摘 要：簡要介紹了變頻調(diào)速技術(shù)的節(jié)能原理，以啤酒廠為例，分析了變頻調(diào)速裝置在啤酒廠各工段、車間應(yīng)用的現(xiàn)狀與效果，除了節(jié)能效果外，變頻調(diào)速裝置還可改善工藝狀況，值得廠家注意。 關(guān)鍵詞：負載特性; 變頻調(diào)速; 節(jié)能; 工藝 前言 　　據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，泵類和風(fēng)機負載的耗電量占全國總發(fā)電量的二分之一以上，約占工業(yè)總用電量的55%，用于泵類和風(fēng)機的交流感應(yīng)電動機是主要的電力負荷。在工業(yè)生產(chǎn)過程中為了滿足生產(chǎn)工藝過程的各種要求，許多用交流電動機拖動的生產(chǎn)機械需要進行調(diào)速運行，通常采用機械調(diào)速或電氣調(diào)速方式。機械調(diào)速有機械變速箱、摩擦傳動、液壓傳動、液力傳動、液力偶合器等調(diào)速裝置，電氣調(diào)速有調(diào)壓調(diào)速、變極調(diào)速、滑差調(diào)速、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、串級調(diào)速、變頻調(diào)速等調(diào)速裝置。與機械調(diào)速相比，電氣調(diào)速以其優(yōu)良的調(diào)速性能、方便的調(diào)節(jié)手段、較高的電能利用率等特點在生產(chǎn)設(shè)備中得到廣泛的應(yīng)用。 　　近十幾年來，隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)與電力開關(guān)器件的發(fā)展，交流變頻技術(shù)從理論到實際逐漸走向成熟。變頻調(diào)速以其效率高、調(diào)速范圍大、調(diào)速精度高、特性硬、無級調(diào)速等優(yōu)點，在各種交直流調(diào)速系統(tǒng)中逐漸占主導(dǎo)地位。在各行各業(yè)的工程設(shè)計或技術(shù)改造中，尤其是節(jié)能技術(shù)改造中，變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用面正在不斷擴大，應(yīng)用也從簡單的節(jié)能向改進工藝提高產(chǎn)品質(zhì)量與產(chǎn)量的綜合型方向發(fā)展。在設(shè)計實施過程中，經(jīng)常遇到的問題是使用變頻調(diào)速器是否節(jié)約能源，能否滿足生產(chǎn)工藝求等。本文通過分析變頻調(diào)速技術(shù)節(jié)能與負載特性的關(guān)系，具體以啤酒生產(chǎn)廠家為例，闡述節(jié)能與工藝的關(guān)系，同時給出了一些定量計算值。 　　節(jié)能降耗是降低產(chǎn)品成本，提高產(chǎn)品市場競爭能力的重要技術(shù)手段。以啤酒生產(chǎn)廠家為例，國內(nèi)先進水平為70Kwh/噸左右，落后水平在200 Kwh/噸左右，相差130 Kwh/噸，5萬噸啤酒廠一年相差6500000 Kwh，直接效益3,250,000元!相差如此之大有多方面的原因，例管理問題，開工不足，非生產(chǎn)用電過多等，但設(shè)備落后、技改不力、廠家對新技術(shù)與新裝置了解不足也是客觀存在的問題，正確了解變頻調(diào)速技術(shù)、合理使用變頻調(diào)速裝置可幫助廠家有效解決設(shè)備與技改方面的問題，達到節(jié)能降耗的目的。 