式，即采用调节水泵入口阀门及出口阀门开度的方式来改变实际流量。
3.2.变频改造后
水泵入口阀门及出口阀门完全打开，采用调节电动机转速的方式来得到合适的流量。由于水泵不需要频繁调整，采用简单手动调整的方式，确定电动机的工作频率为40Hz。
根据测试，在变频改造后，其节电率为31.23%，单台泵每日可节约电能850KW·h；若电价按￥0.68元/KW·h计，则每日可节约电费￥1156.00元。
4.结束语
目前，变频调速技术已被广泛应用在风机泵类负载的调速方式中，但由于现场情况、工艺要求千差万别，要真正达到预期的节能效果，需要我们对其具体工况、应采取的控制技术及应注意的问题进行更深层次、更全面的分析、探讨。
参考文献：
[1]王振羽.风机水泵节能的重要途径[J].华电技术，2008，（7）
[2]何超.交流变频调速技术[M].北京：中国航空航天大学出版社，2006
[3]庞丽君.锅炉燃烧技术及设备[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1991
变频节能技术原理6篇6
[关键词]变频节能抽油机
中图分类号：TE933文献标识码：A文章编号：1009-914X（2014）33-0332-02
1.引言
我矿所开发的区块，储层物性差，单井日产量低。在油井投产时，为满足抽油机启动时的需要，通常选用大功率的电机，然而在抽油机正常运行时，运行功率远小于额定功率，产生了“大马拉小车的现象”。随着油田开发时间的推移，油井产量不断递减，导致大部分油井的供液能力与抽汲参数不相匹配，增加了无功损耗，降低了系统效率。变频器的应用，使我们的技术人员可以根据油井的产液情况和实际需求适时合理的调节抽汲参数，从而降低能耗，并实现精细化管理。
2.变频器的工作原理
根据电动机的工作原理，我们可以得知其转速公式如下：
从公式（1）我们可以看出，电机的转速与供电频率近似成正比，改变频率可以平滑地调节电机转速，从而可以连续地改变电机的抽油速度。我们应用的变频控制器，其输出频率可以在0-400Hz之间任意调节，即我们可以在很广的范围内调节抽油机的冲次。考虑到高频对电机轴承及绕组的影响，以及油井的实际情况，我们一般在低于工频（50Hz）的频率范围内进行调节，可以实现在1-6次/分钟的范围内对抽油机冲次的无极调节。
3.变频器的主要功能
随着技术的进步，现在的变频控制器大都已经与其它控制技术相结合，使得多种节能技术融为一体。目前我们所说的伺服控制器，就是以变频器为基础结合微电脑控制部件制作的。在此，我以2012年底我矿应用的伺服器为例，介绍其功能。
3.1无极调节抽油机冲次
伺服控制系统通过实时检测功图，根据抽油机负载的变化，自动跟踪调参，冲次从1次/分至6次/分任意可调。
3.2软启动功能
伺服控制器具有软启动、软停机功能，减少了对电网的冲击，延长设备使用寿命及维修周期。
3.3电容补偿
伺服控制器在主回路滤波电路中安装大容量电容，能够降低无功功率，提高功率因数。
3.4实现工况相同条件下的节能
伺服驱动器通过电机编码器和电流传感器反馈信号，合理输出电机扭矩，降低电机的铜损和铁损，从而实现了在工况相同情况下的节能。
3.5调整上下冲程速度
伺服控制器对于低产井、偏磨井、井身质量问题引起频繁检泵的井及高产井，可以实现快上慢下、慢上快下、慢上慢下等功能。
在伺服器的上述5个功能中，前3个是变频器本身可以实现的，后面2个是通过变频器结合微电脑控制技术实现的。
4.现场应用情况及效果分析
2012年底，我矿优选了20口参数偏大问题突出的井进行了变频节电器的应用试验。下面我主要从节能方面和对产量的影响两个方面分析变频节电器的应用效果。
4.1节能效果
节能，是应用变频器的最重要目的。为了落实变频器的节能效果，我们在这20台变频节电器安装前后均进行了系统效率测试，测试结果见表1。从表1我们可以看出，应用变频节电器后：平均冲次由3.85次下调到了2.15次；消耗功率由2.97Kw下降到了2.13Kw，下降了0.84Kw，平均单井日节电20.1Kw.h；功率因数由0.29上升到了0.61，上升了0.32；系统效率由3.21%上升到了5.74%，上升了2.53%。综合这20口井的应用效果，我们可以得出，应用变频器后，有功节电率为28.3%，节能效果良好。
4.2变频器对产量的影响
我们应用变频器，通过调低冲次来实现了节能的目的，那么冲次的降低会不会影响油井的产量呢？下面我们通过理论分析和现场情况予以说明。
我们知道，计算油井实际产量的公式如下：
通过上式可以根据示功图从理论上计算冲次变化对油井产量的影响。
从示功图上可以得出泵的充满系数，。
4.3应用变频器合理控制油井流压
我们通过调节抽油机冲次，可以控制油井的流压，从而实现抽油机在较为合理的流压下生产运行。2012年，我们在朝86区块选择了两口井进行了系统试井，通过测试数据与该井的IPR曲线的对比，得出了适合朝86区块的工作参数。系统试井过程中，我们正是通过伺服控制器在1-5次/min之间无极调节抽油机的冲次，并记录油井该冲次下平稳运行时的油压，从而测得油井在不同流压下的生产数据。
4.4应用变频器提高热洗效果
应用变频器，我们可以在热洗前提高抽油机冲次，将冲次从2-3次/min调至4-5次/min，理论排量将提高1.7-2.5倍。这么做可以达到两个目的：（1）可以将洗井时油管内壁融化的蜡质尽快排出油管，防止由于井液温度降低，蜡质再次结晶，提高热洗效果；（2）缩短含水恢复期和降低洗井队产量的影响。需要注意的是要在油井产液含水恢复正常后及时将频率和冲次调至洗井前的正常值。
4.5应用变频器调参对偏磨的影响
偏磨检泵，是目前我矿油井检泵的一项重要因素，2012年，我矿有37口井因偏磨检泵，占总检泵井数的47.4%。在不影响油井产量的情况下，降低抽油机冲次是减缓管杆偏磨最直接而有效的途径。例如，我们将抽油机冲次由4次调至2.5次，则可以减少杆与管之间的偏磨次数1.5次/min，理论上可以使管杆的使用寿命延长60%，从而可以有效的减缓管杆偏磨，降低上检率。
5.变频器应用过程中应注意事项
（1）变频器输出频率不宜高过工频。当变频器超过工频运行时，电机的最大输出转矩降低，负载能力下降；工作电流上升，使线圈大量发热；电机轴承负载上升。若电机长时间处于超频运行状态会对电机造成严重的伤害。
（2）抽油机冲次过低，则示功图不易测出。经过我们的现场应用试验，我们发现当抽油机的冲次调到2次/min以下时，较难测出示功图，需要重复测量几次才可能出现完整的图形。
（3）应用变频器调低冲次不适宜稠油井。由于调低冲次后，产出液在油管内的流速降低，增加了蜡质结晶的时间，这会缩短热洗周期，原油含蜡量高、物性差的井蜡卡的机率上升。
6.结论与认识
（1）应用变频节电器的有功节电率为28.3%，单井日节电20.1Kw.h，节能效果显著。
（2）应用变频技术后，可以实现无极调速，方便技术人员合理控制抽汲参数。
（3）应用变频器调低冲次，可以提高供液不足井泵的充满系数，提高泵效，并且产量保持稳定。