一、 節(jié)電原理
在生產中，許多設備的能耗都與機組的轉速有關，其中油、水泵zui為突出，這些設備一般都是根據(jù)生產中可能出現(xiàn)的zui大負荷條件，如zui大流量和揚程進行選擇的，但實際生產中所需的流量往往比設計的zui大流量小的多，如果所用的電動機是不能調速的，通常只能通過調節(jié)閥門的開度來控制流量其結果在閥門上會造成很大的能量損耗，如果不用閥門調節(jié)，而是讓電機調速運行，那么，當需要的流量減少時，電動機的轉數(shù)降低，消耗的能量將會明顯減少。
可知，當轉速下降1/2時，流量下降1/2，壓力下降 1/4，功率下降為1/8，即功率與轉速成3次方的關系下降。如果不是用關小閥門的方法，而是把電機轉速降下來，那么隨著泵的輸出壓頭的降低，在輸出同樣流量的情況下，原來消耗在閥門上的功率就可以*避免，這就是調速節(jié)電的原理所在。簡單地說，就是在不裝變頻調速裝置時，泵的出口排量靠出口閥調節(jié)，電機易過負荷，流量小時，靠關小閥門調節(jié)，增加了管道阻力， 使部分能量白白消耗在泵出口閥門上，安裝變頻調速器后， 可以降低泵的轉速，泵的揚程也相應降低， 電機的電耗也相應降低，使原來消耗在泵出口閥上的能量， 用變頻調速方法得到了解決。由于采用恒轉矩特性， 變頻降速后的電機轉矩不變，拖動力矩恒定，可以保證排量，從而實現(xiàn)了節(jié)約電能的作用。
變頻器產品特性
1.節(jié)電效益顯著，節(jié)電率高達20%~60%；
2.平滑啟動，消除啟動時的沖擊電流，啟動時電機電流可限制在其額定電流的150%之內；
3.減少電機發(fā)熱及運動部件的磨損程度，有效延長電機使用壽命，降低維修成本；
4.微電腦智能控制，自動適應、自動跟隨，無需人工調整；
5.市電及節(jié)電狀態(tài)自動轉換，故障自動報警，不影響正常工作。
二、變頻器的應用
2.1 變頻器在水泵上的應用
我公司*臺變頻器是用在污水提升泵上的，型號是FRN75-P74的日本富士產品。由于當時對變頻器的性能，可靠性等并不十分了解，所以在污水提升泵上應用變頻器屬于試驗性質的。*臺變頻器投用后，電機工作電流下降了近50%，電機運行溫度明顯下降，機械磨損減少了，維護工作量也減少了，運行中發(fā)現(xiàn)，變頻器各種保護功能可靠，消除了因電機過載或單相運行而燒毀電機的現(xiàn)象，確保了安全運行。
根據(jù)污水提升泵應用變頻器的效果，我公司又在生活飲用水和生活熱水泵上安裝了變頻調速器。飲用水和熱水泵電機的功率分別是 55 kw 和 37kw，白天用水量大，需將泵的出口閥全打開，而夜間用水量較小，需適當關小出口閥，而關小出閥的后果是造成泵憋壓，管網被憋漏的情況也時有發(fā)生，為了解決以上問題在飲用水和熱水泵上分別安裝了變頻器，采用了恒壓閉環(huán)控制方案。投用后，運行平穩(wěn)，未出現(xiàn)任何故障，即解決了憋壓問題又收到了較好的節(jié)電效果。
2.2 變頻器在油泵上的應用
我公司共有各類油泵上百臺，總裝機容量為近萬kw，其中，zui大電機容量為500kw。在近幾年的工藝改造過程中，為了適應今后生產發(fā)展的需要，泵和電機的富裕量都較大，以常減壓裝置為例，主要機泵的能力可以達到每年加工原油250×104 t。而實際生產中，每年的實際加工量為（l00～140）×104t。調查結果表明，泵的功率消耗在泵出口閥和控制閥上為30%～60%。所以在油泵上應用變頻器將有較大的節(jié)能潛力。
2.3 變頻器在風機上的應用
