| 風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備多數(shù)采用異步電動機(jī)直接驅(qū)動的方式運(yùn)行，存在啟動電流大、機(jī)械沖擊、電氣保護(hù)特性差等缺點(diǎn)。不僅影響設(shè)備使用壽命，而且當(dāng)負(fù)載出現(xiàn)機(jī)械故障時不能瞬間動作保護(hù)設(shè)備，時常出現(xiàn)泵損壞同時電機(jī)也被燒毀的現(xiàn)象。 近年來，出于節(jié)能的迫切需要和對產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高的要求，加之采用變頻調(diào)速器（簡稱變頻器）易操作、免維護(hù)、控制精度高，并可以實(shí)現(xiàn)高功能化等特點(diǎn)；因而采用變頻器驅(qū)動的方案開始逐步取代風(fēng)門、擋板、閥門的控制方案。 變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理是根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系： n =60 f（1-s）／p，（式中n、f、s、p分別表示轉(zhuǎn)速、輸入頻率、電機(jī)轉(zhuǎn)差率、電機(jī)磁極對數(shù)）；通過改變電動機(jī)工作電源頻率達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。變頻器就是基于上述原理采用交-直-交電源變換技術(shù)，電力電子、微電腦控制等技術(shù)于一身的綜合性電氣產(chǎn)品。 三、節(jié)能分析 通過流體力學(xué)的基本定律可知：風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備均屬平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其轉(zhuǎn)速n與流量Q，壓力H以及軸功率P具有如下關(guān)系：Q∝n ，H∝n2，P∝n3；即，流量與轉(zhuǎn)速成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。 以一臺水泵為例，它的出口壓頭為H0（出口壓頭即泵入口和管路出口的靜壓力差），額定轉(zhuǎn)速為n0,閥門全開時的管阻特性為r0,額定工況下與之對應(yīng)的壓力為H1,出口流量為Q1。流量-轉(zhuǎn)速-壓力關(guān)系曲線如下圖所示。 在現(xiàn)場控制中，通常采用水泵定速運(yùn)行出口閥門控制流量。當(dāng)流量從Q1減小50%至Q2時，閥門開度減小使管網(wǎng)阻力特性由r0變?yōu)閞1，系統(tǒng)工作點(diǎn)沿方向I由原來的A點(diǎn)移至B點(diǎn)；受其節(jié)流作用壓力H1變?yōu)镠2。水泵軸功率實(shí)際值（kW）可由公式：P =Q·H／（η c·η b）×10-3得出。其中，P、Q 、H 、η c 、η b 分別表示功率、流量、壓力、水泵效率、傳動裝置效率，直接傳動為1。假設(shè)總效率（η c·η b）為1，則水泵由A點(diǎn)移至B點(diǎn)工作時，電機(jī)節(jié)省的功耗為AQ1OH1和BQ2OH2的面積差。如果采用調(diào)速手段改變水泵的轉(zhuǎn)速n，當(dāng)流量從Q1減小50%至Q2時，那么管網(wǎng)阻力特性為同一曲線r0，系統(tǒng)工作點(diǎn)將沿方向II由原來的A點(diǎn)移至C點(diǎn)，水泵的運(yùn)行也更趨合理。在閥門全開，只有管網(wǎng)阻力的情況下，系統(tǒng)滿足現(xiàn)場的流量要求，能耗勢必降低。此時，電機(jī)節(jié)省的功耗為AQ1OH1和CQ2OH3的面積差。比較采用閥門開度調(diào)節(jié)和水泵轉(zhuǎn)速控制，顯然使用水泵轉(zhuǎn)速控制更為有效合理，具有顯著的節(jié)能效果。 另外，從圖中還可以看出：閥門調(diào)節(jié)時將使系統(tǒng)壓力H升高，這將對管路和閥門的密封性能形成威脅和破壞；而轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)時，系統(tǒng)壓力H將隨泵轉(zhuǎn)速n的降低而降低，因此不會對系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響。 從上面的比較不難得出：當(dāng)現(xiàn)場對水泵流量的需求從100%降至50%時，采用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)將比原來的閥門調(diào)節(jié)節(jié)省BCH3H2所對應(yīng)的功率大小，節(jié)能率在75%以上。 與此相類似的，如果采用變頻調(diào)速技術(shù)改變泵類、風(fēng)機(jī)類設(shè)備轉(zhuǎn)速來控制現(xiàn)場壓力、溫度、水位等其它過程控制參量，同樣可以依據(jù)系統(tǒng)控制特性繪制出關(guān)系曲線得出上述的比較結(jié)果。