一期空調(diào)機房中電動機的變頻調(diào)速改造

姚云霞

（中核蘭州鈾濃縮有限公司，甘肅 蘭州730065）

一期空調(diào)機房中電動機的變頻調(diào)速改造

姚云霞

（中核蘭州鈾濃縮有限公司，甘肅 蘭州730065）

首先對一期空調(diào)機房做了簡單介紹，再對變頻調(diào)速改造從原理與節(jié)電效果方面做了介紹；再對改造前軟啟動柜與改造后變頻調(diào)速柜做了詳細的比較，最后對經(jīng)濟效益做了一個計算。

電動機；變頻調(diào)速；節(jié)電

1　概述

一期級聯(lián)廠房共有四個空調(diào)機房，01-1～4，每個空調(diào)機房設有三組送、回風機組，運行方式為一組運行兩組備用。其中01-1和01-2空調(diào)機房送風機電機容量為55kW，回風機電機容量為45kW；01-3和01-4空調(diào)機房送風機電機容量為45kW，回風機電機容量為37kW。采用傳統(tǒng)的風擋來調(diào)節(jié)風量，利用24臺軟啟動柜控制啟動?，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異步電動機變頻調(diào)速的原理

異步電動機的轉(zhuǎn)速為

式中，n電動機轉(zhuǎn)速；f1為電動機定子的供電頻率；s為轉(zhuǎn)差率；p為電動機定子繞組級對數(shù)；n1為旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速。由公式可以看出交流電源頻率f1變化，電動機同步轉(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機的轉(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)流體力學的定律得知，各種風機以及泵裝置，它們屬于轉(zhuǎn)矩負荷，它們的轉(zhuǎn)速n和流過的量度L、壓力F以及電機轉(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)矩類負荷的壓力F與流過的量度L之間的特性所示圖：

圖1　轉(zhuǎn)矩類負荷的壓力F與流過的量度L之間的關(guān)系特性所示圖

如圖所示：n0是電動機運行在銘牌上所示的額定轉(zhuǎn)速時壓力F與流過的量度L之間的關(guān)系特性曲線；n1是電動機在實際運行速度時壓力F與流過的量度L之間的關(guān)系特性曲線；D1是轉(zhuǎn)矩類負荷在負載阻力最小時的特性曲線；D2是轉(zhuǎn)矩類負荷在負載阻力增長到某特定值時的特性曲線。

首先給大家對傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)方式做一介紹：當轉(zhuǎn)矩類負荷運行在負載曲線D1時，主工況A1對應的流量和壓力是L0、F0，這時負荷需要的運行功率與H1 與Q1的乘積成正比，即與圖A1L0OF0的面積成正比。當工藝要求減小到流量L1時，通過加大負載的負荷量，使轉(zhuǎn)矩類負荷的主工況過渡到特性曲線D2上的A2，而壓力則有F0增大到F1，這時負荷需要的運行功率與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。

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

通過大量的實踐實施，證明了變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)，當電機在額定轉(zhuǎn)速的80%運行時，節(jié)能效率可以達到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比較，下面對改造前的軟啟動柜與改造后的變頻調(diào)速柜做一比較說明。

3.1改造前軟啟動柜的結(jié)構(gòu)原理圖

由圖3可知，改造前采用了電動機的串電抗降壓及軟啟動原理，這主要是根據(jù)改變可控硅的導通角，從而達到調(diào)節(jié)電機的電壓的原理。但是，在電機的控制啟動方面有以下幾個弊端：一是使用的元件是電力電子半控型元件可控硅，在工作的時候會產(chǎn)生大量的諧波，對工作的電源會產(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，有時會導致可控硅的連續(xù)擊穿等事件發(fā)生。

圖3　軟啟動柜改造前控制圖

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，在國內(nèi)外電機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，從而能夠改變電動機的轉(zhuǎn)速以及轉(zhuǎn)矩，主要用在需要調(diào)速并且對速度控制要求高的領域。圖4、圖5為改造后的調(diào)速柜的動力、控制圖。

圖4　變頻調(diào)速柜動力系統(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)及設備組成見表1、表2

表1　空調(diào)機組電動機參數(shù)

表2　空調(diào)機組離心通風機參數(shù)

4　經(jīng)濟效益計算

以運行在40Hz的節(jié)能效果來計算，當電機運行在40Hz時，風量Q=80%，轉(zhuǎn)速n為80%，軸功率為51%，節(jié)電率N為49%，（具體計算：P%=KS3，式中P%—實際消耗功率百分值，S—實際轉(zhuǎn)速百分值，K—系數(shù)，K=0.0001，節(jié)電率N%=1%-P%）每個機組按45kW計算，每度電按0.67元計，每年運行1/3時間（運行方式為一組運行，兩組備用），每年節(jié)約電量為45kW×24h×365/3天×49%×0.67元=43138.62元，共運行24個機組，所以每年總共可節(jié)約

24×43138.62元=1035326.88元。

5　小結(jié)

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

［1］李方圓.變頻調(diào)速系統(tǒng)的設計［M］.機械工業(yè)出版社，2012.

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

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