目前，國內外很多電力拖動場合已將矢量控制的變頻器廣泛應用于通用機械、紡織、印染、造紙、軋鋼、化工等行業(yè)中交流電動機的無級調速，已明顯取得節(jié)能效果并滿足工藝和自動調速要求。但在風機、水泵應用領域仍沒有得到充分應用。其主要原因是對風機、水泵類負載可大量節(jié)能了解不夠。故此，我們將風機、水泵的節(jié)能原理和應用狀況向客戶介紹。

     ,廠房負壓風機;        全國風機、水泵用電量占產業(yè)用電的60%以上，假如能在這個領域充分使用變頻器進行變頻無級調速，對我們發(fā)展加工制造業(yè)又嚴重缺電的國家，是興國之策。

             風機，是傳送氣體裝置。水泵，是傳送水或其它液體的裝置。就其結構和工作原理而言，兩者基本相同�，F先以風機為例加以說明。

             采用優(yōu)利康變頻器對風機進行控制，屬于減少空氣動力的節(jié)電方法，它和一般常用的調節(jié)風門控制風量的方法比較，具有明顯的節(jié)電效果。

             由圖可以說明其節(jié)電原理：

             假設風機工作在A點效率最高，此時風壓為H2，風量為Q1，軸功率N1與Q1、H2的乘積成正比，在圖中可用面積AH2OQ1表示。假如生產工藝要求，風量需要從Q1減至Q2，這時用調節(jié)風門的方法相當于增加管網阻力，使管網阻力特性變到曲線（3），系統(tǒng)由原來的工況點A變到新的工況點B運行。從圖中看出，風壓反而增加，軸功率與面積BH1OQ2成正比。顯然，軸功率下降不大。假如采用變頻器調速控制方式，風機轉速由n1降到 n2，根據風機參數的比例定律，畫出在轉速n2風量（Q?H）特性，如曲線（4）所示。可見在滿足同樣風量Q2的情況下，風壓H3大幅度降低，功率N3隨著明顯減少，用面積CH3OQ2表示。節(jié)省的功率△N=（H1-H3）×Q2，用面積BH1H3C表示。顯然，節(jié)能的經濟效果是十分明顯的。

             由流體力學可知，風量與轉速的一次方成正比，風壓H與轉速的平方成正比，軸功率N與轉速的三次方成正比。采用變頻器進行調速，當風量下降到80%時，轉速也下降到80%，而軸功率N將下降到額定功率的51.2%,假如風量下降到60%,軸功率N可下降到額定功率的21.6%,當然還需要考慮由于轉速降低會引起的效率降低及附加控制裝置的效率影響等.即使這樣,這個節(jié)能數字也是很可觀的,因此在裝有風機水泵的機械中,采用轉速控制方式來調節(jié)風量或流量,在節(jié)能上是個有效的方法。

             同理，水泵的節(jié)能原理由下圖說明：

             很多用泵場合都需在維持恒壓的情況下改變給水量（流量Q）從左圖可知：當流量Q1降至Q2若不改變水泵轉速,揚程將升至B工作點，其功率可用H2＊Q2來計算，對應面積BH20Q2。原A工作點功率Q1＊HT圖上面積AHTOQ1，兩者所耗功率變化不大，假如我們降低轉速至（2）即可節(jié)能Q2＊H2－Q2＊HT=Q2（H2－HT），圖DBH2HT的面積即是節(jié)能值。再如流量變至Q3若仍以額定轉速運行，所需功率Q3＊H1，浪費能量為FCH1HT.

             與風機節(jié)能原理相同水泵電機輸出功率正比于轉速三次方關系，用變頻器進行調速，流量下降，可保持恒壓HT 若轉速下降至額定轉速的80%，軸功率下降至額定功率的51.2%,流量下降至Q3,若使揚程恒定,可使轉速下降到額定轉速的70%,此時 軸功率是額定值的34.3%,節(jié)能達65.7%,經濟效益十分明顯。

             下面舉例說明優(yōu)利康變頻器應用在鍋爐采熱系統(tǒng)上的節(jié)能效果。

             10T蒸汽鍋爐所用電機容量如下：
    引風機：55KW 鼓風機：18.5KW
    爐 排：1.5KW 給水泵：11KW （一用一備）

             本變頻控制柜可保證在供熱鍋爐正常工作的基礎上,同時達到節(jié)電、節(jié)煤以及環(huán)保的目的。

             電機總容量=55+18.5+1.5+11=86KW

             本鍋爐視為即供熱和供空調及24小時 供熱水的條件下天天工作24小時、每月30天，本變頻控制柜在起爐高額區(qū)和恒溫運行區(qū)的綜合節(jié)電率約在35%左右，由此：
一、每月節(jié)電總量=86KW×35%×24×30=21672度

