一、概述
近幾年我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速發(fā)展，能源問(wèn)題越來(lái)越成為行業(yè)發(fā)展的掣肘，并且隨著能源價(jià)格的快速上漲，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，節(jié)能成為許多行業(yè)發(fā)展面臨的主要問(wèn)題，特別是一些能耗比較大的行業(yè)如石油、化工、制藥、冶金、制造、環(huán)保、市政等行業(yè)，據(jù)資料顯示我國(guó)高、低壓電動(dòng)機(jī)總?cè)萘吭?500MW以上，大部分為風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載，他們大多改造在高耗能、低效率狀態(tài)。
一般風(fēng)機(jī)、水泵系統(tǒng)大多數(shù)是靠閥門(mén)來(lái)調(diào)節(jié)出水流量或壓力，擋板這種調(diào)節(jié)方式是以增加管網(wǎng)損耗，耗費(fèi)大量能量源為代價(jià)的，因此，不可避免的造成電能的浪費(fèi)，而且由于設(shè)計(jì)時(shí)，系統(tǒng)是按最大的負(fù)載來(lái)設(shè)計(jì)的，在實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中，絕大部分時(shí)間系統(tǒng)是不可能運(yùn)行在滿負(fù)荷狀態(tài)下，存在較大的富余，所以就存在較大的節(jié)能潛力。
采用變頻器控制裝置，通過(guò)改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，從而改變風(fēng)機(jī)風(fēng)量適應(yīng)生產(chǎn)工藝的需要，而且運(yùn)行能耗最省，綜合效益最高。所以變頻器調(diào)速是高效的最佳調(diào)速方案，它可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速，并且可以方便地組成閉環(huán)控制系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)恒壓或恒流量的控制。
二、變頻改造的技能分析（以風(fēng)機(jī)為例)
2.1 變頻調(diào)速節(jié)能原理
從流體力學(xué)的原理得知，使用感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的風(fēng)機(jī)，軸功率P與風(fēng)量Q，風(fēng)壓H的關(guān)系為：
P∝Q×H當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速由n1變化到n2時(shí)，Q、H、P與轉(zhuǎn)速的關(guān)系如下：
(1)
(2）
(3)
可見(jiàn)風(fēng)量Q和電機(jī)的轉(zhuǎn)速n是成正比關(guān)系的，而所需的軸功率P與轉(zhuǎn)速的立方成正比關(guān)系。所以當(dāng)需要80%的額定風(fēng)量時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速至額定轉(zhuǎn)速的80%，即調(diào)節(jié)頻率到40.00Hz即可，這時(shí)所需功率將僅為原來(lái)的51.2%。
如圖（1）所示，從風(fēng)機(jī)的運(yùn)行曲線圖來(lái)分析采用變頻器調(diào)速后的節(jié)能效果。
圖（1）風(fēng)機(jī)的運(yùn)行曲線
當(dāng)所需風(fēng)量從Q1到Q2時(shí)，如果采用調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)的辦法，管網(wǎng)阻力將會(huì)增加，管網(wǎng)特性曲線上移，系統(tǒng)的運(yùn)行供況點(diǎn)從A點(diǎn)變到新的運(yùn)行工況點(diǎn)B點(diǎn)運(yùn)行，所需軸功率P2與面積H2×Q2成正比，如果采用調(diào)速控制方式，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由n1下降到n2,其管網(wǎng)特性并不發(fā)生改變，但風(fēng)機(jī)的特性曲線將下移，因此其運(yùn)行工況點(diǎn)由A點(diǎn)移至C點(diǎn)，此時(shí)所需軸功率P3與面積HB×Q2成正比，從理論上分析，所節(jié)約的軸功率delt(P)與（H2-HB）×(C-B)的面積成正比。
考慮減速后效率下降和調(diào)速裝置的附件損耗，通過(guò)實(shí)踐的統(tǒng)計(jì)，風(fēng)機(jī)類通過(guò)調(diào)速控制可節(jié)能達(dá)20%-50%。
2.2 變頻改造節(jié)能分析
改造前工頻運(yùn)行功率計(jì)算公式P1=U×I×1.732×cosΦ，期中：
U－－－－－－電機(jī)電壓，KV；
I－－－－－－-電機(jī)電流，A；
P1－－－－-單一負(fù)荷下工頻運(yùn)行功率，KW;
cosΦ－－－－-單一負(fù)荷下運(yùn)行功率因數(shù)，小于額定功率因數(shù)。
C1=T×Σ（P1×δ）,期中：
T－－－－－－-全年平均運(yùn)行時(shí)間，h；
P1－－－－－－單一負(fù)荷下的運(yùn)行功率，KW;
δ－－－－－－這種負(fù)荷下的全年運(yùn)行時(shí)間比例；
C1－－－－-改造前總耗電量，kw.h。
改造后變頻運(yùn)行預(yù)計(jì)功率計(jì)算公式：
利用公式：η