由于鍋爐是煉油企業(yè)的主要動力，而鍋爐鼓風機是鍋爐系統(tǒng)主要耗電設備，運行中常有風機震動，軸溫過高等現(xiàn)象，所以在鼓風機上安裝變頻器具有重要意義。選用的變頻調速裝置應具備多種保護功能，才能較好的保障鍋爐運行的安全性和可靠性。
經過對鍋爐運行狀況的調查和認真分析，認為在鍋爐鼓風機安裝變頻器，須在技術上解決以下問題： （l）鍋爐的安全運行是全公司動力的根本保證，雖然變頻調速裝置是可靠的， 但發(fā)生問題時，須確保鍋爐安全供汽。所以，必須實現(xiàn)工頻一變頻調速運行的自動切換。
（2）鍋爐風機的拖動電機容量為135kw，對于這種大慣量負荷的風機，可能存在扭曲共振。運行中，一旦發(fā)生共振，將嚴重損壞風機和拖動電機。所以，必須計算風機一電機連接軸系扭振臨界轉速以及采取相應的技術措施。
針對以上問題，采取了如下辦法：
（1）設置了由工頻切換至變頻及變頻切至工頻的快速瞬時切換工能。 經過現(xiàn)場試驗及實際應用，切換功能保證了工頻一變頻間快速瞬時互相切換，能夠滿足風機運行過程中的切換要求。
（2）為了進一步分析風機一電機系統(tǒng)是否可能存在扭曲共振問題，經查閱有關資料及結構圖，獲得了風機一電機軸系扭振固有頻率為：*階扭振固有頻率為1222.4Hz，第二階為3867.4Hz。由此可以得出，在0～50HZ 調速絕不會出現(xiàn)扭曲共振。
鍋爐鼓風機安裝變頻器后，收到了以下效果：
（1）適當降低爐膛壓力可以大幅度地降低風機電耗。當鍋爐負荷均為 50 t/h，燃燒工況及操作條件相似的情況下，安裝變頻器前后的電機電流由180A降為90A，按年8000h計算，年節(jié)電30×104kw?h。
（2）由于操作控制調節(jié)系統(tǒng)的改善，使燃燒工況趨于低氧燃燒，提高了鍋爐熱效率。風機變頻安裝前，鍋爐風量控制手段是調節(jié)風機入口擋板和火嘴風門，入口擋板的調節(jié)方法即不靈活又十分粗略，無法進行風量的準確調節(jié)，為此，操作中風量往往過大。實現(xiàn)變頻調速后，鍋爐燃燒過程中氧含量的控制十分方便準確。在操作室就可以對鍋爐燃燒所需的風量進行微量調節(jié)，使燃燒工況趨于低氧燃燒，過剩空氣系數(shù)由1.2降為1.1，鍋爐熱效率提高0.8個百分點，降低了燃料消耗，年節(jié)約燃燒油 200～500t。
（3）提高了功率因數(shù)。變頻調速裝置上增加了直流電抗器附件，這樣即可以防止變頻器產生的高次諧波污染電源，也可防止沖擊電流，保護整流模塊。并使功率因數(shù)提高到0.95以上。
三、變頻器在節(jié)能改造中的分析
1、負載類型與節(jié)能關系
生產機械是各式各樣，種類繁多的，但負載類型主要有三類，P（KW）、M（nm）、N（r/min）。
2、風機水泵節(jié)能原理
風機水泵的軸功率P與其風（水）量Q、揚程H之間的關系為：P正比Q＊H，當流量Q1變化到Q2時，電動機的轉速為n1、n2 , 此時Q、H、P相對于轉速的關系如下：
Q2=Q1×（ n2 / n1）
H2=H1×（ n2 / n1 ）2
P2=P1×（ n2 / n1 ）3
n1-代表風機水泵在額定轉速運行時的特性；
n2-代表風機水泵降速運行在n2轉速時的特性；
R1-代表風機水泵管路阻力zui小時的阻力特性；
R2-代表風機水泵管路阻力增大到某一數(shù)組時的阻力特性。
風機水泵在管路特性曲R1工作時，工況點為A，其流量壓力分別為Q1、H1，此時風機水泵所需的功率正比于H1與Q1的乘積，即正比于AH1OQ1的面積。由于工藝要求需減小風量（流量）到Q2，實際上通過增加管網管阻，使風機水泵的工作點移到R2上的B點，風壓（水壓）增大到H2，這時風機水泵所需的功率正比于H2Q2的面積，即正比于BH2OQ2的面積。顯然風機水泵所需的功率增大了。這種調節(jié)方式控制雖然簡單、但功率消耗大，不利于節(jié)能，是以高運行成本換取簡單控制方式。
