變頻器的應(yīng)用最早是用于電動機(jī)的調(diào)速。在應(yīng)用初期，因其電器氣元件繁多，設(shè)備體積龐大，可靠性不高，而且技術(shù)要求高，因而只在少數(shù)重要的部門使用。隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異的飛速發(fā)展，尤其是大規(guī)模集成電路和大功率整流元件的廣泛應(yīng)用，變頻技術(shù)被廣泛的應(yīng)用到工業(yè)以及民用行業(yè)中來。通過變頻器的應(yīng)用，人們發(fā)現(xiàn)變頻器在很多場合不僅能夠起到對電機(jī)調(diào)速的作用，同時還能夠節(jié)省電能。因而變頻器被大量應(yīng)用于節(jié)能場合，尤其是在提暢綠色環(huán)保的今天，變頻器做為一種節(jié)能設(shè)備，更是得到了廣泛的利用。下面就宿遷中聯(lián)、阜陽中聯(lián)兩企業(yè)實施的水泥磨排風(fēng)機(jī)的中壓變頻器改造進(jìn)行分析。
電動機(jī)的變頻調(diào)速原理
n=60f/p
n---電機(jī)同步轉(zhuǎn)速;f---電源頻率;p---電機(jī)極對數(shù)
我們可以通過調(diào)整改變電源的頻率f，我們可以得到不同的電機(jī)轉(zhuǎn)速。
變頻調(diào)速系統(tǒng)節(jié)能原理
采用變頻調(diào)速時(以平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載風(fēng)機(jī)為例)，可以按需要升降電機(jī)轉(zhuǎn)速，改變風(fēng)機(jī)的性能曲線，使風(fēng)機(jī)的額定參數(shù)滿足工藝要求，根據(jù)流體力學(xué)定律，變速前后風(fēng)量、風(fēng)壓、功率與轉(zhuǎn)速之間關(guān)系為：
Q1/Q2=n1/n2
H1/H2=(n1/n2)2
P1/P2=(n1/n2)3
即流量與轉(zhuǎn)速成正比;壓力與轉(zhuǎn)速成平方比;功率與轉(zhuǎn)速成立方比。
Q1、H1、P1--設(shè)備在n1轉(zhuǎn)速時的風(fēng)量、風(fēng)壓、功率;
Q2、H2、P2--設(shè)備在n2轉(zhuǎn)速時相似工況條件下的風(fēng)量、風(fēng)壓、功率。
如圖示為離心風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓H-風(fēng)量Q曲線特性圖：
n1-代表風(fēng)機(jī)在額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行時的特性;
n2-代表風(fēng)機(jī)降速運(yùn)行在n2轉(zhuǎn)速時的特性;
R1-代表風(fēng)機(jī)管路阻力最小時的阻力特性;
R2-代表風(fēng)機(jī)管路阻力增大到某一數(shù)組時的阻力特性。
風(fēng)機(jī)在管路特性曲R1工作時，工況點為A，其流量壓力分別為Q1、H1，此時風(fēng)機(jī)所需的功率正比于H1與Q1的乘積，即正比于AH1OQ1的面積。由于工藝要求需減小風(fēng)量到Q2，實際上通過增加管網(wǎng)管阻，使風(fēng)機(jī)的工作點移到R2上的B點，風(fēng)壓增大到H2，這時風(fēng)機(jī)所需的功率正比H2Q2的面積，即近比廣BH2OQ2的面積。顯然風(fēng)機(jī)所需的功率增大了。這種調(diào)節(jié)方式控制雖然簡單、但功率消耗大，不利于節(jié)能。
若采用變頻調(diào)速，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由n1下降到n2，這時工作點由A點移到C點，流量仍是Q2，壓力由H1降到H3，這時變頻調(diào)速后風(fēng)機(jī)所需的功率正比于H3與Q2的乘積，即正比于CH3OQ2的面積，由圖可見功率的減少是明顯的。
