陈伟

[摘    要]近年来，变频调速装置作为一种重要的电动机节能装置得到了越来越广泛的应用。在此背景下，当代化工厂在发展的过程中也提高了对此的重视程度，且逐步完善变频调速控制系统的构建，最终由此迎合当代节能生产需求，推动自身朝着更为健康稳定的方向前进。本文从变频调速技术的节能原理分析入手，详细阐述了当前变频器节能效果，旨在推动化工生产企业生产模式的进一步创新与发展。

[关键词]电动机;变频技术;变频调速装置;节能

[中图分类号]TM921.51;TQ08 [文獻标志码]A [文章编号]2095–6487（2020）12–000–03

[Abstract]In recent years， as an important energy-saving device for electric motors， variable frequency speed regulation devices have been used more and more widely. In this context， contemporary chemical plants have also paid more attention to this during the development process， and should gradually improve the construction of the frequency conversion speed control system， and finally cater to contemporary energy-saving production needs， and promote itself towards a healthier Moving forward in a stable direction. This article starts with the analysis of the energy-saving principle of frequency conversion technology， and elaborates the current energy-saving effect of frequency converters， aiming to promote further innovation and development of the production mode of chemical production enterprises for reference.

[Keywords]motor; frequency conversion technology; frequency conversion speed regulation device; energy saving

在化工生产企业中，大多数设备是由电动机拖动的，其中风机、泵类设备应用范围广泛;化工厂的大部分设备尤其是一些大功率风机设备在生产过程中绝大部分时间是不满负荷运行的，并且都是通过调节挡风板、阀门开启角度的方法来调节的。这种操作方式的缺点是：①电机及风机或水泵的转速高，负荷强度重，电能浪费严重;②设备运行的自动化程度相当低，几乎完全靠人工调节，调节精度差，控制不精确;③电气控制采用直接或降压启动，启动时电流对电网冲击大，需要的电源容量大，功率因数较低;④启动时机械冲击大，设备使用寿命低等。这些大功率且连续运行电机耗电量高是化工企业制造成本高居不下的一个重要因素，因此很有必要对相应耗电量大的电机做一些工艺上的节能改造。以下就是对化工厂电动机应用变频技术节能的详细阐述。

1 电动机变频调速装置的构成

变频调速装置主要由整流单元、滤波单元、逆变单元、制动单元、驱动单元、检测单元、微处理单元组成。该装置运用了大量的现代科学技术，虽然价格较高，但在实际应用中具有着十分良好的性能与效果，能够实现对电动机运行电压的有效调节与稳定，对电动机运行频率与速度的有效调整，实现设备的可靠启动与有效节能。虽然变频调速装置的内部结构相对复杂，但在实际的使用与操作上却十分简单便利。

2 变频调速技术的节能原理

大多数的实践表明，电机电能消耗量占据了全国总发电量的50%，其中鼠笼式电动机应用的最为广泛。在此背景下，由于现代化科学技术的不断发展，相关技术人员在电动机操控过程中应着重强调对变频调速技术的应用，继而通过变频调速装置实现对电机运行的有效控制，最终由此达到节能运行的目的。此外，从恒转矩类负载的角度来看，在电动机实际运行过程中若将其转速降到原有的一半，那么其总体功耗量也会随之下降。因而化工厂在负载设备安装的过程中应提高对其的重视程度，达成变频调速技术节能目标。另外，变频调速技术的节能效果还体现在泵自身特性促使其在转速改变的过程中功率也会随之产生变化，即当流量由80%下降至60%，那么其功率也会由原有的80%下降至49.5%。因此，化工厂在实际生产过程中应提高对变频调速技术节能效果的关注度，以此达到良好的生产状态。

3 电动机变频调速装置的技术参数分析

3.1 功率因数与频率的关系

在对电动机变频调速装置的测试实验中，可以发现不同频率下变频调速装置的输入、输出端功率因数也会发生相应改变，即当频率降低时，相应的功率因数也随之降低，频率升高时，其功率因数也随之升高，尤其是输入端的功率因数更是会直接受到变频调速装置设计水平的影响，这也就要求在电动机变频调速装置的选型过程中，应结合电动机所属机械设备的实际运行进行合理的选择。

3.2 抽油机负荷变化对变频调速装置效率的影响

抽油机设备的负荷本身具有一定复杂性，会周期性的产生波动，而对其周期负荷波动系数的分析正是变频调速装置使用策略制定与调整的重要依据。常规工况下，变频调速装置频率的变化与负载率的变化应呈现出一定正比例关系，即频率增加负载也增加，此时变频调速装置的运行效率应一定程度上得到提升，而由于抽油机负荷波动存在一定的不平衡性，有时会出现变频调速装置频率下降，但运行效率并未随之相应下降，反而出现一定程度的上升，变化的规律性不易判断和掌握。选取不同设备，针对其负荷波动系数、平衡度、发电功率、负载率变频调速装置的运行效率等参数进行检测分析与数据对比，发现油井平衡度相对较好的情况下，波动系数、发电功率等参数对于变频调速装置的效率影响较小，而主要影响其效率的参数为装置的负载率。

