變頻調速技術在煤礦企業應用中的節能分析

摘要：變頻調速技術在煤礦企業的應用，改變了傳統的調節、拖動方式，適應了當前全球的經濟發展趨勢，實現了節能減排，降低了生產成本。

關鍵詞：變頻調速 節能減排 風機 水泵

1 概述

在企業，風機、水泵是其不可缺少的運轉設備，其電能消耗和以往節流調節方式的能量損失，是構成企業生產成本的重要部分。隨著市場經濟的不斷發展，在全球范圍內人們的環保意識逐漸增強，節能減排成為企業獲得經濟效益、社會效益、環境效益的必經之路。

隨著工業生產自動化的發展要求，變頻調速技術得到了廣泛的應用，憑借自身良好的調速性能，以及高效可靠的節電效果，現有設備的運行工況在一定程度上明顯改善，系統的安全性、可靠性進一步得到提高，同時設備的利用率也大大提升，對于電機及其拖動負載來說，根據生產工藝的要求，通過調整轉速輸出，電機能耗明顯降低，在一定程度上確保了生產系統運行的高效性。

通常在企業中所應用的風機與水泵，其運行工況的調節，根據系統需求，調整和控制節流設備（風門、擋板、閘閥、截止閥、回流閥等）的流量、壓力，通過節流損失的方式對部分能量進行消耗。在生產過程中，一方面限制了控制精度，另一方面浪費了大量的能源，損耗了機械設備，從而導致生產成本居高不下。

對于風機、水泵等設備來說，一般情況下通過異步電動機對其進行驅動，該驅動方式的特點是：啟動電流大、機械沖擊強、電氣保護特性差。當負載發生機械故障時，動作保護不及時，進而在一定程度上產生設備和電機同時損壞的現象。

隨著近年來企業對變頻調速技術的應用，其易操作、免維護、控制精度高、可實現運程操控的優點，逐步取代了以往的系統控制方式。

變頻調速是根據電動機轉速與工作電源輸出頻率成正比的關系而工作的。即：

n=60f（1-s）p

n——電動機轉速

f——電源輸出頻率

s——電動機轉差率

p——電動機磁極對數

通過改變頻率f來改變電動機的轉速。

根據流體力學可知，風機與水泵其轉速n與流量Q、壓力H、軸功率符合下列關系：①流量與轉速成正比；②揚程、壓力與轉速的平方成正比；③軸功率與轉速的立方成正比。

2 在現場控制中，對兩種控制方式進行對比（以水泵為例）

定速運行，通過出口閥對流量進行控制。當流量Q1減小50%至Q2時，閥門開度減小，管網阻力發生改變，在節流作用下，壓力由H1升高到H2，水泵軸功率實際值與額定值相比降低不大；（依據公式）

P=Q·H/（ηc·ηb）

P——功率

Q——流量

H——壓力

ηc——水泵效率

ηb——傳動裝置效率

通過調速手段對水泵的轉速n進行改變時，當流量從Q1減小50%至Q2時，管網阻力特性保持不變，水泵運行更加科學合理。在閥門全開，只有管網阻力時，能耗必然會降低。另外，在調節閥門的過程中，系統壓力必然升高，進而在一定程度上威脅和破壞了管路和閥門的密封性能，而調節轉速時，隨泵轉速的降低系統壓力將降低，因此不會影響系統正常運行。將水泵的流量需求從100%將至50%時，將轉速調節改為閥門調節，節能率在75%以上，風機等流體機械也同樣如此。

舉例如下：

根據公式p/p0=（n/n0）3

P為轉速n時的功率

p0為轉速n0時的功率

例如，一臺22kw的鼓風機，運行18小時，在90%負荷下每天運行10小時（頻率按46Hz計算，擋板調節時電機功耗按98%計），在50%負荷運行8小時（頻率按20Hz計算，擋板調節時電機功耗按70%計），全年運行時間300天；

則變頻調速每年節電量：

W1=22*10*[1-（46/50）3]*300=14607kwh

W2=22*8*[1-（20/50）3]*300=49420kwh

Wb=W1+W2=14607+49420=64027kwh

擋板開度時每年節電量：

W1=22*（1-98%）*10*300=1320kwh

W2=22*（1-70%）*8*300=15840kwh

Wd=W1+W2=1320+15840=17160kwh

相比較節電量為W=WbWd=64027-17160=46867kwh

節電效益十分明顯。

3 結束語

實踐證明，變頻調速應用于風機、泵類等流體設備，進行相應的驅動控制，節電效果非常明顯，是一種理想的工況控制方式，其直接和間接效益極其顯著，應用前景十分廣泛。

參考文獻：

[1]葉的旺.變頻調速技術在礦山空氣壓縮機中的應用[J].中小企業管理與科技（下旬刊），2009（03）.

[2]郭敏，楊哲，姜超.變頻調速電機在聚丙烯酰胺生產中的節能分析[J].價值工程，2012（04）.

[3]黃立軍.變頻調速技術在風機上應用的節能效果分析[J].江西能源，2006（12）.

作者簡介：袁春雷（1969-），男，工程師，1993年畢業于阜新煤炭工業學校礦山電氣化專業，從事煤礦供電管理工作。