变频节能范文
时间：2023-09-26 16:02:38
变频节能篇1
关键词:风机变频；变频调速；节能
中图分类号：TN830.2文献标识码：A文章编号：
引言：
风机是水泥厂运行的主要设备,耗电量占厂用电的30%左右,其运行调节方式通常是通过调节挡板、阀门开度来调节风量,由于在挡板上产生了附加的压力损失,浪费了大量能源。采用变频调速技术改造风机系统，不仅可以节约能源，而且使系统运行更加合理可靠。
1.节能分析
变频调速是近代电气工程中发展最快的一种电机调速方式，其转速方程式为：n=60f(1-s)/p,只要改变f，就可实现n的变化而达到无级调速的目的。其中：f-电源频率；p-电机极对数；s-电机转差率；n-电机转速。从流体力学原理得知,风量与转速成正比,风压与转速平方成正比,轴功率与转速立方成正比。根据贵方提供挡风在75%-80%，不需用风量25%-20%被放调，按最保守情况估计,使用变频器后电机最高运行频率为43HZ，根据轴功率与转速三次方成正比例，即P´/P=(43/50)3 =63.61%,即节电率为(1-63.61%)=36.39%。风机率效因素及外界管路损耗影响外，保守估计节电率不低于20%。此外还没有考虑软启动和对电机及机械系统保护发生的修理而节约的费用。根据贵方工况情况一年可节电如下:
132KW电机的变频改造电额为：
132KW*24（小时/天）*30（天/月）*12（月/年）*0.87（功率因数）*（节电率）*0.7电费（元/度）
附表风机/泵类负载应用变频器的节电率
2.风机调速的节能原理
根据流体力学原理，风量正比于风机转速，而轴功率正比于风机转速的三次方。具体举例说明如下:
2.1当风机的转速下降到原来的80％时，风量也下降到原来的80％。而此时轴功率下降到原来的(80％)3=51.2％。这样在风量Q仅下降到80％(实际下降2喘)的情况下，轴功率则下降到满负荷的51.2％(实际下降48.8％)，即理论节能48.8％。
2.2而实际上由于改造水封闭设施等因素，绝大多数锅炉的实际用风量会下降到80％以下。
3.调速方式的选取
一般水泥厂用的较多的电机调速方式有电磁滑差离合器调速、液力耦合器调速和液力离合器调速。这几种调速方式的优点是投资少,节能效果较好,缺点是存在转差损失,效率较低,运行可靠性低,维修量大。近些年来电力电子技术、计算机控制技术和自动控制技术飞速发展,交流变频调速技术已进入大功率、高性能的发展阶段,这项技术具有优异的调速和启、制动性能,且调节精度高,控制灵活,节能效果显著。
4.变频调速节能原理
异步电机的转速n与电源频率f、转差率S、电机极对数P的关系由下式决定,可用以下表示:
可以看出,转速n与电源频率f成正比,即改变f就可改变n。基于这一原理,制成变频器作为变频电源来调节电动机的转速。变频调速不存在励磁滑差损耗和挡板、阀门节流功率损耗,不存在转差损耗,因此节能效果良好。变频调速的调速范围大,电机可在0%～100%频率转速下运行,可以实现无级调速。采用变频调速对引风机改造无需更换电动机。这项技术可使控制方式更加灵活,便于集中调控,提高了自动化水平。
5.改造前设备工况
由于设备是通过调节挡风板和阀门的开启角度的机械调节方法来满足不同的用风量，这种操作方式的缺点是:
5.1电机及风机的转速高，负荷强度重，电能浪费严重；
5.2调节精度差，控制不精确；
5.3电气控制直接起动，启动时电流对电网冲击大，需要的电源（电网）容量大，功率因素较低；
5.4起动时机械冲击大,设备使用寿命低；
5.5电气保护特性差，当负载出现机械故障时不能瞬间动作保护设备等。采用变频器可实现大的电动机的软停、软起，避免了启动时的电压冲击，减少电动机故障率，延长使用寿命，同时也降低了对电网的容量要求和无功损耗。
6.变频改造方案
变频柜具有工/变频切换功能，系统各台电机均由相应变频器驱动，在变频器出现故障时可自动切换到工频启动，以保证生产的连续性。能远程控制起动、停止。
7.节能效果分析
按一台收尘风机计算
引风机功率：132KW
改造前每天耗电量：132X24=3168KWH
每年耗电量：3168X300=950400KWH(按每年运行300天计算)
改造后每天耗电量： 132X24X51.2％=1622.016KWH
每年耗电量：1622.016X300X51.2=486604.8KWH (按每年运行150天计算)
改造前后每年节省电能：950400—486604.8=463795.2KWH
按每KWH电0．7元计算
每年节电：463795.2X0．7=324656.64元
实际使用中，再考虑到现场的其它诸多因素，一台132千瓦收尘风机可节省电费30万元左右，设备投资约100000元左右。这样半年左右便可收回设备投资。同时由于风量调节比较合理，提高了风机收尘效率。最重要的由于降低了风机转速，因而大幅度的降低了噪音，对环保方面也有很大改善。
对于罗茨风机，虽然节能比率低一些（10%以上），由于罗茨风机运行时间较长节能效果也同样非常可观。
8.采用变频器控制将有以下诸多优点
8.1采用变频器控制电机的转速，取消挡板调节，降低了设备的故障率，节电效果显著；
8.2采用变频器控制电机，实现了电机的软启动，延长了设备的使用寿命，避免了对电网的冲击；
8.3电机在低于额定转速的状态下运行，减少了噪声对环境的影响；
8.4具有过载、过压、过流、欠压、电源缺相等自动保护功能；
8.5变频具有工/变频自动切换功能，能够保证生产的连续性。
9.结束语
实践证明，变频改造具有显著的节电效果，是一种理想的调速控制方式。既提高了设备效率，又满足了生产工艺要求，并且还大大减少了设备维护、维修费用，另外当采用变频调速时，由于变频装置内的直流电抗器能很好的改善功率因数，也可以为电网节约容量。直接和间接经济效益十分明显。
参考文献：
[1]黄元培,张学.变频器应用技术及电动机调速.人民邮电出版社,1998.
[2]齐义禄.节能降耗技术手册.中国电力出版社,1998.