             按每度電以0.75元計算，則：

         10T爐的節(jié)電資金：0.75×21672度 =16,254 元/每月 

         二、每月用煤量約為750噸，按5%節(jié)能率計算：

             1、 每月節(jié)煤量：750T×5%=37.5噸

             現按每噸煤280元計算

             2、 每月節(jié)煤資金：280元×37.5噸=10,500元

             每月節(jié)電節(jié)煤總額：16,254 +10,500=26,754元

             安裝10T鍋爐的鼓、引風、給水、爐排變頻設備和安裝監(jiān)測儀表所需投進 220,000元

             收回投資時間：220,000元÷26,754=8.22月。

         　　高壓交流變頻調速技術是上世紀90年代迅速發(fā)展起來的一種新型電力傳動調速技術，主要用于交流電動機的變頻調速，其技術和性能勝過其它任何一種調速方式（如降壓調速、變極調速、滑差調速、內反饋串級調速和液力耦合調速）。變頻調速以其明顯的節(jié)能效益、高精確的調速精度、寬范圍的調速范圍、完善的電力電子保護功能，以及易于實現的自動通訊功能，得到了廣大用戶的認可和市場的確認，在運行的安全可靠、安裝使用、維修維護等方面，也給使用者帶來了極大的便利和快捷的服務，使之成為企業(yè)采用電機節(jié)能方式的首選。

         　　山西某發(fā)電廠一期兩臺機組為500MW汽輪發(fā)電機組，兩臺機組鍋爐分別裝有兩臺引風機，均為軸流風機，風量調節(jié)為進口擋板調節(jié)方式;機組運行中，引風機的進口擋板開度最大不到85%左右。由于這樣的調節(jié)方法僅僅是改變通道的流通阻力，而驅動源的輸出功率并沒有改變，節(jié)流損失相當大，浪費了大量電能。致使廠用電率高，供電標煤耗高，發(fā)電本錢不易降低。同時，電機啟動時會產生5～7倍的沖擊電流，對電機構成損害。鍋爐引風機系統(tǒng)自動化水平低，不能及時調節(jié)，運行效率低。為此采用變頻調節(jié)方式對風機系統(tǒng)進行改造，以減少溢流和節(jié)流損失，進步系統(tǒng)運行的經濟性。

         2.鍋爐引風機高壓變頻調速系統(tǒng)構成

         　　1.鍋爐引風機的運行工況及特點

         　　根據目前設備配置和運行狀況，風量隨機組負荷變動，當需要調節(jié)風量時，由于風機的型號在早期已經選定，故只能通過進口擋板開度來解決風量的題目，造成極大浪費，同時由于這些調節(jié)裝置的響應速度，及與風量的非線性關系，使得同機組DCS系統(tǒng)配合不利，自動化水平大大降低。有鑒于此，將每臺爐的引風機改為變頻驅動。風量由DCS或手動給定4～20mA信號調節(jié)。

         　　2.鍋爐引風機高壓變頻調速系統(tǒng)構成

         　　CHH100-2200-6（適配2200kW/6kV電機）高壓變頻器1臺、系統(tǒng)旁路開關柜（2200kW）1臺（手動，用于變頻/工頻切換）、2臺500MW機組配置引風機4臺，采用“一拖一”變頻控制，共有4套引風機變頻調速系統(tǒng)。 CHH100-2200-6變頻器參數如下：

        
　　3.鍋爐引風機高壓變頻調速系統(tǒng)特點

         　　風機調速是由電廠操縱職員通過DCS系統(tǒng)的CRT上的模擬操縱器，參照煙氣溫度、鍋爐蒸汽溫度、負壓等參數，對DCS的輸出值進行調節(jié)，此輸出值為反饋給變頻器的4～20mA標準信號，對應不同的頻率（速度）給定值，變頻器通過比較轉速輸出量與DCS速度給定之間的大小，自動調節(jié)電機的轉速，實現風機轉速控制，從而達到調節(jié)的目的。 在此基礎上，經過一段時間的積累，可將不同負荷和溫度下的給定值繪制成曲線，定出安全的上下限，制成風機調速專用算法，同時利用熱工一次丈量元件，將采集的負荷和溫度參數及負壓的變化值送到機組DCS系統(tǒng)中，在機組DCS系統(tǒng)中，進行控制運算，將計算結果形成4～20mA的速度給定指令信號，反饋給變頻器，變頻器通過比較轉速輸出量與DCS速度給定之間的大小，自動調節(jié)電機的轉速，實現風機的轉速自動控制。 鍋爐引風機變頻系統(tǒng)具有如下特點：鍋爐引風機變頻系統(tǒng)，既可以變頻調速運行，也可以直接投工頻運行;為變頻器提供的交流220V控制電源掉電時，由于變頻器的控制電源和主電源沒有相位及同步要求，變頻器可以使用UPS和直流供電繼續(xù)運行，不會停機;在現場DCS速度給定信號掉線時，變頻器提供報警的同時，可按原轉速繼續(xù)運行，維持機組的工況不變;變頻器配置單元旁路功能，在局部故障時，變頻器可將故障單元旁路，降額繼續(xù)運行，減少忽然停機造成的損失;保存原電機繼續(xù)使用，不改變原有風機設備任何基礎;和電廠的DCS系統(tǒng)實現無縫連接。

