風(fēng)機(jī)、水泵類電動(dòng)機(jī)在不同調(diào)節(jié)方式下的功率損耗和節(jié)電效果差異很大。以在80%額定流量下，不同調(diào)節(jié)方式的耗電率和節(jié)電率見2.2不同調(diào)節(jié)方式的耗電率和節(jié)電率比較%對(duì)于流量調(diào)節(jié)，無論是出口閥調(diào)節(jié)還是入口閥調(diào)節(jié)，都會(huì)使大量流量消耗在截流過程中，對(duì)管道和閥門均會(huì)造成較大的沖擊，調(diào)節(jié)的線性度差，風(fēng)機(jī)易發(fā)生喘振，且電動(dòng)執(zhí)行器故障率高，不適宜頻繁調(diào)節(jié)，構(gòu)成閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)難度大；采用液力耦合器調(diào)節(jié)，盡管流量變化平滑，但液力耦合器體積大，調(diào)節(jié)范圍窄，節(jié)電效果不明顯，且油系統(tǒng)維護(hù)復(fù)雜。

　　由流體力學(xué)原理知：流量Q與轉(zhuǎn)速n成正比，壓力H與轉(zhuǎn)速n2成正比，軸功率P與轉(zhuǎn)速n 3成正比，即：

　　Q / Qe= n / ne， H / He= （ n/ ne）2， P/ Pe= （ n / ne）3（ 1）式中： Q、H、P和n給定工況下的流量、壓力、軸功率和轉(zhuǎn)速；Q e、H e、P e和n e額定工況下的流量、壓力、軸功率和轉(zhuǎn)速。

　　電機(jī)轉(zhuǎn)速的基本公式：

　　n = 60f / p （1- s）（ 2）式中： f電機(jī)定子頻率；p電機(jī)的極對(duì)數(shù)，為常數(shù)；s電機(jī)的轉(zhuǎn)差率。

　　從式（ 2）中不難看出，變頻調(diào)速就是均勻地調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)定子頻率f ，從而平滑地調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n.異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速具有調(diào)速范圍寬、平滑性高、機(jī)械特性硬等優(yōu)點(diǎn)，因此成為當(dāng)前最主要的調(diào)速方式。

　　由公式（ 1）推出當(dāng)電動(dòng)機(jī)在給定轉(zhuǎn)速n下，其節(jié)約的電量為：

　　Wn= < 1- （ n / ne）3> PeT（ 3）式中： W n節(jié)約的電量， kW h；t電動(dòng)機(jī)在給定轉(zhuǎn)速n下的運(yùn)行時(shí)間， h.

　　由式（ 3）不難看出，當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n大幅度下降時(shí)，其節(jié)電效果非常明顯。

　　中小功率電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速節(jié)電已得到大家的認(rèn)可，但節(jié)電效果有限。大功率的風(fēng)機(jī)、水泵盡管數(shù)量少，但功率大，約占風(fēng)機(jī)、水泵總功率的50% 60%，節(jié)電潛力巨大。

　　大功率變頻器及變頻調(diào)速方案

　　我國標(biāo)準(zhǔn)定義：高壓是指電壓等級(jí)為66 kV以上的供電電壓，低壓是指電壓等級(jí)為1 kV以下的配電電壓，中壓是指電壓等級(jí)為1 35 kV的配電電壓，中壓變頻器是指輸入/輸出電壓為1 10 kV的變頻器。

　　目前較為推崇的多重、多級(jí)串聯(lián)式中壓變頻器，是利用移相變壓器得到多級(jí)低壓工頻電壓，分別整流、濾波、逆變、串聯(lián)后，再將各相中性點(diǎn)相連，以三相變頻電源向電動(dòng)機(jī)供電。各功率單元參數(shù)相同，耐壓均為690 V，采用摸塊化結(jié)構(gòu)，易于更換。各功率單元通過采用多級(jí)低壓IGBT的PWM式脈寬調(diào)制技術(shù)，使總輸出的正弦波近乎基波。

　　目前的變頻調(diào)速方案有以下幾種：

　?。?1）低低方案。電動(dòng)機(jī)功率200 kW，采用低壓變頻器直接向380 V電動(dòng)機(jī)供電，這也是目前最為普遍且應(yīng)用最廣泛的調(diào)速方案。

