高压变频调速在风机类应用的节能分析 胡震红（陕西彬长矿业集团有限公司，陕西西安７１００００） 摘要：能源短缺和环境污染是人类当前共同面临的世纪性难题。能源电力是国家经济、发展的重要基础，也是能源战略课题中 的重中之重。我国在电力方面重点推广的节能技术之一——高压大功率节电技术，在节能方面有着明显的效果。 关键词：高压变频风机节能调速 中图分类号：Ｆ４０６．３；ＴＭ９２１．５１ 文献标志码：Ｂ 电力资源是国民经济和社会发展的重要基础，高 压大功率节电技术作为我国在电力方面重点推广的节 能技术之一，在节能方面有着明显的效果。我国高压 电动机总容量在１．５４Ｌ千瓦以上（不包括低压电动机）， 大部分为风机类负载，这些电动机大都由６ｋＶ／１０ｋＶ驱 动，电力、制造、化工、石油、环保、冶金、市政等行业的 用电量占全国总用电量的２５％左右，它们的工作状态 基本都是效率低、耗能高。其中大功率风机是这些行 业中不可或缺的重要设备，它的一个显著特点就是轴 功率与转速的立方成正比，转矩与转速的平方成正比。 如果能够通过调节风机转速来控制流量，则节电效果 会非常显著，正常工况下至少能够节约２０％一５０％的 电力。 １高压变频器节电系统特点及优势 高压变频器节电系统是集高电压技术、自动控制、 光电通信、微电子技术以及大功率电力电子技术等高 新技术于一体的产品，它通过变频器实现过程，能够控 制正弦脉宽调制，输出端使用单元的移相串联，并且内 置变压器隔离设备，能够直接拖动ＩＯＫＶ高压电动机。 高压变频器节电系统应用领域宽广，能适应各种场合。 由于采用了变压器隔离设备，对电网输出的谐波非常 小，不需要常规的滤波装置，功率因数等各项技术指标 也都符合各行业的最高标准，各种类型的电动机都能 适配。 高压变频器节电系统的特点和优势： （１）采用正弦脉波调制技术（ＰＷＭ）、电源交流一 直流一交流的转换移相串联直接输出高压技术、抑制 谐波隔离变压器技术、输入端变压器移相等多种技术。 输出端功率单元使用３～９个串联叠波，电压波形近似 正弦波，输入端功率因数高、电流谐波低，可适配各种 类型的电动机。 （２）高压变频器节电系统能够实现电动机软启动， 当负载突然变化或电动机启动时，能有效地控制启动 电流，避免过流保护动作。 （３）高压变频器节电系统工作电压范围为ＵＮ一 ２Ｏ％一＋１５，１０ＫＶ电压系列可在８ＫＶ～１ １ＫＶ条件下 收稿日期：２０１５—０１—１６ 作者简介：胡震红（１９７６一），男，陕西白水人，本科毕业，工 程师，现任陕西彬长矿业集团有限公司工程技术部经理。 文章编号：１００８—０１５５（２０１５）０３—０１８５—０ｌ 稳定运行。 （４）高压变频器节电系统具备自动跟踪电机转速 功能，当电网电压波动或电压瞬间为零时，电机的转速 也会波动或急剧下降。在电网电压正常后，高压变频 器节电系统能够自动调整输出频率以适应电机的即时 转速。这时电机可以以即时速度平滑地加速起动，很 快就能恢复到正常运行状态，避免发生停车事故，保证 了工艺生产的连续性，有效地提高了工作效率。 ２风机节电性能分析 目前风机风量（流量）的调节方式多采用古老的阀 门挡板，虽然简单易行，但是这种方式对风机管道的损 耗非常大，对大功率的风机管道而言损耗更大，相应的 电能损耗也会更大。