計(jì)算出的比，期中：
P1 －－－－－－－－工頻運(yùn)行功率，KW；
P額－－－－－－額定軸功率，KW；
——運(yùn)行工況與額定工況下的效率、壓力比，小功率電機(jī)取1，大功率電機(jī)取0.9根據(jù)改造風(fēng)量不變的原則，有Q1=Q2，期中Q2為改造后的風(fēng)量。所以 。再根據(jù)即計(jì)算出P2是變頻改造后預(yù)計(jì)運(yùn)行功率，η為變頻裝置的效率。
C2=T×Σ（P2×δ），期中：
C2－－－－-改造后總耗電量，kw.h。
1.3 節(jié)能對(duì)照表：風(fēng)機(jī)、水泵變頻調(diào)速時(shí)的能耗比較
上述均為百分比，100%流量 風(fēng)機(jī)的額定流量，100%功率為工頻工況運(yùn)行時(shí)消耗功率（即電機(jī)輸入功率=風(fēng)機(jī)額定軸功率/電機(jī)效率，電機(jī)效率一般為93-96%，額定功率大者效率較高）。變頻調(diào)速時(shí)節(jié)能量即為兩種調(diào)節(jié)方式的能耗差值（百分比乘額定消耗功率）。
三、變頻調(diào)速其它附加效益
（1）內(nèi)側(cè)功率因數(shù)提高：原電機(jī)直接由工頻驅(qū)動(dòng)時(shí)，滿載時(shí)功率因數(shù)為0.85左右，實(shí)際運(yùn)行時(shí)遠(yuǎn)低于0.8，采用變頻調(diào)速系統(tǒng)后，電源側(cè)的功率因數(shù)可提高到0.9以上，無(wú)需無(wú)功補(bǔ)償裝置就能大大的減少無(wú)功功率，滿足電網(wǎng)要求，可進(jìn)一步節(jié)約上游設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)用。
（2）設(shè)備運(yùn)行與維護(hù)費(fèi)用下降：采用變頻調(diào)節(jié)后，由于通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)節(jié)能，在負(fù)荷率較低時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速也降低，主設(shè)備及相應(yīng)輔助設(shè)備如軸承等磨損較前減輕，維護(hù)周期可加長(zhǎng)，設(shè)備運(yùn)行壽命延長(zhǎng)，并且變頻改造后風(fēng)門(mén)開(kāi)度可達(dá)100%，運(yùn)行中不承受壓力，可顯著減少風(fēng)門(mén)的維護(hù)量。變頻器運(yùn)行中，只需定期對(duì)變頻器除塵，不用停機(jī)，保證了生產(chǎn)的連續(xù)性。隨著生產(chǎn)的需要，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)風(fēng)量，既滿足生產(chǎn)工藝的要求，工作強(qiáng)度又大大降低。采用變頻技術(shù)調(diào)速后，減少了機(jī)械磨損，維護(hù)工作量降低，檢修費(fèi)用下降。
(3）用變頻調(diào)速裝置后，可對(duì)電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，啟動(dòng)時(shí)電流不超過(guò)電機(jī)額定電流的1.2倍，對(duì)電網(wǎng)無(wú)任何沖擊，電機(jī)使用壽命延長(zhǎng)。在整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)，電機(jī)可保證運(yùn)行平穩(wěn)，損耗減小，溫升正常。風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的噪音和啟動(dòng)電流非常小，無(wú)任何異常振動(dòng)和噪音。
(4）與原來(lái)舊系統(tǒng)相比較，變頻器具有過(guò)流、短路、過(guò)壓、欠壓、缺相、溫升等多項(xiàng)保護(hù)功能，更完善地保護(hù)了電機(jī)。
(5）操作簡(jiǎn)單，運(yùn)行方便?？赏ㄟ^(guò)計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程給定風(fēng)量或壓力等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)智能調(diào)節(jié)。
(6）適應(yīng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)能力強(qiáng)，電壓工作范圍寬，電網(wǎng)電壓在-15% ~+10%之間波動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)均可正常運(yùn)行。
四，結(jié)束語(yǔ)
綜上所述，為了節(jié)約能源和費(fèi)用，需對(duì)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行變頻節(jié)能改造，以便達(dá)到節(jié)能和延長(zhǎng)電機(jī)、接觸器及機(jī)械散件、軸承、閥門(mén)、管道的使用壽命。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于連續(xù)工作的送風(fēng)系統(tǒng)，隨著工藝的變化，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率在35.00—50.00Hz之間動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，系統(tǒng)的節(jié)電率可達(dá)20%-35%。
