0 导言
“数字农业”是在农业范畴完成计算机技能，地学空间技能，网络通讯技能和电子工程技能等信息技能;完成农业办公自动化，农业数据信息获取自动化和标准化，农业设备作业智能化与机电一体化等。“数字农业”和“绿色农业”是建造现代化农业的必然选择[1]。我国是现在世界上产量、能耗高的国家之一，乡村的动力运用功率较低，在农业范畴展开农业机械的节能研讨，树立“节约型新乡村”是一项长时间而急迫的使命。农用风机和水泵是首要的电能耗费设备，本文以农业机械中水泵、风机的流量调理为例，研讨感应电动机变频调速的节电技能。所谓变频调速是将电动机的驱动电源由三相工频(50Hz)沟通电(或恣意电源)变换成三相(或单相)电压可调、频率可调的沟通电来改动电动机的转速[2]。
1 变频调速技能的现状
近年来，沟通调速技能在风机、水泵类负载范畴得到了必定的推广运用，电压在380 V以下的低压变频器已很多运用;在中小功率变频技能方面，国内简直一切的产品都是一般的V辕f操控，选用矢量操控技能的变频器运用较少，种类与质量不能满意市场需求，每年需求进口。在大功率交—交变频、无换向器电机等变频技能方面，国内只要少量科研单位有才能制作。大多数的变频调速设备选用晶闸管交—交变频调速，制作本钱较高，设备可靠性差， 对电网污染严峻，功率因数低、无功损耗大。一起变频器的整机技能落后，国内虽有单位投入必定的人力、物力，但由于力气涣散，并没有构成必定的技能和出产规模。有些当地还运用晶闸管直流电机调速，虽然此类体系制作技能老练，但技能水平和功率低下，难以遍及开展。变频调速技能依托于电力电子技能的开展，变频器所用半导体功率器材，国内出产简直是空白。国外高电压、大电流晶闸管、大功率三极管、场效应管、GTO(Gate Turn-off Thyristor，门极可关断晶闸管)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极晶体管)、IGCT(Integraed Gate Conmmutated，集成门极换流晶闸管)以及IPM(Intelligent Power Module，智能功率模块)等器材的出产，以及电子器材并、串联技能的开展，使高电压、大功率变频器产品的出产及运用成为实践，大大促进了变频调速技能的开展[3]。
我国变频调速技能与工业发达国家比较还适当落后，日本、德国和法国对高性能大容量的变频调速体系的研讨和运用十分重视，一向处于世界领先地位。不仅在农业运用范畴，在电力机车、船只等其他职业也走在前列。法国阿尔斯通公司已能供给单机容量达30 000 kW 的电气传动设备用于船只推动体系。在大功率无换向器电机变频调速技能方面，ABB公司供给了单机容量为60 000 kW的设备用于抽水蓄能电站;在中功率变频调速技能方面，德国西门子公司Simovert A电流型晶闸管变频调速设备单机容量为10耀2 600 kV·A，其操控体系已完成全数字化，广泛用于电力机车、风机和水泵驱动等范畴[4] [5]。
2 风机水泵的变频调速节电原理
2.1 风机水泵的流量调理办法
水泵(或风机)的流量调理首要有三种办法。一种是选用传统机械办法，水泵和风机一旦开端作业，电机便以额外转速作业，以额外量供水和供风，当水量或风量需求削减或添加时，经过调理进口或出口的挡板、阀门开度来调理供水量和供风量，电机输出功率很多的耗费在挡板或阀门的截流过程中，浪费了很多电能。另一种办法是选用电磁转差离合器或
液压耦合器调理风机、水泵的转速(电动机恒速作业)，电机耗费的能量不变，仅改动传动比，剩余的能量也以其他能量办法耗费掉[6]。第三种调理办法是经过改动电动机的转速来操控水(或风)流量，此种办法能依据用水量(风量)削减或添加来调理水泵转速，无剩余能量损耗，是现在最有用的节能调理办法之一。电机调速首要分直流调速和沟通调，直流调速体系是用直流电驱动直流电动机，分为单闭环、多
环调速和可逆直流调速，经过改动直流电动机的电枢电压、励磁磁通或电枢回路总电阻来调理电机转速以完成流量调理。沟通调速可分为调压调速、双馈电机调速、串级调速、变极调速和开关磁阻电动机调速等。变频调速是沟通调速办法之一，是用变频、变压的沟通电驱动沟通电机，其操控办法可分为标量操控、直接转矩操控、矩阵式变频、矢量操控调速等办法[7]。
2.2 风机水泵的变频调速节能原理
对异步电机进行调速操控时，坚持电机的主磁通稳定值不变，经过改动异步电机的供电频率，改动其同步转速，完成调速作业。水泵和风机是一种平方转矩负载，其转矩(T)特性为
变频器供给给电动机的电压U随频率的平方成正比下降，故可大起伏削减功耗，节电率高达30%~60%以上[4] [8]。电动机转速n与流量q、扬程h及轴功率Pq的联系如式(5)、(6)、(7)所示。
水泵的流量与其转速成正比，水泵的扬程与其转速的平方成正比，水泵的轴功率与其转速的立方成正比。由以上公式能够看出，在环境气压、气温等参数不变的情况下，当转速削减50豫时，流量削减50豫，扬程削减75豫，功率耗费削减87.5%，节能作用十分显着[4] [6]。
若选用在水流吸入侧加挡板调理流量，电机作业于额外转速，在不同流量q 时，电机轴功率Pq 与额外功率Pe 和额外流量qe有下列经历公式
离心风机(水泵)的风压(扬程)h—风量(流量)q曲线特性如图1所示。正常作业时，工况点为A，其流量压力分别为q1、h1，此刻风机水泵所需的功率正比于Ah1Oq1的面积。当要求减小风量(流量)到q2，实践上经过调理(减小)挡板开度添加管网管阻(R1寅R2)，使风机水泵的作业点移到B 点，风压(水压)增大，这时风机水泵所需的功率正比于Bh2Oq2的面积,显着风机水泵所需的功率增大了[8]。这种调理办法操控简略，但功率损耗大，不利于节能，是以高作业本钱交换简略操控办法。若选用变频调速，风机水泵转速由n1下降到n2，这时作业点由A 点移到C点，流量仍是q2，压力由h1降到h3，这时变频调速后风机(水泵)所需的功率正比于Ch3Oq2的面积，由图1可见功率的削减是显着的[9]。
选用变频调速技能后，变频器可依据实践需求改动电机转速来调理水流量，使水泵实践负载与流量在任何作业阶段均能坚持一致或依据流量要求改动，确保电机在整个负载改动范围内平稳、精确地作业，彻底消除溢流或流量不行现象，能量耗费到达所需的最小程度，完成节能意图[10]。
2.3 风机水泵变频调速器操控办法
2.3.1 标量操控办法
这是一种最简略的操控办法，操作人员依据实践的需求，手动调理变频器的频率设定值和输出电压，以改动风量或流量。一般可分为电压/频率操控和转差频率操控两种办法，其首要调理原理是