1 變頻調(diào)速技術(shù)的節(jié)能原理與負載關(guān)系 　　據(jù)統(tǒng)計，全國每年的發(fā)電量有一半消耗在電機上，其中絕大部份的電機為結(jié)構(gòu)簡單、方便實用、維修量很少的鼠籠式電機，例啤酒廠各種泵的電機、制冷壓縮機電機、罐裝線上傳送帶電機等，由于技術(shù)上的原因，在二十世紀(jì)八十年代前對較大功率的鼠籠式電機（幾個KW以上）進行調(diào)速控制一直是人們夢想的事，在需要進行調(diào)速變換的場合往往采用直流電機或繞線式異步電機，對環(huán)境要求較高，并不適用于啤酒廠這種潮濕場所。最近二十年來，隨著電力電子器件的發(fā)展與自動控制理論的進步，采用變頻調(diào)速技術(shù)的通用型變頻調(diào)速裝置（VVVF）價格大幅下降，在大部分的工廠用變頻調(diào)速裝置對鼠籠式電機進行調(diào)速控制已成為現(xiàn)實。 　　并不是在所有情況下用變頻調(diào)速裝置對鼠籠式電機進行調(diào)速控制都可以取得很好的節(jié)能效果，這與電動機的負載性質(zhì)有很大關(guān)系，通過大量的分析與總結(jié)，一般將電動設(shè)備負載性質(zhì)分成三類（表1）： 　　由于啤酒廠幾乎沒有恒功率負載，下面討論另兩類負載（恒轉(zhuǎn)矩類與離心風(fēng)機、水泵類）的節(jié)能特性。 　　1.1 恒轉(zhuǎn)矩類負載的節(jié)能分析 　　為了分析簡便，假定電動機的輸入功率等于這類裝置的軸功率，即不考慮裝置效率影響。 [align=center]表1 電動機負載特性的分類 [/align] 　　由于這類負載的軸功率正比于電動機轉(zhuǎn)速，有P∝n，理論上這類負載調(diào)速所節(jié)省的能量與調(diào)速范圍成正比，例轉(zhuǎn)速降到原來的一半，則比原來節(jié)省50%的功耗。啤酒廠主要耗電裝置——制冷壓縮機即為這類負載，其功率——轉(zhuǎn)速關(guān)系見圖1。 [align=center] 圖1 兩類負載理想功率—轉(zhuǎn)速圖[/align] 　　1.2 離心風(fēng)機、水泵類負載的節(jié)能分析 　　根據(jù)流體力學(xué)理論，在理論上改變離心泵轉(zhuǎn)速時，泵特性有如下關(guān)系： 　　 　　式中：Q-流量，H-揚程，P-泵軸功率，n-泵轉(zhuǎn)速，下標(biāo)1、2表示泵兩種不同轉(zhuǎn)速。 　　從上式可以看出，當(dāng)流量從100%→80%時，功率從100%→51.2%，可以節(jié)省48.8%的功耗，效果非常顯著，啤酒廠糖化車間、發(fā)酵車間的各類管道輸送泵、鍋爐上的鼓、引風(fēng)機屬這類負載，其功率——轉(zhuǎn)速關(guān)系見圖。 2 變頻調(diào)速器在啤酒廠中的應(yīng)用 　　2.1變頻調(diào)速裝置目前在啤酒廠中的主要應(yīng)用場所 　　變頻調(diào)速器應(yīng)用在啤酒廠有兩類作用：⑴節(jié)能，這類作用已被大部份的廠家所熟知;⑵改善工藝條件。目前變頻調(diào)速器主要在啤酒廠如下場所應(yīng)用（表2）： 　?、?糖化車間麥汁過濾泵上的應(yīng)用。在麥汁過濾中，為了便于糟層的形成，有必要調(diào)節(jié)過濾時麥汁的流量，傳統(tǒng)的做法是采用調(diào)節(jié)閥門控制流量，但這樣做無法控制泵入口的吸力，對調(diào)控糟層的形成不利，有廠家采用變頻調(diào)速器控制泵的轉(zhuǎn)速，這樣不僅可以改變泵流量，還可有效改變泵入口處的吸力，從而控制糟層形成的速度、松緊等，起到改善工藝條件的目的，實際證明可起到很好的效果。另外，采用變頻調(diào)速器控制泵的流量與采用閥門控制泵的流量相比，可以節(jié)約一部分能量，以某啤酒廠為例計算如下： 　　條件：①電動機功率7.5KW②過濾時間為3小時每鍋次③每年生產(chǎn)1200鍋次④調(diào)速范圍10～50Hz，隨機分布。 　　結(jié)果：保守計算：7.5＊1200＊3＊50%=13500（度），按每度0.5元，則可節(jié)約6750元/每年。 　?、?發(fā)酵罐冷媒循環(huán)供應(yīng)泵。