[b]1 引言 [/b] 能源短缺和環(huán)境污染是人類當(dāng)前共同面臨的世紀(jì)性難題。我國人口眾多，能源資源相對匱乏,節(jié)約能源猶顯重要。 電力資源是資源戰(zhàn)略問題中的重中之重，是國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的重要基礎(chǔ)。通過技術(shù)進步，逐步提高電力利用效率，節(jié)省有限的自然資源，保護環(huán)境，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。 “十一五”規(guī)劃建設(shè)目標(biāo)是實現(xiàn)單位gdp能耗下降20％，主要途徑有三個，包括結(jié)構(gòu)節(jié)能、推進技術(shù)節(jié)能及管理節(jié)能。據(jù)資料顯示我國高、低壓電動機總?cè)萘吭?5000mw以上，大部分為風(fēng)機泵類負載，它們大多工作在高能耗、低效率狀態(tài)。覆蓋電力、石油、化工、冶金、制造、環(huán)保、市政等行業(yè)，其耗電量占全國總用電量的40%左右。而水泵和風(fēng)機的一個特點是負載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。如可根據(jù)所需的流量調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，就可獲得很好的節(jié)電效果，一般可節(jié)電20%～50%。 目前我國大型異步電動機應(yīng)用變頻調(diào)速剛剛起步，但國外已經(jīng)廣泛使用，而且隨著電力電子器件的發(fā)展，高壓變頻裝置的型式多種多樣。通過他們長期的運行實踐可以發(fā)現(xiàn)：應(yīng)用高壓大功率變頻調(diào)速系統(tǒng)的經(jīng)濟效益良好、其可靠性也可以得到保證。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速、起動和制動性能，高效率、高功率因數(shù)、良好的節(jié)電效果及廣泛的適用范圍等優(yōu)點，被國內(nèi)外公認為是最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。 我公司結(jié)合本單位的實際情況，根據(jù)集團公司的要求專門成立了節(jié)能辦公室，使整體能耗下降12%，在風(fēng)機、水泵上的應(yīng)用效果猶其明顯。 2 調(diào)速節(jié)能原理 [font=黑體][color=#003366][/color][/font] 2.1 改造項目介紹 [b] [/b] 改造項目包括：礦石破碎除塵離心風(fēng)機，取水離心水泵，浮選機組（特性與水泵相似）。 2.2 運行工況分析（以風(fēng)機為例） [b] [/b] 在實際運行時，由于采用進風(fēng)門擋板調(diào)節(jié)，大部分的能量都被消耗在擋板上了，且擋板的開度越小則耗能就更多。在一般情況下 ，采用擋板調(diào)節(jié)的風(fēng)機其實際消耗功率與風(fēng)量大致成正比，與風(fēng)門的開度也大致成正比，從上述工況中的風(fēng)門開度及電流參數(shù)也可以看出這一點。 對運行情況進行分析，可以得出以下兩點： （1） 風(fēng)機實際風(fēng)量約為額定風(fēng)量的一部分，風(fēng)機遠離額定點運行，其實際運行效率很低。 （2） 由于擋板的存在，擋板前后存在壓差，消耗了很大一部分能量。 所以可以從以上兩個方面改善其運行工況，減小損耗，達到節(jié)能的目的。 [b]2.3 改造建議 [/b] 擋板這種調(diào)節(jié)方式雖然簡單易行，已成習(xí)慣，但它是以增加管網(wǎng)損耗，耗費大量能源為代價的。對于大功率電機，耗能則更大。當(dāng)采用變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)時，其效率最高，因為風(fēng)量隨轉(zhuǎn)速的一次方下降，而其軸功率則按轉(zhuǎn)速的三次方規(guī)律下降，而目前性能最佳的調(diào)速方式則是國際上公認的交流變頻調(diào)速技術(shù)。對于變頻器的選擇，公司做了詳細的市場調(diào)查，經(jīng)過公司領(lǐng)導(dǎo)的慎重考慮，最終選擇了專業(yè)生產(chǎn)高、中、低壓變頻器廠家……深圳市微能科技生產(chǎn)的win-9p系列風(fēng)機專用型變頻器和win-9gv高性能電流矢量型變頻器，對破碎除塵風(fēng)機，湖邊水泵和浮選機進行改造。 