摘要：电机是风机、水泵、压缩机、机床、传输带等各种设备的驱动装置，广泛应用于冶金、石化、化工、煤炭、建材、公用设施等多个行业和领域，是用电量最大的耗电机械。据统计测算，我国电机保有量约19亿千瓦，总耗电量约3.8万千亿千瓦，占社会总用电量的64%，其中工业领域电机用电量为2.9万亿千瓦，约占工业用电的75%。目前我单位30千瓦以上电机共2000余台，装机容量32万千瓦，变频电机占比近13%，对我单位而言，电机能效每整体提升1个百分点，能够节电约1000万度/年，节约电费约500万元/年。
关键词：节能；变频器；节电率；频率；风速
1、技术背景
为了节能降耗，目前对我单位5台除尘风机做变频节能改造研究。分别为：磨矿仓除尘450kw一台；高压辊磨除尘280kw一台；中间贮矿仓除尘450kw一台；中破碎除尘450kw一台；筛分除尘1000kw一台。
2、节电原理
风机属于平方转矩负载，根据流体力学的知识可知：
1）风机的流量与水泵的转速成正比
2）风机的扬程（压力）与转速的平方成正比
3）风机的轴功率与转速的立方成正比
3、计算过程
1）风机的轴功率为p，风机的转速为n，风机的扬程为h，流量为q；
2）转速调节后：轴功率为p0，转速为n0，扬程为h0，流量为q0；
3）计算公式：p=kn3 h=kn2 q=kn
假设：转速降低到原来的95%，即下降5%时
（a）流量q0=k ×（95/100）n=0.95kn=0.95q 即流量变为未调节前的95%，下降了5%；
（b）扬程（或压力）h0=k×[（95/100）n]2=0.9kn2=0.9h；
这时扬程（或压力）下降了（h-h0）/h×100% =（h-0.9h）/h×100%
=[h（1-0.9）]/h×100%=10%
（c）轴功率p0= k×[（95/100）n]3=0.86 kn3=0.86p；
这时轴功率下降了（p- p0）/p×100% =（p-0.86p）/p×100%
=[p（1-0.86）]/p×100%=14%
综上所述：也就是说当风机转速下降5%时，流量也同比例下降了5%、扬程（或压力）下降了10%、轴功率下降了14%，这时的轴功率即为节电率。
4、风机变频改造节电收益
按年运行时间6000小时（5台设备年运行率70%左右），电费单价0.55元/kWh（峰值0.90元/kWh，闲值0.30元/kWh）计算，年节电汇总如下：
5台机组在47.5Hz下运行，年节电额为：104.67万元。
5、方案设计
变频器为户内型，变频装置与电动机均采用手动“一拖一”配置方式，一套变频器拖动一台电机运行，并配有手动旁路功能，即工频运行。变频器系统一次原理图及说明如下：
变频装置与电动机的连接方式如上图所示，一拖一手动系统成套设计方案如下：
高压变频调速系统设计有手动工频旁路接线原理如图所示，采用隔离开关作为旁路切换。电源经变频装置进线开关K1到高压变频装置，变频装置输出经出线开关K3送至电动机。电源还可经旁路开关K2直接起动电动机。
进出线开关和旁路开关的作用是：一旦变频装置出现故障，即可马上断开进出线刀闸K1和K3，将变频装置隔离；手动合旁路刀闸K2，在工频电源下起动电机运行。
6、节约电费以外的附加收益
1）降低设备运行与维护费用
采用变频调节后，通过调节电机转速实现节能；转速降低，主设备及相应辅助设备如轴承等磨损较前减轻，维护周期、设备运行寿命延长。在使用变频器过程中，只需定期对变频器除尘，不用停机，保证了生产的连续性。从实际改造情况看，采用变频调速后，运行与维护费用大大降低。
2）软启和软停功能
采用变频改造后，电机实现软启、软停，消除了启动电流过大对电网和设备的冲击，延长了电机的使用寿命。在整个运行范围内，电机可保证运行平稳，损耗减小，温升正常，无任何附加的异常振动和噪音。
3）增强电机的保护功能
与原来旧系统相比较，变频器具有过流、短路、过压、欠压、缺相、温升等多项保护功能，更完善地保护了电机。
4）实现高度自动化
采用变频改造后，系统运行操作简单，运行方便。可通过计算机远程给定风量或压力等参数，实现智能调节。
5）增强系统运行的可靠性
高压变频调速系统适应电网电压波动能力强，电压工作范围宽，电网电压在-35%～+15%之间波动时，系统均可正常运行。
6）谐波污染小
变频器采用了移相变压器和单元串联多电平技术。变频器系统中的谐波分为输入谐波和输出谐波。电网侧的输入谐波由于移相变压器的作用而被消除。另外由于功率单元串联，以及其供电二次绕组侧存在专门设计的相位差，能够形成多脉冲整流的效果，因此变频器自身产生的谐波被有效的虑除了。通过实验室的测试，变频器的输出谐波电压总畸变率一般为3%，电流总畸变率一般为4%，均符合国家电能质量的相关标准。
7）提高功率因数
变频器本身功率因数很高，一般在95%以上。高压变频器内部有很多电容，可以为电机负载提供无功功率，替代了直接供电时电网所需提供的无功功率。
7、总结
针对5台除尘风机的改造，频率降低5%，年节电费用104.67万元，该项目意义较为重大，后期可推广至全单位每个领域。
论文作者:宗海东1,魏志慧2,张雯3
论文发表刊物:《基层建设》2018年第36期
论文发表时间:2019/1/25
标签：变频器论文; 风机论文; 电机论文; 转速论文; 谐波论文; 旁路论文; 扬程论文; 《基层建设》2018年第36期论文;