摘要：交流變頻調(diào)速技術(shù)是集電子、自動(dòng)控制、微電子、電機(jī)學(xué)等技術(shù)為一體的先進(jìn)產(chǎn)品。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)大型建筑中用于泵類和風(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。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。由于空調(diào)系統(tǒng)主要設(shè)備是風(fēng)機(jī)和水泵，所以節(jié)能最佳方法就是采用變頻器。
一、 變頻器節(jié)能原理
以往風(fēng)機(jī)、水泵的風(fēng)（流）量是通過(guò)擋板（閥門）來(lái)調(diào)節(jié)，大量的能量被擋板和閥門白白浪費(fèi)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前使用的風(fēng)機(jī)、水泵大約有25-60%的能量是無(wú)謂消耗。根據(jù)風(fēng)機(jī)水泵原理我們知道風(fēng)機(jī)、水泵的能量與轉(zhuǎn)速一次方成正比，壓力與轉(zhuǎn)速二次方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速三次方成正比，即
Q2/Q1=n2/n1 (1)
H2/H1=(n2/n1)2 (2)
P2/P1=(n2/n1)3 (3)
圖一中，曲線①、③為水泵在不同阻力下的特性曲線。曲線②、④為工頻、變頻狀態(tài)下的流量與壓力關(guān)系曲線。水泵工作在A點(diǎn)時(shí)，軸功率P1等于Q1、H1的乘積，即與圖中面積AQ10H1A成正比。若要將流量從Q1降到Q2時(shí)，如用閘閥調(diào)節(jié)，則工作點(diǎn)由A移到B，流量下降，壓力上升，軸功率減少不多；若采用變頻調(diào)速，則工作點(diǎn)由A移動(dòng)到C，在滿足同樣流量Q2的情況下，壓力也下降，軸功率大大降低。假設(shè)電機(jī)的運(yùn)行頻率由工頻下調(diào)到45Hz，則
節(jié)電率=（電機(jī)工頻功率-電機(jī)變頻功率）/電機(jī)工頻功率
=（W工頻 – W變頻）/W工頻=1 -（45/50）3 =27%
圖一
二、設(shè)備基本情況與改造方案洗煤廠有185KW渣漿泵兩臺(tái)，采用軟起動(dòng)器起動(dòng)，長(zhǎng)期處于高速運(yùn)行狀態(tài)，電流280A，能耗很大。因不能調(diào)節(jié)速度，渣漿水一直從沉降池往外溢出，從回流管道逆流到渣漿泵進(jìn)口處的儲(chǔ)液池，使渣漿泵長(zhǎng)期低效率工作，造成大量能源浪費(fèi)（見附圖1），為響應(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，決定進(jìn)行節(jié)能改造，具體改造方案如下：
保留原有的軟起動(dòng)裝置，和變頻器一起控制電機(jī)，軟啟動(dòng)作為工頻旁路備份使用。當(dāng)變頻器有故障時(shí)，改為軟啟動(dòng)運(yùn)行。
安裝方式采用一臺(tái)變頻器帶一臺(tái)渣漿泵的方式。具體改造辦法為：關(guān)閉回流閥，采用水位閉環(huán)控制方式，在池內(nèi)壁上安裝液位傳感器，利用變頻器的ＰＩＤ調(diào)節(jié)功能，當(dāng)水位到達(dá)時(shí)，變頻器頻率下降，渣漿泵以低速運(yùn)轉(zhuǎn)，水位越高，轉(zhuǎn)速越低；水位越低，轉(zhuǎn)速越高。同時(shí)將水位信號(hào)傳送給控制柜，使操作人員能適時(shí)了解液位狀況。通過(guò)此控制保持渣漿池內(nèi)的循環(huán)基本不變。
附圖1
三、變頻控制原理圖
電機(jī)在空載或輕載運(yùn)行時(shí)，通過(guò)檢測(cè)負(fù)載電流，在原有的特性曲線基
礎(chǔ)上減小輸出電壓，達(dá)到節(jié)能的目的
四、變頻器的性能 現(xiàn)在有很多企業(yè)已經(jīng)采用新型的大功率變頻調(diào)速裝置拖動(dòng)水泵，取得了良好的應(yīng)用效果。我公司選用的變頻器為美國(guó)EMERSON公司產(chǎn)品，該產(chǎn)品具有以下優(yōu)點(diǎn)：
a．電路板采用三層防護(hù)處理，具有防塵，抗潮，抗干擾等功效，針對(duì)我們選煤廠的惡劣工作環(huán)境（高煤塵、高潮濕度，強(qiáng)干擾），同時(shí)采用先進(jìn)的電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，減少了輸出側(cè)的電流諧波，提高了功率因數(shù)，解決了對(duì)電網(wǎng)的諧波污染，無(wú)需任何濾波或功率因數(shù)的補(bǔ)償。
