淺談變頻運行在生產中的廣泛應用

摘 要:隨著電力電子技術的飛速發展，變頻調速技術已日臻完善。它不僅僅可以大幅度節能，而且在改善機械性能、實現完善的自動控制、環境保護等多方面都有顯著的效果。特別是對風機、水泵的節能改造目前已在工業領域中廣泛推廣，其平均節電30%以上。同時變頻運行也是響應國家節約型社會號召以及省發改委3515節能文件要求。

關鍵詞:變頻運行 應用

中圖分類號:TP27文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)03(a)-0066-01

在現代化工業中用風機、水泵廣泛的應用中，如鍋爐送、引風機、深井泵、離心泵等，大部分是額定功率運行，風機流量的設計均以最大風量需求來設計，其調整方式采用檔板，風門、回流、起停電機等方式控制，無法形成閉環控制，也很少考慮省電。水泵流量的設計同樣為最大流量，壓力的調控方式只能通過控制閥門的大小、電機的啟停等方法。電氣控制采用直接或Y-△啟動，不能改變風機的轉速，無法具有軟啟動的功能，機械沖擊大，傳動系統壽命短，震動及噪聲大，功率因數較低等是其主要的難點。

1 變頻調速的節能意義

風機、水泵類負載多是根據滿負荷工作需用量來選型，實際應用中大部分時間并非工作于滿負荷狀態。采用變頻器直接控制風機、泵類負載是一種最科學的控制方法，利用變頻器內置PID調節軟件，直接調節電動機的轉速保持恒定的水壓、風壓，從而滿足系統要求的壓力。當電機在額定轉速的80%運行時，理論上其消耗的功率為額定功率的(80%)，去除機械損耗、電機銅、鐵損等影響。節能效率也接近40%，同時也可以實現閉環恒壓控制，節能效率將進一步提高。由于變頻器可實現大的電動機的軟停、軟起，避免了啟動時的電壓沖擊，減少電動機故障率，延長使用壽命，同時也降低了對電網的容量要求和無功損耗。為達到節能的目的推廣使用變頻器已成為各地節能工作部門以及各單位節能工作的重點。因此，大力推廣變頻調速節能技術，不僅是當前企業節能降耗的重要技術手段，而且也是實現經濟增長方式轉變的必然要求。

2 風機變頻調速節能原理

當風機的轉速從n1變為n2時，Q、H、P大致變化關系為:

Q2=Q1(n2/n1)

H2=H1(n2/n1)2

P2=P1(n2/n1)3

Q-風量H-風壓P-風機功率

由上式可知風機(或水泵)流量與轉速的一次方成正比，壓力與轉速的二次方成正比，而軸功率與轉速的三次方成正比。因而，理想情況下有如下關系:如表1所示。

2.1 由表1可見:當需求流量下降時，調節轉速可以節約大量能源

例如:當流量需求減少一半時，如通過變頻調速，則理論上講，僅需額定功率的12.5%，即可節約87.5%的能源。如采用傳統的擋板方式調節風量，雖然也可相應降低能源消耗，但節約效果與變頻相比，則有天壤之別。

目前絕大多數鍋爐燃燒控制系統中的風量調節都是通過調節風門擋板實現的，這種風量調節方式不但使風機的效率降低，也使很多能量白白消耗在擋板上。為節約電能，提高鍋爐燃燒控制水平，增加經濟效益，采用風機變頻調速系統取代低效高能耗的風門擋板，已成為各鍋爐使用單位節能改造的重點。

2.2 節能效果計算

(1)現有送風機一臺，配用18.5kW風機。風量在80%-30%之間變化，設電機全速供風量為Qn空載損耗為0.1(Y0≈cosnt)每天總供風量為60%Qn，則全速Pp=(18.5-18.5×0.1)kw=16.65kw

A、變頻時:

Pm2=(1.85+(60%)3)×16.65kw=5.45kw

節約的功率:Pj=(16.65-5.45)kw=11.2kw

B、如果電費按0.7元/kwh計算，每年節約的電費:

11.2kw×24h×365×0.7元/kwh =68678元=6.86萬元

(2)現有引風機一臺，配用45kW電機，風量在90%-70%之間變化，設電機全速供風量為Qn空載損耗為0.1(Y0≈cosnt)每天總供風量為80%Qn，則全速Pp=(45-45×0.1)kw=40.5kw

A、變頻時:

Pm2=(4.5+(80%)3×40.5)kw=25.24kw

節約的功率:

Pj=(40.5-25.24)kw=15.26kw

B、如果電費按0.7元/kwh計算，每年節約的電費:

15.26kw×24h×365×0.7元/kwh= 93574元=9.36萬元

(3)每年總節約的電費:9.36+6.86= 16.22萬元

由以上估算情況可知，七個月可收回投資。

3 功能與特點

(1)采用變頻器控制電機的轉速，取消擋板調節，降低了設備的故障率，節電效果顯著。

(2)采用變頻器控制電機，實現了電機的軟啟動，延長了設備的使用壽命，避免了對電網的沖擊。

(3)電機將在低于額定轉速的狀態下運行，減少了噪音對環境的影響。

(4)具有過載、過壓、過流、欠壓、電源缺相等自動保護功能。

(5)運轉狀態靈活多樣，可手動控制也可完全實現自動控制，且可與鍋爐其他自控裝置進行電氣連鎖，實現鍋爐的自動保護及計算機控制，不會因事故影響生產。

(6)安裝時可不破壞原有的配電設施及環境，不影響生產。

(7)只需調節電位器旋鈕即可調整風量，操作方便。

4 結語

隨著科技的發展，變頻器技術的成熟，以及其優異的調速性能、顯著的節能效果，已廣泛應用于各行各業，是電氣傳動的發展方向。一個廠礦企業中用于泵類和風機類的電機是主要負荷，其中多數是適合于采用調速運行的。傳統作法是風機、泵類采用交流電動機恒速傳動，靠調節風閘和閥門的開度來調節流量，這種調節的方法是以增加管網的損耗，耗用大量的能源為代價的。如果改用調節電機轉速的辦法來調節流量，就從根本上克服了電能的浪費。隨著電力電子技術的飛速發展，變頻調速技術已日臻完善。它不僅僅可以大幅度節能，而且在改善機械性能、實現完善的自動控制、環境保護等多方面都有顯著的效果。

①作者簡介:張衛東，男，本科學歷，一直從事電氣工程高壓電氣的實踐與研究。

胡彬，男，本科學歷，從事發供電運行及管理10余年。

殷功合:男，本科學歷，從事變電運行管理。

丁傳紅:男，本科學歷，從事發電運行管理。