变频技术在节能工程上的应用

工程技术　Ｑ：　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ｅｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｉｎｎｏｖｅｔｉｏｎ　Ｈｅｒａｌｄ　变频调速技术在中央空调系统上中的节能应用浅析　刘委　（涟钢双菱实业公司　刘桂恒　湖南娄底４１　７００９）　摘要：湖南省毕菱涟钢中央空调ｊＩｌ统自投入运行以来，积极采取变频调速技术进行节能降耗，取得了非常好的成果，现在总结如下供同　行参考研究。　关键词；中央空调　变频调速　节能降耗　应用　中图分类号：Ｔｕ３　４１　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７４－－０９８Ｘ（２０１０）０８（ｃ）－Ｏ１１９－－０１　１前言　最近几年，湖南省华菱涟钢进行了大　规模的投资建设，中央空调系统也随之更　换了十余台，自从中央空调系统建成并投　入使用以来，中央空调系统能耗非常高，是　我们公司除生产之外的耗电大户，因此中　央空调的节能改造显得尤为重要，使用单　位技术人员想方设法，积极采取变频调速　技术，节能降耗，取得了非常好的成果。　２水泵节能改造概况　中央空调是我们公司除生产之外的耗　电大户，每年的电费中空调耗电占６０％左　右，因此中央空调的节能改造显得尤为重　要。　由于设计时，中央空调系统必须按天　气最热、负荷最大时设计，并且留１０－２０％设　计余量，然而实际上绝大部分时间空调是　不会运行在满负荷状态下，存在较大的富　余，所以节能的潜力就较大，其中，冷冻主　机可以根据负载变化随之加载或减载，冷　冻水泵和冷却水泵却不能随负载变化作出　相应调节，存在很大的浪费。　水泵系统的流量与压差是靠阀门和旁　通调节来完成，因此，不可避免地存在较大　截流损失和大流量、高压力、低温差的现　象，不仅大量浪费电能，而且还造成中央空　调最末端达不到合理效果的情况。为了解　决这些问题需使水泵随着负载的变化调节　水流量并关闭旁通。　再因水泵采用的是Ｙ一△起动方式，电　机的起动电流均为其额定电流的３～４倍，　一台９０ｋＷ的电动机其起动电流将达到　５００Ａ，在如此大的电流冲击下，接触器、电　机的使用寿命大大下降，同时，起动时的机　械冲击和停泵时水垂现象，容易对机械散　件、轴承、阀门、管道等造成破坏，从而增加　维修工作量和备品、备件费用。　综上，为了节约能源和费用，需对水泵　系统进行改造，经市场调查与了解采用成　熟的变频调速器来实现，以便达到节能和　延长电机、接触器及机械散件、轴承、阀门、　管道的使用寿命。　这是因为变频调速器能根据冷冻水泵　和冷却水泵负载变化随之调整水泵电机的　转速，在满足中央空调系统正常工作的情　况下使冷冻水泵和冷却水泵作出相应调　节，以达到节能Ｉｆｌ的。水泵电机转速下降，　电机从电网吸收的电能就会大大减少。　再因变频调速器是软启动方式，采用　变频调速器控制电机后，电机在起动时及　运转过程中均无冲击电流，而冲击电流是　影响接触器、电机使用寿命最主要、最直接　的因素，同时采用变频调速器控制电机后　还可避免水垂现象，因此可大大延长电机、　接触器及机械散件、轴承、阀门、管道的使　用寿命。　中央空调系统通常分为冷冻（媒）水和　冷却水两个系统。根据介绍的国内最新资　料，我们对在中央空调水泵系统进行闭环　控制改造的成功范例进行了考察，现在水　泵系统节能改造的方案就采用变频调速器　来实现。　２．１冷冻（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调速　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调速器的频　率增减，控制方式是：冷冻回水温度大于设　定温度时频率无极上调。　（２）制热模式下冷冻水泵系统的闭环控　制。该模式是在中中央空调中热泵运行（即　制热）时冷冻水泵系统的控制方案。同制冷　模式控制方案一样，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　变频调速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调　速器的频率增减。　２．２冷却水系统的闭环控制　该方案在保证冷却塔有一定的冷却水　流出的情况下，通过控制变频调速器的输出　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　泵变频调速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　频率是取冷却管进、出水温度差和出水温　度信号来调节，当进、出水温差大于设定值　时，频率无极上调，当进、出水温差小于设　定值时，频率无极下调，同时当冷却水出水　温度高于设定值时，频率优先无极上调，当　冷却水出水温度低于设定值时，按温差变　化来调节频率，进、出水温差越大，变频调　速器的输出频率越高；进、出水温差越小，　变频调速器的输出频率越低。　通过实践应用与论证，现用于冷却水　系统闭环控制的系列英威腾公司智能变频　调速器，采用同制冷模式下冷冻水泵系统　闭环控制一样的控制方式。与其他厂家的　控制方式相比，其优点有：　（１）只需在中中央空调冷却管出水端安　装一个温度传感器，简单可靠。（２）当冷却水　出水温度高于温度上限设定值时，频率直　接优先上调至上限频率。（３）当冷却水出水　温度低于温度下限设定值时，频率直接优　先下调至下限频率。而采用冷却管进、出水　温度差来调节很难达到这点。（４）当冷却水　出水温度介于温度下限设定值与温度上限　设定值时，通过对冷却水出水温度及温度　上、下限设定值进行Ｐ　Ｉ　Ｄ计算，从而达到　对频率进行无极调速，闭环控制迅速准确。　（５）节能效果更为明显。当冷却水出水温度　低于温度上限设定值时，采用冷却管进、出　水温度差来调节方式没有将出水温度低这　一因素加入节能考虑范围，而仅仅由温度　差来对频率进行无极调速，而采用上、下限　温度来调节方式充分考虑这一因素，因而　节能效果更为明显。（６）具有首次起动全速　运行功能。通过设定变频调速器参数中的　数值可使水系统充分交换一段时间，避免　由于刚起动运行时热交换不充分而引起的　系统水流量过小　３结语　（１）严峻的节能形势让我们必须直面。　通过增加投入以及推广运用先进技术等方　面的主观努力，节能是可以取得明显成效　的。当然，做到这些需要从法制建设、管理　体制、激励机制等方面整体推进。（２）科学的　管理和技术改造是进行无成本节能的基　础，通过能耗数据的收集和分析来挖节能　潜力。（３）我们要把节能降耗、保护环境作为　转变经济增长方式的突破口和重点抓，要　抓出成效。　科技创新导报Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　Ｈｅｒａｌｄ　１　１　