变频节能篇2
变频空调实现节能的方法：
变频空调变频器通过改变压缩机供电频率，调节压缩机转速，依靠压缩机转速的快慢达到控制室温的目的，室温波动小、电能消耗少，其舒适度大大提高，而运用变频控制技术的变频空调，可根据环境温度自动选择制热、制冷和除湿运转方式，使居室在短时间内迅速达到所需要的温度并在低转速、低能耗状态下以较小的温差波动，实现了快速节能效果。
（来源：文章屋网 ）
变频节能篇3
摘要:本文以压力传感技术、变频调速技术、可编程控制技术为基础,结合近年来泵站建设和低压管道灌溉的经验,将“液位自动控制节水灌溉系统”改进为“自控变频节能节水灌溉系统”,有效提高了 现代 灌溉系统中水量流量的自动控制技术,为田间管理提供了强有力的技术支撑。
关键词:自动变频;节能节水;灌溉系统;研究
目前全球淡水资源日趋紧张,在我国有很多地方农田和生活用水紧张的情况相当严重,有的已出现断水现象,因此节水问题已成为全社会共同关注的严重问题。
早在1997年,在桐乡市政府支持下,经市水利勘测设计所设计并在河山含村示范区等地建成低压地下管道灌溉试点工程,由于田间用水量变化大,为了解决水量流量的实时调控,泵站的出水池新建了高大的蓄水池,蓄水池内安装了液位控制器,串接于电机控制柜的控制回路中,初步解决了用水量、出水量的实时调控。“液位自动控制节水灌溉系统”于1998年获浙江省水利厅科技进步三等奖,2004年获浙江省水利厅优秀工程设计奖。2005年秋,桐乡市水利局在石门镇民丰村明渠灌溉的庙桥浜泵站试用手动变频调速控制水泵运行,取得较好地效果,受到当地群众的高度赞誉。
一、“自控变频节能节水灌溉系统”的总体设计
一是引入变频调速技术、压力传感技术、可编程控制技术于农田灌溉。由变频器、压力变送器、压力显示器、可编程控制器、可编程时控器、相序保护器和空气开关、断路器、交流接触器、时间继电器、热继电器、按钮、指示灯、仪表等电器集成(均为国产)的智能型自动控制柜“自控变频节能控制柜”,作为“自控变频节能节水灌溉系统”的指挥中心,能根据田间用水量的变化,自动变频调速调节水泵出水量,自动进行工频变频切换和单泵双泵切换,自动按设定时间开机停机。在泵站建设中,针对平原水网地区泵站规模较小的特点,采用了涵洞式引水道、竖井式水泵室,使引水道和水泵井四周的土压力相互平衡,比传统的开敞式引水道有限地节省了工程量,减少了土方开挖和回填土,方便了施工。
二是将“液位自动控制节水灌溉”中的高蓄水池,改为较小的地下压力水池,建在泵房地面之下。既节省了工程量,又减少了耕地占用。水池壁上预埋安装压力变送器和水位观察管的镀锌钢管,水池边上设置调压溢流管。选用专门为本地区低压管道灌溉研制且不需要加引水、适于自动开机的hdb系列导叶式混流泵。用upvc双壁波纹管作为地下管道,用钢筋混凝土预制接头,施工方便,漏水少,管壁糙率小。干管和部份支管的进口处安装蝶阀控制,部份渠尾设置调压管。用专利产品、工程塑料制造的fn-150(100)农田灌溉节水阀作为田间放水阀,使用寿命长,不需维修,可做到滴水不漏。一只放水阀控制面积约5亩左右。
二、关键设备“自控变频节能控制柜”的原理和工作过程
田间用水量的信息,通过管网压力的变化,传递到压力水池中,压力水池中安装的压力变送器,把压力信号变成电模拟量,输入变频器控制回路,变频器根据输入的模拟量,自动将连接水泵电机的主回路的交流电频率变化,使管网压力不断向设定的“控制压力”接近,达到恒压供水。从而使水泵根据田间用水量自动调节供水量,达到节水节能目的。一个泵站安装两台水泵,为了节省投资,采用一台变频器控制两台电机,由于田间用水量的变化涉及到单泵供水或双泵供水,需单泵双泵切换和工频变频切换,用可编程控制器设定条件进行控制,还要设置“最高压力”、“最低压力”等参数。
控制柜的电路,有变频器-电机主回路和控制回路两大部份,控制回路有压力变送显示电路、可编程控制器外接电路、可编程时控器外接电路、变频器外接电路、交流接触器互锁电路、手动控制电路、电机工况显示电路、直流电源外接电路等,另外还设置了相序保护器、热继电器等。
控制柜的工作过程,以一台变频器控制两台电机的控制柜为例。首先合上电源空气开关,接通电源,按照“自控变频节能控制柜使用维护简要说明”在变频器控制面板上设置好“控制压力”,在压力显示器上设置好“最低压力”、“最高压力”,在可编程时控器上设置好开机停机时间(或在时间继电器上设置好停机时间),把“功能转换旋钮”旋到“自动”,然后即可正常工作。其工作过程为:
当到达时控器设定的开机时间,如果压力变送器检测到的压力低于“最低压力”,1号机组(两台机组中功率较大的一台)首先变频软起动,可见压力显示器中数值逐渐上升,水位观察管中水柱同步上升,如此时田间用水量不多,一台水泵水量已够,则压力上升到“控制压力”以上,变频器即自动降频,压力降低到“控制压力”以下,变频器即自动升频,使水泵保持恒压供水,田间用水量的变化反映在水泵转速的变化上。
如果田间用水量逐渐增加,1号机组的出水量不够了,此时尽管电机以最大频率即50hz运行,但压力显示器中数值还是逐渐下降,待下降到设定的加泵压力即“最低压力时”,控制柜等待五分钟,如果不是特殊的波动造成,五分钟的压力都低于最低压力,此时才将1号机组自动转为工频运行,将2号机组自动变频软起动,可见压力显示器中数值逐渐上升,如此时两台水泵供水量已够田间用水,则压力上升到“控制压力”后,即保持恒压供水,田间用水量的变化反映在2号机组转速的变化上。如果田间用水量继续上升,两台水泵的供水量也不够了,尽管两台水泵都以最高频率50hz运行,供水压力还是逐步下降,此时,应关闭或调小部份节水阀,用水量减少到二两台水泵供水量以下,供水压力就会恢复到设定的“控制压力”。
如果田间用水量逐步减少,管道和压力水池中的压力会稍微上升,正在变频运行的2号机组转速随即降低,水泵出水减少,以保持恒压供水。如果田间用水量进一步减少,小于1号机组的出水量,但仍大于2号机组出水量,当供水压力超过设定的“最高压力”,这时首先将正在工频运行的1号机组自动停机,然后自动将正在变频运行的2号机组转成工频运行,再自动变频软起动1号机组。如果田间用水量进一步减少,小于2号机组的出水量,这时即使1号机组频率和转速降到最低,水池压力还是超过“最高压力”,则正在工频运行的2号机组自动停机。如果田间用水量再进一步减少到接近于零,则1号机组以最低频率(设置为15hz)运行,使管道压力保持一定数值,以备田间可以随时用水。
可编程时控器到达设定停机时间,正在变频运行的1号机组变频软停机。也可以将“功能转换旋钮”从“自动”转向“停止”。如果按下“紧急停车按钮”,任何情况之下,两台机组都会立即停机。
三、该系统的改进意见
任何技术都是在不断改进的,“自控变频节能节水灌溉系统”也是在综合许多先进技术的基础上改进的,今后也将随着技术的发和进步不断改进。经过一个灌溉季节的实践,笔者认为应对系统做如下改进:
一是对于只有一台水泵的泵站,可以利用变频器内置简易plc编程控制,可降低控制柜造价。
二是对于只有一台水泵的泵站,可以取消压力水池,以进一步降低泵站造价,逆止阀、调压管仍旧保留。对于两台或两台以上水泵的泵站,压力水池还是需要的。
