姚云霞

（中核蘭州鈾濃縮有限公司，甘肅 蘭州730065）

一期空調(diào)機(jī)房中電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速改造

姚云霞

（中核蘭州鈾濃縮有限公司，甘肅 蘭州730065）

首先對(duì)一期空調(diào)機(jī)房做了簡(jiǎn)單介紹，再對(duì)變頻調(diào)速改造從原理與節(jié)電效果方面做了介紹；再對(duì)改造前軟啟動(dòng)柜與改造后變頻調(diào)速柜做了詳細(xì)的比較，最后對(duì)經(jīng)濟(jì)效益做了一個(gè)計(jì)算。

電動(dòng)機(jī)；變頻調(diào)速；節(jié)電

1　概述

一期級(jí)聯(lián)廠房共有四個(gè)空調(diào)機(jī)房，01-1～4，每個(gè)空調(diào)機(jī)房設(shè)有三組送、回風(fēng)機(jī)組，運(yùn)行方式為一組運(yùn)行兩組備用。其中01-1和01-2空調(diào)機(jī)房送風(fēng)機(jī)電機(jī)容量為55kW，回風(fēng)機(jī)電機(jī)容量為45kW；01-3和01-4空調(diào)機(jī)房送風(fēng)機(jī)電機(jī)容量為45kW，回風(fēng)機(jī)電機(jī)容量為37kW。采用傳統(tǒng)的風(fēng)擋來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量，利用24臺(tái)軟啟動(dòng)柜控制啟動(dòng)?，F(xiàn)采用在節(jié)能和調(diào)速特性等方面優(yōu)于其他調(diào)速方式的變頻調(diào)速方法，可節(jié)電10%～30%。

2　變頻調(diào)速技術(shù)

2.1異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的原理

異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為

式中，n電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；f1為電動(dòng)機(jī)定子的供電頻率；s為轉(zhuǎn)差率；p為電動(dòng)機(jī)定子繞組級(jí)對(duì)數(shù)；n1為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速。由公式可以看出交流電源頻率f1變化，電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速隨之成正比變化。因此，改變電源頻率很容易改變異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子的速率。

2.2變頻調(diào)速在節(jié)電方面的主要作用闡述

我們可以依據(jù)流體力學(xué)的定律得知，各種風(fēng)機(jī)以及泵裝置，它們屬于轉(zhuǎn)矩負(fù)荷，它們的轉(zhuǎn)速n和流過(guò)的量度L、壓力F以及電機(jī)轉(zhuǎn)軸的功率P具有下面的關(guān)系：L∝n，F(xiàn)∝n2，P∝n3；圖1為轉(zhuǎn)矩類(lèi)負(fù)荷的壓力F與流過(guò)的量度L之間的特性所示圖：

圖1　轉(zhuǎn)矩類(lèi)負(fù)荷的壓力F與流過(guò)的量度L之間的關(guān)系特性所示圖

如圖所示：n0是電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在銘牌上所示的額定轉(zhuǎn)速時(shí)壓力F與流過(guò)的量度L之間的關(guān)系特性曲線；n1是電動(dòng)機(jī)在實(shí)際運(yùn)行速度時(shí)壓力F與流過(guò)的量度L之間的關(guān)系特性曲線；D1是轉(zhuǎn)矩類(lèi)負(fù)荷在負(fù)載阻力最小時(shí)的特性曲線；D2是轉(zhuǎn)矩類(lèi)負(fù)荷在負(fù)載阻力增長(zhǎng)到某特定值時(shí)的特性曲線。

首先給大家對(duì)傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)方式做一介紹：當(dāng)轉(zhuǎn)矩類(lèi)負(fù)荷運(yùn)行在負(fù)載曲線D1時(shí)，主工況A1對(duì)應(yīng)的流量和壓力是L0、F0，這時(shí)負(fù)荷需要的運(yùn)行功率與H1 與Q1的乘積成正比，即與圖A1L0OF0的面積成正比。當(dāng)工藝要求減小到流量L1時(shí)，通過(guò)加大負(fù)載的負(fù)荷量，使轉(zhuǎn)矩類(lèi)負(fù)荷的主工況過(guò)渡到特性曲線D2上的A2，而壓力則有F0增大到F1，這時(shí)負(fù)荷需要的運(yùn)行功率與F1與L1的乘積成正比，即與圖A2F1OL1的面積成正比。由此可以看出，負(fù)荷主工況需要的功率增大許多，顯然這種控制方式已然落伍了。