若采用變頻調速，風機水泵轉速由n1下降到n2，這時工作點由A點移到C點，流量仍是Q2，壓力由H1降到H3，這時變頻調速后風機水泵所需的功率正比于H3與Q2的乘積，即正比于CH3OQ2的面積，由圖可見功率的減少是明顯的。由上述原理可知，降低風機水泵的轉速，風機水泵的輸出功率將下降更多。
3、節(jié)能計算
將電機的供電頻率由50Hz降為40Hz，則理論上，頻率改變后與改變前的輸出功率之比為 （40/50）3 = 51.2%。例如：一臺水泵電機功率為55KW，當轉速下降到原轉速的4/5時，其耗電量為28.16KW，省電48.8％，當轉速下降到原轉速的1/2時，其耗電量為6.875KW，省電87.5％。
風機、泵類等設備采用變頻調速技術實現(xiàn)節(jié)能運行是我國節(jié)能的一項重點推廣技術，受到國家政府的普遍重視，《中華人民共和國節(jié)約能源法》第39條就把它列為通用技術加以推廣。實踐證明，變頻器用于風機、泵類設備驅動控制場合取得了顯著的節(jié)電效果，是一種理想的調速控制方式。既提高了設備效率，又滿足了生產工藝要求，并且因此而大大減少了設備維護、維修費用，還降低了停產周期。直接和間接經濟效益十分明顯，設備一次性投資通?？梢栽?font face="Times New Roman">9個月到16個月的生產中全部收回。
4、變頻調速在不同行業(yè)的典型應用對象
變頻調速技術以其優(yōu)異的調速性能、率、高可靠性在各行各業(yè)有著廣泛的應用，現(xiàn)舉例如下：
冶金——軋鋼機、輥道、高爐風機、泵、起重機械、高爐送料、鋼廠拋光等。
軋鋼制線——拉線機、卷繞機、鼓風機、泵、起重機械、定長剪切、自動送料
鋼鐵——軋機、輥道、風機、泵、起重機、鋼包車、轉爐傾動等。
電線業(yè)——拉絲機、卷繞機、鼓風機等。
化工——擠壓機、膠片傳送帶、攪拌機、離心分離機、壓縮機、鼓風機、噴霧器、泵等。
石油——輸油泵、電潛泵、注水泵、抽油機等。
化纖和紡織——紡紗機、精紡機、織機、梳棉機、漿紗機、中央空調、鼓風機、泵類等。
汽車制造業(yè)——傳送帶、搬運車、涂料攪拌、中央空調、電瓶車等。
機床制造業(yè)——車床、龍門刨、銑床、磨床、機械加工中心、剃齒機等。
電子制造業(yè)——中央空調、風機、泵、空壓機、注塑機、傳送帶等。
造紙業(yè)——造紙機、造紙機械、風機、泵、粉碎機、攪拌機、鼓風機等。
食品——制面機、制點心機、傳送帶、攪拌機等。
煤氣、自來水——壓縮機、鼓風機、泵、搬運機等。
水泥——回轉窯、起重機械、鼓風機、泵、主傳動電機、傳送帶、振動給料機、立窯風機等。
礦業(yè)——泥漿泵、傳送帶、提升機、切削機、掘削機、起重機、鼓風機、泵、壓縮機等。
交通——電動汽車、電力機車、船舶推進、裝卸機械、空壓機、電纜車等。
裝卸搬運——自動倉庫、搬運車、粉體運送器、輸出傳送帶等。
建筑——電梯、傳送帶、空調設備、鼓風機、泵等。
塑膠——橡膠截斷機、注塑機、壓出機、塑料薄膜生產線等。
生活、服務——空壓機、縫紉機、電風扇、工業(yè)及家庭用洗衣機等。
物流——立體車庫、自動倉庫、傳送帶等。
電力——鍋爐鼓用鼓風機、給水泵、離心混料機、傳送帶、揚水發(fā)電站、飛輪等。
賓館酒店、大廈——中央空調系統(tǒng)、電梯等。
農業(yè)——制茶機、水泵、離舍通風、糧庫通風等。
試驗研究——電機對拖試驗實驗裝置、主軸實驗裝置、離心分離機等。