水泥磨主排風(fēng)機(jī)改造前之狀況
水泥磨排風(fēng)機(jī)實際運(yùn)行時：平均風(fēng)門開度約75%，電機(jī)平均電流約41A。
電機(jī)主回路設(shè)計
為了充分保證水泥磨系統(tǒng)的運(yùn)行的可靠性，采用五刀雙擲的接法，在必要時可切換到工頻運(yùn)行方式，其主回路原理圖如圖所示：
10kV電源經(jīng)變頻裝置進(jìn)線隔離開關(guān)到高壓變頻裝置，變頻裝置輸出經(jīng)出線隔離開關(guān)送至電動機(jī);10kV電源還可經(jīng)旁路隔離開關(guān)直接起動電動機(jī)。進(jìn)出線隔離開關(guān)和旁路隔離開關(guān)的作用是：一旦變頻裝置出現(xiàn)故障，發(fā)信號斷開進(jìn)線斷路器，然后手動斷開進(jìn)、出線隔離開關(guān)，將變頻裝置隔離，手動合旁路隔離開關(guān)，最后在工頻電源下合進(jìn)線斷路器，起動電機(jī)運(yùn)行。
以上進(jìn)、出線隔離開關(guān)和旁路隔離開關(guān)布置在手動旁路切換柜內(nèi)。手動旁路切換柜要求與變頻裝置配套供貨。注：進(jìn)線隔離開關(guān)、出線隔離開關(guān)、旁路隔離開關(guān)之間應(yīng)該有閉鎖，防止誤操作。
項目實施階段：
在項目過程中，我管理區(qū)的宿遷中聯(lián)水泥有限公司、阜陽中聯(lián)水泥有限公司十分重視，多次協(xié)調(diào)、安排多專業(yè)配合作業(yè)，首先安排土建專業(yè)對變頻器室進(jìn)行了專門的設(shè)計;其次在設(shè)備安裝過程中，又多次指示對該項目一定要做優(yōu)、做好。
操作界面
考慮到以往沒有使用過中壓變頻設(shè)備,而且主排風(fēng)機(jī)可以有工頻運(yùn)行、變頻運(yùn)行二種選擇，為保證設(shè)備的安全正常使用，在操作員界面上我們加注了使用說明和注意事項，并在重要的操作選項按鈕(工頻選擇/變頻選擇)上加了授權(quán)保護(hù)，只有電氣專業(yè)的工程技術(shù)人員才能實現(xiàn)切換操作，達(dá)到了防止出現(xiàn)誤操作引起設(shè)備故障隱患的目的(見下圖)。
使用后的節(jié)能效果
改造前閥門平均開度為75%，平均電流為41A，功率因數(shù)Cosф=0.85，Sinф=0.53
估計風(fēng)門100%時，系統(tǒng)滿載運(yùn)行，運(yùn)行電流約47A，
平均有功功率P1=1.732*10*41*Cosф=603KW
改造后的電機(jī)電流平均為27A，變頻改造后閥門開度固定為100%,所需的風(fēng)量約為額定值的83%(風(fēng)門開度與風(fēng)量按近似關(guān)系計算)，電機(jī)平均轉(zhuǎn)速約為額定值的83%(825rpm)左右，功率與轉(zhuǎn)速成立方比,平均一次側(cè)電流約為滿載時的77.2%(83%*83%*83%)，即47*57.2%=26.9A，功率因數(shù)Cosф>0.96，Sinф≈0.2。
平均有功功率P2=1.732*10*26.9*0.96≈446Kw
變頻改造后 節(jié)電功率為：PB= P1-P2=603-446=157Kw
按2#水泥磨運(yùn)轉(zhuǎn)率100%計算，日節(jié)電W=157*24/0.96=3925Kwh
年設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率80%計算：W=3925*365*80%=1146100Kwh
按電費(fèi)0.77元Kwh計算，節(jié)省的電費(fèi)為1146100*0.77=893958元
結(jié)束語
通過此次變頻器改造，在設(shè)備實際投入運(yùn)行后，取得了良好的效果。投資收到了良好的回報，達(dá)到了預(yù)期的目的。
來源：中聯(lián)水泥淮海運(yùn)營管理區(qū)生產(chǎn)技術(shù)中心 作者：張國富