其次對(duì)變頻調(diào)速通過(guò)圖1來(lái)做介紹：如果采用變頻調(diào)速方式，轉(zhuǎn)矩類(lèi)負(fù)荷的運(yùn)行轉(zhuǎn)速由額定轉(zhuǎn)速n0下降到實(shí)際轉(zhuǎn)速n1時(shí)，主工況由A1移到A3，但流過(guò)的量度不變?yōu)長(zhǎng)1，而壓力則由F0降為F2，這時(shí)負(fù)荷需要的功率與F2與L1的乘積成正比，即與圖A3F2OL1的面積成正比，由此可見(jiàn)，變頻調(diào)速的優(yōu)越性是明顯的。

通過(guò)大量的實(shí)踐實(shí)施，證明了變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)，當(dāng)電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速的80%運(yùn)行時(shí)，節(jié)能效率可以達(dá)到40%。其節(jié)能原理矢量圖如圖2所示。

圖2　節(jié)能原理矢量圖

3　柜的結(jié)構(gòu)原理圖

為了便于將改造前后的效果做一詳細(xì)比較，下面對(duì)改造前的軟啟動(dòng)柜與改造后的變頻調(diào)速柜做一比較說(shuō)明。

3.1改造前軟啟動(dòng)柜的結(jié)構(gòu)原理圖

由圖3可知，改造前采用了電動(dòng)機(jī)的串電抗降壓及軟啟動(dòng)原理，這主要是根據(jù)改變可控硅的導(dǎo)通角，從而達(dá)到調(diào)節(jié)電機(jī)的電壓的原理。但是，在電機(jī)的控制啟動(dòng)方面有以下幾個(gè)弊端：一是使用的元件是電力電子半控型元件可控硅，在工作的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生大量的諧波，對(duì)工作的電源會(huì)產(chǎn)生污染；二是這種元件與電源之間的影響又是相互的，即可控硅的觸發(fā)也受到電源各方面因素的影響，有時(shí)會(huì)導(dǎo)致可控硅的連續(xù)擊穿等事件發(fā)生。

圖3　軟啟動(dòng)柜改造前控制圖

3.2改造后變頻調(diào)速柜的結(jié)構(gòu)

改造后采用變頻調(diào)速。變頻調(diào)速近幾年來(lái)，在國(guó)內(nèi)外電機(jī)的控制上使用最為廣泛，技術(shù)和控制功能等方面也很優(yōu)異，它主要能改變電源電壓的頻率，從而能夠改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速以及轉(zhuǎn)矩，主要用在需要調(diào)速并且對(duì)速度控制要求高的領(lǐng)域。圖4、圖5為改造后的調(diào)速柜的動(dòng)力、控制圖。

圖4　變頻調(diào)速柜動(dòng)力系統(tǒng)電氣原理圖

圖5　變頻調(diào)速柜控制回路電氣原理圖

3.3主要參數(shù)及設(shè)備組成見(jiàn)表1、表2

表1　空調(diào)機(jī)組電動(dòng)機(jī)參數(shù)

表2　空調(diào)機(jī)組離心通風(fēng)機(jī)參數(shù)

4　經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算

以運(yùn)行在40Hz的節(jié)能效果來(lái)計(jì)算，當(dāng)電機(jī)運(yùn)行在40Hz時(shí)，風(fēng)量Q=80%，轉(zhuǎn)速n為80%，軸功率為51%，節(jié)電率N為49%，（具體計(jì)算：P%=KS3，式中P%—實(shí)際消耗功率百分值，S—實(shí)際轉(zhuǎn)速百分值，K—系數(shù)，K=0.0001，節(jié)電率N%=1%-P%）每個(gè)機(jī)組按45kW計(jì)算，每度電按0.67元計(jì)，每年運(yùn)行1/3時(shí)間（運(yùn)行方式為一組運(yùn)行，兩組備用），每年節(jié)約電量為45kW×24h×365/3天×49%×0.67元=43138.62元，共運(yùn)行24個(gè)機(jī)組，所以每年總共可節(jié)約

24×43138.62元=1035326.88元。

5　小結(jié)

在電氣傳動(dòng)領(lǐng)域，變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速和起、制動(dòng)性能，高效率、高功率因數(shù)和節(jié)電效果，被國(guó)內(nèi)外公認(rèn)為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式，成為當(dāng)今節(jié)電、改善工藝流程以及提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善環(huán)境、推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步的一種主要手段。

［1］李方圓.變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［M］.機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

［2］劉玉敏.變頻調(diào)速原理及控制方式［M］.化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

TM92