變頻調速技術應用于化工生產中的節能分析

摘 要：隨著集成電路、微電子技術的不斷發展，功率半導體價格的不斷降低、生產工藝的不斷改善，越來越多的工業引用變頻調速技術。由于變頻調速技術的調速性能非常好，節能效果非常突出，能夠使設備得到有效利用，使系統變得更為可靠、安全，運行狀況得到進一步改善，設備的使用年限變得更長，因此，在整個現代傳動技術中，變頻調速技術已經成為一個非常重要的發展方向。該文對變頻器的工作原理進行了闡述，對變頻器的性能進行了分析，對變頻器的節能原理及其計算方法進行闡述。

關鍵詞：變頻調速 化工生產 節能分析

中圖分類號：TP239 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）04（b）-0053-01

在最近幾年，隨著我國的科學技術的不斷發展，微電子技術、大規模集成電路、電子電力技術的發展越來越好，相應地，半導體的價格變得越來越低。生產工藝得到有效改善。越來越多的工業引用變頻調速技術。在化工工廠中，普遍引入并應用大批的泵類設備、風機等，所以，化工廠普遍存在生產設備節流損失嚴重、電能消耗過于浪費、設備維修費和維護費過多的現象，這對化工業來說，以上各種生產費用是非常大的。

1 變頻器的工作原理

變頻器裝置的工作原理，就是指在整流器作用下，工頻交流電源被轉變為直流電源，然后在逆變器的作用下，直流電源又被轉變成為頻率可控的交流電源。對于電動機的調速，交流電動機的同步轉速計算公式為：

n=60f（1-s）/p

式中：n-轉速

f-輸入頻率

s-電機轉差率

p-電機磁極對數

通過分析上式，不難發現，在電動機工作電源頻率不斷變化作用下，電機轉速會發生相應的變化。

變頻器具有兩種變頻控制方式，即：矢量控制方式、U/f變頻器控制方式。

變頻器的基本構成，如圖1所示。

2 變頻器的應用

對于變頻器，因為操作起來比較容易，控制精度高、維護方便，功能強大，再加上化工業不斷要求要不斷提高化工產品的質量、不斷進行有效節能，因此，當前，大部分化工業不再采用閥門、擋板控制方案，而是采用變頻器驅動方案。工藝介質，在生產過程中，具有兩種流量調節方式，即自動調節、手動調節。不過，如果不借助變頻器對電機轉速進行調節時，那么不管采用以上任何一種流量調節方式，均必須要借助閥門控制，才能實現對介質流量的調節，但是，因為受控對象的控制精度比較低，所以會產生很多不良后果，如設備耗損嚴重、能源浪費過于嚴重等。另外，閥門控制這種方式，其造價是非常搞得，因而，大幅度增加了化工業的生產成本、設備的維修費，嚴重縮短了設備的使用時限。

泵類設備，包括齒輪泵、柱塞泵、高離心泵、軸流泵等，這些設備在很多生產領域中均被引用，如熱交換系統、水池儲罐給排系統、提水泵站、工業水循環系統等。另外，因為不同性質的生產，其生產要求是不一樣的，如采用一些節流設備來控制相關信號，從而使產品質量受到非常嚴重的影響，加快了閥體、泵腔的磨損速度，嚴重破壞了設備的密封性能。目前，大部分風機、泵類設備在驅動過程中，均采用異步電動機，因此，存在很多不足和缺陷，如電器保護功能較差、機械沖擊性較大、啟動電流過大等，導致設備使用壽命縮減，一旦設備負載發生故障，設備由于沒有瞬間保護功能，從而出現設備受損、燒毀等不良現象。

3 節能分析

通過分析流體力學的基本定律，不難發現，平方轉矩負載包含泵類設備和風機，轉速、軸功率和壓力呈正比關系，流量和轉速呈正比關系，要想使現場流量要求在系統作用下得以滿足，能耗下降，則閥門必須處于全部開通狀態。當調整轉速時，隨著泵轉速的不斷降低，系統壓力也會隨著不斷降低，不會對系統造成影響；當調節閥門時，一旦系統壓力變高，就會破壞、威脅閥門和管路的密材性能。因此，和選用檔板、閥門方案相比，選用變頻調速技術方案時，節能效果會更好，過程控制變量的控制效果會更好，設備的運行狀況也會得到有效改善。

4 節能計算

如果泵類設備、風機采用變頻調速，則將泵類設備和風機在各種控制方式中的現場運行的負載變化情況、流量—負載關系曲線作為依據，可以計算出節能效果，其計算公式為：

例如，在樹脂事業部，汽車間有一臺電動離心泵，其額定功率為110kW，根據機器運行的要求可知，水泵每天要運行24個小時，其中，滿負荷運行時限為90天，而在其他時間中，要求以55kw的功率運行275天，則每年可以節省的電量為：

在變頻器沒有安裝之前，

W=p.t.n=110×24×365=963600kw.h；

在變頻器安裝之后，

W1=p1.t1.n1=110×24×90=237600kw.h；

W2=p2.t2.n2=55×24×275=363000kw.h；

節余電量：W-（W1+W2）=963600-（237600+363000）=363000kw.h

計電量單價為0.5元/度，則每年可以節省的總電量為18.15萬元。

經過實踐，不難發現，通過在泵類設備、風機驅動控制中引用變頻調速，能夠獲取非常理想的節電效果，因此，這種控制方式是非常理想的。變頻調速技術，可以滿足生產工藝的各種要求，提高設備的工作效率，有效降低設別的維修費用，減小停產周期，能夠獲得較為明顯的經濟效益。在化工工藝系統中，通過引用變頻器，之前的固定轉速旋轉狀況能夠得到有效改善，操作也會變得更為靈活，產品的產量和質量能夠得到有效提高，獲得較好的經濟效益，獲得更好的環保、節能效果。

參考文獻

[1]變頻器知識講座[M].人民教育出版社.

[2]交流變頻器調速器選用手冊[M].廣東科技出版社.

[3]周勇.變頻器在地面驅動螺桿泵中的應用[J].石油學報，2003（6）.