变频调速技术在风机以及泵类中的应用

　　成本增加，设备使用寿命缩短，设备维护、维修费用高居不下。

　　泵类设备在生产领域同样有着广阔的应用空间，提水泵站、水池储罐给排系统、工业水（油）循环系统、热交换系统均使用离心泵、轴流泵、齿轮泵、柱塞泵等设备。而且，根据不同的生产需求往往采用调整阀、回流阀、截止阀等节流设备进行流量、压力、水位等信号的控制。这样，不仅造成大量的能源浪费，管路、阀门等密封性能的破坏，还加速了泵腔、阀体的磨损和汽蚀，严重时损坏设备、影响生产、危及产品质量。

　　风机、泵类设备多数采用异步电动机直接驱动的方式运行，存在启动电流大、机械冲击、电气保护特性差等缺点。不仅影响设备使用寿命，而且当负载出现机械故障时不能瞬间动作保护设备，时常出现泵损坏同时电机也被烧毁的现象。

　　近年来，由于节能的迫切需要和对产品质量不断提高的要求，加之采用变频调速器（简称变频器）易操作、免维护、控制精度高，并可以实现高功能化等特点；因而采用变频器驱动的方案开始逐步取代风门、挡板、阀门的控制方案。

　　变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系：=60/（1-）/户，（、/、户分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数）；通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。变频器就是基于上述原理采用交一直一交电源变换技术，电力电子、微电脑控制等技术于身的综合性电气产品。

　　2节能分析通过流体力学的基本定律可知：风机、泵类设备均属平方转矩负载，其转速与流量0，压力丑以及轴功率P具有如下关系：0，丑2，尸3；即，流量与转速成正比，压力与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。

　　以一台水泵为例，它的出口压头为丑0（出口压头即泵入口和管路出口的静压力差），额定转速为0，阀门全开时的管阻特性为ro，额定工况下与之对应的压力为州，出口流量为01.在现场控制中，通常采用水泵定速运行出口阀门控制流量。当流量从01减小50至02时，阀门开度减小使管网阻力特性由ro变为ri，系统工作点沿方向/由原来的儿点移至S点；受其节流作用压力州变为仇水泵轴功率实际值（kW）可由公式：户=0丑/（c.b）Xl0-3得出。其中，P、Q、H、Pc、57b分别表示功率、流量、压力、水泵效率、传动装置效率，直接传动为1，假设总效率（77b）为1，则水泵由儿点移至S点工作时，电机节省的功耗为01州和S02O历的面积差。如果采用调速手段改变水泵的转速，当流量从01减小50至02时，那么管网阻力特性为同一曲线r.，系统工作点将沿方向//由原来的儿点移至C点，水泵的运行也更趋合理。在阀门全开，只有管网阻力的情况下，系统满足现场的流量要求，能耗势必降低。此时，电机节省的功耗为4010州和C02CW3的面积差。比较采用阀门开度调节和水泵转速控制，显然使用水泵转速控制更为有效合理，具有显著的节能效果。

　　另外，阀门调节时将使系统压力H升高，这将对管路和阀门的密封性能形成威胁和破坏；而转速调节时，系统压力好将随泵转速的降低而降低，因此不会对系统产生不良影响。

　　从上面的比较不难得出：当现场对水泵流量的需求从100降至50时，采用转速调节将比原来的阀门调节节省所对应的功率大小，节能率在75以上。与此相类似的，如果采用变频调速技术改变泵类、风机类设备转速来控制现场压力、温度、水位等其它过程控制参量，同样可以依据系统控制特性绘制出关系曲线得出上述的比较结果。

　　亦即，采用变频调速技术改变电机转速的方法，要比采用阀门、挡板调节更为节能经济，设备运行工况也将得到明显改善。

　　3节能计算对于风机、泵类设备采用变频调速后的节能效果，通常采用以下两种方式进行计算：根据已知风机、泵类在不同控制方式下的流量一负载关系曲线和现场运行的负荷变化情况进行计算。以一台丨S150-125-400型离心泵为例，额定流量200.16m3/h，扬程50m；配备Y225M-4型电动机，额定功率45kW，根据运行要求，水泵连续24h运行，其中每天11h运行在90负荷，13h运行在50负荷；全年运行时间在300d.每度电按0.5元计算，则每年可节约电费8.883万元。

　　根据风机、泵类平方转矩负载关系式计算。以一台工业锅炉使用的22kW鼓风机为例。运行工况仍以24h连续运行，其中每天11h运行在90负荷（频率按46Hz计算，挡板调节时电机功耗按98计算），13h运行在50负荷（频率按20Hz计算，挡板调节时电机功耗按70计算）；全年运行时间在300d为计算依据。

　　每度电按0.5元计算，则采用变频调速每年可节约电费3.657万元。

　　4结语风机、泵类等设备采用变频调速技术实现节能运行是我国节能的项重点推广技术，实践证明，变频器用于风机、泵类设备驱动控制场合取得了显著的节电效果，是一种理想的调速控制方式。既提高了设备效率，又满足了生产工艺要求，并且因此而大大减少了设备维护、维修费用，还降低了停产周期。直接和间接经济效益十分明显，设备一次性投资通常可以在9个月到16个月的生产中全部收回。

　　师，冀中能源邯矿集团公司亨健矿业公司机电副总经理。

　　（：2008-09-20；编辑：毛志国）