　?。?2）高低低方案。200 kW電動(dòng)機(jī)功率800 kW，電動(dòng)機(jī)電壓選定為380 660 V，通過降壓變壓器低壓變頻器，向電動(dòng)機(jī)提供變頻電源。

　　此方案性能優(yōu)越，低壓變頻器技術(shù)成熟，變頻器選擇余地大，相對(duì)投資少，但若采用工頻電源直接起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，需受供電系統(tǒng)容量和配電變壓器容量的限制。

　?。?3）高低高方案。800 kW電動(dòng)機(jī)功率1 500 kW，電動(dòng)機(jī)電壓選定為6 kV或10 kV，利用降壓變壓器將系統(tǒng)電壓降為600 V或460 V，通過低壓電流源型變頻器變頻后，再用升壓變壓器將電壓升為6 kV或10 kV，向電動(dòng)機(jī)提供變頻電源。

　　此方案價(jià)格適中，調(diào)速平穩(wěn)，但增加了降/升壓變壓器后，使整個(gè)回路效率降低，且升壓變壓器由于有諧波電流通過，溫升會(huì)大幅度提高。

　　（ 4）高中中方案。1 000 kW電動(dòng)機(jī)功率2 500 kW，電動(dòng)機(jī)電壓選定為1 7 kV、2 2 kV、3 3 kV或4 16 kV，利用降壓變壓器將系統(tǒng)電壓降為1 7 kV、2 2 kV、3 3 kV或4 16 kV，通過降壓變壓器中壓變頻器，直接向電動(dòng)機(jī)提供變頻電源，此方案成本低，可靠性高，整個(gè)回路效率有所改善。

　　（5）高高方案。電動(dòng)機(jī)功率3 000 kW，電動(dòng)機(jī)電壓選定為6 kV或10 kV，一般首推低耐壓、多功率單元串聯(lián)的多重化變頻調(diào)速技術(shù)，但此方案對(duì)電動(dòng)機(jī)的絕緣水平有較高的要求，且僅限于風(fēng)機(jī)、水泵類無需四象限運(yùn)行的負(fù)載，若考慮驅(qū)動(dòng)卷?xiàng)顧C(jī)等負(fù)載，則應(yīng)選用四象限運(yùn)行的變頻器。

　　存在問題用電設(shè)備出力下降目前大功率變頻器的問題是供電電壓高和電力電子器件耐壓低的矛盾，同時(shí)PWM工作模式和系統(tǒng)寄生電感共同作用，形成過大的du/ dt，造成電機(jī)絕緣受損。由變頻器產(chǎn)生的電網(wǎng)諧波，使用電設(shè)備損耗增加，使電動(dòng)機(jī)附加了制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，用電設(shè)備出力下降。這些都是影響大功率變頻器大面積推廣使用的主要因素之一。我國大功率變頻器市場龐大，是國內(nèi)外眾多廠商競爭的熱點(diǎn)，美國羅賓康（ ROBI CON）、羅克韋爾（ AB）、瑞典ABB、意大利ANSAL DO、日本的三菱、富士等公司，及國內(nèi)的凱奇、先行、利德華福、成都的佳靈等公司，都相繼開發(fā)出了大功率變頻調(diào)速裝置，盡管他們主回路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)各有千秋，但基本上都解決了耐壓和諧波治理等難題。

　　大功率變頻器價(jià)格高大功率變頻器價(jià)格過高也是影響大面積推廣使用的主要因素之一。隨著電機(jī)電壓水平的提升，電機(jī)的絕緣水平必然提高，導(dǎo)致電機(jī)重量增加、價(jià)格上漲。電壓水平的提升，也會(huì)使大功率變頻器功率單元的串聯(lián)數(shù)量增加，成本會(huì)大幅度提高。將不同電壓等級(jí)下電動(dòng)機(jī)和變頻器單位價(jià)格列表如下3.