三是针对现有泵站管理人员文化程度偏低的现象,建议今后选配泵站管理人员时,最好文化程度能在初中以上,便于熟练掌握控制柜各种功能的应用,最大限度地发挥先进设备的功能。
四是假使有两台水泵的控制柜,还应增加“先开机选择旋钮”,在“自动”状态下,可以先起动任意一台机组,有利于两台机组的均匀使用。
变频节能篇4
【关键词】高压变频器;电厂
电力企业不仅是能源的生产者，也是能源的消耗者，特别是我国装机容量占据70%以上的火电，更是资源消耗的大户，因此，在能源节约全球化大背景下，火电厂节能成为了电力企业和电力工作迫切需要解决的实际问题，不仅是电力企业提高市场竞争力的必要途径，也是电力企业履行社会责任的必然选择。从目前火电厂节能现状来看，在节煤、节水、节油、节电等方面都有所突破，但在节电方面的发展空间更大，因为火电发电机组运行整个环节所消耗的电量占据了其发电量的5%左右，这为火电厂节能的进一步优化提供更多的可能性，文章正是基于这种可能性对火电厂节电技术进行研究。据相关资料统计，火电机组中的吸送风机、排粉机等风机以及循环泵、凝结泵等泵类设备的负载用电量占到厂用电总量的80%，因此，调速降耗技术成为了本文火电厂节能技术研究与应用的切入点。目前在火电厂应用较为广泛的调速技术主要包括改极、改转差率、变频器这三种，但相比而言，高压变频器的节能效果更为突出，节电率可达到20%～60%，这就使得变频器的应用成为了目前火电厂节能技术研究的重点，也将是本文的主要研究内容。文章主要结合某火电厂机组运行实际，对高压变频器在节能中的应用进行分析，以提高发电厂的市场竞争力。
1.高压变频器节能方案
结合该火电厂330MW机组能耗现状、设备参数、运行工况，根据高压变频器工作原理，笔者在评估高压变频器应用预期节能效果的基础上，提出高压变频器节能应用综合方案。
参考多数电厂高压变频器节能技术应用实例，在高压变频器的节能应用过程中，主要辅机的多数设备节能效果会比较明显，但也存在着个别设备节电效果不明显，这需要进行详细的可行性、经济性比较分析。据调查，一般情况下，泵类设备变频节能效果较好，最高可达60%，风机类设备变频节能效果也可达到30%左右，这两个部分是高压变频器节能应用的重点。同时，日常负荷达80%以上的设备进行变频节能应用已无太大的发挥空间，如600MW循环水泵电机额定电流312A，运行电流256A，此类设备若进行变频改造已无节能空间。另外，离心式风机变频节能效果较好，轴流式风机建议不进行变频改造，节能效果较差。动叶可调的轴流式风机本身通过调整叶片可实现对电机电流的调整，若加装变频器，节能潜力不大，可不考虑加装变频器，如330MW引风机、增压风机。静叶可调的风机为轴流式风机，变频改造节能空间同样不大，从设备的可靠性、经济性考虑也建议不加装变频器。但排粉机为离心式风机，入口为风门调节，风门开度为在50%、风压为4～6kPa，通过计算，加装变频器后节能空间可达到25%左右，因此，在排粉机实施变频节能具有很大的空间。
基于以上考虑，该火电厂330MW机组主要对锅炉排粉机、汽机凝结水泵进行高压变频器的节能应用，具体分析如下。
2.排粉机的高压变频器节能技术
排粉机在火电厂中发挥着极其重大的作用，但电厂排粉机在机组低负荷运行时大多存在着挡板节流调节的现象，造成大量能量的损耗，电厂排粉机变频节能迫在眉睫。当前，改变风机性能曲线已成为风机节能的主要方式，其中应用最广的就是变频调速。一般火电厂的排粉机电机电压等级多为6kV，对排粉机调速就是对其所对应的高压交流电动机的调速。
在具体的高压变频器节能应用过程中主要考虑以下几个方面的事项：高压变频器的选择、高压变频器的整流电路、高压变频器的控制策略、DCS远方控制以及变频器与排粉机高压开关的联锁配合。
（1）高压变频器的选择
目前高压变频器按不同性质有多种分类，各种类型高压变频器有其各自的优缺点。其中单元串联式多电平变频器各项性能较平衡，相比二、三电平变频器输入、输出波形好，相比交-交变频器对电网的谐波污染小，而且输出适用于普通电动机。另外，目前三电平变频器受到器件耐压的限制，尚难以实现10kV等级的直接高压输出，而单元串联式多电平变频器的输出电压能够达到甚至更高，因此在排粉机节能中选择单元串联多电平电压源型变频器。
（2）高变频器的整流电路
当前高压变频器的交变直整流电路有多种，其中，PWM整流电路是一种模拟的控制方式，可根据相应载荷的变化来调制晶体管栅极或基极的偏置，以实现开关稳压电源输出晶体管或晶体管导通时间的改变。通过对它的适当控制，可以使输入电流近似为正弦波，且电流和电压同相位，功率因数近似为1，并且可以实现能量的双向流动。综合比较来看，PWM整流电路的性能较优，是本文研究过程中的理想选择。
（3）高压变频器的控制策略
高压变频调速的控制方式也是多种多样的，有基于电动机动态模型的矢量控制方式，也有基于无速度传感器的转速闭环转差频率控制和开环恒压频比（V/F=常数）控制。基于电动机动态模型的控制方式虽然技术比较先进，但尚处于初期开发使用阶段，性能不太稳定，价格较高，本文不作采用。转差频率控制由于转矩控制性能差，一般只适用于转速变化缓慢的场合，对排粉机这种转速变化较快的辅机不太适合。而V/F比恒定控制的突出优点是可以进行电机的开环速度控制，这与排粉机的转速变化要求是相符的，而对现场电压和频率量的采集也比较方便，因此，V/F比恒定控制是排粉机高压变频器的最佳控制策略。
（4）DCS远方控制
将变频器的调节功能及保护、监视、连锁信号和现场设备反馈信号接入DCS控制系统，在DCS系统进行变频器的频率自动和手动调节，根据实际的负荷量调节电机的转速，进而实现排粉机的手动和自动控制。
（5）变频器与排粉机高压开关的联锁配合
为了降低在变频器故障时因排粉机停运对锅炉运行造成的不利影响，减少机组降负荷或停机的机率，排粉机变频柜需增加自动旁路功能，当排粉机变频器故障停运时能自动切至工频运行，此时的排粉机恢复到原来的运行方式。若属电气故障，排粉机高压开关的继电保护将直接启动，不会因高压变频器的存在而受到影响，若因上一级的引风机故障或是热工保护动作造成安全联锁启动，其逻辑则直接作用于排粉机高压开关，高压变频器将因电源失压而报故障停运并切换到工频旁路。
事实证明，排粉机通过以上变频器技术的应用之后，制粉系统运行稳定，各项参数调节正常，机组排粉机变频设备节能效果明显。
3.凝结水泵的高压变频器高压变频器节能技术
该机组6kV凝结水泵电机运行时大部分时间偏离额定工况，凝结水泵水压、流量需要调节时，传统的方法是通过调节阀门或启停电机来实现，损耗随之增大，同时降低了水泵的总效率，由此而引起的电能损失是相当可观的。因此，可采用变频调速技术，按需要升降电机转速，改变水泵的性能曲线，使水泵的额定参数满足工艺要求。整个高压变频器节能技术应用原理及注意事项与排粉机类似，包括高压变频器选择、DCS实现等，在此不作赘述，主要对技术实现方案进行分析。
