變頻節能技術應用

摘要:目前，我公司的風機、水(油)泵在運行中普遍存在電網負荷率偏低，設備壽命低，震動噪聲大等問題。究其原因:風機、水泵等設備傳統調速往往采用閥門節流、排空、旁通回流等控制方式，這些方式都造成大量的能量損失。由于風機、水泵類大多為平方轉矩負載，軸功率與轉速成立方關系，所以當風機、水泵轉速下降時，消耗的功率也大大下降，因此節能潛力非常大，最有效的節能措施就是采用變頻調速器來調節流量、風量，應用變頻器節電率為20%～50%。變頻調速節能裝置的節能原理主要是:變頻節能、功率因數補償節能、軟啟動節能等。

關鍵詞:變頻器 調速裝置 風機 水泵

經測算，當機泵的流量由100%降到50%時，若分別采用出口和入口閥門的節流調節方式，則此時電機的輸入功率分別為額定功率的84%和60%，而此時機泵的軸功率僅為12.5% ，即損失功率分別為71.5%和47.5%。改變這種狀況的最好方法是采用目前國際上己廣泛運用于風機節能和恒壓供水領域的先進變頻調速技術和智能控制技術變頻器。

1 變頻調速節能裝置的節能原理

1.1 變頻節能 由流體力學可知:風量Q與轉速的一次方成正比例，壓力H與轉速的平方成正比，功率P與轉速的立方成正比。即: Q=K1n H=K2n2 P=K3n3，因此，如果風機的效率一定，當要求調節流量下降時，轉速可成正比例下降，此時風機的軸輸出功率是成立方關系下降的。

1.2 功率因數補償節能 無功功率會增加線損和設備的發熱，且功率因數的降低會導致電網有功功率的降低。由公式P=S×COSФ，Q=S×SINФ，其中S-視在功率，P-有功功率，Q-無功功率，COSФ-功率因數，可知COSФ越大，P越大，普通水泵電機的功率因數在0.6-0.7之間，使用變頻調速裝置后，由于變頻器內部濾波電容的作用，COSФ≈1，從而減少了無功損耗，增加了電網的有功功率。

1.3 軟啟動節能 由于電機為直接啟動或Y/△啟動，啟動電流等于(4-7)倍額定電流，這樣會對機電設備和供電電網造成嚴重的沖擊，瞬間產生的震動對擋板和閥門的損害極大，影響設備壽命。而使用變頻節能裝置后，利用變頻器的軟啟動功能將使啟動電流從零開始，最大值也不超過額定電流，減輕了對電網的沖擊和對供電容量的要求，延長了設備和閥門的使用壽命，節省了設備的維護費用。由于變頻器每千瓦的成本隨著其功率增大而減少，變頻調速裝置的經濟性也隨著電機功率的增大而提高。變頻調速裝置投資回收期為一年左右，使用壽命約10年。

2 節能效果計算

現有鼓風機一臺，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

2.1 變頻時:

P m2=(1.85+(60%)3)×16.65kw=5.45kw

節約的功率:Pj=(16.65-5.45)kw=11.2kw

2.2 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

艾默生EV2000變頻器在恒壓供水、供油系統中的應用案例介紹

如圖一:壓力變送器輸出4-20mA信號，變頻器選用:EV2000-4T0110P，電機參數:電壓380V，額定電流24.8A，轉速970r/min，6極。泵電機采用雙電源供電，工頻和變頻靠轉換開關切換。主回路是三相動力線由ZK空氣開關引出后，一路進變頻器R.S.T端子，U.V.W引出端經交流接觸器1KM后接到電機上，另一路徑交流接觸器2KM后連到電機上，轉換開關SK執2，ZK合→按起動按鈕→JS線圈通電→JS1閉合自鎖、JS2閉合、JS3閉合→1KM主令開關合→1KM輔助觸點閉合→變頻FWD與COM接通變頻運行，指標燈亮。按停止按鈕→JS失電→JS2斷開變頻減速運行，JS4延時斷開→1KM失電變頻停運。

變頻頻率控制:當轉換開關執自動位置，1-2、3-4接通，P24 →壓力變送器(+)→壓力變送器(-)→CCI→GND→COM形成4-20mADC輸入回路，經內置PID調節，自動控制頻率。當轉換開關執手動位置，5-6、7-8接通，從CCI端子輸入0-10V DC電壓，靠電位計手動調節頻率。(自動/手動轉換時需改變頻率設定信號參數)。

①JS1、JS2、JS3是時間繼電器JS輔助常開觸點，JS4是延時斷開的常開觸點。②1-2、3-4、5-6、7-8是轉換開關的四對觸點，1-2、3-4通，5-6、7-8開，變頻器自動調節頻率，1-2、3-4開5-6、7-8通靠電位計手動調節頻率。③1HA、1TA安裝在變頻控制柜面板上的起動、停止按鈕、2HA、2TA安裝在泵房隔爆操作柱上的起動、停止按鈕。

總之，變頻節能控制相比傳統限流、限壓有著諸多優點:①節能降耗，增加工廠盈利。②平滑起動，帶來更大的生產力并改進最后的產品質量。③可以免去機械設備(例如閥門、擋板等)的投資，補償安裝調速系統所需的投資。并且維護工作量和維護費用少。④提高設備利用率，延長系統使用壽命。⑤在工廠布局和操作上有更多靈活性，便于實現過程控制以及系統的集成和自動化。⑥系統低噪聲運行，沒有環境噪聲污染問題。

大量實際應用的例子證明:交流變頻調速技術，具有十分顯著的經濟效益和社會效益，應用變頻調速技術不僅是當前推進企業節能降耗的重要技術手段，也是實現經濟增長方式轉變的重要途徑。