前言
能源短缺和環(huán)境污染是人類當前共同面臨的世紀性難題。我國人口眾多，能源資源相對匱乏,節(jié)約能源猶顯重要。
電力資源是資源戰(zhàn)略問題中的重中之重，是國民經濟和社會發(fā)展的重要基礎。通過技術進步，逐步提高電力利用效率，節(jié)省有限的自然資源，保護環(huán)境，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。
“十一五”規(guī)劃建設目標是實現(xiàn)單位GDP能耗下降20%，主要途徑有三個，包括結構節(jié)能、推進技術節(jié)能及管理節(jié)能。據(jù)資料顯示我國高、低壓電動機總容量在35000MW以上，大部分為風機泵類負載，它們大多工作在高能耗、低效率狀態(tài)。覆蓋電力、石油、化工、冶金、制造、環(huán)保、市政等行業(yè)，其耗電量占全國總用電量的40%左右。而水泵和風機的一個特點是負載轉矩與轉速的平方成正比，軸功率與轉速的立方成正比。如可根據(jù)所需的流量調節(jié)轉速，就可獲得很好的節(jié)電效果，一般可節(jié)電20%～50%。
目前我國大型異步電動機應用變頻調速剛剛起步，但國外已經廣泛使用，而且隨著電力電子器件的發(fā)展，高壓變頻裝置的型式多種多樣。通過他們長期的運行實踐可以發(fā)現(xiàn)：應用高壓大功率變頻調速系統(tǒng)的經濟效益良好、其可靠性也可以得到保證。變頻調速以其優(yōu)異的調速、起動和制動性能、高效率、高功率因數(shù)、良好的節(jié)電效果及廣泛的適用范圍等優(yōu)點被國內外公認為是最有發(fā)展前途的調速方式。
我公司結合本單位的實際情況，根據(jù)集團公司的要求專門成立了節(jié)能辦公室，使整體能耗下降12%，在風機、水泵上的應用效果猶其明顯。
一、節(jié)電原理 調速節(jié)電
1.1改造項目介紹
礦石破碎除塵離心風機，取水離心水泵，浮選機組（特性與水泵相似）。
1.2運行工況分析（以風機為例說明）
在實際運行時，由于采用進風門擋板調節(jié)，大部分的能量都被消耗在擋板上了，且擋板的開度越小則耗能就更多。在一般情況下，采用擋板調節(jié)的風機其實際消耗功率與風量大致成正比，與風門的開度也大致成正比，從上述工況中的風門開度及電流參數(shù)也可以看出這一點。
對運行情況進行分析，可以得出以下兩點：
?。?）風機實際風量約為額定風量的一部分，風機遠離額定點運行，其實際運行效率很低。
?。?）由于擋板的存在，擋板前后存在壓差，消耗了很大一部分能量。
所以可以從以上兩個方面改善其運行工況，減小損耗，達到節(jié)能的目的。
1.3改造建議
擋板這種調節(jié)方式雖然簡單易行，已成習慣，但它是以增加管網損耗，耗費大量能源為代價的。對于大功率電機，耗能則更大。當采用變轉速調節(jié)時，其效率最高，因為風量隨轉速的一次方下降，而其軸功率則按轉速的三次方規(guī)律下降，而目前性能最佳的調速方式則是國際上公認的交流變頻調速技術。對于變頻器的選擇，我們做了詳細的市場調查，經過公司領導的慎重考慮，最終選擇了深圳市微能科技生產的WIN-9P系列風機專用型變頻器和WIN-9GV高性能電流矢量型變頻器，進行破碎除塵風機，湖邊水泵和浮選機的改造。
二、變頻改造的節(jié)能分析
2.1變頻調速節(jié)能原理
從流體力學的原理得知，使用感應電機驅動的風機，軸功率P與風量Q，風壓H的關系為：
當電動機的轉速由n1變化到n2時, Q、 H、 P與轉速的關系如下:
可見風量Q和電機的轉速n是成正比關系的，而所需的軸功率P與轉速的立方成正比關系。所以當需要80%的額定風量時，通過調節(jié)電機的轉速至額定轉速的80%，即調節(jié)頻率到40赫茲即可，這時所需功率將僅為原來的51.2%。
如下圖所示，從風機的運行曲線圖來分析采用變頻調速后的節(jié)能效果。
圖3-1 風機的運行曲線