根据笔者对多家电厂的实际调研和变频节能技术应用现状，采用变频器节能改造凝结水泵通常有两套技术方案。第一套技术方案为“一拖一”，该技术方案水泵运行方式简单、两台凝结水泵运行都能进行变频调节，且倒换时切换方便，发生事故时倒换对机组影响小，安全性高。但初投资较高，占地面积大，并且机组越大，凝结水泵电动机容量越大，高压变频器的价格越高。第二套技术方案为“一拖二”，该技术方案改造成本小，但当工作方式变换和水泵倒换时操作比较麻烦，凝结水泵出口压力的需求与凝结水泵低速经济运行之间存在矛盾，水位控制与出口压力控制存在耦合，变频工频切换时存在较大扰动，因此事故发生时安全系数较小。考虑到该机组6kV 凝结水泵实际情况、技术可行性、初投资和运行成本等个因素，经笔者的综合分析和多方论证，最终选择“一拖二”技术方案，对于该方案中存在的问题，拟通过DCS控制系统及逻辑控制优化来实现，具体方案如下。
在机组6kV配电室内，加装高压变频器1台，旁路刀闸柜2台，一拖二使用，以提高设备的使用率。将变频器的调节功能和除氧器水位反馈信号接入DCS系统控制，在DCS系统进行变频器的频率自动和手动调节，进而实现凝结水泵转速和水量的自动和手动控制，同时将变频器的保护、监视、连锁信号接入DCS系统，其中包括模拟量的输入输出，开关量的输入和输出。并在机组6kV配电室内安装空调对变频器进行冷却。正常情况下，允许有一负载工作在变频状态，另一负载工作在工频状态，也可以两台都在工频状态。
和排粉机一样，为了降低高压变频器产生故障时会对其它设备及系统产生影响，需增加自动旁路功能，变频旁路的布置主要取决于变频器所带负载的数目、以及工频和变频工作方式的切换方法，由于凝结水泵变频节能改造须采用”一拖二”的公用变频器方式，因此其旁路自动功能的实现与排粉机相比要复杂的多，需要作出说明。旁路自动功能实施原理如图1所示，它是由六个高压隔离开关QS1～QS6组成。其中QS2和QS3，QS5和QS6安装机械互锁装置;QS2和QS5，QS4和QS1有电气互锁。如果两路电源同时供电，M1工作在变频状态，M2工作在工频状态时，QS3和QS4、QS5分闸，QS2、QS1和QS6处于合闸状态;M2工作在变频状态，M1工作在工频状态时，QS2和QS1、QS6分闸，QS4、QS5和QS3处于合闸状态;如果检修变频器，QS3和QS6可以处于任一状态，其它隔离开关都分闸，两台负载可以同时工频运行;当一路电源检修时，可以通过分合隔离开关使任一电机变频运行，整体上提高了凝结水泵系统运行的稳定。
图1 旁路自动功能实施原理
经过运行实践表明，高压变频器用于凝结水泵后，节能可操作性较强，投入较小，节能效果好，经济利益高，值得推广和应用。
4.结语
高压变频器可以应用于电厂各个环节和设备的节能，文章只是根据电厂实际情况在综合比较分析的基础上，选择了两个方面作为突破点，这也充分说明了在具体实践中要从设备状况、节能效果、技术可行性、经济性等方面进行综合认证，最终确定最佳的高压变频器节能技术方案。
参考文献
[1]邹方栋.高压变频器在国电蚌埠电厂中的应用[J].安徽电气工程职业技术学院学报，2010（3）.
变频节能篇5
关键词：煤矿；变频器；节能技术
变频器的工作原理是通过微电子技术和变频技术改变电源频率来控制交流电动机，以此来达到调节速度和节能的目的，使设备的能源消耗有效降低，为企业带来较大的经济效益。作为能源消耗较高的煤矿企业，在众多设备中应用到变频技术的较多，例如采掘、排水、运输、通风及空气压缩设备等，通过将变频器节能技术运用到这些设备中，有利于减少煤矿生产电能消耗，从而有利于煤矿企业的生产效益。
1.煤矿采煤机中对于变频器节能技术的应用
在煤矿生产中，采煤机是主要的机械设备，由于采煤作业空间较小，环境恶劣，粉尘较大，且空气湿度和湿度较高，因此要求采煤机设备要便于操作和维护，并要求系统运行要具有较高的可靠性、稳定性及安全性。而在煤矿采煤机上应用变频器节能技术，可有效避免电路异常、漏电、过负荷、过电流及过热等现象的发生，并且能提高采煤机运行的安全性、可靠性及稳定性，进而使煤矿采煤机的性能得到有效保护。
近年来，我单位开始运用MG900/2210-WD型系列电牵引采煤机，该设备牵引拖动系统采用“一拖一”，主、从拖动方式的机载交流变频调速技术，目前国内煤矿采矿区倾斜角一般在15°～180°之间，采煤区局部倾斜度则在30°～40°间。在采煤机运行中，若采用四象限能量回馈变频器调速技术，其可以在采煤区大倾斜度范围内，该技术调控制动力矩与维持牵引速度变化较小，基本上可以忽略不计，且运行中不会出现下滑现象，因此运用四象限能量回馈变频器调速节能技术可实现可靠调节、灵活控制等效果，可最大程度减少煤矿采煤机运行耗能。
2.煤矿供风系统设备中对于变频器节能技术的应用
在煤矿生产作业中，通常由空气压缩机提供井下作业时所需的压缩空气，但压缩空气应用的是非连续性的机械设备，而压缩机属于连续运行的机械设备，所使用的时间较长。在煤矿井下作业时，由于电动机系统难以根据负载量大小进行调整，而在供风系统设备中运用变频器节能技术能够有效调节电动机系统，能够确保在压力较稳定时，使煤矿压缩空气的质量得到进一步提高。此外，在煤矿压缩机中应用变频节能技术的优势还体现在[1]：其一，变频器节能技术能够避免机械设备受到电流冲击；其二，通过应用变频器节能技术，能够使系统在恒压控制的状态下，恒定气压，从而使煤矿作业气源的质量得到有效改；其三，应用变频器节能技术，所节省的电能可达到总电能耗费量的20%，从而有效降低变频器节能技术的投入成本善。
3.煤矿运输系统设备中对于变频器节能技术的应用
3.1煤矿皮带输送机中对于变频器节能技术的应用
目前，皮带输送机在煤矿生产中的使用较为频繁，但在使用皮带输送机过程中由于多种原因导致存在空载运行或轻载运行的状态，并且会耗费大量电能。而在煤矿输送机中应用变频器节能技术，一是能使皮带输送机难以启动的问题得到有效解决；二是能使皮带输送过程中电能消耗量降低。在煤矿皮带输送机中采用变频器进行驱动时，一般可采用一台电机、一个控制装置技术，若采用多台电机同时运行，则采用多个控制装置，实现主控制与从控制，从而平衡所有电机功率，进而实现节能效果。
3.2煤矿提升机中对于变频器节能技术的应用
提升机在煤矿生产作业生产时主要应用于使用频繁、负载繁重的环境中。因此，必须确保提升机在频繁的启动、停止及调速等过程中能够安全、稳定的运行，才能实现提升机的节能效果。在提升机中应用变频节能技术，不但能够确保提升机运行在节能状态下，使调速电阻的热损耗量降低，而且还能使设备在运行时的损耗降低，从而减少设备不必要的耗损，从而达到节能的效果。
在煤矿提升机变频器使用中，主要采用三种不同方式，即：频率与时间成线性关系、S形方式、半S形方式；在实际运行中，可根据煤矿提升高度、重量等因素可以调控变频器升速方式，从实现匀速升降，不仅提高提升机运行稳定性，还能节约提升机电耗。
4.结论
近年来，在煤矿机械设备中对于变频器节能技术的应用越来越广泛，作为一种新兴的电力节能技术的变频器节能技术，其具有高性能、数字化及智能化等多方面的优势，对于煤矿的生产有着重要的意义。随着科学技术的发展，不断涌现出了具有高性能、高安全性及高稳定性的变频器，并且现代化机械设备节能技术越来越好。因此，将变频器节能技术应用到煤矿生产中，能进一步降低煤矿生产中所消耗的能源，从而有效提高煤矿企业的经营效益。
参考文献：
[1]于淑珍.探讨我国煤矿机电设备中变频节能技术的应用[J].黑龙江科技信息，2013，4（2）：76.