這是一個典型的恒壓供液系統(tǒng)[1]，由于泵的功率較大，工作時間長，節(jié)能效果非常顯著，以某啤酒廠為例計算如下： 　　條件：①電動機功率22KW②每天工作24小時，一年工作360天③調(diào)速范圍30～50Hz，隨機分布。 　　結(jié)果：可節(jié)約22＊24＊360＊33.73%=64114（度），按每度0.5元，則可節(jié)約32057元/每年。 　　除了節(jié)約能量外，這種恒壓供液系統(tǒng)還有如下好處：穩(wěn)定供液壓力，防止較少發(fā)酵罐工作時管道壓力升高有可能造成的爆管事故。 　　上述兩種情況下都是調(diào)節(jié)泵出口閥門與調(diào)節(jié)泵轉(zhuǎn)速時節(jié)能分析的對比，這與管道的阻力特性曲線、液體在管內(nèi)的流動狀態(tài)（層流與紊流）、所選泵功率與實際需求功率的匹配程度有關(guān)，詳細分析見參考文獻[1]。 　?、?罐裝車間罐裝線上傳送電機。這部分裝置一般由罐裝線配套而來，功率較小，節(jié)能意義不大，也不能改善啤酒生產(chǎn)工藝條件，主要是方便罐線的柔性運行。 　　2.2變頻調(diào)速裝置在啤酒廠中應(yīng)用的下一步展望 [align=center]表2 變頻調(diào)速器應(yīng)用場所與效果簡表 [/align] 　　啤酒廠中主要耗電大戶是制冷壓縮機，功率大（幾百KW），臺數(shù)多，一般是并聯(lián)運行，靠調(diào)節(jié)運行的臺數(shù) 　　來調(diào)節(jié)制冷量，波動很大，廠家在實際使用中經(jīng)常會有這樣的感覺：生產(chǎn)旺季全部開動制冷量不夠，生產(chǎn)淡季開一臺制冷量仍過剩，靠人工檢測或感覺來調(diào)節(jié)，這樣易造成工況波動較大，浪費能量。 　　目前國內(nèi)廠家在制冷壓縮機上用變頻調(diào)速器進行控制基本上是空白，主要原因為：① 廠家對這部份使用變頻調(diào)速節(jié)能效果不了解;② 一次性投入較大，認(rèn)為有技術(shù)風(fēng)險存在。 　　其實，在供水系統(tǒng)中多臺水泵并聯(lián)運行很普遍，有時有多達幾十臺水泵并聯(lián)運行，因此多臺壓縮機并聯(lián)運行并不存在技術(shù)上的問題，但為了盡量提高節(jié)能效果與保證工藝的平穩(wěn)運行，有必要根據(jù)廠家糖化車間個數(shù)與每鍋麥汁產(chǎn)量、發(fā)酵罐的個數(shù)與容積、壓縮機的臺數(shù)與功率大小、實際制冷能力與需求制冷能力等關(guān)系建立必要的預(yù)測模型與控制策略并與發(fā)酵自控系統(tǒng)進行配合，據(jù)粗略推算，估計有15%～20%左右的節(jié)能能力，以年產(chǎn)5萬噸啤酒，每噸啤酒耗電120度計算，每年可節(jié)電900,000～1,200,000度，按每度0.5元，可節(jié)約450,000～600,000元，一年可收回全部投資。 　　除了直接效益外，還可使冷媒的溫度更加平穩(wěn)，改善發(fā)酵工藝條件，值得有經(jīng)濟實力廠家的注意。 3 結(jié)束語 　　節(jié)能降耗是降低生產(chǎn)成本的重要手段，降低生產(chǎn)成本提高產(chǎn)品市場競爭能力是廠家謀求發(fā)展的硬道理，如何利用新產(chǎn)品新技術(shù)對設(shè)備進行技術(shù)改造，是廠家要時刻關(guān)注和了解的，變頻調(diào)速器就是這樣一種新技術(shù)與新產(chǎn)品，利用它對啤酒廠某些電動設(shè)備進行改造，可起到顯著的節(jié)能效果并可改善啤酒生產(chǎn)工藝條件，值得廠家注意。 參考文獻： 　　[1]王念春.變頻調(diào)速技術(shù)在供水系統(tǒng)中應(yīng)用的節(jié)能分析[J].電工技術(shù)雜志,2001,（6）:38-40.