b．電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)了真正的軟啟動(dòng)、軟停止，變頻器提供給電機(jī)的無(wú)諧波干擾的正弦波電流，峰值電流和峰值時(shí)間大為減少，可消除對(duì)電網(wǎng)和負(fù)載的沖擊，避免產(chǎn)生操作過(guò)電壓而損傷電機(jī)絕緣，延長(zhǎng)了電動(dòng)機(jī)和風(fēng)機(jī)、水泵的使用壽命。同時(shí)，變頻器設(shè)置共振點(diǎn)跳轉(zhuǎn)頻率，避免了風(fēng)機(jī)、水泵處于共振點(diǎn)運(yùn)行的可能性，使風(fēng)機(jī)、水泵工作平穩(wěn)，軸承磨損減少，啟動(dòng)平滑，消除了機(jī)械的沖擊力，提高了設(shè)備的使用壽命。
c．變頻器自身保護(hù)功能完善，同原來(lái)繼電保護(hù)比較，保護(hù)功能更多，更靈敏，瞬間過(guò)流保護(hù)(超過(guò)200%額定電流峰值)10μs,動(dòng)作有效過(guò)流保護(hù)(150%額定電流)3s動(dòng)作，過(guò)載保護(hù)(120%額定電流)1min動(dòng)作，大大加強(qiáng)了對(duì)電動(dòng)機(jī)的保護(hù)。
d．調(diào)速工段內(nèi)的設(shè)備調(diào)節(jié)和優(yōu)化控制由DCS完成，與集控系統(tǒng)完美結(jié)合，通過(guò)RS485和RS232接口與集控系統(tǒng)通訊，并通過(guò)集控系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控介質(zhì)泵工作情況。DCS負(fù)責(zé)采集模擬量、開關(guān)量等信號(hào)，變頻器輸出的模擬量、開關(guān)量信號(hào)全部進(jìn)入DCS系統(tǒng)，形成閉環(huán)控制，同時(shí)實(shí)現(xiàn)相關(guān)輔機(jī)聯(lián)鎖功能等。
e．采用變頻調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了擋板、閥門全開，減少了擋板、閥門節(jié)流損失，且能均勻調(diào)速，滿足調(diào)峰需要，節(jié)約了大量的電能，具有顯著的節(jié)電效果。
f．整機(jī)的運(yùn)行噪音改善明顯：采用液力耦合器時(shí)，無(wú)論低速高速，由于電機(jī)均處于工頻運(yùn)行，整機(jī)的噪音明顯，達(dá)到90dB左右，但是進(jìn)行變頻改造后，整機(jī)的運(yùn)行頻率下降至40Hz左右，電機(jī)的運(yùn)行噪音明顯下降，低于80dB,在低速運(yùn)行時(shí)基本上聽不到噪音，達(dá)到65dB以下，大大改善了現(xiàn)場(chǎng)的噪音污染。
g．由于電機(jī)降低速度運(yùn)行以及工作在高效率區(qū)，電機(jī)的溫升和軸承溫升下降明顯：電機(jī)溫升由采用液力耦合器時(shí)的59℃下降至44℃，電機(jī)的前后軸承的溫度都有相應(yīng)的下降，延長(zhǎng)了風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的使用壽命。
h．低負(fù)荷下轉(zhuǎn)速降低，減少了機(jī)械部分的磨損和振動(dòng)，延長(zhǎng)了風(fēng)機(jī)大修周期，可節(jié)省大量的檢修費(fèi)用。
i．日常維護(hù)保養(yǎng)工作量和費(fèi)用下降：采用液力耦合器估計(jì)每年的維護(hù)費(fèi)用在2萬(wàn)元左右，采用變頻器后，這項(xiàng)費(fèi)用下降為數(shù)千元左右。
j．調(diào)速范圍：采用液力耦合器調(diào)速范圍具有相當(dāng)大的限制，采用變頻器后，實(shí)現(xiàn)智能調(diào)速，系統(tǒng)調(diào)頻范圍0～50Hz，大大地增強(qiáng)了工藝調(diào)節(jié)能力。
五、節(jié)能分析1、 按平均運(yùn)行40-45HZ，電流由280A降到240A以下，節(jié)電按20%計(jì)算，每年節(jié)省功率為:
P=1.732*U*I*30%*20*30*12
P=1.732*0.38*280*30%*20*30*12=398055
每年節(jié)約電費(fèi)按每度電0.6元計(jì)算約節(jié)電238833元，一年內(nèi)收回投資，同時(shí)保護(hù)水泵，減少維修量，提高了生產(chǎn)效率。
六、 變頻其他好處1、能對(duì)渣漿泵實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)和軟停止。
2、延長(zhǎng)渣漿泵壽命。因轉(zhuǎn)速下降，水泵磨損減小。
3、保護(hù)功能強(qiáng)大。變頻器提供過(guò)載、過(guò)電流、過(guò)電壓、缺相等保護(hù)功能。
七、結(jié)束語(yǔ) 交流變頻調(diào)速技術(shù)是集電子、自動(dòng)控制、微電子、電機(jī)學(xué)等技術(shù)為一體的先進(jìn)產(chǎn)品。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。變頻器不僅具有對(duì)電網(wǎng)沖擊小，而且節(jié)能，是未來(lái)電氣行業(yè)對(duì)電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)的首選調(diào)速設(shè)備。
參考文獻(xiàn)：（1） 艾默生EV2000使用說(shuō)明書
（2） 艾默生EC10小型系列PLC