变频节能篇6
一、概述
陕西延长石油集团永坪炼油厂各装置大量使用与风机、泵配套的电机,耗用大量电能。特别是一常压装置机泵在使用过程中存在大马拉小车的现象,又因生产、工艺等方面的变化,需要经常调节气体和液体的流量、压力、温度等;目前,该装置仍然采用落后的调节档风板或阀门开启度的方式来调节气体或液体的流量、压力、温度等。这实际上是通过人为增加阻力的方式,并以浪费电能和金钱为代价来满足工艺和工况对气体、液体流量调节的要求。这种落后的调节方式,不仅浪费了宝贵的能源,而且调节精度差,已经不能满足现代化工业生产及服务等方面的要求。
二、常压部分电机现场存在问题
I常压部分电机是为常压装置提供动力的设施,电机采用软启动控制,正常运转全速运行。
国家现在提倡共建节约型社会,而企业又是承担社会责任与节能改造的主体,其中节电又为节能的主要改造措施,针对节能我们考察生产现场,发现I常压部分机泵在运行中存在以下问题:
1.设备使用的问题。I常压部分机泵采用软启动控制方式,在电机启动时消除了全力矩启动,但在运行中是全速节流运行,调节阀调节,节流浪费严重。同时设备长期全速运行,容易造成设备使用寿命减短,维修费用加大。
2.能耗大的问题。常压装置在设计时存在“大马拉小车”,由于装置加功量变化频繁,负载率平均约为50%,调节可节能约为20%,还存在着30%能源浪费。
3.环保问题。由于机泵全速运行, 管网液体节流,使环境噪音大,严重影响环保。
三、变频节能原理
变频器的出现为交流调速方式带来了一场革命。随着近十几年变频技术的不断完善、发展。变频调速性能日趋完美,已被广泛应用于不同领域的交流调速。我厂也大量使用了变频器,变频节能为企业带来了可观的经济效益,推动了我厂工业生产的自动化进程。
1.变频节能。炼厂装置的风机、泵类的负载类型为二次方转矩T∝n2,为了保证生产的可靠性,装置在设计配用动力驱动时,都留有一定的富余量。电机不能在满负荷下运行,除达到动力驱动要求外,多余的力矩增加了有功功率的消耗,造成电能的浪费,在压力偏高时,可降低电机的运行速度,使其在恒压的同时节约电能。
电机功率与转速的关系:P∝n3节电率估算:N%=1-P%
可见降低电机转速可得到立方级的节能效果,节能效果显著。
2.通过变频自身的V/F功能节电。在保证电机输出力矩的情况下,可自动调节V/F曲线。减少电机的输出力矩,降低输入电流,达到节能状态。
3.变频自带软启动节能。在电机全压启动时,由于电机的启动力矩需要,要从电网吸收7倍的电机额定电流,而大的启动电流即浪费电力,对电网的电压波动损害也很大,增加了线损和变损。采用软启动后,启动电流可从0~电机额定电流,减少了启动电流对电网的冲击,节约了电费,也减少了启动惯性对设备的大惯量的转速冲击,延长了设备的使用寿命。
四、方案实施及效果
I常压大功率电机若采用变频调速控制,将根据工艺要求,通过改变变频器给定来改变负荷大小,变频给定改变,即电机转速改变,在风机、泵类因为P∝n3,节电效果显著。电气部分改动,只需将软起动改为同功率变频器,另敷设配电室至DCS操作室摸拟给定信号电缆即可。
根据现场配电盘空间及工艺综合考虑,将以下6台电机改为变频器控制:
1.一中泵P9/1,电机功率110kW,1台;
2.常顶油泵P8/2和二线泵P5/2,电机功率75kW,2台;
3.引风机电机功率90kW,1台 ;
4.鼓风机电机功率55kW,1台;
5.二中泵10/1,37kW,1台。
以上电机采用变频调速优点:
1.安全方面:若采用变频节能控制,可增加设备的长周期运行,增加设备的安全性,减少设备维修成本,有利于工艺换热效果。
2.环保方面:减少了节流和机泵噪声,增加了环保,延长了设备的使用寿命。
3.节能效果:此泵类负载因为P∝n3,节电率n%=1-p%,节电效果一般在50%以上,年节电约97万元,节能效果非常显著。
变频选型:变频器选用了法国施耐德ATV71变频器,它有超乎寻常的性能、先进的功能、简约的风格,简单的中文操作面板,所有通信网络、应用场合、对用户都开放等优点,我厂在二联合装置全部使用了施耐德变频器。
现场安装:在2008年5月装置年度大修期间,对I常压6台机泵进行了变频节能改造,将6台电机控制回路的软启动更换为变频器,通过安装调试,设备运行正常。
投资与节能:投资:6台变频器及现场安装费用约45万, DCS屏蔽电缆2 300m,约2万元,共计47万元。变频调速系统投运后,比调节阀调节,年节约电量2335278-724880=1610398kwh,年节约电费约1074227.88-333444.8=740783.08元,本次变频节能改造的投资回收期约为8个月。
五、结束语
变频节能篇7
关键词:中央空调;变频节能;设计
一、概述
在中央空调系统中，各种类型和不同功能的风机水泵的容量是根据建筑物最大设计冷热负荷设计选定的，并留有一定的设计余量。由于四季的变化，阴晴雨雪及白天与黑夜时，外界温度不同，使得中央空调的冷热负荷在绝大部分时间时远比设计负荷低。也就是说，中央空调实际大部分时间运行在低负荷状态下。据有关资料统计，67%的工程设计热负荷值为94～165/m2，而实际上83%的工程热负荷只有58～93W/m2，满负荷运行时间非常少。各种风机水泵一年四季在工频状态下全速运行，采用节流或回流挡板等方式来调节流量和风量，产生大量的节流或回流损失，因此造成了能量的较大浪费。随着科技的发展，变频器已广泛应用于各行各业，其较高的性价比和成熟的技术，在中央空调的各种风机水泵等电机拖动系统中接入变频系统，利用变频技术改变电机转速来调节流量和压力以及温度等参数的变化以取代阀门控制流量，将取得显著的节能效果。
二、现场工作概况
某生物药品有限公司是一家新建生物药品的生产厂家，新建的厂区已投入生产，为进一步提高公司产品的竞争力、节能降耗、最大限度的降低生产和人员成本，准备对公司生产运行中的能源大户进行节能改造，提高工艺设备的自动化程度，以满足GMP生产车间工艺要求。目前，现场涉及到的中央空调系统设备都是人为控制，设备的启动、停止、控制都是在人为干预的情况下进行操作，各个风机、水泵开机运行就在额定状态下运行，只是通过调整风道和管道上的各种阀门开度进行调节，能耗非常大，造成生产成本增大。根据现场设备运行情况分析，将以上设备进行变频自动化改造将有效地节约能源、提高设备的运行效率、并对设备和电网进行有效的保护，同时系统运行的自动化程度也得到了进一步提高。
