變頻調速能帶來什么？變頻調速電機系統節能改造的效益分析
發布時間：
2018-10-08 03:10
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隨著政府提出建設資源節約型、環境友好型社會的政策，近年來，國家和地方政府頒布實施了一系列旨在推廣節能技術、提高能源利用效率、促進節能降耗和污染治理的政策法規。減少排放。電機系統節能是國家啟動的十大重點節能工程之一。國家發展規劃要求應推廣變頻調速節能技術，即風機、水泵、壓縮機等通用機械系統采用變頻調速節能措施。交流電動機變頻過程調速技術。在 "十一五 "期間，我國將提高電機系統運行效率 2 個百分點，形成年節能能力 200 億千瓦時的目標。
1 電機系統變頻調速節能背景
采用變頻調速技術是節能降耗的重要途徑。當水泵、風機等恒轉矩負載不進行調速時，當需要改變流量時，只能通過機械調節來調整閥門的開啟角度。雖然流量下降，但水泵或風機的出口壓力增加，功率下降并不明顯。近似于恒功率負載，導致功率利用率極低（要克服調節器的阻力）。使用變頻調速時，如果流量需求減少，可降低泵或風扇的轉速以滿足要求。泵或風扇的功率與轉速的立方成正比。當轉速降低時，功率將迅速下降。
大部分風機和泵的負荷設計都有較大的余量，部分設備還考慮了擴容。容量選定后，閥門并非常年全開，另一部分設備要根據生產情況調節閥門控制流量；還有一部分設備在降速過程中不斷變化，電機沒有調整好。上述設備的耗電量長期維持在較高水平，浪費現象嚴重。
在實際生產現場，為了保證生產的可靠性，各種生產設備在設計時都留有一定的動力驅動余量。電機不能滿負荷運轉。除動力驅動要求外，過大的轉矩會增加有功功率的消耗，造成電能浪費。當壓力較高時，可降低電機的運行速度，使其處于恒壓狀態。節約能源。
2 電機系統變頻調速的節能原理
根據流體力學基本定律，風機和水泵是變力矩負載。轉速 n 與流量 q、壓力 p 和軸功率 P 成正比。在比例上，軸功率與轉速的立方成正比。
Q1/Q2 = n1/n2=f1/f2
H1/H2 = (n1/n2)2
P1/P2 = (n1/n2)3
可見，降低電機轉速可以達到立方體節能效果。這就是變頻電機控制對電機容量預留和生產負荷相位調整的節能原理。
變頻器開啟后，其控制的電機系統的功率因數可以提高，配電系統的網損可以降低。
因此，采用可靠的高、低壓變頻節能技術和產品對廠區現有生產系統進行技術改造，以變頻器為主要節能手段，通過對上述各類高、低壓電機帶動的風機、水泵、空氣壓縮 機等負載進行變頻控制和改造，從而實現節能減排，保證電機變頻節能改造項目的投資，達到預期的經濟性。
3 電機系統變頻調速節能
下面通過對各種高、低壓電機變頻改造方案的數據分析和效果舉例，直觀了解改造后的經濟效益。
1800kW 高溫風機
10kV1800kW 高溫風機運行狀態：電機改造前實際運行電流為 116A，當前耗電量為 1.732×10.5×116×0.85=1793KW，原系統采用液力偶合器調速，調速78.5%，變頻折算功率0.7853×1800/0.96=908KW，節電1793-908=885KW，液力偶合器歷來用于需要調速的流體機械（如風機、水泵等），節電效果相當可觀。率可達 25%。因此，變頻實際節電約為 437KW，變頻可節電 25%。年運行 7200 小時，電費 0.50 元，年節電費用為 437× 7200× 0.50=157 萬元，按目前國內變頻器價格計算，2 年可回收變頻器投資。
改造方法： 計劃將變頻器配置為變頻功能，風門由 DCS 給定頻率全開。
鍋爐鼓風機（355KW）
變頻節能計算： 由于風門的平均開度為 50%，因此實際流量約為額定流量的 70%。由上表曲線可知，采用變頻調速時額定功率消耗的 36%，額定功率消耗的葉片調節。64%，兩者相比，變頻調節可節省額定功率消耗的 28%。變頻時每小時355×；0.95×28%=94.4kw，每年7200小時，電費0.50元，年節能94.4kw×7200×0.50=34萬元，按目前國內變頻器價格計算，1年半可回收變頻器投資。
改造方法： 計劃將變頻器配置為變頻功能，風門全開由 DCS 給定頻率。
給水泵（90KW）
運行條件：電機實際電流 147A，管道出口壓力 5kg
變頻節能計算：電機當前實際耗電量 1.732×380V×
147A×0.88=85.5KW
變頻后恒定供水壓力約為3.95kg，根據公式計算變頻后實際耗電量；
(3.95/5) 1.5×85.5kw/0.98=61.56kw
每小時節電 85.5 千瓦-61.56 千瓦=23.94 度
每年節能：23.94 度 & 次；8000 小時 = 192,000 度
可回收逆變器投資一年半。
改造方法： 計劃配置 2 臺變頻器，具有 "變頻切換 "和恒壓控制功能。
通常情況下，當壓力達到最大值時，空壓機減壓卸載的方法是：關閉進氣閥，使空壓機不需要壓縮氣體做功，但空壓機的電機仍驅動空壓機運動。據估計，空壓機在卸載時的能耗約占空壓機全部運行能耗的 10%-15%。在卸載期間，空壓機無所事事，白白消耗能源。同時，分離罐中多余的壓縮空氣通過排氣閥排空，這種調節方式也造成了能源的極大浪費。
改造方法： 計劃配置變頻器。壓力變送器將儲氣罐的壓力信號轉換成電信號，送入 PID 調節器與壓力設定值進行比較，根據差值大小按照既定的 PID 控制模式進行 PID 調節。運行中產生控制信號，控制變頻器的輸出頻率，自動調節電機轉速，使實際壓力始終保持在給定壓力。變頻改造后，空壓機大部分時間不會出現空載現象。此外，采用該方案后，空壓機電機可通過變頻器實現從靜態到穩定轉速的軟啟動，避免了啟動時的大電流和啟動時對空壓機的機械沖擊，見圖 4。
變頻節能計算： 根據電流表，電機的實際功耗為 225KW。變頻改造后大部分時間不會卸載。按當前卸載時間估算，節電率約為 29%。
年節電：225KW×29%×7920 小時=5167 萬度，1 年半可回收變頻器投資
4 電機系統變頻調速節能的其他效果
4.1 變頻改造后，功率因數提高。
4.2 變頻改造后，提高自動化水平，降低工人勞動強度，提高工藝水平。
4.3 變頻改造后，電機軟啟動，對電網、電機、機械無任何影響，大大延長了設備的使用壽命。
4.4 變頻器具有過流、過壓、過載、短路、開路、缺相等多重保護功能，有效保護電機和電網，便于查找故障和維修。
5 結論
由上可知，在工業生產領域以變頻器為主要節能手段對相關電機系統進行技術改造，可以實現節能減排，同時保證電機變頻節能改造項目的投資達到預期的經濟性，一般在投入使用后2年內。即可收回投資。同時，經過變頻改造后，耗電量將大大降低，企業的生產成本也將隨之降低，使企業走上良性循環的道路。
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