一、概述

　　近幾年我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速發(fā)展，能源問題越來越來成為行業(yè)發(fā)展的摯肘，并且隨著能源價格的快速上漲，國內(nèi)市場的激烈竟?fàn)帲?jié)能成為許多行業(yè)發(fā)展面臨的主要問題，特別是一些能耗比較大的行業(yè)如石油、化工、制藥、冶金、制造、環(huán)保、市政等行業(yè)。據(jù)資料顯示我國高、低壓電動機(jī)總?cè)萘吭?5000MW以上，大部分為風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載，它們大多工作在高能耗、低效率狀態(tài)。

　　一般風(fēng)機(jī)、水泵系統(tǒng)大多數(shù)是靠閥門來調(diào)節(jié)出水流量或壓力，擋板這種調(diào)節(jié)方式是以增加管網(wǎng)損耗，耗費(fèi)大量能源為代價的，因此，不可避免的造成電能的浪費(fèi)。而且由于設(shè)計時，系統(tǒng)是按最大的負(fù)載來設(shè)計的，在實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中，絕大部分時間系統(tǒng)是不可能運(yùn)行在滿負(fù)荷狀態(tài)下，存在較大的富余，所以就存在較大的節(jié)能潛力。

　　采用AC60變頻調(diào)速控制裝置，通過改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而改變風(fēng)機(jī)風(fēng)量以適應(yīng)生產(chǎn)工藝的需要，而且運(yùn)行能耗最省，綜合效益最高。所以變頻調(diào)速是高效的最佳調(diào)速方案，它可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的無級調(diào)速，并且可以方便的組成閉環(huán)控制系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)恒壓或恒流量的控制。

　　二、變頻改造的節(jié)能分析(以風(fēng)機(jī)為例)

　　1、變頻調(diào)速節(jié)能原理

　　從流體力學(xué)的原理得知，使用感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動的風(fēng)機(jī)，軸功率P與風(fēng)量Q，風(fēng)壓H的關(guān)系為:

　　P∝Q*H當(dāng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速由n1變化到n2時， Q、 H、 P與轉(zhuǎn)速的關(guān)系如下:

　　可見風(fēng)量Q和電機(jī)的轉(zhuǎn)速n是成正比關(guān)系的，而所需的軸功率P與轉(zhuǎn)速的立方成正比關(guān)系。所以當(dāng)需要80%的額定風(fēng)量時，通過調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速至額定轉(zhuǎn)速的80%，即調(diào)節(jié)頻率到40.00Hz即可，這時所需功率將僅為原來的51.2%。

　　如圖(1)所示，從風(fēng)機(jī)的運(yùn)行曲線圖來分析采用變頻調(diào)速后的節(jié)能效果。

　　當(dāng)所需風(fēng)量從Q1減小到Q2時，如果采用調(diào)節(jié)風(fēng)門的辦法，管網(wǎng)阻力將會增加，管網(wǎng)特性曲線上移，系統(tǒng)的運(yùn)行工況點(diǎn)從A點(diǎn)變到新的運(yùn)行工況點(diǎn)B點(diǎn)運(yùn)行，所需軸功率P2與面積H2×Q2成正比;如果采用調(diào)速控制方式，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由n1下降到n2，其管網(wǎng)特性并不發(fā)生改變，但風(fēng)機(jī)的特性曲線將下移，因此其運(yùn)行工況點(diǎn)由A點(diǎn)移至C點(diǎn)。此時所需軸功率P3與面積HB×Q2成正比。從理論上分析，所節(jié)約的軸功率Delt(P)與(H2-HB)×(C-B)的面積成正比。

　　考慮減速后效率下降和調(diào)速裝置的附加損耗，通過實(shí)踐的統(tǒng)計，風(fēng)機(jī)類通過調(diào)速控制可節(jié)能達(dá)20%～50%。

　　2、變頻改造節(jié)能分析

　　改造前工頻運(yùn)行功率計算公式P1=U×I×1.732×COS Φ，其中：

　　U ——電機(jī)電壓，kV;I ——電機(jī)電流，A;P1 ——單一負(fù)荷下工頻運(yùn)行功率，kW;