我们根据目前设备运行情况，初步准备对动力中心中央空调系统、采暖循环泵系统、冻干机系统、纯水站循环泵、动物房空调系统、猪瘟疫苗车间空调系统蓝耳车间进行节能改造，其他需要改造的部分可以根据用户要求进行增加。
三、变频运行节能原理
(一)变频节能。由流体力学可知，P(功率)=Q(流量)×H(压力)，流量Q与转速N的一次方成正比，压力H与转速N的平方成正比，功率P与转速N的立方成正比，如果水泵的效率一定，当要求调节流量下降时，转速N可成比例的下降，而此时轴输出功率P成立方关系下降。即水泵电机的耗电功率与转速近似成立方比的关系。例如:一台水泵电机功率为55KW，当转速下降到原转速的4/5时，(运行频率为40HZ，额定频率为50HZ)其耗电量为28.16KW，省电48.8%，当转速下降到原转速的1/2时，其耗电量为6.875KW，省电87.5%。
(二)功率因数补偿节能。无功功率不但增加线损和设备的发热，更主要的是功率因数的降低导致电网有功功率的降低，大量的无功电能消耗在线路当中，设备使用效率低下，浪费严重，由公式P=S×COSФ，Q=S×SINФ，其中S-视在功率，P-有功功率，Q-无功功率，COSФ-功率因数，COSФ越大，有功功率P越大，普通水泵电机的功率因数在0.6～0.7之间，使用变频调速装置后，由于变频器内部滤波电容的作用，COSФ≈1，从而减少了无功损耗，增加了电网的有功功率。
(三)软启动节能。由于电机为直接启动或Y/D启动，启动电流等于4～7倍的额定电流，这样会对机电设备和供电电网造成严重的冲击，而且还会对电网容量要求过高，启动时产生的大电流和震动时对挡板和阀门的损害极大，对设备、管路的使用寿命极为不利。而使用变频节能装置后，利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始，最大值也不超过额定电流，减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求，延长了设备和阀门的使用寿命。节省了设备维护费用。
综上所述，对风机、水泵电机进行变频改造，是提高系统自动化程度和节能的最好途径。
四、实施方案
根据现场情况我们经与甲方领导多次沟通并根据资金状况和现场运行状况分析，决定采用单机变频节能改造，此方案一次投入资金相对较少，同样可以达到系统节能的要求，但没有完成整个系统自动化的集成，就系统节能测算，该方案的投资可在3年内收回。
(一)设计说明。该方案主要针对用户已经安装好的中央空调系统进行改造，特别针对厂区内能耗大户中央空调系统和冻干机系统进行单一变频节能改造，不实现整个系统的自动化集成，每一个各控制点需要现场采集测控信号，经PID运算后直接传送给现场变频控制柜，以实现对该点该设备的闭环控制，通过对各点的改造，实现各控制点的最佳变频运行状态，进而达到节能的目的。
1、单机变频控制柜的设计
(1)动力中心的空调风机共13台。其中新风机组两台，三台高效排风机，冷热水循环系统各一套，制冷系统冷却水循环系统(联动冷却塔风机)一套，以及冻干机系统中冷却水循环系统(联动冷却塔风机)一台，动物房空调风机三台，猪瘟疫苗车间空调系统三台，纯水站循环水泵3台，蓝耳疫苗车间空调系统(2个控制点)共35个控制点;其他如补水系统、地下水系统、锅炉系统以及自来水系统等涉及电机拖动的各系统不在此次改造范围之内，但可以根据要求和需要进行整个改造和集成。
(2)上述35个控制点中，26个空调风机控制点设计变频控制柜23台;3台高效风机工频运行，与需要产生负压的空调风机联动设计，保证三个负压车间正常;水系统各控制点设计7台变频柜，其中冷却水循环泵与冷却塔风机联动，三台纯水循环系统各设计一台控制柜，根据安装在现场传感器采集的信号分别送入各自控制柜以实现对单系统的闭环恒压力或恒温度运行。
(3)各控制柜分别具有现场手动操作(手动工频起停操作)、现场变频操作(现场手动变频器起停、频率手动设定操作)和远传微机控制三种操作方式;以便系统操作和今后需要系统集成时备用。
(4)控制柜设计微电脑定时装置，可以对设备运行的不同时间段、运行时间进行全面自动控制;减少人为误差。
(5)本次设计没有涉及到的其他部分可以根据甲方提出的要求进行增加，以达到整个工厂变频节能改造和自动控制的目的。
2、制冷系统
(1)冷却水循环。冷却水循环泵:45KW两台，一用一备，采用温度传感器对回水进行恒温度控制;45KW变频柜一台，配供回水温度传感器和控制器单泵恒温控制，具有定时切换功能，防止备用水泵长时间不运行造成腐蚀。
(2)冷冻水循环。冷冻水循环泵:18.5KW三台，两用一备，采用温度传感器对回水进行恒温度控制;18.5KW变频柜一台，配回水温度传感器，具有循环软启动功能。
(3)冷却塔风机。冷却塔风机7.5KW一台，采用温度变送器采集冷却塔出水温度进行控制，出水温度低于30度时停止运行，高于35度工频启动运行，与冷却水循环泵变频控制系统联动运行。
3、制热系统
热交换器后热媒水循环泵11KW两台，采用温度传感器对回水进行温度控制;11KW变频柜一台，配回水温度传感器恒温度控制，具有备循环软启动功能。
4、冻干机系统
(1)冷却水循环泵18.5KW两台，采用温度变送器对回水进行恒温差控制;18.5KW单泵变频柜一台，配回水温度传感器单泵恒温控制，具有定时切换功能，防止备用水泵长时间不运行造成腐蚀。
(2)冷却塔风机7.5KW一台，采用温度变送器采集冷却塔出水温度进行控制，出水温度低于30度时停止运行，高于35度工频启动运行，与冷却水循环泵变频控制系统联动运行。
5、组合式变风量空调机组
(1)新风机组，两台套(K2A-X、K2B-X)，功率:11KW，采用变频定频率运行，运行频率根据现场情况设定，既保证新风量的补充，又保证风道系统的压力和温度的恒定，两台11KW变频柜，具有手动和变频运行功能。
(2)空调风机正压区，十台套，7.5KW风机六台(JK2A-1、2、3、4、5和JK2B-4)，18.5KW风机三台(JK2A-6、JK2B-1、JK2B-6)，新增3KW风机一台。采用静压传感器采集回风口风道静压，经控制器运算输出控制变频器闭环变频运行，当频率达到50HZ时输出开关量信号，判定高效过滤器堵塞需要更换;采用7.5KW单泵变频控制柜六台、18.5KW单泵变频控制柜三台，变频柜分别具有现场手动操作(手动工频起停操作)、现场变频操作(现场手动变频器起停、频率手动设定操作)、恒变量闭环自动运行以及远传微机控制四种操作方式;以便系统操作和今后需要系统集成时备用。