采用高压变频器节电系统控制风 机的风量能够有效避免上述损耗。风量根据转速的一 次方下降，风机的轴功率按转速的三次方下降，这样调 节电动机的转速能轻而易举实现风量（流量）的调节。 目前调节电动机转速性能最佳的方式是交流变频器调 速技术。 ２．１实例分析 某大型化工企业的锅炉引风机３台１０ｋＶ／３１５ｋＷ， 鼓风机３台１０ｋＶ／２５０ｋＷ电机，对其运行情况进行分析。 ２．１．１运行工况介绍 锅炉引风机风机型号为Ｙ４—７３—１２Ｎａ２０，轴功率 为２５２ｋＷ，风量为１６５７１３ｍ ／ｈ，风压为３５９８Ｐａ，转速为 ９６０ｒ／ｍｉｎ，烟尘温度为１５０ｏＣ以上，炉膛负压为一１０～ 一３０Ｐａ。风门开度５０％时占运行时间的８０％，电流为 １４Ａ，此时引风机进口压力为负１４００Ｐａ，风门开度８０％ 时占运行时间的２０％，电流为１８Ａ。电机直接启动。 锅炉鼓风机风机型号为Ｇ４—７３ＮａＤ，轴功率 ２０５ｋＷ。风门开度６０％时占运行时间的９０％，电流为 ＩＯＡ，此时风压３０００Ｐａ，风门开度６５％时占运行时间的 １０％，电流为１１Ａ。电机直接启动，进风温度不低于 ３０℃。 ２．１．２运行工况分析 锅炉的引风机、鼓风机在运行时，入口的阀门挡板 不是全开的，由于它采用阀门的挡板开关来调节风量， 所以能量大部分都消耗在阀门的挡板上，而且阀门挡 板开度越小耗能越多。经过现场调查研究，根据阀门 挡板的开度和电动机电流可以得出以下结论，正常工 况下，使用阀门挡板调节风量的风机， （下转第１９２页） 】８５ 构具有更高的指令速度，并行流水技术，片内外两级存 储结构、独立的加法器和乘法器，强大的浮点运算能 力，大大提高了整体运行速度。以它作为系统的数据 处理核心，用以启动ＡＤ转换并读取现场传感数据，存 成正比关系。但是使用变频器调节转速来控制风机风 量，情况将会完全不同，首先管网特性不会发生变化， 风机的特性曲线将下移，轴功率Ｐ３与ＨＢ×Ｑ２成正比 关系。从以上的分析来看，所节约的轴功率Ｄｅｌｔ（Ｐ）与 （Ｈ２一ＨＢ）×（Ｃ—Ｂ）成正比关系。 储并运算分析，使得数据处理能力大大提高。 ４结论 便携式电梯微型多功能一体化测量仪将打破以往 电梯常用检验仪器种类多且不便携带的缺陷，能够使 电梯施工安装单位、电梯维护保养单位和特种设备检 测检验单位对普通电梯、液压电梯、自动扶梯和自动人 行道等进行现场电梯安装改造检测、重大维修和维护 保养检测、电梯自检、电梯安装施工监督检验和电梯定 期检验时，不必再携带多种检验仪器，就可完成多项电 梯安全相关工作。减少工作量、提高工作效率，达到电 梯快速、高效、高质检测检验的目的。 参考文献： ［１］田泽．嵌入式系统开发与应用教程［Ｍ］．北京航空航天 大学出版社，２００５． ［２］顾明，等．基于ＡＲＭ１１的电梯综合检测系统的研究 ［Ｊ］．电子技术，２０１３，３：７７—８１． （责任编辑：焦蓬华） （上接第１８５页） 变频器调速控制的风机类负荷，节电率在２０％～ ５０％之间，这是因为变频器调速后电动机的效率有所 下降，再加上调速装置产生附加损耗。某化工厂鼓风 机、引风机安装高压变频器节电系统后的运行情况表 明，节电率在３０％以上。 ２．３高压变频器控制的风机系统具有的其他优点 其消耗掉的功率与风机的风量、挡板开关的程度成正 比。 