變頻器的應(yīng)用最早是用于電動機(jī)的調(diào)速。在應(yīng)用初期，因其電器氣元件繁多，設(shè)備體積龐大，可靠性不高，而且技術(shù)要求高，因而只在少數(shù)重要的部門使用。隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異的飛速發(fā)展，尤其是大規(guī)模集成電路和大功率整流元件的廣泛應(yīng)用，變頻技術(shù)被廣泛的應(yīng)用到工業(yè)以及民用行業(yè)中來。通過變頻器的應(yīng)用，人們發(fā)現(xiàn)變頻器在很多場合不僅能夠起到對電機(jī)調(diào)速的作用，同時還能夠節(jié)省電能。因而變頻器被大量應(yīng)用于節(jié)能場合，尤其是在提暢綠色環(huán)保的今天，變頻器做為一種節(jié)能設(shè)備，更是得到了廣泛的利用。下面就宿遷中聯(lián)、阜陽中聯(lián)兩企業(yè)實施的水泥磨排風(fēng)機(jī)的中壓變頻器改造進(jìn)行分析。
電動機(jī)的變頻調(diào)速原理
n=60f/p
n---電機(jī)同步轉(zhuǎn)速;f---電源頻率;p---電機(jī)極對數(shù)
我們可以通過調(diào)整改變電源的頻率f，我們可以得到不同的電機(jī)轉(zhuǎn)速。
變頻調(diào)速系統(tǒng)節(jié)能原理
采用變頻調(diào)速時(以平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載風(fēng)機(jī)為例)，可以按需要升降電機(jī)轉(zhuǎn)速，改變風(fēng)機(jī)的性能曲線，使風(fēng)機(jī)的額定參數(shù)滿足工藝要求，根據(jù)流體力學(xué)定律，變速前后風(fēng)量、風(fēng)壓、功率與轉(zhuǎn)速之間關(guān)系為：
Q1/Q2=n1/n2
H1/H2=(n1/n2)2
P1/P2=(n1/n2)3
即流量與轉(zhuǎn)速成正比;壓力與轉(zhuǎn)速成平方比;功率與轉(zhuǎn)速成立方比。
Q1、H1、P1--設(shè)備在n1轉(zhuǎn)速時的風(fēng)量、風(fēng)壓、功率;
Q2、H2、P2--設(shè)備在n2轉(zhuǎn)速時相似工況條件下的風(fēng)量、風(fēng)壓、功率。
如圖示為離心風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓H-風(fēng)量Q曲線特性圖：
n1-代表風(fēng)機(jī)在額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行時的特性;
n2-代表風(fēng)機(jī)降速運(yùn)行在n2轉(zhuǎn)速時的特性;
R1-代表風(fēng)機(jī)管路阻力最小時的阻力特性;
R2-代表風(fēng)機(jī)管路阻力增大到某一數(shù)組時的阻力特性。
風(fēng)機(jī)在管路特性曲R1工作時，工況點為A，其流量壓力分別為Q1、H1，此時風(fēng)機(jī)所需的功率正比于H1與Q1的乘積，即正比于AH1OQ1的面積。由于工藝要求需減小風(fēng)量到Q2，實際上通過增加管網(wǎng)管阻，使風(fēng)機(jī)的工作點移到R2上的B點，風(fēng)壓增大到H2，這時風(fēng)機(jī)所需的功率正比H2Q2的面積，即近比廣BH2OQ2的面積。顯然風(fēng)機(jī)所需的功率增大了。這種調(diào)節(jié)方式控制雖然簡單、但功率消耗大，不利于節(jié)能。
若采用變頻調(diào)速，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由n1下降到n2，這時工作點由A點移到C點，流量仍是Q2，壓力由H1降到H3，這時變頻調(diào)速后風(fēng)機(jī)所需的功率正比于H3與Q2的乘積，即正比于CH3OQ2的面積，由圖可見功率的減少是明顯的。
