一、引言

近幾年來，隨著電力電子技術、計算機技術、自動控制技術的迅速發展，電氣傳動技術面臨著一場歷史革命，即交流調速取代直流調速和計算機數字控制技術取代模擬控制技術已成為發展趨勢。電機交流變頻調速技術是當今節電、改善工藝流程以提高產品質量和改善環境、推動技術進步的一種主要手段。變頻調速以其優異的調速和起動、制動性能，高效率、高功率因數和節電效果，其廣泛的適用范圍及其它許多優點而被國內外公認為最有發展前途的調速方式。

二、項目概述

該工廠位于上海嘉定區的曹安公路，在該車間有額定功率為132KW的鼓風機、引風機各1臺,為滿足生產工藝過程不同階段對風量的需求變化，當前引風機系統均采用傳統的進口風門檔板調節方式，它不僅增加了操作人員的勞動強度，而且也造成電能的極大浪費現象。為此，我們與該車間的生產管理和技術人員協商，本著節約能耗，降低生產成本的指導思想，對鼓風機、引風機系統提出實施變頻節能改造。作為專業化從事變頻節能技術改造的上海正藝科技公司，我們愿意竭誠為此提供可靠的產品與服務。

2010年8月，我們對該鼓風機、引風機系統進行了現場實際運行工況的考察與測量以及數據采集與記錄，并將依此作為數據依據，出據本次節能改造技術方案報告，以供廠方投資改造決策參考。

132KW鼓風機、引風機電機型號：Y315-6、額定電壓：380V，接法△，電機轉速990r/min，額定電流：246A。 上海正藝信息科技有限公司

工作工況：工頻星三角啟動，鼓風機工作電流170A，引風機工作電流140A，風機進口風門開度50%。根據實時工況，進行人工調節。上海正藝信息科技有限公司

三、變頻節能技術原理

為詮釋變頻控制節電原理，我們通常將負載類型分為：變轉矩負載特性和恒轉矩負載特性以及恒功率負載特性三大類型。由于負載特性不同，所以，在使用變頻器對電機實行控制時所采用的控制方案也截然不同。由于該公司鼓風機是屬于典型的風機變轉矩負載類型，它滿足變轉矩負載的工作特性關系，所以，下面就變轉矩類負載特點加以分析說明，以取得對該負載類型在變頻節能空間可行性上的一致認同。 變轉矩負載變頻節能技術原理分析 上海正藝信息科技有限公司

對于風機變轉矩負載特性實施變頻調速控制在原理上屬于減少流體（空氣、液體等）動力節電方法，是一種較好的、被廣泛采用的節電方法。無數實例業已證明，它比通常所采用的風門或擋板調節方式有著顯著的節電效果。下面通過圖1（流量Q與揚程H及軸功率P的關系曲線圖）來說明風機、水泵變頻調速節電原理。 對于風機、泵類負載，流量與轉速成正比：Q 1/Q2→η1/η2 , 揚程與轉速的平方成正比：H 1/H2→（η1/η2）2 ，而電機的軸功率與轉速的立方成正比：H 1/H2→（η1/η2）3 。因此，采用變頻技術調節不同流量時消耗的功率為：P變=n3Ped= Q3Ped(公式1) 上海正藝信息科技有限公司

在采用閥門或擋板控制流量時，電機在額定轉速下定速運轉，在不同流量時電機消耗的功率為：

P閥=（0.4+0.6Q）Ped(公式2)

其中，Ped為閥門或擋板全開狀態下，電機以額定轉速運行時消耗的功率，Q為流量的相對值。從（1）式和（2）式可以看出，當流量Q變為額定流量的50%時，采用變頻調速時消耗的功率為：

P變=n3Ped= Q3Ped=0.53 Ped =0.125 Ped(結論1)

采用閥門或擋板控制流量時，消耗的功率為： 上海正藝信息科技有限公司

P閥=（0.4+0.6Q）Ped=（0.4+0.6×0.5）Ped =0.7 Ped(結論2)

所以，兩種方式的節電率為：（0.7-0.125）/0.7≈82%(結論3)

在實際情況下，使用變頻調速技術后節約能耗多少的精確、精準性的前期計算具有一定的難度，它不僅與負荷的變化波動分布規律等密切相關（與時間相關的函數），而且，還與電機、水泵等在不同工作點的效率特性、管網特性等相關。然而，我們可以通過以上方式對改造項目進行能耗節約估算，以獲取投資收益前期估算。