(3)空调风机负压区，三台套，7.5KW风机三台(JK2B-2、JK2B-3、JK2B-5)。由于负压区循环风道上分别有三台功率2.2KW高效排风风机，需要与送风机联动配合，在保证车间负压的前提下对送风风机进行变频调速控制。
(4)动物房间组合空调风机三台，功率分别为7.5KW、2.2KW和4KW各一台，与上述空调风机正压区控制一致;设三台变频控制柜，功率分别为7.5KW、2.2KW和4KW。
(5)纯水站循环水泵三台套，功率为3KW，由于白天夜间用水量变化较大，拟采用压力传感器进行恒压力控制，设计单泵变频柜三台，功率为3KW。
(6)新增猪瘟疫苗车间空调系统三台;功率分别为3KW、5.5KW和7.5KW各一台，与上述空调风机正压区控制一致;设三台变频控制柜，功率分别为3KW、5.5KW和7.5KW。
以上共涉及33个控制点，施工地点分别在动力中心风机15台、水系统3台、冻干机房1台、动物房风机3台，纯水站3台，猪瘟车间风机3台，5个施工地点。
(二)冷冻水、冷却水变频改造示意图(如图1所示)。
(三)冷冻(媒)水、热媒水泵系统的闭环控制。
1、制冷模式下冷冻水泵系统的闭环控制
该方案在保证最末端设备冷冻水流量供给的情况下，确定一个冷冻泵变频器工作的最小工作频率，将其设定为下限频率并锁定，变频冷冻水泵的频率调节是通过安装在冷冻水系统回水主管上的温度传感器检测冷冻水回水温度，再经由温度控制器设定的温度来控制变频器的频率增减，其控制方式为:冷冻回水温度高于设定温度时频率无极上调最大达到50HZ。反之频率无极下调最低达到最低运行频率。
2、供热模式下热媒水泵系统的闭环控制
该模式是在冬季采暖模式下热媒水循环水泵系统的控制方案。热源为厂区锅炉热交换产生;同制冷模式控制方案一样，在保证最末端设备热媒水流量供给的情况下，确定一个热媒水泵变频器工作的最小工作频率，将其设定为下限频率并锁定，变频热媒水水泵的频率调节是通过安装在热水系统回水主管上的温度传感器检测回水温度，再经由温度控制器设定的温度来控制变频器的频率增减。同理，循环水回水温度低于设定温度时频率无极上调最大达到50HZ。反之频率无极下调最低达到最低运行频率。
(四)冷却水系统的闭环控制。目前，在冷却水系统进行改造的方案最为常见，节电效果也较为显著。该方案同样在保证冷却塔有一定的冷却水流出的情况下，通过控制变频器的输出频率来调节冷却水流量，当中中央空调冷却水出水温度低时，减少冷却水流量;当中中央空调冷却水出水温度高时，加大冷却水流量，从而达到在保证中中央空调机组正常工作的前提下达到节能增效的目的。
现有的控制方式大都先确定一个冷却泵变频器工作的最小工作频率，将其设定为下限频率并锁定，变频冷却水泵的频率是取冷却回水温度信号来调节，当回水温度大于设定值时，频率无极上调，当回水温度小于设定值时，频率无极下调，同时当冷却水回水温度高于设定值时，频率优先无极上调最大至50HZ，当冷却水回水温度低于设定值时频率优先无极下调达到最低运行频率。另外配合室外冷却塔风机运行，当冷却水回水温度低于30℃时停止，大于35℃开启;应与冷却水循环水泵变频控制柜一同设计。
(五)变频风机的静压PID控制方式。送风机的空气处理装置是采用冷热水来调节空气温度的热交换器。大型商场、人员较集中且面积较大的场所常使用此类装置。图2给出了一个空气处理装置中送风机的静压控制系统。如果送风干管不只一条，则需设置用静压要求最低的传感器控制风机。风管静压的设定值(主送风管道末端最后一个支管前的静压)一般取250～375Pa之间。若各通风口挡板开启数增加，则静压值比给定值低，控制风机转速增加，加大送风量;若各通风口挡板开启数减少，静压值上升，控制风机转速下降，送风量减少，静压又降低，从而形成了一个静压控制的PID闭环。
(六)冷却塔散热风扇的改造。冷却塔的散热风扇主要是用来加快冷却水在喷淋过程中的散热速度。对于风扇的控制可采用回水温度控制的方式，当循环冷却水泵运行在变频控制状态，冷却回水温度大于35℃时，冷却塔风机自动开启运行，当冷却回水温度小于30℃时，冷却塔风机自动停止运行，从而避免为满足冷却塔出水水温≤32℃，必须使风机处在工频状态下运行，而造成水温过低，形成不必要的能源浪费。
(七)纯水站3KW循环泵改造。涉及到3个3KW循环水泵的变频改造，拟采用循环水出水恒压变频控制，或采用分时段定频率运行方式进行改造，控制柜设计3KW单泵控制柜各一台，恒出水压力控制。
(八)动物房三台变风量空调机组。按照静压传感器恒压力变频运行以达到节能效果。
(九)设备的选型，主要包括:
1、变频器
变频器是此次节能改造的重要设备，设备的稳定性和操作的灵活性简便是该系统可靠、安全的根本，同时结合操作人员的掌握程度，我们选用了日本三垦、富士产品。
2、低压电器
低压电器的主要元器件我们选用了施耐德产品，以提高控制设备的可靠性，其他电器件选用国内知名品牌。
(1)整个改造系统我们将保留原系统控制设备，以确保改造前后系统运行的可靠性和延续性。
(2)根据对改造设备安装现场的考察，我们采用了一个控制点一台设备的设计方案，确保单一系统故障时不影响其他设备的正常运行操作。
(3)传感器选用了美国的KMC产品。
五、结语
该系统已于2007年10月正式投入使用，从运行效果看，完全能满足设计需要，节能效果平均达到15%～20%;单从节能收益分析，三年内即可收回全部投资，设备运行稳定性和自动化程度明显提高，延长了设备使用寿命，符合国家“十一五”规划的节能减排、节能降耗的要求，有着广泛的社会效益。目前中央空调系统大都采用水源热泵空调系统，虽然达到利用地热恒温水达到降耗目的，但由于自动化系统大都采用电动风阀、电动阀门来调节温度、湿度以及新风的补给量，风机和水泵一直运行在工频状态，因此水系统和风系统具有广泛的节能改造空间，通过变频改造，以达到系统全部节能变频运行的目的，最大限度使系统运行在最佳节能状态。
参考文献
1.李林，《智能大厦系统工程》，北京:电子工业出版社，1998
2.邹根南，《制冷装置及其自动化》，北京:机械工业出版社，1987
3.张祉佑，《制冷原理与设备》，北京:机械工业出版社，1988
变频节能篇8
关键词：煤矿；电机拖动系统；变频调速；节能改造
中图分类号：TM921
文献标识码：A
文章编号：1009-2374（2012）20-0130-03
