在當前世 界上(shàng)充滿著(zhe)“能(néng)源緊缺”的(de)時刻,“節 能(néng)”問題已成爲用(yòng)戶關心的(de)重要問題，也(yě)是我國研究 部 問題列八考察監定和(hé)衡量一個(gè)企業(yè)優劣的(de)标準之一。很多人(rén)認爲，節 約 能(néng) 源不關企業(yè)的(de)事，但(dàn)當企業(yè)在核算生産成本的(de)時候，往往就會(huì)爲居高(gāo)不 下的(de)能(néng) 耗 傷 盡腦(nǎo)筋。

變頻器(qì)産生的(de)初用(yòng)途是速度控制(zhì)，但(dàn)目前在國 内應用(yòng)較多的(de)是節 能(néng)。中國是能(néng)耗大(dà)國，能(néng)源利用(yòng)率很低，而能(néng)源儲備不足。在2003年的(de)中國電力消耗中，60-70％爲動力電，而在總容量爲5.8億千瓦的(de)電動機總容量中，隻有(yǒu)不到(dào)2000萬千瓦的(de)電動機是帶變頻控制(zhì)的(de)。據中國工(gōng)控網的(de)市場(chǎng)研究報告分(fēn)析，在中國，帶變動負載、具有(yǒu)節 能(néng) 力 的(de)電機至少(shǎo)有(yǒu)1.8億千瓦。随著(zhe)改革開(kāi)放(fàng)，人(rén)民(mín)生活水(shuǐ)平不斷提 高(gāo)。人(rén)們用(yòng)空調要求越來越高(gāo)（節 能(néng)，舒适），空調用(yòng)電量将占整個(gè)動力用(yòng)電60%。應用(yòng)和(hé)推廣變頻器(qì)讓有(yǒu)限的(de)能(néng)源發揮大(dà)作用(yòng)，對我國工(gōng)業(yè)發展有(yǒu)著(zhe)舉足輕輕重的(de)意義。因此大(dà) 力提倡節 能(néng) 措施，并著(zhe)重推 薦了變頻調速技 術(shù)。

應用(yòng)變頻調速，可(kě)以大(dà)大(dà)提 高(gāo)電機轉速的(de)控制(zhì)精度，使電機在節 能(néng)的(de)轉速下運行(xíng)。以水(shuǐ)泵爲例，根據流體力學原理(lǐ)，軸功率與轉速的(de)三次方成正比。當所需水(shuǐ)量減少(shǎo)，水(shuǐ)泵轉速降低時，其功率按轉速的(de)三次方下降。因此，精 确調速的(de)節電效 果非 常 可(kě)觀。與此類似，許多變動負載電機一般按需求來生産電動機的(de)容量，故設計(jì)餘量偏大(dà)。而在實際運行(xíng)中，輕載運行(xíng)的(de)時間所占比例卻非 常 高(gāo)。如(rú)采用(yòng)變頻調速，可(kě)大(dà)大(dà)提 高(gāo)輕載運行(xíng)時的(de)工(gōng)作效率。因此，變動負載的(de)節 能(néng)潛 力巨 大(dà)。

交流異步電動機的(de)節電措施，就采用(yòng)不同方式的(de)調速節 能(néng)，一般較爲常用(yòng)的(de)調速方法有(yǒu)液力耦台器(qì)調速、串級調速、電磁調速和(hé)變額調速四種。相(xiàng)比而言，變頻調速節電效果顯著，近年來應用(yòng)較爲廣 泛，尤 其在風機、水(shuǐ)泵方面。

一、調節水(shuǐ)泵轉速的(de)節電原理(lǐ) 

根據水(shuǐ)泵所耗功率與轉速的(de)三次方成正比的(de)原理(lǐ)。

P  =  Kn3（1）     

式中：P———功率，W

K———比例系數

n———電機轉速，r/min 

   若所需要的(de)流量減少(shǎo)20%，III相(xiàng)應的(de)電機轉速應降低20，實際轉速爲80，則（0.8）3≈51%。水(shuǐ)泵節 能(néng)可(kě)達50。如(rú)降低一半轉速，則（0.5）3≈13%.可(kě)望節電87%。基于這一原理(lǐ)，經可(kě)行(xíng)性調研，    采用(yòng)交流變頻技 術(shù)控制(zhì)水(shuǐ)泵的(de)運行(xíng)，這在節電上(shàng)是行(xíng)之有(yǒu) 效的(de)方法。

   下圖繪出了閥門控制(zhì)調節和(hé)變頻調速控制(zhì)兩種狀态的(de)水(shuǐ)泵功率消耗——流量關系曲線。 

 