圖1：流量Q與揚程H及軸功率P的關系曲線圖

在圖1—a 中，我們給出了流量Q與揚程H之間的變化關系特性，其中，曲線a1表示在工頻定速驅動方式下流量Q與揚程H之間的變化趨勢特性，而曲線ax則表示采用變頻調速驅動方式下風機所表現出來的流量Q與揚程H之間的變化關系特性。從曲線a1和ax在H-Q坐標系中的位置關系，可以清晰地看出，變頻驅動方式不僅可以調節流量以適應風量的需求變化，而且也在調節流量的同時降低了輸出揚程的能量消耗。而工頻定速運行方式雖然可以通過調節入口風門檔板方式調節風量的變化，但是，工頻調節風門檔板方式沒有達到降低出口揚程的目的，導致電能的極大浪費。

在圖1—b 中，我們給出了在不同流量狀態下流量與軸功率之間的關系曲線。其中，曲線1表示在不同流量需求狀態下，工頻定速運行時，通過調節風門檔板的方式，所消耗功率的變化特性。曲線2表示了在變頻驅動風量調節方式下，所消耗功率的變化特性。曲線1與曲線2之間的陰影面積就是在不同風量需求工況下的工頻與變頻所消耗能量之差。

從上圖可以看出，在不同流量時節電率是不同的，流量越小節電的比例越大。若流量的調節范圍為：（0.5～1）Qe ，并假定在這一流量范圍內各種流量的運行時間均等，則通過定積分運算可以計算出變頻調速調節所節省的平均值為：

ΔP= (Pe/0.5)∫0.51(0.4+0.6Q-Q3)dQ≈0.4 Pe上海正藝信息科技有限公司

所節省的功率可達額定功率的40%，節能潛力巨大。同時，我們應該看到，對某臺風機或水泵來說，節能的多少還與運行時間多少、調節流量與不調節流量的時間比、流量調節范圍的大小、各種流量所占總運行時間比等等因素有關。 上海正藝信息科技有限公司

在理想狀態下，若能通過變頻節能技術改造，使風機系統實現“所供即所需”目標，即實現“按需分配”原則，那么，就可以按照以上的公式，通過對各風機的工況采集數據的計算來求解節能預測指標數據，并根據這一數據決定節能改造投資方案，預估投資規模及投資收益，為節能改造投資決策服務。下面就分別對鼓風機、鼓風機系統依據以上變頻節能控制原理加以節能預測計算。

四、節能指標分析與預測估算上海正藝信息科技有限公司

對于額定功率為132KW的鼓、引風機而言，其額定功率（Pe）并不是其實際運行消耗功率（P工），由第2節項目概況中提供的該風機運行電流可以知道，風機在工頻工作狀態下消耗功率P工至少為：

P鼓工=Pe×(170/246)=0.69KW×132≈91KW

P引工=Pe×(140/246)=0.57KW×132≈75KW

為達到其相同的風量前提下，考慮到大功率風機系統在變頻運行狀態下，其最低輸出頻率的限定（暫定為25HZ—35HZ）的影響，那么在變頻驅動方式下，實行消耗功率為：

P鼓變=Pe×(0.69)3=132×0.32=42KW

P引變=Pe×(0.57)3=132×0.19=25KW 上海正藝信息科技有限公司

那么，風機實施變頻節能改造后，具有節電效率為：

ΔP鼓工變= （P工–P變）/ P工=（91–42）/91×100%=53%

ΔP引工變= （P工–P變）/ P工=（75-25）/75=66%

五、效益分析

系統節電率理論計算分別為：53%、66%，現僅取值38%和50%，鼓風機、引風機在變頻節能改造后全年節約電費的數量（電費按0.4元/KWH計算）。

①F鼓=38%×91KW×30天×24小時×12個月×0.4元/KWH≈11.9萬元

②F引=50%×75KW×30天×24小時×12個月×0.4元/KWH≈12.9萬元

風機系統全年節約電費 上海正藝信息科技有限公司

①+②=11.9+12.9=24.8萬元

按照整個節能改造費用控制在28萬元，那么系統改造后，全部投資改造費用將在十四個月收回，投資改造期短，投資收益成效顯著。

六、控制系統的產品質量主要優點

在實施變頻節能改造后，從控制系統控制精確性、設備安全性、運行可靠性、操作方便性、維護簡易性、設備使用壽命保護功能等角度看，主要優點可以歸納為以下幾個方面：

⑴ 對供電電源的檢測與保護

由于LG變頻器具有輸入電源缺相檢測與保護功能，有效地避免了輸入電源開關原因造成的輸入電源缺相給電器設備帶來的損壞；同時，由于LG變頻器采用的是交-直-交變流技術，有效地避免了由于輸入電源低壓波動給電機設備帶來的沖擊，LG變頻器具有較寬的輸入電壓允許范圍，當電源輸入電壓在340V～500V范圍波動時，LG變頻器可以使被驅動的電機完全不受這一電源電壓波動的影響。 上海正藝信息科技有限公司

