供暖公司風機變頻調速改造技術分析

【摘 要】分析了交流異步電動機變頻調速節能原理，并對風機變頻調速改造技術進行了重點闡述。

【關鍵詞】異步電動機;變頻調速;節能改造

0.前言

交流異步電動機調速的研制工作已經取得了許多可惜的成就。近年來，計算機技術和電力電子技術以及集成電路技術和的快速發展，為交流調速的使用提供了有利條件，使交流電動機調速和控制提高到了新的水平。全世界大約有60%左右的發電量是由電動機消耗的。據統計，我國各類電動機的裝機容量已超過4億kw，其中異步電動機約占90%，拖動風機、水泵及壓縮類機械的電動機約1.3億kw。在目前4億kw的電機負載中，約有30%的變動負載可以使用電機調速。

1.風機的特性分析及節能原理

風機是一種平方轉矩負載，其轉速n與風量Q、風壓H及風機軸功率N之間的關系為：

Q1= Q2（n1/n2）、H1=H2（n1/n2）2、N1=（n1/n2）3

當電機驅動風機時，電動機的軸功率為：P=ρQH/ ncηF

圖中n為風機在轉速n1下風壓—風量（H-Q）的特性；n2為風機在轉速n2下風壓下風壓—風量（H-Q）的特性；曲線R1、R2為管阻特性。

設引鼓風機在工作點A點效率是最高，輸出的風量Q為最高100%，功率P1 與AH1OQ1成正比。根據生產工藝要求，為風量需從Q1減少到Q2時，如果采用調節閥門方法（相當增加管理），使管理特性從曲線R1變到R2 ，系統由原來的標準工作點A變到新的工作點B運行。此時風機的風壓增加，軸功率P2與面積BH2OQ1成正比。如果采用變頻器控制方式，風機轉速由n1 降到n2 ，在滿足同樣風量Q2 的情況下，風機風壓H3 大幅降低，軸功率P3與面積CH3OQ1成正比。軸功率P3 和P1、 P2相比將顯著減小，節省的功率省耗△P與面積BH2H3C成正比。節能的效果是十分顯著的。

2.異步電動機調速方法

電動機的轉數n與同步轉數n0之間的關系為：

n=（1-S）n0=（1-S）60f/p

（式中：n—轉數，n0—同步轉數，S—轉差率，f—頻率，p—極對數。）

可見改變電動機的轉數有三種方法，就是改變轉差率S、改變頻率f、改變極對數p。由此產生了多種調速方法。這里只討論改變頻率f的調速方法：

變頻調速是使用晶閘管變頻電源通過改變電動機定子繞組的頻率，實現改變同步轉數來調速。這種方法高效率、范圍寬和精度高的調速性能。因規格系列齊全，可以滿足各種不同需求，從而被廣泛采用，是較理想調速方法。它可分為兩大類：

2.1交—直—交變頻調速：是通過將電網中的交流電整流成直流電，再逆變為頻率可調的交流電。根據直流電濾波方式的不同，可為電壓型（電容器濾波）和電流型（電感濾波）兩種。

2.2交—交變頻調速：它只有一級功率變換，省去直流環節，可減少損耗，提高效率。由于此結構較復雜、額定工作頻率較低，造價較高。常用于大容量的交流調速設備中（國外單臺變頻裝置容量已超過10000kw）。變頻調速的不足之處是造價高、結構復雜、功率因數低、諧波較大。

3.現狀概述和改造方案及具體實施

供暖公司是大能耗企業，同時也是資源節約與綜合利用的主導機構。在目前我國電力短缺，資源緊張的情況下，要率先實施節電改造，以求推動節能工作。

供暖公司用電情況有以下幾個特點：

（1）動力設備較多、容量較大，供暖期連續時間長。

（2）系統用電效率低，電能浪費較大。

改造方案及具體實施

根據負荷運行實際情況，動力配電系統具有很大的節電空間，本著節能、安全、經濟的原則，在各方大力支持配合下，經對公司整體用電分布細致的考察，決定采用變頻調速裝置對風機進行變頻調速，目標節電率25%以上。

系統由兩種操作模式可供選擇：工頻運行狀態和變頻運行狀態。

（1）工頻運行狀態：操作臺狀態選擇開關置于工頻位置，這是QS1、KM1、QS2、KM2斷開，QF、QS3閉合，用操作臺控制KM3的閉合與斷開，實現電機的工頻運行及停機。

（2）變頻運行狀態：若系統需要變頻運行，則操作臺狀態選擇開關置于變頻運行位置，這時QS3、KM3斷開，QS1、QS2、QF閉合，用操作臺控制KM1、KM2的斷開與閉合，實現電機的變頻運行與停止，變頻器頻率的高低有操作臺的電位器控制或主機設置，閉環或速度上升時間均有主機設置。

4.風機變頻調速的優點

◆根據流量或壓力變化調節轉速，降低電能損耗，節約生產成本。

◆保證恒壓，提高供風質量。

◆避免壓力過高造成的跑、冒、漏，節約資源，延長設備使用命令。

◆實現電機軟啟動，啟動電流限定為額定電流，減小了電機啟動時對電網和設備的沖擊，可降低供電容量。

◆二極管整流輸入，功率因數較高，額定工況下功率因數可高達97%，無需無功補償。

◆實現自動化控制，無需人工調節閥門、擋板，減輕操作人員的工作強度。

5.結束語

變頻調速適用范圍廣泛，在多臺電動機同頻拖動，或者調速范圍大的低速大容量拖動中發揮著不可替代的作用。其調速范圍廣（100%-0%），調速精度高（0.5%），節電效果好（多數約為40%左右），其性能是其它各種交流調速技術不能比擬的。但變頻器的價格較高（一般為1500元/kw，）。

隨著新的控制理論和計算機技術的運用，更高性能、更適合調速控制的新型電動機和調速系統必將不斷涌現出來。新型電動機調速技術將向著高效率、高性能、響應快、智能化、綠色化的方向發展。為我國經濟發展作出更大貢獻。 [科]

【參考文獻】

［１］黃立培.張學.變頻器應用技術及電動機調速.北京：人民郵電出版社.1998.

［２］楊興瑤.電動機調速的原理及系統.北京：水利電力出版社.1979.