一、引言

近几年来，随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，电气传动技术面临着一场历史革命，即交流调速取代直流调速和计算机数字控制技术取代模拟控制技术已成为发展趋势。电机交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。变频调速以其优异的调速和起动、制动性能，高效率、高功率因数和节电效果，其广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。

二、项目概述

该工厂位于上海嘉定区的曹安公路，在该车间有额定功率为132KW的鼓风机、引风机各1台,为满足生产工艺过程不同阶段对风量的需求变化，当前引风机系统均采用传统的进口风门档板调节方式，它不仅增加了操作人员的劳动强度，而且也造成电能的极大浪费现象。为此，我们与该车间的生产管理和技术人员协商，本着节约能耗，降低生产成本的指导思想，对鼓风机、引风机系统提出实施变频节能改造。作为专业化从事变频节能技术改造的上海正艺科技公司，我们愿意竭诚为此提供可靠的产品与服务。

2010年8月，我们对该鼓风机、引风机系统进行了现场实际运行工况的考察与测量以及数据采集与记录，并将依此作为数据依据，出据本次节能改造技术方案报告，以供厂方投资改造决策参考。

132KW鼓风机、引风机电机型号：Y315-6、额定电压：380V，接法△，电机转速990r/min，额定电流：246A。 上海正艺信息科技有限公司

工作工况：工频星三角启动，鼓风机工作电流170A，引风机工作电流140A，风机进口风门开度50%。根据实时工况，进行人工调节。上海正艺信息科技有限公司

三、变频节能技术原理

为诠释变频控制节电原理，我们通常将负载类型分为：变转矩负载特性和恒转矩负载特性以及恒功率负载特性三大类型。由于负载特性不同，所以，在使用变频器对电机实行控制时所采用的控制方案也截然不同。由于该公司鼓风机是属于典型的风机变转矩负载类型，它满足变转矩负载的工作特性关系，所以，下面就变转矩类负载特点加以分析说明，以取得对该负载类型在变频节能空间可行性上的一致认同。 变转矩负载变频节能技术原理分析 上海正艺信息科技有限公司

对于风机变转矩负载特性实施变频调速控制在原理上属于减少流体（空气、液体等）动力节电方法，是一种较好的、被广泛采用的节电方法。无数实例业已证明，它比通常所采用的风门或挡板调节方式有着显著的节电效果。下面通过图1（流量Q与扬程H及轴功率P的关系曲线图）来说明风机、水泵变频调速节电原理。 对于风机、泵类负载，流量与转速成正比：Q 1/Q2→η1/η2 , 扬程与转速的平方成正比：H 1/H2→（η1/η2）2 ，而电机的轴功率与转速的立方成正比：H 1/H2→（η1/η2）3 。因此，采用变频技术调节不同流量时消耗的功率为：P变=n3Ped= Q3Ped(公式1) 上海正艺信息科技有限公司

在采用阀门或挡板控制流量时，电机在额定转速下定速运转，在不同流量时电机消耗的功率为：

P阀=（0.4+0.6Q）Ped(公式2)

其中，Ped为阀门或挡板全开状态下，电机以额定转速运行时消耗的功率，Q为流量的相对值。从（1）式和（2）式可以看出，当流量Q变为额定流量的50%时，采用变频调速时消耗的功率为：

P变=n3Ped= Q3Ped=0.53 Ped =0.125 Ped(结论1)

采用阀门或挡板控制流量时，消耗的功率为： 上海正艺信息科技有限公司

P阀=（0.4+0.6Q）Ped=（0.4+0.6×0.5）Ped =0.7 Ped(结论2)

所以，两种方式的节电率为：（0.7-0.125）/0.7≈82%(结论3)

在实际情况下，使用变频调速技术后节约能耗多少的精确、精准性的前期计算具有一定的难度，它不仅与负荷的变化波动分布规律等密切相关（与时间相关的函数），而且，还与电机、水泵等在不同工作点的效率特性、管网特性等相关。然而，我们可以通过以上方式对改造项目进行能耗节约估算，以获取投资收益前期估算。

图1：流量Q与扬程H及轴功率P的关系曲线图

在图1—a 中，我们给出了流量Q与扬程H之间的变化关系特性，其中，曲线a1表示在工频定速驱动方式下流量Q与扬程H之间的变化趋势特性，而曲线ax则表示采用变频调速驱动方式下风机所表现出来的流量Q与扬程H之间的变化关系特性。从曲线a1和ax在H-Q坐标系中的位置关系，可以清晰地看出，变频驱动方式不仅可以调节流量以适应风量的需求变化，而且也在调节流量的同时降低了输出扬程的能量消耗。而工频定速运行方式虽然可以通过调节入口风门档板方式调节风量的变化，但是，工频调节风门档板方式没有达到降低出口扬程的目的，导致电能的极大浪费。