　　3電動(dòng)機(jī)和變頻器單位價(jià)格

　　同等電壓條件下，功率越大，變頻器與電動(dòng)機(jī)價(jià)格比越小。應(yīng)用展望電動(dòng)機(jī)無功功率通過變頻器直流環(huán)節(jié)的濾波電容進(jìn)行瞬時(shí)補(bǔ)償后，自身功率因數(shù)已高達(dá)0 95以上，使系統(tǒng)功率因數(shù)大大改善，減少了系統(tǒng)無功補(bǔ)償電容器組的投入量。采用變頻調(diào)速后，使被拖動(dòng)機(jī)械長期在低于額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，減少了節(jié)質(zhì)對(duì)葉片及管道的磨損，減輕了軸承的磨擦，同時(shí)使機(jī)組的振動(dòng)和噪聲也明顯降低，通過關(guān)鍵速度點(diǎn)的參數(shù)設(shè)定避開了風(fēng)機(jī)喘振點(diǎn)。大功率電動(dòng)機(jī)采用變頻調(diào)速后，平滑地起動(dòng)、停機(jī)，解決了電動(dòng)機(jī)起停過程中對(duì)電網(wǎng)和被拖動(dòng)設(shè)備的沖擊。風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備采用變頻調(diào)速調(diào)節(jié)風(fēng)量、流量是一種非常有效的接電措施。

　　有色冶金行業(yè)也屬國民經(jīng)濟(jì)的耗電大戶。礦山的挖掘機(jī)、排水泵、礦井通風(fēng)機(jī)；選廠的球磨機(jī)；冶煉爐的各種鼓風(fēng)機(jī)、排煙機(jī)（接力風(fēng)機(jī)）、硫酸廠的SO 2風(fēng)機(jī)；制氧站的空壓機(jī)、氧壓機(jī)等，這些大容量的拖動(dòng)機(jī)械，其用電量占企業(yè)總用電量（電解、電爐除外）的60%.有色冶金工藝變化頻繁，不同冶煉過程中風(fēng)量、水量、氣量波動(dòng)幅度高達(dá)30% 80%，為滿足工藝過程往往采用截流%的辦法，使電能白白浪費(fèi)，十分可惜。上述設(shè)備若采用變頻調(diào)速節(jié)電，其節(jié)電效果將十分顯著，多數(shù)投資在2年左右即可收回。

　　以10萬t/ a粗鉛的頂吹爐+鼓風(fēng)爐+煙化爐冶煉工藝為例。其三種風(fēng)機(jī)的拖動(dòng)電機(jī)功率分別為（ 1）鼓風(fēng)機(jī)： （ 280+ 2 1 250+ 2 560） kW= 3 900 kW（ 2）排煙機(jī)： （ 185+ 2 440 + 2 560） kW= 2 185 kW（ 3） SO 2風(fēng)機(jī)： 2 500 kW總計(jì)安裝功率為8 585 kW，計(jì)算功率為7 727 kW，上述風(fēng)機(jī)均處于長年連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)，按年運(yùn)行7 500小時(shí)計(jì)算，年耗電量為57 948 750 kW h，按0 41元/ kW h計(jì)算，年電費(fèi)為23 758 988元。大功率變頻調(diào)速設(shè)備總投資約1 600萬，按年節(jié)電40%計(jì)算，年節(jié)省電費(fèi)約950萬，投資回收率不到二年。

　　根據(jù)工藝過程參數(shù)變化，采用大功率變頻調(diào)速裝置，借助PLC或DCS控制系統(tǒng)4 20 mA的模擬輸出，對(duì)上述三種風(fēng)機(jī)實(shí)施閉環(huán)聯(lián)動(dòng)調(diào)節(jié)，使三種風(fēng)機(jī)同時(shí)工作在最佳運(yùn)行狀態(tài)，其節(jié)電效果將更加顯著。

　　結(jié)束

　　我國能源形勢非常嚴(yán)峻，節(jié)能、節(jié)電勢在必行，節(jié)電是節(jié)能最重要的組成部分。國務(wù)院明確提出十一五期間，要將企業(yè)能耗降低10%.伴隨相關(guān)節(jié)能政策的出臺(tái)，企業(yè)電費(fèi)必然上漲，而隨著市場日趨完善，大功率變頻器商家之間的競爭更加激烈，必然帶來大功率變頻器價(jià)格的大幅度下降，企業(yè)的投資回收年限將大大縮短。