分析风机实际运行情况，可以得出： （１）风机运行时的实际风量只是风机额定风量的 部分，风机运行时，风量如果远小于额定风量，风机 的效率就会很低。 （２）采用阀门挡板调节风量，其阀门入口和进口存 在一定的压差，在阀门挡板上消耗了非常大的能量。 一（３）采用阀门挡板的风机在配备电机时常采用大 于实际功率的电动机。 从以上几方面改善锅炉引风机、鼓风机的运行工 况，减小电动机的运行功率，节能效果会非常好。 ２．２高压变频器节电系统的原理 风机电机一般采用交流感应电动机，根据流体力 学的原理，三者的关系公式：ＰＯＣＱ×Ｈ。 当风机的旋转速度由ｎ１变化到ｎ２时，风机的风 量（Ｑ）、轴风压（Ｈ）与功率（Ｐ）与转速（ｎ）的关系公式 为： （１）Ｑ２＝Ｑ１×ｎ２／ｎｌ；（２）Ｈ２＝Ｈ１×（ｎ２／ｎ１）２； （３）Ｐ２：Ｐ１×（ｎ２／ｎ１）３。 （１）电网的功率因数提高：由工频直接驱动的电动 机，满载时运行功率因数仅为０．８５上下，由于工频驱动 电机实际上不可能达到满载，正常情况下其功率因数 都在０．８以下运行。而用高压变频器控制的风机系统， 电动机满载运行时功率因数在０．９以上，不但能够减少 电网的感性无功功率，还能节约因功率因数低而增加 无功补偿设备的安装及运行费用，对电网来说减小了 感性无功功率的负担，增强了系统运行的稳定性和可 靠性。 （２）降低了设备的检修费用：在风机低负荷运行 时，用变频器控制的风机节电系统，只需要降低变频器 的输出频率就能降低风机的转速，风机的机械系统如 轴承、减速机等转动部分的磨损会大大降低，检修的周 期延长，设备的使用寿命自然会更长；高压变频器控制 的风机系统阀门挡板的开度可达１００％，阀门中的挡板 在运行中不受任何作用力，阀门的检修维护量将大大 缩减。高压变频器控制的风机系统的运行过程中，只 需定期对高压变频器控制柜进行除尘，主机可继续不 问断运行，设备维护时不需要停止生产。变频器通过 调节电动机的转速去调节风量，满足工艺生产要求的 同时又降低了工作强度，而且每年可节约大量的检修 费用。 （３）使用高压变频器控制的风机系统后，电动机启 动时能够实现软启动。在整个启动、运行过程中，减小 了电动机的损耗，电动机的启动电流低于额定电流的 １．２倍，避免了对电网的冲击，而且风机启动时的噪音 也非常小，振动也将大大降低。 ３结束语 电动机使用变频器能够实现智能控制，满足各种 工况的需要，目前在各行各业的应用非常广泛。变频 器能够节约电力能源的作用也经过了实践的检验，尤 其是大功率的高压电动机，节电效果更加显著。锅炉 的１０ＫＶ引风机、鼓风机使用变频器控制更加能够证明 变频器的优越性，转动设备的损耗降低，检修周期、设 备更换周期延长，为企业降低生产成本做出了较大贡 献。 （责任编辑：焦蓬华） 由上式可知风量和电机的转速比成正比，电动机 的轴功率与转速比的立方成正比。也就是说如果需要 的风量是额定值的８０％，我们将变频器的频率调节到 ４０赫兹，这时电动机的转速为额定转速的８０％，通过 计算得电动机的实际功率仅为额定值的５１．２％。 当所需风量从Ｑｌ降到Ｑ２时，如果使用调节阀门 的挡板万式，风机管道的阻力会直线上升，系统的运行 工况会急剧下降，特性曲线上移，轴功率Ｐ２与Ｈ２×Ｑ２ ｌ９２