淺談變頻運(yùn)行在生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用

摘 要:隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)已日臻完善。它不僅僅可以大幅度節(jié)能，而且在改善機(jī)械性能、實(shí)現(xiàn)完善的自動(dòng)控制、環(huán)境保護(hù)等多方面都有顯著的效果。特別是對(duì)風(fēng)機(jī)、水泵的節(jié)能改造目前已在工業(yè)領(lǐng)域中廣泛推廣，其平均節(jié)電30%以上。同時(shí)變頻運(yùn)行也是響應(yīng)國(guó)家節(jié)約型社會(huì)號(hào)召以及省發(fā)改委3515節(jié)能文件要求。

關(guān)鍵詞:變頻運(yùn)行 應(yīng)用

中圖分類號(hào):TP27文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2012)03(a)-0066-01

在現(xiàn)代化工業(yè)中用風(fēng)機(jī)、水泵廣泛的應(yīng)用中，如鍋爐送、引風(fēng)機(jī)、深井泵、離心泵等，大部分是額定功率運(yùn)行，風(fēng)機(jī)流量的設(shè)計(jì)均以最大風(fēng)量需求來(lái)設(shè)計(jì)，其調(diào)整方式采用檔板，風(fēng)門、回流、起停電機(jī)等方式控制，無(wú)法形成閉環(huán)控制，也很少考慮省電。水泵流量的設(shè)計(jì)同樣為最大流量，壓力的調(diào)控方式只能通過控制閥門的大小、電機(jī)的啟停等方法。電氣控制采用直接或Y-△啟動(dòng)，不能改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，無(wú)法具有軟啟動(dòng)的功能，機(jī)械沖擊大，傳動(dòng)系統(tǒng)壽命短，震動(dòng)及噪聲大，功率因數(shù)較低等是其主要的難點(diǎn)。

1 變頻調(diào)速的節(jié)能意義

風(fēng)機(jī)、水泵類負(fù)載多是根據(jù)滿負(fù)荷工作需用量來(lái)選型，實(shí)際應(yīng)用中大部分時(shí)間并非工作于滿負(fù)荷狀態(tài)。采用變頻器直接控制風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載是一種最科學(xué)的控制方法，利用變頻器內(nèi)置PID調(diào)節(jié)軟件，直接調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速保持恒定的水壓、風(fēng)壓，從而滿足系統(tǒng)要求的壓力。當(dāng)電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速的80%運(yùn)行時(shí)，理論上其消耗的功率為額定功率的(80%)，去除機(jī)械損耗、電機(jī)銅、鐵損等影響。節(jié)能效率也接近40%，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)恒壓控制，節(jié)能效率將進(jìn)一步提高。由于變頻器可實(shí)現(xiàn)大的電動(dòng)機(jī)的軟停、軟起，避免了啟動(dòng)時(shí)的電壓沖擊，減少電動(dòng)機(jī)故障率，延長(zhǎng)使用壽命，同時(shí)也降低了對(duì)電網(wǎng)的容量要求和無(wú)功損耗。為達(dá)到節(jié)能的目的推廣使用變頻器已成為各地節(jié)能工作部門以及各單位節(jié)能工作的重點(diǎn)。因此，大力推廣變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)，不僅是當(dāng)前企業(yè)節(jié)能降耗的重要技術(shù)手段，而且也是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式轉(zhuǎn)變的必然要求。

2 風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能原理

當(dāng)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速?gòu)膎1變?yōu)閚2時(shí)，Q、H、P大致變化關(guān)系為:

Q2=Q1(n2/n1)

H2=H1(n2/n1)2

P2=P1(n2/n1)3

Q-風(fēng)量H-風(fēng)壓P-風(fēng)機(jī)功率

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

2.1 由表1可見:當(dāng)需求流量下降時(shí)，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速可以節(jié)約大量能源

例如:當(dāng)流量需求減少一半時(shí)，如通過變頻調(diào)速，則理論上講，僅需額定功率的12.5%，即可節(jié)約87.5%的能源。如采用傳統(tǒng)的擋板方式調(diào)節(jié)風(fēng)量，雖然也可相應(yīng)降低能源消耗，但節(jié)約效果與變頻相比，則有天壤之別。

目前絕大多數(shù)鍋爐燃燒控制系統(tǒng)中的風(fēng)量調(diào)節(jié)都是通過調(diào)節(jié)風(fēng)門擋板實(shí)現(xiàn)的，這種風(fēng)量調(diào)節(jié)方式不但使風(fēng)機(jī)的效率降低，也使很多能量白白消耗在擋板上。為節(jié)約電能，提高鍋爐燃燒控制水平，增加經(jīng)濟(jì)效益，采用風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)取代低效高能耗的風(fēng)門擋板，已成為各鍋爐使用單位節(jié)能改造的重點(diǎn)。