3.3 运行频率与耗电量的关系

在抽油机等设备的电动机变频调速装置使用过程中，对于运行频率的调整会带来耗电量的相应变化，实际的变化关系根据不同油井实际作业条件的差异而不同，可通过实验对不同频率下单井吨液耗电的实际值进行记录和对比，从而找出其耗电量最低的频率值，及相应的参数设置。如试验所选取的某油井在某一周期频率为40 Hz的情况下，吨液耗电达到了最值9.34 kW·h/t，相较于试验所记录的峰值10.32 kW·h/t降低了0.98 kW·h/t，這也证明在该运行频率下，抽油机能够达到最优的节能运行状态，可将此时变频调速装置的技术参数作为该油井抽油机参数优化的参考依据。

4 变频技术节能分析

4.1 变频自带软启动节能

近年来，化工厂在实际生产过程中强调对变频技术的应用，且合理安置了变频器，并通过变频自带启动功能达到了良好的节能目的。在电动全压启动过程中，其对启动力矩提出了更高的要求，因此，为确保电动机的稳定运行，必须从电网中获取到6倍的电机额定电流，以此来满足电动机实际运行条件。但是在此种运行模式下，很容易产生总体耗能较大的问题，同时逐渐呈现出电压波动损害的现象，影响化工厂实际生产过程中的总体经济效益。为此，化工厂在实际生产过程中应注重将电机转向软启动状态，继而在电机启动过程中减少电流的冲击力，并最终延长设备使用年限，达到节能运行目的。因此，在当代化工厂发展过程中应用变频自带软启动节能是非常必要的，应提高对其的重视程度。

4.2 变频节能

变频节能也是变频器节能的一种有效途径，在生产机械设计过程中要求技术人员应提高对安全性生产的重视程度，同时在配用动力驱动的过程中应着重强调保留富余量的重要性，为电机运行提供良好的运行环境，满足电机运行需求。此外，为达到变频节能效果，要求相关技术人员在对电机进行操控的过程中应合理调整力矩，即确保将力矩控制在标准范围内，以避免多余力矩的产生增加电机的总体电能消耗量，并增加其有功功率的消耗。另外，在变频节能中，通过降低电机运行速度的方式达到节能效果也是至关重要的，为此，化工厂在实际生产过程中应提高对其的重视程度，且应将其落实到创新计划中，达到节能生产目标。

4.3 提高功率因数节能

提高功率因数也可凸显变频器节能效果，由于电动机在实际运行过程中由电子绕组和转子绕通过电磁作用来决定其力矩的产生，因此，为达到节能运行目的，要求相关技术人员在对电动机进行操控的过程中应合理应用变频技术来调整绕组感抗作用，最终形成高效率的运作状态。此外，在电动机实际运行过程中受到其吸收无功功率的影响，导致其功率因数在电机实际运行过程中逐渐呈现出下降的趋势，因此，技术人员在对设备进行调控的过程中应通过变频技术的应用合理提高功率因数，最终达到良好的节能效果，满足当代化工厂实际生产需求。另外，变频节能调速器的应用，亦有助于电动机型性能的转变，应提高对其的重视程度。

5 风机、泵类设备节能分析

由于变频调速技术的基本原理是电机转速与工作电源输如频率成正比的关系：。式中n、f、s、p分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数，通过改变电动机工作电源频率可达到改变电机转速的目的。由流体力学的基本定律可知：风机、泵类设备均属平方转矩负载，其转速n与流量Q压力H以及轴功率p具有流量与转速成正比，压力与转速的平方成正比和轴功率与转速的立方成正比的关系（如图1）。

图1中，n1代表电机在额定转速运行时的特性;n2代表电机降速运行在n2转速时的特性;R1代表风机、泵类管路阻力最小时的阻力特性;R2代表风机、泵类管路阻力增大到某一数组时的阻力特性。

风机、泵类在管路特性曲线R1工作时，工况点为A，其流量压力分别为Q1、H1，此时风机、泵类所需的功率正比于H1与Q1的乘积，即正比于AH10Q1的面积。由于工艺要求需减小流量到Q2，实际上通过增加管网管阻，使风机、泵类的工作点移到R2上的B点，压力增大到H2，这时风机、泵类所需的功率正比于H2与Q2的乘积，即正比于BH20Q2的面积，显然风机、泵类所需的功率增大了。这种调节方式虽然简单、但功率消耗大，不利于节能，是以高运行成本换取简单控制的方式。若采用变频调速，风机转速由n1下降到n2，这时工作点由A点移到C点，流量仍是Q2，压力由H1降到H3，这时变频调速后风机所需的功率正比于H3与Q2的乘积，即正比于CH30Q3的面积，由图可见功率的减少是明显的。

也就是当风机水泵的转速下降10%时，电机消耗功率下降27.1%。所以风机水泵采用变频调速节能效果非常明显。海洋石油富岛有限公司原有220kW鼓风机一台，原采用自藕减压启动控制，通过调节挡风板的开启角度的方法来满足不同的用风量，运行中挡板开度为60%～90%，后改用变频器控制，通过电度表测量，节电率达32%，每年节约电费约14万元，经济效益十分可观。

6 结语

综上可知，当代化工厂电动机运行过程中仍然存在着电能消耗量较大等问题，影响到了化工厂整体经济效益。因此，化工厂在实际生产过程中应着重强调应用变频技术的重要，并通过提高功率因数节能、变频节能、变频自带软启动节能等途径营造一个良好的电动机运行环境，并减少功率消耗量，达到节能运行成效。此外，在变频节能技术应用过程中全面掌控设备负载特性也是非常必要的，为此，应提高对其的重视程度。

参考文献

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