⑵ 平滑啟動、停止性能減少對電網沖擊

由于采用變頻控制技術，實現了對電機的軟啟動與軟停止功能，在啟動與停止過程中實現了施加在電機上的電壓與電流逐步減小或逐步增大的過程，有效地避免了對大功率電機（國家標準建議11KW以上功率的電機采用降壓啟動措施）啟動過程給供電電網帶來的壓降變化沖擊，減少了電機啟動過程對供電電網的影響。

⑶ 對電機的通常保護

由于LG變頻器本身集成了電機參數自動檢測（AMA：Auto Motor Adapt ）、電機過流、電機過載、電機三相不平衡檢測功能，所以，無論因為負載的突然增加、電機堵轉、接地漏電等原因，你都可以不必擔心電機的意外損壞，因為LG變頻器健全的相應保護功能會立即動作，關斷輸出來保護電機，并且自動記錄下故障的原因，以便維護人員的檢修。

⑷ 對電機的獨特保護 上海正藝信息科技有限公司

① 通常大多數品牌變頻器不具備對電機所有三相的恒定監測功能，而LG變頻器具有這個功能，這個功能允許電機在有負載輸出的情況下投入變頻驅動。這一功能特點可以使采用“一控多”變頻方案下，當需要進行變頻驅動切換泵時不必等到電機完全停止時就可以投入變頻驅動，而普通變頻器在做這個驅動切換時則必須要求電機處于完全停止狀態，否則變頻器會故障或損壞；

② 由于LG變頻器采用先進的空間電壓與電流矢量控制（VVCplus）技術，所以它具有完美的正玄輸出波形（非正玄波形會對電機繞組絕緣產生破壞），尤其是在低頻時也具有這一特點，因此它對被驅動的電機絕緣等級沒有特別嚴格的要求，即便是絕緣等級為B級的電機，也可以安全、穩定、可靠的被驅動運行。而普通的頻壓特性（即V/F特性）變頻器對電機則要求較高的絕緣等級，往往在變頻驅動一段時間后電機會損壞；

③ 由于LG變頻器集成了先進的對電機進行熱保護的電子電路，它通過實時地監測和計算電機的電流、頻率和累計時間來計算出電機的溫度，與傳統的雙金屬片熱保護不同，電子熱保護不僅可以監測正常頻率運行工況下電機的熱保護，而且也考慮到了電機在低頻運行時由于風扇轉速的降低而鼓起的風扇冷卻效果的下降因素，真正實現了全頻率范圍的熱保護功能；

④ LG變頻器具有電機轉矩極限和再生作業轉矩極限保護設定功能，轉矩極限保護功能使電機在出現失步轉矩運行時（1.6Te），變頻器立即關斷輸出來保護電機，避免了電機在失速狀態下運行時帶來的進一步損壞；而再生作業轉矩保護功能限定了電機在設定發電作業運行時的轉矩極限，保護了被牽鼓拖動運轉狀態下的電機。

⑸ 對風機、齒輪等機械設備的保護

在工頻方式下，電機的每次啟動與停止都對水泵的葉片組和齒輪箱是一次沖擊性損壞，而采用變頻控制方式，可以自由地選擇從靜止到額定轉速的上升時間，從而實現了對風機葉片組與齒輪箱的無沖擊性啟動過程，延長了風機和齒輪等機械設備的合理使用壽命，減少了日常維護工作。

⑹ 風門、檔板的免調節與免維護功能 上海正藝信息科技有限公司

在工頻定速運行工況下，為滿足末端用戶對風量的需求變化，操作人員必須適時地調節位于風機入口管道上的手動閥門開度，來達到調節流量供應變化的需求，在實施變頻節能技術改造后，由于流量的供給變化可以通過變頻器來自動實現，所以，就不再需要去調節手動閥門的開度了，只要將手動閥門完全打開即可，因此，即免除了操作人員的閥門開度調節的操作工作，也免除了對手動閥門的日常維護保養工作。

⑺ 雙保險工作制方式，確保生產的不間斷進行

在實施變頻控制改造后，正常情況下通過變頻器來驅動電機向用戶供給需求風量，為保障生產的不間斷進行，我們還對每臺風機都備用了旁路工頻驅動回路，這樣既使在變頻器發生故障或老化損壞的情況下，也可以確保向用戶提供充足的風量需求，確保了生產過程的不間斷進行。

七、結束語

目前大量的風機節能改造已在各工業生產領域得到廣泛推廣和使用，并取得了驕人的節電效率。它不僅是自動化控制系統的發展趨勢，更是各企業節能降耗的實現方向。變頻節能改造投資是一項收益率較高的技改方向。

上海正藝科技愿意以“可靠的產品質量、可信的產品價格、真誠的合作伙伴關系”為宗旨，為用戶提供滿意的投資收益回報。