在图1—b 中，我们给出了在不同流量状态下流量与轴功率之间的关系曲线。其中，曲线1表示在不同流量需求状态下，工频定速运行时，通过调节风门档板的方式，所消耗功率的变化特性。曲线2表示了在变频驱动风量调节方式下，所消耗功率的变化特性。曲线1与曲线2之间的阴影面积就是在不同风量需求工况下的工频与变频所消耗能量之差。

从上图可以看出，在不同流量时节电率是不同的，流量越小节电的比例越大。若流量的调节范围为：（0.5～1）Qe ，并假定在这一流量范围内各种流量的运行时间均等，则通过定积分运算可以计算出变频调速调节所节省的平均值为：

ΔP= (Pe/0.5)∫0.51(0.4+0.6Q-Q3)dQ≈0.4 Pe上海正艺信息科技有限公司

所节省的功率可达额定功率的40%，节能潜力巨大。同时，我们应该看到，对某台风机或水泵来说，节能的多少还与运行时间多少、调节流量与不调节流量的时间比、流量调节范围的大小、各种流量所占总运行时间比等等因素有关。 上海正艺信息科技有限公司

在理想状态下，若能通过变频节能技术改造，使风机系统实现“所供即所需”目标，即实现“按需分配”原则，那么，就可以按照以上的公式，通过对各风机的工况采集数据的计算来求解节能预测指标数据，并根据这一数据决定节能改造投资方案，预估投资规模及投资收益，为节能改造投资决策服务。下面就分别对鼓风机、鼓风机系统依据以上变频节能控制原理加以节能预测计算。

四、节能指标分析与预测估算上海正艺信息科技有限公司

对于额定功率为132KW的鼓、引风机而言，其额定功率（Pe）并不是其实际运行消耗功率（P工），由第2节项目概况中提供的该风机运行电流可以知道，风机在工频工作状态下消耗功率P工至少为：

P鼓工=Pe×(170/246)=0.69KW×132≈91KW

P引工=Pe×(140/246)=0.57KW×132≈75KW

为达到其相同的风量前提下，考虑到大功率风机系统在变频运行状态下，其最低输出频率的限定（暂定为25HZ—35HZ）的影响，那么在变频驱动方式下，实行消耗功率为：

P鼓变=Pe×(0.69)3=132×0.32=42KW

P引变=Pe×(0.57)3=132×0.19=25KW 上海正艺信息科技有限公司

那么，风机实施变频节能改造后，具有节电效率为：

ΔP鼓工变= （P工–P变）/ P工=（91–42）/91×100%=53%

ΔP引工变= （P工–P变）/ P工=（75-25）/75=66%

五、效益分析

系统节电率理论计算分别为：53%、66%，现仅取值38%和50%，鼓风机、引风机在变频节能改造后全年节约电费的数量（电费按0.4元/KWH计算）。

①F鼓=38%×91KW×30天×24小时×12个月×0.4元/KWH≈11.9万元

②F引=50%×75KW×30天×24小时×12个月×0.4元/KWH≈12.9万元

风机系统全年节约电费 上海正艺信息科技有限公司

①+②=11.9+12.9=24.8万元

按照整个节能改造费用控制在28万元，那么系统改造后，全部投资改造费用将在十四个月收回，投资改造期短，投资收益成效显著。

六、控制系统的产品质量主要优点

在实施变频节能改造后，从控制系统控制精确性、设备安全性、运行可靠性、操作方便性、维护简易性、设备使用寿命保护功能等角度看，主要优点可以归纳为以下几个方面：

⑴ 对供电电源的检测与保护

由于LG变频器具有输入电源缺相检测与保护功能，有效地避免了输入电源开关原因造成的输入电源缺相给电器设备带来的损坏；同时，由于LG变频器采用的是交-直-交变流技术，有效地避免了由于输入电源低压波动给电机设备带来的冲击，LG变频器具有较宽的输入电压允许范围，当电源输入电压在340V～500V范围波动时，LG变频器可以使被驱动的电机完全不受这一电源电压波动的影响。 上海正艺信息科技有限公司