变频器在３１５ＫＷ鼓风机节能改造中的应用　

时涛王志强李祥　

（河南煤化集团栾川龙宇钼业有限公司　河南洛阳４７１５００）　应用技术　

●Ｉ　

［摘　要］本文通过对鼓风机负荷的变化分析耗电的主要原因，从实践应用得出利用变频技术的好处：在改造鼓风机的过程中，变频器起到了很好的节电效　

果，变频后每年节电达６３万余元。　

［关键词］变频技术节能控制　

中图分类号：ＴＶ１３１　文献标识码：Ａ　文章编号：１００９－９１４Ｘ（２０１０）０９—０２４７－０１　

龙宇公司位于栾川地区，现有３台３１５ＫＷ风机机组（两用一备）。为两系　

列共３２台浮选机提供选矿用风，原有的鼓风机控制方式为软启动方式，风量的　

调节一直是通过调节挡板、阀门来完成的，由于设计的原因，富裕量超过１５％　

以上，这就造成了电能的浪费。　

为了节能降耗和供风系统的稳定控制，公司经研究进行了节能技改工程，　

在风机上应用了西门子Ｎ７０变频器，根据风量、压力传感器的提供的信号、　

利用ＰＬＣ的ＰＩＤ调节功能，调节电机的转速来调节风量：这样不但取得了非常　

显著的节电效果，还提高了机组的自动控制水平，提高了设备的使用寿命。　

１鼓风机变颇调逮节能原理　

电动机转速ｎ与频率ｆ有如下关系：ｎ＝６０ｆ（卜Ｓ）／Ｐ的关系　

式中：Ｆ一频率：Ｐ一极对数：Ｓ一转差率（０—３％或０—６％）。　

从式中得知，通过调节电机的频率来调节电机的转速。　在选矿过程中所需的风量，经常随工艺及操作的需要不同程度调节的，而　

传统的调节方案是通过阀门来调节的，用来带动风机的电动机本身转速是不可　

调节的，因此大量的风量通过放风阀门白白放掉。造成电能的浪费，根据：　

风机风量、风压、功率与转速的关系：　

Ｑ１／Ｑ２＝Ｎ１／Ｎ２　Ｈ１／Ｈ１＝（Ｎ１／Ｎ２）２　Ｐ１／Ｐ２＝（Ｎ１／Ｎ２）３　

式中：Ｑ一风量，Ｈ一风压，Ｐ一风机的功率。　

由上式可知，采用改变转速ｎ实现改变风量的方法，会取得非常明显的节　

电效果。如：当风机的风量要求为１００％时，阀门完全打开，此时阀门的调节与　

变频调速技术在煤矿设备节能改造中的应用　

陈新禄　（福建煤电股份有限公司　福建龙岩　３６４０１４）　摘要采取变频调速等节电新技术，是有效减少煤矿成本，提高煤矿经济效益的重要举措。介绍变频调速原理和组成。以　变频调速技术在本公司某矿设备节能改造中的应用分析、节能计算和应用实例，浅析变频调速节电新技术在煤矿设备节能改　造中多种应用途径和方法。　关键词　变频调速煤矿设备节能改造应用　中图分类号：ＴＤ５　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７２—９０６４（２０１　１）０４—００８６—０３　１　变频器的调速原理和组成　变频器是利用电力半导体器件的通断作用．把电压和频　率固定不变的工频交流电变换为电压或频率可变的交流电　的电能控制装置。　１．１　交流电机调速的基本原理　异步电机的旋转磁场转速为：ｎ＝６０ｆＪｐ。式中：ｎ：同步转　速／（ｒ／ｍｉｎ），ｆ：电源频率／Ｈｚ，Ｐ：磁极对数。异步电机的旋转速　度为：ｎ＝６Ｏｆ／ｐ（１－ｓ），式中：ｓ：电机的转差率。由此可知，交流　电动机的调速有三种方式，改变极对数ｐ，改变转差率Ｓ，改　变电源频率ｆ　１．