3 變頻改造的節(jié)能分析 [b] 3.1變頻調(diào)速節(jié)能原理[/b] [b] [/b] 從流體力學(xué)的原理得知，使用感應(yīng)電機驅(qū)動的風(fēng)機，軸功率p與風(fēng)量q，風(fēng)壓h的關(guān)系為：p∝q×h 當(dāng)電動機的轉(zhuǎn)速由n1變化到n[sub]2[/sub]時, q、h、p與轉(zhuǎn)速的關(guān)系如下: [img=66,28]http://www.ca800.com/uploadfile/maga/inv2008-10/13-gs1.jpg[/img] （1） [img=97,43]http://www.ca800.com/uploadfile/maga/inv2008-10/13-gs2.jpg[/img] （2） [img=78,43]http://www.ca800.com/uploadfile/maga/inv2008-10/13-gs3.jpg[/img] （3） 可見風(fēng)量q和電機的轉(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，通過調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速至額定轉(zhuǎn)速的80%，即調(diào)節(jié)頻率到40赫茲即可，這時所需功率將僅為原來的51.2%。 如附圖所示，從風(fēng)機的運行曲線圖來分析采用變頻調(diào)速后的節(jié)能效果。 [img=560,325]http://www.ca800.com/uploadfile/maga/inv2008-10/13-1.jpg[/img] 當(dāng)所需風(fēng)量從q[sub]1[/sub]減小到q[sub]2[/sub]時，如果采用調(diào)節(jié)風(fēng)門的辦法，管網(wǎng)阻力將會增加，管網(wǎng)特性曲線上移，系統(tǒng)的運行工況點從a點變到新的運行工況點b點運行，所需軸功率p[sub]2[/sub]與面積h[sub]2[/sub]×q[sub]2[/sub]成正比；如果采用調(diào)速控制方式，風(fēng)機轉(zhuǎn)速由n[sub]1[/sub]下降到n[sub]2[/sub]，其管網(wǎng)特性并不發(fā)生改變，但風(fēng)機的特性曲線將下移，因此其運行工況點由a點移至c點。此時所需軸功率p[sub]3[/sub]與面積h[sub]b[/sub]×q[sub]2[/sub]成正比。從理論上分析，所節(jié)約的軸功率delt（p）與（h[sub]2[/sub]-h[sub]b[/sub]）×（c-b）的面積成正比。 考慮減速后效率下降和調(diào)速裝置的附加損耗，通過實踐的統(tǒng)計，風(fēng)機類通過調(diào)速控制節(jié)能可達20%～50%。 [b]3.2 變頻改造節(jié)能分析 [/b]改造前工頻運行功率計算公式 p[sub]1[/sub]=u×i×1.732×cosφ 其中：u—電機電壓，kv； i—電機電流，a； p[sub]1[/sub]—單一負荷下工頻運行功率，kw； cosφ—單一負荷下運行功率因數(shù)，小于額定功率因數(shù)。 [img=153,28]http://www.ca800.com/uploadfile/maga/inv2008-10/13-gs3-1.jpg[/img] 其中：t—全年平均運行時間，h； p[sub]1[/sub]—單一負荷下的運行功率，kw； δ—這種負荷下的全年運行時間比例； c[sub]1[/sub]—改造前總耗電量，kw·h。 改造后變頻運行預(yù)計功率計算公式： 利用公式：[img=100,43]http://www.ca800.com/uploadfile/maga/inv2008-10/13-gs3-2.jpg[/img]計算出[img=26,43]http://www.ca800.com/uploadfile/maga/inv2008-10/13-gs3-3.jpg[/img]的比。 其中：p[sub]1[/sub]—工頻運行功率，kw； p[sub]額[/sub]——額定軸功率，kw； [img=42,43]http://www.ca800.com/uploadfile/maga/inv2008-10/13-gs3-4.jpg[/img] ——運行工況與額定工況下的效率、壓力比，小功率電機取1，大功率電機取0.9。 根據(jù)改造風(fēng)量不變的原則，有q[sub]1[/sub]=q[sub]2[/sub]，其中q[sub]2[/sub]為改造后的風(fēng)量。所以[img=69,43]http://www.ca800.com/uploadfile/maga/inv2008-10/13-gs3-5.jpg[/img]。 