淺談變頻運行在生產(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，而且在改善機械性能、實現(xiàn)完善的自動控制、環(huán)境保護等多方面都有顯著的效果。特別是對風機、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。同時變頻運行也是響應(yīng)國家節(jié)約型社會號召以及省發(fā)改委3515節(jié)能文件要求。

關(guān)鍵詞:變頻運行 應(yīng)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(xiàn)代化工業(yè)中用風機、水泵廣泛的應(yīng)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(shè)計均以最大風量需求來設(shè)計，其調(diào)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(huán)控制，也很少考慮省電。水泵流量的設(shè)計同樣為最大流量，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(zhuǎn)速，無法具有軟啟動的功能，機械沖擊大，傳動系統(tǒng)壽命短，震動及噪聲大，功率因數(shù)較低等是其主要的難點。

1 變頻調(diào)速的節(jié)能意義

風機、水泵類負載多是根據(jù)滿負荷工作需用量來選型，實際應(yīng)用中大部分時間并非工作于滿負荷狀態(tài)。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(nèi)置PID調(diào)節(jié)軟件，直接調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速保持恒定的水壓、風壓，從而滿足系統(tǒng)要求的壓力。當電機在額定轉(zhuǎn)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(jié)能效率也接近40%，同時也可以實現(xiàn)閉環(huán)恒壓控制，節(jié)能效率將進一步提高。由于變頻器可實現(xiàn)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(wǎng)的容量要求和無功損耗。為達到節(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。因此，大力推廣變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)，不僅是當前企業(yè)節(jié)能降耗的重要技術(shù)手段，而且也是實現(xiàn)經(jīng)濟增長方式轉(zhuǎn)變的必然要求。

2 風機變頻調(diào)速節(jié)能原理

當風機的轉(zhuǎn)速從n1變?yōu)閚2時，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-風量H-風壓P-風機功率

由上式可知風機(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:當需求流量下降時，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速可以節(jié)約大量能源

例如:當流量需求減少一半時，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)中的風量調(diào)節(jié)都是通過調(diào)節(jié)風門擋板實現(xiàn)的，這種風量調(diào)節(jié)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(jié)約電能，提高鍋爐燃燒控制水平，增加經(jīng)濟效益，采用風機變頻調(diào)速系統(tǒng)取代低效高能耗的風門擋板，已成為各鍋爐使用單位節(jié)能改造的重點。

2.2 節(jié)能效果計算

(1)現(xiàn)有送風機一臺，配用18.5kW風機。風量在80%-30%之間變化，設(shè)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(jié)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(jié)約的電費:

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

(2)現(xiàn)有引風機一臺，配用45kW電機，風量在90%-70%之間變化，設(shè)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(jié)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(jié)約的電費:

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

(3)每年總節(jié)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(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，實現(xiàn)了電機的軟啟動，延長了設(shè)備的使用壽命，避免了對電網(wǎng)的沖擊。

(3)電機將在低于額定轉(zhuǎn)速的狀態(tài)下運行，減少了噪音對環(huán)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(zhuǎn)狀態(tài)靈活多樣，可手動控制也可完全實現(xiàn)自動控制，且可與鍋爐其他自控裝置進行電氣連鎖，實現(xiàn)鍋爐的自動保護及計算機控制，不會因事故影響生產(chǎn)。

(6)安裝時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)整風量，操作方便。

4 結(jié)語

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)，是電氣傳動的發(fā)展方向。一個廠礦企業(yè)中用于泵類和風機類的電機是主要負荷，其中多數(shù)是適合于采用調(diào)速運行的。傳統(tǒng)作法是風機、泵類采用交流電動機恒速傳動，靠調(diào)節(jié)風閘和閥門的開度來調(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的。如果改用調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速的辦法來調(diào)節(jié)流量，就從根本上克服了電能的浪費。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，而且在改善機械性能、實現(xiàn)完善的自動控制、環(huán)境保護等多方面都有顯著的效果。

①作者簡介:張衛(wèi)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(fā)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(fā)電運行管理。