         3.鍋爐引風機變頻調速節(jié)能分析計算

         　　1.風機變頻調速的節(jié)能原理

         　　當采用變頻調速時，可以按需要升降電機轉速，改變風機的性能曲線，使風機的額定參數滿足工藝要求，根據風機的相似定律，變速前后風量、風壓、功率與轉速之間的關系為： Q1/Q2=N1/N2

         　　H1/H2=（N1/N2）2

         　　P1/P2= （N1/N2）3

         　　Q1、H1、P1?風機在N1轉速時的風量、風壓、功率

         　　Q2、H2、P2?風機在N2轉速時相似工況下的風量、風壓、功率

         　　假如轉速降低一半，即：N2/N1=1/2，則P2/P1=1/8，可見降低轉速能大大降低軸功率達到節(jié)能的目的。當轉速由N1降為N2時，風機的額定工作參數Q、H、P都降低了。但從效率曲線л-Q看，Q2與Q1點的效率值基本是一樣的。

         　　也就是說當轉速降低時，額定工作參數相應降低，但效率不會降低，有時甚至會進步。因此在滿足操縱要求的條件下，風機仍能在同樣甚至更高的效率下工作。降低了轉速，風量就不再用關小風門來控制，風門始終處于全開狀態(tài)，避免了由于關小風門引起的風力損失增加，也就避免了總效率的下降，確保了能源的充分利用。 工頻50Hz電網直接啟動，對電網和機械沖擊較大，聲響很大，估算其啟動一次的損耗： WS=0.5JωO2（1+R1/R2）TM/ TM- TL，離心風機負載的平方轉矩特性與異步電動機起動時的機械特性曲線部分相似，可以TM/ TM- TL =1計。而變頻軟起動損耗很小，只有上述WS的1/10，則每年的起動節(jié)能也是很可觀的。 當采用變頻調速時，50Hz滿載時功率因數為接近1，工作電流比電機額定電流值要低很多，這是由于變頻裝置的內濾波電容產生的改善功率因數的作用，可以為電網節(jié)約容量20%左右。

         　　2.鍋爐引風機高壓變頻調速節(jié)能分析計算

         　�。�1）設備參數

         　　（2）發(fā)電機不同負荷下風機運行參數統(tǒng)計

         　�。�3）引風機節(jié)能效果分析計算

         　　工頻情況的功率計算：

         　　由于在運行過程中，爐側需根據機組負荷變化的要求同時調整A、B風機完成過程控制量的調節(jié)，且A、B風機運行性能指標一致;因此可以對A、B引風機運行數據分別合并處理。并且采用流量百分比和擋板開度之間關系的變化趨勢曲線對引風機的變頻功耗進行推倒。 Pd：電動機功率;U：電動機輸進電壓;I：電動機輸進電流;COSφ：功率因數,廠房通風降溫。計算公式： Pd=1.732×U×I×COSφ。根據公式，由電機的Pdn、I0、U0可計算得出COSφ值。引風機數據處理后得下表

         　　通過對上述數據中總功率和擋板均勻開度之間關系的變化趨勢分析，可以看出風門擋板開度和總功率之間略呈線形關系。如下圖所示：

         　　現取457、499MW負荷點的均勻開度百分比和電動機總功率數據對100%開度情況下的總耗電功率數據特性趨勢進行計算，并且推測出100%開度情況下的總耗電功率值： P100=（3192.30-3142.54）/（73.1-69.5）×（100-73.1）+3192.73=3935.89kW 即：100%擋板開度電動機全速運行情況下的實際總功率為3935.89kW。變頻情況下的功率計算及節(jié)電率分析：風機設備屬平方轉矩負載，其轉速N與流量Q，壓力H以及軸功率P具有如下關系：Q∝N,H∝N2,P∝N3,即，流量與轉速成正比，壓力與轉速的平方成正比，軸功率與轉速的立方成正比。通過風機數據，依據P//Pdn=（ N // N0）3=（Q//Q0）3公式可依次求得風機在采用變頻調速運行時各負荷對應的風機總功耗。Pdn為擋板100%全開情況下的功率值即是P100。對于風機負載，風門開度的比值可近似看成是風量的比值。 則變頻運行情況下，較工頻運行情況下的節(jié)電率：л= （Pd- Pb）/ Pd×100%。根據上述公式可得下表結果：

         4.結束語

         　　隨著廠網分開，競價上網日趨激烈，如何降低發(fā)電本錢、進步發(fā)電企業(yè)競價上網的競爭能力、加強內部治理、挖潛節(jié)能是電廠必須認真研究的一件大事，采用高壓變頻器對電廠高能耗用電設備如：送風機、引風機、給水泵、循環(huán)水泵等技術改造，不僅能收到直接的降低廠用電、降低供電煤耗，增大上電網電量帶來的直接經濟效益，而且設備乃至機組的安全可靠性進步，減少機組故障帶來的隱形經濟效益。高壓變頻器技術在發(fā)電廠有值得推廣應用的廣闊空間。