2.2 節(jié)能效果計(jì)算

(1)現(xiàn)有送風(fēng)機(jī)一臺(tái)，配用18.5kW風(fēng)機(jī)。風(fēng)量在80%-30%之間變化，設(shè)電機(jī)全速供風(fēng)量為Qn空載損耗為0.1(Y0≈cosnt)每天總供風(fēng)量為60%Qn，則全速Pp=(18.5-18.5×0.1)kw=16.65kw

A、變頻時(shí):

Pm2=(1.85+(60%)3)×16.65kw=5.45kw

節(jié)約的功率:Pj=(16.65-5.45)kw=11.2kw

B、如果電費(fèi)按0.7元/kwh計(jì)算，每年節(jié)約的電費(fèi):

11.2kw×24h×365×0.7元/kwh =68678元=6.86萬(wàn)元

(2)現(xiàn)有引風(fēng)機(jī)一臺(tái)，配用45kW電機(jī)，風(fēng)量在90%-70%之間變化，設(shè)電機(jī)全速供風(fēng)量為Qn空載損耗為0.1(Y0≈cosnt)每天總供風(fēng)量為80%Qn，則全速Pp=(45-45×0.1)kw=40.5kw

A、變頻時(shí):

Pm2=(4.5+(80%)3×40.5)kw=25.24kw

節(jié)約的功率:

Pj=(40.5-25.24)kw=15.26kw

B、如果電費(fèi)按0.7元/kwh計(jì)算，每年節(jié)約的電費(fèi):

15.26kw×24h×365×0.7元/kwh= 93574元=9.36萬(wàn)元

(3)每年總節(jié)約的電費(fèi):9.36+6.86= 16.22萬(wàn)元

由以上估算情況可知，七個(gè)月可收回投資。

3 功能與特點(diǎn)

(1)采用變頻器控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，取消擋板調(diào)節(jié)，降低了設(shè)備的故障率，節(jié)電效果顯著。

(2)采用變頻器控制電機(jī)，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的軟啟動(dòng)，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命，避免了對(duì)電網(wǎng)的沖擊。

(3)電機(jī)將在低于額定轉(zhuǎn)速的狀態(tài)下運(yùn)行，減少了噪音對(duì)環(huán)境的影響。

(4)具有過載、過壓、過流、欠壓、電源缺相等自動(dòng)保護(hù)功能。

(5)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)靈活多樣，可手動(dòng)控制也可完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，且可與鍋爐其他自控裝置進(jìn)行電氣連鎖，實(shí)現(xiàn)鍋爐的自動(dòng)保護(hù)及計(jì)算機(jī)控制，不會(huì)因事故影響生產(chǎn)。

(6)安裝時(shí)可不破壞原有的配電設(shè)施及環(huán)境，不影響生產(chǎn)。

(7)只需調(diào)節(jié)電位器旋鈕即可調(diào)整風(fēng)量，操作方便。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著科技的發(fā)展，變頻器技術(shù)的成熟，以及其優(yōu)異的調(diào)速性能、顯著的節(jié)能效果，已廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，是電氣傳動(dòng)的發(fā)展方向。一個(gè)廠礦企業(yè)中用于泵類和風(fēng)機(jī)類的電機(jī)是主要負(fù)荷，其中多數(shù)是適合于采用調(diào)速運(yùn)行的。傳統(tǒng)作法是風(fēng)機(jī)、泵類采用交流電動(dòng)機(jī)恒速傳動(dòng)，靠調(diào)節(jié)風(fēng)閘和閥門的開度來(lái)調(diào)節(jié)流量，這種調(diào)節(jié)的方法是以增加管網(wǎng)的損耗，耗用大量的能源為代價(jià)的。如果改用調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的辦法來(lái)調(diào)節(jié)流量，就從根本上克服了電能的浪費(fèi)。隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)已日臻完善。它不僅僅可以大幅度節(jié)能，而且在改善機(jī)械性能、實(shí)現(xiàn)完善的自動(dòng)控制、環(huán)境保護(hù)等多方面都有顯著的效果。

①作者簡(jiǎn)介:張衛(wèi)東，男，本科學(xué)歷，一直從事電氣工程高壓電氣的實(shí)踐與研究。

胡彬，男，本科學(xué)歷，從事發(fā)供電運(yùn)行及管理10余年。

殷功合:男，本科學(xué)歷，從事變電運(yùn)行管理。

丁傳紅:男，本科學(xué)歷，從事發(fā)電運(yùn)行管理。