　　COS Φ ——單一負(fù)荷下運(yùn)行功率因數(shù)，小于額定功率因數(shù)。

　　C1=T×∑(P1×δ)，其中：

　　T ——全年平均運(yùn)行時間，h;P1 ——單一負(fù)荷下的運(yùn)行功率，kW;

　　δ ——這種負(fù)荷下的全年運(yùn)行時間比例;C1 ——改造前總耗電量，kW.h。

　　改造后變頻運(yùn)行預(yù)計功率計算公式：

　　3、節(jié)能對照表：風(fēng)機(jī)、水泵變頻調(diào)速時的能耗比較

　　上述均為百分比，100%流量為風(fēng)機(jī)的額定流量，100%功率為工頻額定工況運(yùn)行時消耗功率(即電機(jī)輸入功率 = 風(fēng)機(jī)額定軸功率/電機(jī)效率，電機(jī)效率一般為93～96%，額定功率較大者效率較高)。變頻調(diào)速時的節(jié)能量即為兩種調(diào)節(jié)方式的能耗差值(百分比乘額定消耗功率)。

　　三、變頻調(diào)速其它附加效益

　　(1)網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)提高：原電機(jī)直接由工頻驅(qū)動時，滿載時功率因數(shù)為0.85左右，實(shí)際運(yùn)行功率因數(shù)遠(yuǎn)低于0.8。采用變頻調(diào)速系統(tǒng)后，電源側(cè)的功率因數(shù)可提高到0.9以上，無需無功補(bǔ)償裝置就能大大的減少無功功率，滿足電網(wǎng)要求，可進(jìn)一步節(jié)約上游設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)用。

　　(2)設(shè)備運(yùn)行與維護(hù)費(fèi)用下降：采用變頻調(diào)節(jié)后，由于通過調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)節(jié)能，在負(fù)荷率較低時，電機(jī)轉(zhuǎn)速也降低，主設(shè)備及相應(yīng)輔助設(shè)備如軸承等磨損較前減輕，維護(hù)周期可加長，設(shè)備運(yùn)行壽命延長;并且變頻改造后風(fēng)門開度可達(dá)100%，運(yùn)行中不承受壓力，可顯著減少風(fēng)門的維護(hù)量。變頻器運(yùn)行中，只需定期對變頻器除塵，不用停機(jī)，保證了生產(chǎn)的連續(xù)性。隨著生產(chǎn)的需要，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)風(fēng)量，既滿足生產(chǎn)工藝的要求，工作強(qiáng)度又大大降低。采用變頻技術(shù)調(diào)速后，減少了機(jī)械磨損，維護(hù)工作量降低，檢修費(fèi)用下降。

　　(3)用變頻調(diào)速裝置后，可對電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟啟動，啟動時電流不超過電機(jī)額定電流的1.2倍，對電網(wǎng)無任何沖擊，電機(jī)使用壽命延長。在整個運(yùn)行范圍內(nèi)，電機(jī)可保證運(yùn)行平穩(wěn)，損耗減小，溫升正常。風(fēng)機(jī)啟動時的噪音和啟動電流非常小，無任何異常振動和噪音。

　　(4)與原來舊系統(tǒng)相比較，變頻器具有過流、短路、過壓、欠壓、缺相、溫升等多項(xiàng)保護(hù)功能，更完善地保護(hù)了電機(jī)。

　　(5)操作簡單，運(yùn)行方便。可通過計算機(jī)遠(yuǎn)程給定風(fēng)量或壓力等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)智能調(diào)節(jié)。

　　(6)適應(yīng)電網(wǎng)電壓波動能力強(qiáng)，電壓工作范圍寬，電網(wǎng)電壓在-15%～+10%之間波動時，系統(tǒng)均可正常運(yùn)行。

　　四、結(jié)束語

　　綜上所述，為了節(jié)約能源和費(fèi)用，需對風(fēng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行變頻節(jié)能改造，以便達(dá)到節(jié)能和延長電機(jī)、接觸器及機(jī)械散件、軸承、閥門、管道的使用壽命。一般來說，對于連續(xù)工作的送風(fēng)系統(tǒng)，隨著工藝的變化，電動機(jī)運(yùn)行頻率在35.00～50.00Hz之間動態(tài)調(diào)節(jié)，系統(tǒng)的節(jié)電率可達(dá)20%～35%。