前言
能源短缺和環(huán)境污染是人類當(dāng)前共同面臨的世紀性難題,。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。
一,、節(jié)電原理 調(diào)速節(jié)電
1.1改造項目介紹
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）,。
1.2運行工況分析（以風(fēng)機為例說明）
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：
?。?）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,。
?。?）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,。
1.3改造建議
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,，我們做了詳細的市場調(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,，進行破碎除塵風(fēng)機，湖邊水泵和浮選機的改造,。
二,、變頻改造的節(jié)能分析
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：
當(dāng)電動機的轉(zhuǎn)速由n1變化到n2時, Q,、 H、 P與轉(zhuǎn)速的關(guān)系如下:
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%。
如下圖所示,，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,。
圖3-1 風(fēng)機的運行曲線
當(dāng)所需風(fēng)量從Q1減小到Q2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P2與面積H2×Q2成正比;如果采用調(diào)速控制方式,，風(fēng)機轉(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)速裝置的附加損耗,，通過實踐的統(tǒng)計，風(fēng)機類通過調(diào)速控制可節(jié)能達20%～50%,。
2.2變頻改造節(jié)能分析
改造前工頻運行功率計算公式
其中： U——電機電壓,，kV;
I——電機電流，A;
P1——單一負荷下工頻運行功率,， kW;
——單一負荷下運行功率因數(shù),，小于額定功率因數(shù)。
其中： T——全年平均運行時間,，h;
P1——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;
C1——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： 
計算出
的比,。
其中： P1——工頻運行功率，KW;
P額——額定軸功率,，KW;
——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Q1-Q2,，其中Q2為改造后的風(fēng)量。所以
,。再根據(jù)
,，即
計算出P2。其中P2是變頻改造后預(yù)計運行功率,，η為變頻裝置的效率,。
其中C2——改造后總耗電量，kW·h,。
2.3節(jié)能對照表：風(fēng)機,、水泵變頻調(diào)速時的能耗比較
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）,。
2.4 破碎除塵風(fēng)機技改前后能耗對照表
三、變頻調(diào)速其他附加好處
?。?）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。
?。?）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）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,。
?。?）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,、溫升等多項保護功能,，更完善地保護了電機。
?。?）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)均可正常運行,。
四,、結(jié) 論
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,。