上(shàng)圖顯示了變頻器(qì)控制(zhì)和(hé)閥門控制(zhì)水(shuǐ)泵所消耗的(de)不同功率，從上(shàng)圖總我們可(kě)以清楚的(de)看出在水(shuǐ)泵流量爲額定的(de)60％時，變頻器(qì)控制(zhì)與閥門控制(zhì)相(xiàng)比，功率下降了60％；所以水(shuǐ)泵僅 僅依靠閥門控制(zhì)是遠遠不夠的(de)，進行(xíng)變頻器(qì)控制(zhì)的(de)節 能(néng)改造是十 分(fēn)  必 要的(de)。  

    對于水(shuǐ)泵來說，流量Q與轉速N成正比，揚程H與轉速N的(de)二次方成正比，而軸功率與P與轉速N的(de)三次方成正比，下表列出了它們之間的(de)關系變化而軸功率與P與轉速N的(de)三次方成正比，下表列出了它們之間的(de)關系變化：    

    水(shuǐ)泵轉速N%    運行(xíng)頻率F(Hz)   水(shuǐ)泵揚程H%     軸功率P％   節電率％  

        100                     50                      100                 100                0  

        90                       45                       81                 72.9             27.1  

        80                       40                       64                 51.2             48.8  

        70                      35                       49                 34.3             65.7  

        60                       30                       36                 21.6             78.4  

    從上(shàng)表中可(kě)見用(yòng)變頻調速的(de)方法來減少(shǎo)水(shuǐ)泵流量進行(xíng)節能(néng)改造的(de)經濟效益是十分(fēn)顯著的(de)，當所需流量減少(shǎo)，水(shuǐ)泵轉速降低時，其電動機的(de)所需功率按轉速的(de)三次方下降；  

    當水(shuǐ)泵轉速下降到(dào)額定轉速的(de)10%即F=45Hz時，其電動機軸功率下降了27.1%，水(shuǐ)泵節電率爲27.1％；  

    當水(shuǐ)泵轉速下降到(dào)額定轉速的(de)20%即F=40Hz時，其電動機軸功率下降了48.8%，水(shuǐ)泵節電率爲48.8％；  

    當水(shuǐ)泵轉速下降到(dào)額定轉速的(de)30%即F=35Hz時，其電動機軸功率下降了65.7%，水(shuǐ)泵節電率爲65.7％；  

    當水(shuǐ)泵轉速下降到(dào)額定轉速的(de)60%即F=30Hz時，其電動機軸功率下降了78.4%，水(shuǐ)泵節電率爲78.4% ；  

二、冷(lěng)凍和(hé)冷(lěng)卻水(shuǐ)泵節電率的(de)計(jì)算：  

  計(jì)算公式：冷(lěng)凍和(hé)冷(lěng)卻水(shuǐ)泵節電率=[1－（變頻器(qì)運行(xíng)頻率÷50Hz）3]×100%   

    例如(rú)：水(shuǐ)泵轉速降低30％，即變頻器(qì)運行(xíng)頻率＝35Hz  

         水(shuǐ)泵節電率＝[1－（35Hz÷50Hz）3]×100%＝65.7％  

      水(shuǐ)泵轉速降低20％，即變頻器(qì)運行(xíng)頻率＝40Hz  

      水(shuǐ)泵節電率＝[1－（40Hz÷50Hz）3]×100%＝48.8％

 

下面以鋼廠(chǎng)軋鋼車(chē)間的(de)加熱(rè)爐鼓風機電動機爲例，計(jì)算變頻器(qì)節 能(néng) 效果。

    鋼廠(chǎng)軋鋼車(chē)間的(de)加熱(rè)爐鼓風機電動機的(de)數據是：P=55KW，N=980r/min，在輸出風量相(xiàng)同的(de)前提下，配用(yòng)變頻器(qì)前後的(de)實測數據是：⑴配用(yòng)變頻器(qì)前（用(yòng)風門調節風量）U1=380V，I1=82A，P1=48KW

　　 ⑵配用(yòng)變頻器(qì)後 U1=380V，I1=42A，P1=27KW

　　 所測數據均爲電源側的(de)數據。今就其 節 能(néng)效果計(jì)算如(rú)下：

　　 1.電動機節 能(néng) 計(jì)算

　　 ⑴配用(yòng)變頻器(qì)前的(de)年消耗電能(néng) （按 每天工(gōng)作24h、每年工(gōng)作250天計(jì)）

　　 W1=48*24*250KW·h=288000KW·h

　　 ⑵

　　 W2=27*24*250 KW·h=162000KW·h

　　 年節約電能(néng)