水泥磨主排風(fēng)機(jī)改造前之狀況
水泥磨排風(fēng)機(jī)實際運(yùn)行時：平均風(fēng)門開度約75%，電機(jī)平均電流約41A。
電機(jī)主回路設(shè)計
為了充分保證水泥磨系統(tǒng)的運(yùn)行的可靠性，采用五刀雙擲的接法，在必要時可切換到工頻運(yùn)行方式，其主回路原理圖如圖所示：
10kV電源經(jīng)變頻裝置進(jìn)線隔離開關(guān)到高壓變頻裝置，變頻裝置輸出經(jīng)出線隔離開關(guān)送至電動機(jī);10kV電源還可經(jīng)旁路隔離開關(guān)直接起動電動機(jī)。進(jìn)出線隔離開關(guān)和旁路隔離開關(guān)的作用是：一旦變頻裝置出現(xiàn)故障，發(fā)信號斷開進(jìn)線斷路器，然后手動斷開進(jìn)、出線隔離開關(guān)，將變頻裝置隔離，手動合旁路隔離開關(guān)，最后在工頻電源下合進(jìn)線斷路器，起動電機(jī)運(yùn)行。
以上進(jìn)、出線隔離開關(guān)和旁路隔離開關(guān)布置在手動旁路切換柜內(nèi)。手動旁路切換柜要求與變頻裝置配套供貨。注：進(jìn)線隔離開關(guān)、出線隔離開關(guān)、旁路隔離開關(guān)之間應(yīng)該有閉鎖，防止誤操作。
項目實施階段：
在項目過程中，我管理區(qū)的宿遷中聯(lián)水泥有限公司、阜陽中聯(lián)水泥有限公司十分重視，多次協(xié)調(diào)、安排多專業(yè)配合作業(yè)，首先安排土建專業(yè)對變頻器室進(jìn)行了專門的設(shè)計;其次在設(shè)備安裝過程中，又多次指示對該項目一定要做優(yōu)、做好。
操作界面
考慮到以往沒有使用過中壓變頻設(shè)備,而且主排風(fēng)機(jī)可以有工頻運(yùn)行、變頻運(yùn)行二種選擇，為保證設(shè)備的安全正常使用，在操作員界面上我們加注了使用說明和注意事項，并在重要的操作選項按鈕(工頻選擇/變頻選擇)上加了授權(quán)保護(hù)，只有電氣專業(yè)的工程技術(shù)人員才能實現(xiàn)切換操作，達(dá)到了防止出現(xiàn)誤操作引起設(shè)備故障隱患的目的(見下圖)。
使用后的節(jié)能效果
改造前閥門平均開度為75%，平均電流為41A，功率因數(shù)Cosф=0.85，Sinф=0.53
估計風(fēng)門100%時，系統(tǒng)滿載運(yùn)行，運(yùn)行電流約47A，
平均有功功率P1=1.732*10*41*Cosф=603KW
改造后的電機(jī)電流平均為27A，變頻改造后閥門開度固定為100%,所需的風(fēng)量約為額定值的83%(風(fēng)門開度與風(fēng)量按近似關(guān)系計算)，電機(jī)平均轉(zhuǎn)速約為額定值的83%(825rpm)左右，功率與轉(zhuǎn)速成立方比,平均一次側(cè)電流約為滿載時的77.2%(83%*83%*83%)，即47*57.2%=26.9A，功率因數(shù)Cosф>0.96，Sinф≈0.2。
平均有功功率P2=1.732*10*26.9*0.96≈446Kw
變頻改造后 節(jié)電功率為：PB= P1-P2=603-446=157Kw
按2#水泥磨運(yùn)轉(zhuǎn)率100%計算，日節(jié)電W=157*24/0.96=3925Kwh
年設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率80%計算：W=3925*365*80%=1146100Kwh
按電費(fèi)0.77元Kwh計算，節(jié)省的電費(fèi)為1146100*0.77=893958元
結(jié)束語
通過此次變頻器改造，在設(shè)備實際投入運(yùn)行后，取得了良好的效果。投資收到了良好的回報，達(dá)到了預(yù)期的目的。
來源：中聯(lián)水泥淮海運(yùn)營管理區(qū)生產(chǎn)技術(shù)中心 作者：張國富