當所需風量從Q1減小到Q2時，如果采用調節(jié)風門的辦法，管網阻力將會增加，管網特性曲線上移，系統(tǒng)的運行工況點從A點變到新的運行工況點B點運行，所需軸功率P2與面積H2×Q2成正比;如果采用調速控制方式，風機轉速由n1下降到n2，其管網特性并不發(fā)生改變，但風機的特性曲線將下移，因此其運行工況點由A點移至C點。此時所需軸功率P3與面積HB×Q2成正比。從理論上分析，所節(jié)約的軸功率Delt（P）與（H2-HB）×（C-B）的面積成正比。
考慮減速后效率下降和調速裝置的附加損耗，通過實踐的統(tǒng)計，風機類通過調速控制可節(jié)能達20%～50%。
2.2變頻改造節(jié)能分析
改造前工頻運行功率計算公式
其中： U——電機電壓，kV;
I——電機電流，A;
P1——單一負荷下工頻運行功率， kW;
——單一負荷下運行功率因數(shù)，小于額定功率因數(shù)。
其中： T——全年平均運行時間，h;
P1——單一負荷下的運行功率，kW;
δ——這種負荷下的全年運行時間比例;
C1——改造前總耗電量，kW·h。
改造后變頻運行預計功率計算公式：
利用公式： 
計算出
的比。
其中： P1——工頻運行功率，KW;
P額——額定軸功率，KW;
——運行工況與額定工況下的效率、壓力比，小功率電機取1，大功率電機取0.9
根據(jù)改造風量不變的原則，有Q1-Q2，其中Q2為改造后的風量。所以
。再根據(jù)
，即
計算出P2。其中P2是變頻改造后預計運行功率，η為變頻裝置的效率。
其中C2——改造后總耗電量，kW·h。
2.3節(jié)能對照表：風機、水泵變頻調速時的能耗比較
上述均為百分比，100%流量為風機的額定流量，100%功率為工頻額定工況運行時消耗功率（即電機輸入功率 = 風機額定軸功率/電機效率，電機效率一般為93-96%，額定功率較大者效率較高）。變頻調速時的節(jié)能量即為兩種調節(jié)方式的能耗差值（百分比乘額定消耗功率）。
2.4 破碎除塵風機技改前后能耗對照表
三、變頻調速其他附加好處
?。?）網側功率因數(shù)提高：原電機直接由工頻驅動時，滿載時功率因數(shù)為0.85左右，實際運行功率因數(shù)遠低于0.8。采用變頻調速系統(tǒng)后，電源側的功率因數(shù)可提高到0.9以上，無需無功補償裝置就能大大的減少無功功率，滿足電網要求，可進一步節(jié)約上游設備的運行費用。
（2）設備運行與維護費用下降：采用變頻調節(jié)后，由于通過調節(jié)電機轉速實現(xiàn)節(jié)能，在負荷率較低時，電機、風機轉速也降低，主設備及相應輔助設備如軸承等磨損較前減輕，維護周期可加長，設備運行壽命延長;并且變頻改造后風門開度可達100%，運行中不承受壓力，可顯著減少風門的維護量。變頻器運行中，只需定期對變頻器除塵，不用停機，保證了生產的連續(xù)性。隨著生產的需要，調節(jié)風機的轉速，進而調節(jié)風機風量，既滿足生產工藝的要求，工作強度又大大降低。采用變頻技術調速后，減少了機械磨損，維護工作量降低，檢修費用下降。
?。?）用變頻調速裝置后，可對電機實現(xiàn)軟啟動，啟動時電流不超過電機額定電流的1.2倍，對電網無任何沖擊，電機使用壽命延長。在整個運行范圍內，電機可保證運行平穩(wěn)，損耗減小，溫升正常。風機啟動時的噪音和啟動電流非常小，無任何異常振動和噪音。
?。?）與原來舊系統(tǒng)相比較，變頻器具有過流、短路、過壓、欠壓、缺相、溫升等多項保護功能，更完善地保護了電機。
?。?）操作簡單，運行方便?？赏ㄟ^計算機遠程給定風量或壓力等參數(shù)，實現(xiàn)智能調節(jié)。
?。?）適應電網電壓波動能力強，電壓工作范圍寬，電網電壓在-15%～+10%之間波動時，系統(tǒng)均可正常運行。
四、結 論
通過對礦石破碎除塵離心風機（節(jié)能28%），湖邊離心水泵（節(jié)能26%），浮選機組進行改造（節(jié)能26%），取得了良好的經濟效益。通過此次改造，也驗證了用深圳市微能科技有限公司的變頻器改造具有優(yōu)異的性價比，為公司以后使用大功率高、低壓電機進行驅動的設備進行技術改造提供了一個較為經濟可靠的選擇。