亦即，采用變頻調(diào)速技術(shù)改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法，要比采用閥門、擋板調(diào)節(jié)更為節(jié)能經(jīng)濟(jì)，設(shè)備運(yùn)行工況也將得到明顯改善。 四、節(jié)能計算 對于風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備采用變頻調(diào)速后的節(jié)能效果，通常采用以下兩種方式進(jìn)行計算： 1、根據(jù)已知風(fēng)機(jī)、泵類在不同控制方式下的流量－負(fù)載關(guān)系曲線和現(xiàn)場運(yùn)行的負(fù)荷變化情況進(jìn)行計算。 以一臺IS150-125-400型離心泵為例，額定流量200.16m3/h，揚(yáng)程50m；配備Y225M-4型電動機(jī)，額定功率45kW。泵在閥門調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)時的流量－負(fù)載曲線如下圖示。根據(jù)運(yùn)行要求，水泵連續(xù)24小時運(yùn)行，其中每天11小時運(yùn)行在90%負(fù)荷，13小時運(yùn)行在50%負(fù)荷；全年運(yùn)行時間在300天。 則每年的節(jié)電量為：W1=45×11×（100%－69%）×300=46035kW·h W2=45×13×（95%－20%）×300 =131625kW·h W = W1＋W2=46035＋131625=177660kW·h 每度電按0.5元計算，則每年可節(jié)約電費(fèi)8.883萬元。 2、根據(jù)風(fēng)機(jī)、泵類平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載關(guān)系式：P / P0=（n / n0）3計算，式中為P0額定轉(zhuǎn)速n0時的功率；P為轉(zhuǎn)速n時的功率。 以一臺工業(yè)鍋爐使用的22 kW鼓風(fēng)機(jī)為例。運(yùn)行工況仍以 24小時連續(xù)運(yùn)行，其中每天11小時運(yùn)行在90%負(fù)荷（頻率按46Hz計算,擋板調(diào)節(jié)時電機(jī)功耗按98%計算），13小時運(yùn)行在50%負(fù)荷（頻率按20Hz計算，擋板調(diào)節(jié)時電機(jī)功耗按70%計算）；全年運(yùn)行時間在300天為計算依據(jù)。 則變頻調(diào)速時每年的節(jié)電量為：W1=22×11×[1－（46/50）3]×300=16067kW·h W2=22×13×[1－（20/50）3]×300=80309kW·h Wb = W1＋W2=16067＋80309=96376 kW·h 擋板開度時的節(jié)電量為：W1=22×（1－98%）×11×300=1452kW·h W2=22×（1－70%）×11×300=21780kW·h Wd = W1＋W2=1452＋21780=23232 kW·h 相比較節(jié)電量為：W= Wb－Wd=96376－23232=73144 kW·h 每度電按0.5元計算，則采用變頻調(diào)速每年可節(jié)約電費(fèi)3.657萬元。 某工廠離心式水泵參數(shù)為：離心泵型號6SA-8，額定流量53. 5 L/s，揚(yáng)程50m；所配電機(jī)Y200L2-2型37 kW。對水泵進(jìn)行閥門節(jié)流控制和電機(jī)調(diào)速控制情況下的實(shí)測數(shù)據(jù)記錄如下： 流 量L/s 時 間（h） 消耗電網(wǎng)輸出的電能（kW·h） 閥門節(jié)流調(diào)節(jié) 電機(jī)變頻調(diào)速 47 2 33.2×2=66.4 28.39×2=56.8 40 8 30×8=240 21.16×8=169.3 30 4 27×4=108 13.88×4=55.5 20 10 23.9×10=239 9.67×10=96.7 合計 24 653.4 378.3 相比之下，在一天內(nèi)變頻調(diào)速可比閥門節(jié)流控制節(jié)省275.1 kW·h的電量，節(jié)電率達(dá)42.1%。 五、結(jié)束語 風(fēng)機(jī)、泵類等設(shè)備采用變頻調(diào)速技術(shù)實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行是我國節(jié)能的一項(xiàng)重點(diǎn)推廣技術(shù)，受到國家政府的普遍重視，《中華人民共和國節(jié)約能源法》第39條就把它列為通用技術(shù)加以推廣。實(shí)踐證明，變頻器用于風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備驅(qū)動控制場合取得了顯著的節(jié)電效果，是一種理想的調(diào)速控制方式。既提高了設(shè)備效率，又滿足了生產(chǎn)工藝要求，并且因此而大大減少了設(shè)備維護(hù)、維修費(fèi)用，還降低了停產(chǎn)周期。直接和間接經(jīng)濟(jì)效益十分明顯，設(shè)備一次性投資通�？梢栽�9個月到16個月的生產(chǎn)中全部收回。 |