　　 △W=（288000-162000）KW·h=126000KW·h

　　 2.線路(lù)損耗的(de)節 能(néng) 該廠(chǎng)從電站到(dào)軋鋼車(chē)間鼓風機房的(de)線路(lù)總長爲L=1.5Km,銅導線截面爲S=100mm平方，配用(yòng)變頻器(qì)前後線路(lù)損耗的(de)計(jì)算如(rú)下：

　　 ⑴單根導線的(de)電阻

　　 r=0.017*1500/100Ω=0.255Ω

　　 式中0.017是銅的(de)電阻率，單位是Ω·mm平方/m。

　　 ⑵配用(yòng)變頻器(qì)前的(de)線路(lù)損耗

　　 P1=3*82平方*0.255/1000KW=5.14KW

　　 W1=15.14*24*250KW·h=30840KW·h

　　 ⑶配用(yòng)變頻器(qì)後的(de)線路(lù)損耗

　　 P2=3*42平方*0.255/1000KW=1.35KW

　　 W2=1.35*24*250=8100KW·h

　　 ⑷年節約的(de)線路(lù)損耗

　　 △W=30840-8100=22740KW·h

　　

　　 3.年節 能(néng)總計(jì)

　　 △W∑=（126000+22740）KW·h=1487400KW·h

　　 如(rú)每千瓦小(xiǎo)時電能(néng)的(de)電費按0.5元計(jì)算，則年節約電費

　　 △￥=0.5*148740=74370元

　　 一年節約的(de)資金(jīn)超 過了一台55KW變頻器(qì)的(de)價格，即用(yòng)不了一年，因采用(yòng)了變頻調速技 術(shù)所需的(de)投資費用(yòng)可(kě) 回。

目前，酒店(diàn)供水(shuǐ)系統設計(jì)時電動機功率偏大(dà)，酒店(diàn)供水(shuǐ)的(de)時間特點，白天用(yòng)水(shuǐ)量較少(shǎo)，晚上(shàng)的(de)用(yòng)水(shuǐ)量相(xiàng)對多一些，淩晨是用(yòng)水(shuǐ)低谷，所以既要實現節 能(néng)，還要保 證用(yòng)水(shuǐ)高(gāo)峰時的(de)供水(shuǐ)量，由于水(shuǐ)泵不能(néng)調速，所以水(shuǐ)泵隻能(néng)以額定功率運行(xíng)，在大(dà)部分(fēn)的(de)時間電能(néng)隻好白白浪費。在采取變頻器(qì)控制(zhì)的(de)方式下，控制(zhì)系統采集水(shuǐ)壓值或者流量值，根據所要求的(de)水(shuǐ)壓或者水(shuǐ)流量進行(xíng)PID智 能(néng)控制(zhì)，實現恒壓供水(shuǐ)或者恒流量供水(shuǐ)，或者根據不同時間段用(yòng)水(shuǐ)量的(de)多少(shǎo)設定頻率曲線，使水(shuǐ)泵在一 天内自動改變運行(xíng)頻率，實現智 能(néng)供水(shuǐ)。

貴公司一台55KW的(de)水(shuǐ)泵，如(rú)果工(gōng)頻直接啓動變頻器(qì)，耗電參數：

一天内

0：00—6：00

6：00—18：00

18：00—24：00

閥門開(kāi)度

30%

70%

90%

耗能(néng)/工(gōng)頻耗能(néng)

80%

90%

95%

耗電功率（KW）

55*80%*6=264

55*90%*9=445.5

55*95%*9=470.25

總耗電量（KWH）

264+445.5+470.25=1179.5

 

 

使用(yòng)變頻器(qì)後, 耗電參數：

 

一天内

0：00—6：00

6：00—18：00

18：00—24：00

工(gōng)作頻率

30HZ

40HZ

45HZ

耗能(néng)/工(gōng)頻耗能(néng)

21.6%

51.2%

72.9%

耗電功率（KW）

55*21.6%*6=71.28

55*51.2%*9=253.44

55*72.9%*9=360.86

總耗電（KWH）

71.28+253.44+360.86=685.15

一天内節電量：1179.5-685.15=494.35

計(jì)算可(kě)得一年内，可(kě)節約能(néng)源

      365*494.35=180437.75（KWH）

每度電按0.5計(jì)算，一年内共可(kě)節約費用(yòng)

      180437.75*0.5=90218.88（元）

由此可(kě)以得出：不需一年即 可(kě) 收回成本。

 

水(shuǐ)泵節 改造的(de)必 要性.

