摘要：交流變頻調速技術是集電子、自動控制、微電子、電機學等技術為一體的先進產品。隨著科技的發展，變頻器技術的成熟，以及其優異的調速性能、顯著的節能效果，已廣泛應用于各行各業，是電氣傳動的發展方向。一個大型建筑中用于泵類和風機類的電機是主要負荷，其中多數是適合于采用調速運行的。傳統作法是風機、泵類采用交流電動機恒速傳動，靠調節風閘和閥門的開度來調節流量，這種調節的方法是以增加管網的損耗，耗用大量的能源為代價的。如果改用調節電機轉速的辦法來調節流量，就從根本上克服了電能的浪費。隨著電力電子技術的飛速發展，變頻調速技術已日臻完善。它不僅僅可以大幅度節能，而且在改善機械性能、實現完善的自動控制、環境保護等多方面都有顯著的效果。特別是對風機、水泵的節能改造目前已在工業領域中廣泛推廣，其平均節電30%以上。由于空調系統主要設備是風機和水泵，所以節能最佳方法就是采用變頻器。

一、 變頻器節能原理
以往風機、水泵的風（流）量是通過擋板（閥門）來調節，大量的能量被擋板和閥門白白浪費。據統計，目前使用的風機、水泵大約有25-60%的能量是無謂消耗。根據風機水泵原理我們知道風機、水泵的能量與轉速一次方成正比，壓力與轉速二次方成正比，軸功率與轉速三次方成正比，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、變頻狀態下的流量與壓力關系曲線。水泵工作在A點時，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，如用閘閥調節，則工作點由A移到B，流量下降，壓力上升，軸功率減少不多；若采用變頻調速，則工作點由A移動到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。假設電機的運行頻率由工頻下調到45Hz，則
節電率=（電機工頻功率-電機變頻功率）/電機工頻功率
=（W工頻 – W變頻）/W工頻=1 -（45/50）3 =27%

圖一

二、設備基本情況與改造方案
洗煤廠有185KW渣漿泵兩臺，采用軟起動器起動，長期處于高速運行狀態，電流280A，能耗很大。因不能調節速度，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口處的儲液池，使渣漿泵長期低效率工作，造成大量能源浪費（見附圖1），為響應國家節約型社會號召以及省發改委3515節能文件要求，決定進行節能改造，具體改造方案如下：
保留原有的軟起動裝置，和變頻器一起控制電機，軟啟動作為工頻旁路備份使用。當變頻器有故障時，改為軟啟動運行。
安裝方式采用一臺變頻器帶一臺渣漿泵的方式。具體改造辦法為：關閉回流閥，采用水位閉環控制方式，在池內壁上安裝液位傳感器，利用變頻器的ＰＩＤ調節功能，當水位到達時，變頻器頻率下降，渣漿泵以低速運轉，水位越高，轉速越低；水位越低，轉速越高。同時將水位信號傳送給控制柜，使操作人員能適時了解液位狀況。通過此控制保持渣漿池內的循環基本不變。



附圖1

三、變頻控制原理圖





電機在空載或輕載運行時，通過檢測負載電流，在原有的特性曲線基
礎上減小輸出電壓，達到節能的目的

四、變頻器的性能
　　現在有很多企業已經采用新型的大功率變頻調速裝置拖動水泵，取得了良好的應用效果。我公司選用的變頻器為美國EMERSON公司產品，該產品具有以下優點：
a．電路板采用三層防護處理，具有防塵，抗潮，抗干擾等功效，針對我們選煤廠的惡劣工作環境（高煤塵、高潮濕度，強干擾），同時采用先進的電路結構設計，減少了輸出側的電流諧波，提高了功率因數，解決了對電網的諧波污染，無需任何濾波或功率因數的補償。
b．電動機實現了真正的軟啟動、軟停止，變頻器提供給電機的無諧波干擾的正弦波電流，峰值電流和峰值時間大為減少，可消除對電網和負載的沖擊，避免產生操作過電壓而損傷電機絕緣，延長了電動機和風機、水泵的使用壽命。同時，變頻器設置共振點跳轉頻率，避免了風機、水泵處于共振點運行的可能性，使風機、水泵工作平穩，軸承磨損減少，啟動平滑，消除了機械的沖擊力，提高了設備的使用壽命。
c．變頻器自身保護功能完善，同原來繼電保護比較，保護功能更多，更靈敏，瞬間過流保護(超過200%額定電流峰值)10μs,動作有效過流保護(150%額定電流)3s動作，過載保護(120%額定電流)1min動作，大大加強了對電動機的保護。
d．調速工段內的設備調節和優化控制由DCS完成，與集控系統完美結合，通過RS485和RS232接口與集控系統通訊，并通過集控系統實時監控介質泵工作情況。DCS負責采集模擬量、開關量等信號，變頻器輸出的模擬量、開關量信號全部進入DCS系統，形成閉環控制，同時實現相關輔機聯鎖功能等。
e．采用變頻調節，實現了擋板、閥門全開，減少了擋板、閥門節流損失，且能均勻調速，滿足調峰需要，節約了大量的電能，具有顯著的節電效果。
f．整機的運行噪音改善明顯：采用液力耦合器時，無論低速高速，由于電機均處于工頻運行，整機的噪音明顯，達到90dB左右，但是進行變頻改造后，整機的運行頻率下降至40Hz左右，電機的運行噪音明顯下降，低于80dB,在低速運行時基本上聽不到噪音，達到65dB以下，大大改善了現場的噪音污染。
g．由于電機降低速度運行以及工作在高效率區，電機的溫升和軸承溫升下降明顯：電機溫升由采用液力耦合器時的59℃下降至44℃，電機的前后軸承的溫度都有相應的下降，延長了風機系統的使用壽命。
h．低負荷下轉速降低，減少了機械部分的磨損和振動，延長了風機大修周期，可節省大量的檢修費用。
i．日常維護保養工作量和費用下降：采用液力耦合器估計每年的維護費用在2萬元左右，采用變頻器后，這項費用下降為數千元左右。
j．調速范圍：采用液力耦合器調速范圍具有相當大的限制，采用變頻器后，實現智能調速，系統調頻范圍0～50Hz，大大地增強了工藝調節能力。

五、節能分析
1、 按平均運行40-45HZ，電流由280A降到240A以下，節電按20%計算，每年節省功率為:
P=1.732*U*I*30%*20*30*12
P=1.732*0.38*280*30%*20*30*12=398055
每年節約電費按每度電0.6元計算約節電238833元，一年內收回投資，同時保護水泵，減少維修量，提高了生產效率。

六、 變頻其他好處
1、能對渣漿泵實現軟啟動和軟停止。
2、延長渣漿泵壽命。因轉速下降，水泵磨損減小。
3、保護功能強大。變頻器提供過載、過電流、過電壓、缺相等保護功能。

七、結束語
交流變頻調速技術是集電子、自動控制、微電子、電機學等技術為一體的先進產品。隨著科技的發展，變頻器技術的成熟，以及其優異的調速性能、顯著的節能效果，已廣泛應用于各行各業，是電氣傳動的發展方向。變頻器不僅具有對電網沖擊小，而且節能，是未來電氣行業對電動機傳動的首選調速設備。

參考文獻：
（1） 艾默生EV2000使用說明書
（2） 艾默生EC10小型系列PLC