再根據(jù)[img=105,51]http://www.ca800.com/uploadfile/maga/inv2008-10/13-gs3-6.jpg[/img]，即[img=131,51]http://www.ca800.com/uploadfile/maga/inv2008-10/13-gs3-7.jpg[/img]計算出p[sub]2[/sub]。其中p[sub]2[/sub]是變頻改造后預(yù)計運行功率，η為變頻裝置的效率。 [img=187,34]http://www.ca800.com/uploadfile/maga/inv2008-10/13-gs3-8.jpg[/img] 其中c2—改造后總耗電量，kw . h。 [b]3.3 節(jié)能對照 [/b] 節(jié)能對照表如表1所示。 上述均為百分比，100%流量為風(fēng)機的額定流量，100%功率為工頻額定工況運行時消耗功率（即電機輸入功率 = 風(fēng)機額定軸功率/電機效率，電機效率一般為93-96%，額定功率較大者效率較高）。變頻調(diào)速時的節(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）。 [b]3.4 破碎除塵風(fēng)機技改前后能耗對照表 [/b] 破碎除塵風(fēng)機技改前后能耗對照表如表2所示。 [img=340,133]http://www.ca800.com/uploadfile/maga/inv2008-10/13-b2.jpg[/img] 4 變頻調(diào)速其他附加好處 （1） 網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)提高。原電機直接由工頻驅(qū)動時，滿載時功率因數(shù)為0.85左右，實際運行功率因數(shù)遠低于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，無需無功補償裝置就能大大的減少無功功率，滿足電網(wǎng)要求，可進一步節(jié)約上游設(shè)備的運行費用。 （2） 設(shè)備運行與維護費用下降。采用變頻調(diào)節(jié)后，由于通過調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速實現(xiàn)節(jié)能，在負荷率較低時，電機、風(fēng)機轉(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，維護周期可加長，設(shè)備運行壽命延長；并且變頻改造后風(fēng)門開度可達100%，運行中不承受壓力，可顯著減少風(fēng)門的維護量。變頻器運行中，只需定期對變頻器除塵，不用停機，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)機的轉(zhuǎn)速，進而調(diào)節(jié)風(fēng)機風(fēng)量，既滿足生產(chǎn)工藝的要求，工作強度又大大降低。采用變頻技術(shù)調(diào)速后，減少了機械磨損，維護工作量降低，檢修費用下降。 （3） 電機使用壽命延長。用變頻調(diào)速裝置后，可對電機實現(xiàn)軟啟動，啟動時電流不超過電機額定電流的1.2倍，對電網(wǎng)無任何沖擊，電機使用壽命延長。在整個運行范圍內(nèi)，電機可保證運行平穩(wěn)，損耗減小，溫升正常。風(fēng)機啟動時的噪音和啟動電流非常小，無任何異常振動和噪音。 （4） 更完善地保護了電機。與原來舊系統(tǒng)相比較，變頻器具有過流、短路、過壓、欠壓、缺相、過熱等多項保護功能，更完善地保護了電機。 （5） 操作簡單，運行方便。可通過計算機遠程給定風(fēng)量或壓力等參數(shù)，實現(xiàn)智能調(diào)節(jié)。 （6） 適應(yīng)電網(wǎng)電壓波動能力強。電壓工作范圍寬，電網(wǎng)電壓在-15%～+10%之間波動時，系統(tǒng)可正常運行。 5 結(jié)束語 [color=#003366][font=黑體][size=18px] [/size][/font][/color] 通過對礦石破碎除塵離心風(fēng)機（節(jié)能28%）、湖邊離心水泵（節(jié)能26%）、浮選機組進行改造（節(jié)能26%），取得了良好的經(jīng)濟效益。通過此次改造，也驗證了用深圳市微能科技有限公司的變頻器改造具有優(yōu)異的性價比，為公司以后使用大功率高、低壓電機進行驅(qū)動的設(shè)備進行技術(shù)改造提供了一個較為經(jīng)濟可靠的選擇。 [b]作者簡介 [/b]王治江 1982年畢業(yè)于中南大學(xué)電力工程專業(yè)，現(xiàn)任湖北雞籠山黃金礦業(yè)有限公司動力部部長。