    由于設計(jì)時，供水(shuǐ)系統必 須按負荷 大(dà)時設計(jì)，并且留10-20%設計(jì)餘量，然而實際上(shàng)絕 大(dà)部分(fēn)時間是不會(huì)運行(xíng)在滿負荷狀态下，存在較大(dà)的(de)富餘，所以 節 能(néng) 的(de)潛 力就較大(dà) 。 水(shuǐ)泵 水(shuǐ)泵系統的(de)流量與壓差是靠閥門和(hé)旁通調節來完成，因此，不可(kě)避免地(dì)存在較大(dà)截流損失和(hé)大(dà)流量、高(gāo)壓力、低溫差的(de)現象，不僅大(dà)量浪費電能(néng)，而且還造成末端達不到(dào)合理(lǐ)效果的(de)情況。爲了解決這些問題需使水(shuǐ)泵随著(zhe)負載的(de)變化調節水(shuǐ)流量并關閉旁通。 再因水(shuǐ)泵采用(yòng)的(de)是Y-△起動方式，電機的(de)起動電流均爲其額定電流的(de)3～4倍，一台55KW的(de)電動機其起動電流将 達 到(dào)300A，在如(rú)此大(dà)的(de)電流沖擊下，接觸器(qì)、電機的(de)使用(yòng)壽命大(dà)大(dà)下降，同時，起動時的(de)機械沖擊和(hé)停泵時水(shuǐ)錘現象，容易對機械散件(jiàn)、軸承、閥門、管道等造成破壞，從而增加維修工(gōng)作量和(hé)備品、備件(jiàn)費用(yòng)。 綜上(shàng)，爲了節約能(néng)源和(hé)費用(yòng)，需對水(shuǐ)泵系統進行(xíng)改造，經市場(chǎng)調查與了解采用(yòng)成熟的(de)變頻器(qì)來實現，以便達 到(dào) 能(néng) 和(hé)延長電機、接觸器(qì)及機械散件(jiàn)、軸承、閥門、管道的(de)使用(yòng)壽命。 這是因爲變頻器(qì)能(néng)根據冷(lěng)凍水(shuǐ)泵和(hé)冷(lěng)卻水(shuǐ)泵負載變化随之調整水(shuǐ)泵電機的(de)轉速，在系統正常工(gōng)作的(de)情況下使冷(lěng)凍水(shuǐ)泵和(hé)冷(lěng)卻水(shuǐ)泵作出相(xiàng)應調節，以達 到(dào) 節 能(néng)目的(de)。水(shuǐ)泵電機轉速下降，電機從電網吸收的(de)電能(néng)就會(huì)大(dà)大(dà)減少(shǎo)。 再因變頻器(qì)是軟啓動方式，采用(yòng)變頻器(qì)控制(zhì)電機後，電機在起動時及運轉過程中均無沖擊電流，而沖擊電流是影響接觸器(qì)、電機使用(yòng)壽命主要、直接的(de)因素，同時采用(yòng)變頻器(qì)控制(zhì)電機後還可(kě)避免水(shuǐ)垂現象，因此可(kě)大(dà)大(dà)延長電機、接觸器(qì)及機械散件(jiàn)、軸承、閥門、管道的(de)使用(yòng)壽命

總的(de)來講，采用(yòng)變頻器(qì)控制(zhì)風機有(yǒu)如(rú)下優點：

（1）節電效果明(míng)顯

（2）降低空調機組噪聲

（3）減輕操作人(rén)員的(de)勞動強度

（4）變頻器(qì)軟啓動和(hé)調速平穩，所減少(shǎo)對電網沖擊

變頻器(qì)應用(yòng)于水(shuǐ)泵進行(xíng)無級調速。一方面可(kě)節電，另一方面創 造一個(gè)舒适環境，提 高(gāo)工(gōng)作效率。是企業(yè)技 術(shù)改造和(hé)産品 更 新 換代的(de)理(lǐ)想設備。

台達變頻器(qì)集計(jì)算機 技 術(shù)，電工(gōng)技 術(shù)和(hé)控制(zhì)技 術(shù)爲一體的(de)技 術(shù)産品，應用(yòng)于風機、泵類壓縮機、破碎機、紡織機、空調機、内燃機車(chē)、以及工(gōng)礦電動車(chē)輛等需要電動機調速的(de)各 種用(yòng)電設備。采用(yòng)這一技 術(shù)可(kě)獲得20～70%的(de)節電效益。