⑵ 平滑启动、停止性能减少对电网冲击

由于采用变频控制技术，实现了对电机的软启动与软停止功能，在启动与停止过程中实现了施加在电机上的电压与电流逐步减小或逐步增大的过程，有效地避免了对大功率电机（国家标准建议11KW以上功率的电机采用降压启动措施）启动过程给供电电网带来的压降变化冲击，减少了电机启动过程对供电电网的影响。

⑶ 对电机的通常保护

由于LG变频器本身集成了电机参数自动检测（AMA：Auto Motor Adapt ）、电机过流、电机过载、电机三相不平衡检测功能，所以，无论因为负载的突然增加、电机堵转、接地漏电等原因，你都可以不必担心电机的意外损坏，因为LG变频器健全的相应保护功能会立即动作，关断输出来保护电机，并且自动记录下故障的原因，以便维护人员的检修。

⑷ 对电机的独特保护 上海正艺信息科技有限公司

① 通常大多数品牌变频器不具备对电机所有三相的恒定监测功能，而LG变频器具有这个功能，这个功能允许电机在有负载输出的情况下投入变频驱动。这一功能特点可以使采用“一控多”变频方案下，当需要进行变频驱动切换泵时不必等到电机完全停止时就可以投入变频驱动，而普通变频器在做这个驱动切换时则必须要求电机处于完全停止状态，否则变频器会故障或损坏；

② 由于LG变频器采用先进的空间电压与电流矢量控制（VVCplus）技术，所以它具有完美的正玄输出波形（非正玄波形会对电机绕组绝缘产生破坏），尤其是在低频时也具有这一特点，因此它对被驱动的电机绝缘等级没有特别严格的要求，即便是绝缘等级为B级的电机，也可以安全、稳定、可靠的被驱动运行。而普通的频压特性（即V/F特性）变频器对电机则要求较高的绝缘等级，往往在变频驱动一段时间后电机会损坏；

③ 由于LG变频器集成了先进的对电机进行热保护的电子电路，它通过实时地监测和计算电机的电流、频率和累计时间来计算出电机的温度，与传统的双金属片热保护不同，电子热保护不仅可以监测正常频率运行工况下电机的热保护，而且也考虑到了电机在低频运行时由于风扇转速的降低而鼓起的风扇冷却效果的下降因素，真正实现了全频率范围的热保护功能；

④ LG变频器具有电机转矩极限和再生作业转矩极限保护设定功能，转矩极限保护功能使电机在出现失步转矩运行时（1.6Te），变频器立即关断输出来保护电机，避免了电机在失速状态下运行时带来的进一步损坏；而再生作业转矩保护功能限定了电机在设定发电作业运行时的转矩极限，保护了被牵鼓拖动运转状态下的电机。

⑸ 对风机、齿轮等机械设备的保护

在工频方式下，电机的每次启动与停止都对水泵的叶片组和齿轮箱是一次冲击性损坏，而采用变频控制方式，可以自由地选择从静止到额定转速的上升时间，从而实现了对风机叶片组与齿轮箱的无冲击性启动过程，延长了风机和齿轮等机械设备的合理使用寿命，减少了日常维护工作。

⑹ 风门、档板的免调节与免维护功能 上海正艺信息科技有限公司

在工频定速运行工况下，为满足末端用户对风量的需求变化，操作人员必须适时地调节位于风机入口管道上的手动阀门开度，来达到调节流量供应变化的需求，在实施变频节能技术改造后，由于流量的供给变化可以通过变频器来自动实现，所以，就不再需要去调节手动阀门的开度了，只要将手动阀门完全打开即可，因此，即免除了操作人员的阀门开度调节的操作工作，也免除了对手动阀门的日常维护保养工作。

⑺ 双保险工作制方式，确保生产的不间断进行

在实施变频控制改造后，正常情况下通过变频器来驱动电机向用户供给需求风量，为保障生产的不间断进行，我们还对每台风机都备用了旁路工频驱动回路，这样既使在变频器发生故障或老化损坏的情况下，也可以确保向用户提供充足的风量需求，确保了生产过程的不间断进行。

七、结束语

目前大量的风机节能改造已在各工业生产领域得到广泛推广和使用，并取得了骄人的节电效率。它不仅是自动化控制系统的发展趋势，更是各企业节能降耗的实现方向。变频节能改造投资是一项收益率较高的技改方向。

上海正艺科技愿意以“可靠的产品质量、可信的产品价格、真诚的合作伙伴关系”为宗旨，为用户提供满意的投资收益回报。