２变频器调速原理　电机的工作原理决定电机的磁极对数是固定不变的．所　以不适于改变该值来调整电机的速度。频率是电机供电电源　的电信号．所以该值能够在电机的外面调节后再供给电机．　这样电机的旋转速度就可以被自由的控制。如果仅改变频　率．电机将容易被烧坏。特别是当频率降低时。该问题就非常　突出。为了防止电机烧毁事故的发生，变频器在改变频率的　同时必须要同时改变电压．变频变压就是通过改变输出电源　频率ｆ和输出电压达到调速目的（即ＶＶＶＦ调速控制方式）。　ｌ－３变频器的种类和组成　变频器有普通变频器和专用变频器．提升机变频调速器　属于专用变频器　通常使用的变频器主要采用交一直一交方　式（ＶＶＶＦ变频或矢量控制变频）。先把工频交流电源通过整　流器转换成直流电源。然后再把直流电源转换成频率、电压　

变频调速在船舶辅机节能控制中的可行性分析

摘要:在对船舶辅机变频节能控制的重要性进行简单分析后,对船舶辅机系统变频调速节能控制原理进行了研究。最后,结合工程实例,详细分析了变频调速在船舶辅机节能控制中的应用。

关键词:船舶;辅机;变频调速;节能控制

船舶上泵、风机等电动机,是功能最多、用途最广、数量最多的重要辅助机械设备。常规调控方式是采用调整阀、回流阀、截止阀等设备来进行流量、压力等信号的静态调控,容易引起管路、阀门等设备的密封性能遭到破坏,进而加速泵腔、阀体的磨损和汽蚀作用,严重时还会引起辅机设备的损坏,影响船舶的运行安全[1]。另外,常规控制方式中,泵、风机等大多采用异步电动机交流接触器直接驱动模式运行,其存在起动过程的起动电流较大、机械冲击较大,且辅机设备的电气综合保护性能偏差等缺点,巨大冲击会导致辅机设备性能的下降,影响其使用寿命;长期运行在额定功率下,不能随负载波动动态调节,输出与输入间很难实现平衡调节,引起大量电能资源浪费;当负载出现机械故障时,综合保护设备不能瞬时动作,导致电机持续运行在重负荷区域,时常会引起泵、风机的损害及电动机机烧损[2]。

1 船舶辅机变频节能控制的重要性分析

对航运企业而言,采取有效技术措施在生产运营与节能环保间取得一个良好的平衡关系,是一个非常重要的研究课题。根一些统计调查资料表明,船舶上绝大多数泵、风机等电机拖动系统均处于恒速运转的额定运行工况。加上一些船舶辅机系统在设计过程中,通常按照船舶最大运行工况来进行辅机系统选型,容易出现容量、功率选择较大,系统匹配性能不优越等问题,进而在实际运行过程中经常出现“大马拉小车”的低效工况,引起大量电能资源浪费。因此,将新型动态节能调控技术引入到船舶辅机控制系统中,提高辅机系统运行性能水平,搞用船舶辅机系统的节能工作,对提高航运企业运营经济效益和综合竞争实力具有非常重要的研究意义[3]。

变频调速控制技术,是现代控制技术、电力电子技术、计算机通信技术等先进技术综合为一体的高效节能动态调控技术。自其投人到工程应用中,在各行各业中发挥非常良好的作用,取得了良好的节能应用效果,且其应用领域也在不断扩展。将变频器引入到船舶辅机控制系统中,尤其是针对泵、风机的运行工况特性,利用变频调速动态控制技术来改变常规的调整阀、截止阀等静态调控方式,能够有效改善辅机控制系统的运行工况,达到提高供水、供风质量和降低电能资源浪费等节能降耗改造目的。