随着电力电子技术、计算机技术、电力通信技术等的进一步发展，变频调速节能技术得到迅速发展且在工程实际应用中发挥了良好的应用效果。高性能的变频调速节能装置设备已被大量地引入到煤矿、钢厂、电厂等工业领域。通过大量研究和实践工作可知，交流电机采用变频调速技术升级改造后其通常可以获得30%～65%的节电效益。在煤矿开采过程中，随着井下开采和掘进的不断延伸，矿井巷道也变得越来越长，为了满足井下通风需求，需要增加通风风机的功率容量，这样大功率的电机直接起动对煤矿配电网冲击非常大，加上井下作业面需求风量波动较大，采用常规继电器直接控制方式会导致大量电能资源浪费。目前，大功率交流电机采用变频调速技术进行升级改造，已成为当代电机节能调速控制的潮流，其节能节电效果十分明显，加上科学技术的进一步发展，大功率、高电压变频器的制造成本也在明显降低，变频器起动性能和调速平稳性能得到大大提高，减少了电机起动对煤矿配电网的冲击。因此，结合煤矿井下通风系统的实际情况，采取变频调速技术对原电机控制系统进行技术升级改造，就显得非常有
意义。
1 电机变频调速控制原理
煤矿井下通信系统中风机电机拖动系统，由于受当时建设技术水平和综合投资资金的制约，存在电源浪费严重等问题。采取基于PLC与变频器的变频调速技术升级改造，可以达到节能降耗的目的。电机拖动系统的节能通常有两种方法，一种是直接采用节能电机，如永磁同步电机；另一种是采用变频调速等控制系统来动态调节电机输入电源频率，达到风机拖动系统输入与输出间的实时动态平衡，进而达到电机调节运行节能降耗的目的。基于PLC与变频器的电机变频调速控制系统具有体积小、重量轻、起动转矩大、控制精度高、功能强、可靠性高、操作维护简单便捷、兼容性强等优点，要明显优于以往常规电机调控模式，使用它除了具备调速稳定可靠的优点外，还可以节约大量电能资源。
风机电机的输出转速（转矩）同电机输入电源频率、转差率以及电机磁极对数三个因素有直接关系。电机输出转速可以表示为：
（1）
式（1）中：为电机的磁极对数；为电机运行实时电源频率；为滑差。
从式（1）可知，对于交流电机拖动系统而言，要实现电机拖动系统在实际调节运行过程中，具有较高调控稳定精确性和节能经济性，可以采取三种方法，即改变电机的磁极对数p、通过内部转子串联电阻等改变电机的滑差率s、改变电机实时电源频率f。改变电机磁极对数p和滑差率s，均需要改变电机内部结构，这在很大程度上受到电机制造工艺、生产技术等因素的制约。而调节电机输入电源的频率f，不仅不需要改变电机的内部结构，而且只需要外加变频器作为电机输入电源的调控单元，就能完成对电机控制系统的动态调节。同时采用变频调速后，能够经过变频器和PLC的动态调控，使整个电机拖动系统长期处于最优工况，达到节能降耗的目的。从技术性、调节运行节能经济性等方面来看，变频调速控制较其他节能方案在可行性、可靠性、精确性等方面更加优越，是电机节能降耗工程中常采用的技术措施。
2 电机拖动系统变频调速节能改造的技术要点和功能效果
煤矿通风系统中的风机电机拖动系统采用基于PLC与变频器的变频调速技术升级改造方案中，其节能改造实现的基本控制要求包括以下两个方面：
（1）节能控制系统应具备抑制电磁干扰的相应有效技术措施，能够防止非正弦波干扰风机电机拖动控制系统中的电脑主机、计时器、传感器等精密仪器设备的高效稳定工作，也就是采用变频调速控制系统进行技术升级改造过程中，不能改变风机电机控制系统的其他功能单元和元器件设备的正常稳定运行性能参数。
（2）在变频调速节能运行过程中，当风量检测系统出现故障时，变频调速控制系统将以电机拖动系统上限频率进行恒功率运行，以确保系统最大的风量。当变频调速控制系统出现故障时，能够发出声响及指示灯指示，提醒运行管理人员进行相关设备性能检查，同时起动原控制系统（如软起动、继电器直接起动等）。
风机电机拖动系统采用变频调速控制技术升级改造后，能够取得较好的节能经济效益、延长使用寿命等功能效果，具体表现为：
（1）速度调节范围较宽。基于PLC与变频器的变频调速控制系统，其控制可靠性和精确度较高，且其速度控制范围较宽，理论上能够实现在1%～100%范围内的连续动态平滑节能调节控制。
（2）实时调节误差较小，精度较高。可以达到±0.5%的误差范围。
（3）电能利用效率较高。电机转换效率可以达到96%以上，同时电机拖动系统功率因素可以达到95%，节省了大量无功功率，降低了配电网变压器的无功调节负担，提高了供电系统的供电可靠性。
（4）具备软起动功能。能够有效抑制电机起动冲击电流，确保电机起动具有较高安全可靠性，可以延长电机拖动系统的综合使用寿命。
（5）节能节电效果十分明显。采取变频调速控制系统进行技术升级改造后，比常规继电器直接起动控制系统，其节能节电效率通常可以达到30%以上。
3 电机拖动系统变频调速节能改造效益分析
3.1 电机变频调速节能改造方案
一大型煤矿井下通风系统中共采用3台通风机（按照两用一备控制模式设计），其进口温度为22℃，进口压力为99.12kPa，升压为68kPa，轴功率为207kW，配置异步电动机型号为Y355M1-2-220kW/380V F级 IP55，功率为220kW。为了提高煤矿井下通风系统运行的可靠性、经济性、节能性，结合煤矿井下通风系统的实际运行工况，按照“最小改动、最大可靠性、最优经济性”等改造原则，对煤矿井下通风电机拖动系统进行技术升级改造。决定采用基于PLC与变频器的变频调速控制对煤矿井下通风电机拖动系统进行技术升级改造，为了分析改造经济效益，决定1#风机采用变频调速运行方式，2#风机采取工频运行方式。
3.2 电机拖动系统变频调速升级改造节能效益分析
在各项运行技术指标和环境均相同的情况下，1#风机与2#风机相比，1#风机其调节运行工况性能要更加平滑稳定，平均运行电流降低到326A，比工频运行额定电流的408A要直接降低82A，理论节电效率为：，实际节电效率为43%，节能节电效果十分明显。
4 结语
根据通风空调系统电机变频调速节能控制技术原理，对煤矿井下通风电机拖动控制系统进行技术升级改造，使井下通风系统运行更加安全可靠和节能经济，同时煤矿井下通风系统电机拖动设备的综合使用寿命也得到延长。结合一大型煤矿井下通风系统具体节能改造工程的节电经济效益分析计算，可以得出煤矿井下通风系统变频调速升级改造的节能优越性。对煤矿井下通风系统风机电机拖动系统的变频调速节能升级改造，这个通风系统运行的稳定性和可靠性得到了进一步提高，井下通风温湿度指标也能满足实际煤炭开采需求。在现代变频调速控制技术的进一步完善和成熟下，变频调速节能改造电机拖动系统将成为煤矿井下通风系统节能升级改造的重要方法之一。
参考文献
[1] 张利君．变频调速技术与变频调速的节能原理[J]．内蒙古科技与经济，2006，（1）．