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由流體力學(xué)知識我們知道：風(fēng)機、水泵類設(shè)備屬于平方轉(zhuǎn)矩負載，其流量Q、揚程H、功率P與轉(zhuǎn)速N之間存在如下關(guān)系：

即：流量與轉(zhuǎn)速成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。

因此，只要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，就可以實現(xiàn)控制流量和壓力的目的。由于功率和轉(zhuǎn)速是三次方關(guān)系，轉(zhuǎn)速的降低可以引起功率的減小，從而達到節(jié)能降耗的目的。例如：當(dāng)電機在額定轉(zhuǎn)速的80％運行時，理論上其消耗的功率為額定功率的51．2％，去除機械損耗、電機銅損、鐵損以及變頻器自身的損耗等影響，節(jié)電效率也接近40％。同時由于電機運行速度降低，機械轉(zhuǎn)動噪音也因此變小。 

應(yīng)用案例 一
      某電廠一臺75kW風(fēng)機，原由風(fēng)門控制風(fēng)量。晝夜運行，每年運行時間約8000小時，其中4000小時需風(fēng)量85%，另4000小時需風(fēng)量60%。現(xiàn)進行節(jié)能改造，即將所有風(fēng)門全開，由變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)風(fēng)量。節(jié)能效果計算如下：

風(fēng)門控制總能耗

= 75kW(85%流量) ×91%×4000小時+75kW(60%流量) ×76%×4000小時

= 273,000+228,000 kWh

= 501,000 kWh

使用變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機轉(zhuǎn)速時電動機的耗電量

= 75kW×(85%流量）×61%×4000小時+75kW×(60%流量）×22%×4000小時

= 183,000+66,000

= 249,000 kWh

年節(jié)能千瓦時= 501,000-249,000= 252,000 kWh

直接經(jīng)濟效益= 252,000×0.65=163,800元（電費按0.65元/小時計算）

應(yīng)用案例 二

                                        發(fā)電廠引風(fēng)機節(jié)能改造方案
1.項目背景 
發(fā)電廠既是電能的生產(chǎn)者，又是電能的用戶和消費者，我國的發(fā)電能源構(gòu)成中，火電占70%以上，而一般的火電機組，其廠用電一般占發(fā)電量的4%～7%，拖動大容量風(fēng)機、水泵類輔機的高壓廠用電動機的耗電量占廠用電的80%左右。由于電力體制改革中廠網(wǎng)分開、競價上網(wǎng)等事物的出現(xiàn)，電廠的發(fā)電煤耗、廠用電率已成為發(fā)電廠考核的重要指標(biāo)，直接關(guān)系到電廠的經(jīng)濟效益和企業(yè)競爭力。而風(fēng)機、水泵類輔機的變速調(diào)節(jié)所起到的節(jié)能效果可顯著地降低廠用電和發(fā)電成本，因此選擇合適的高壓廠用電動機調(diào)速系統(tǒng)成為電廠節(jié)能工作的當(dāng)務(wù)之急。

2.改造方案

      中電投某電廠對1×300MW機組的引風(fēng)機進行高壓變頻調(diào)速改造，本次改造對機組一臺電動機進行改造，采用一拖一自動隔離方式，引風(fēng)機電動機可采用工、變頻兩種方式運行。選用我公司高壓變頻器，該變頻器整流器件為二極管，逆變器件為IGBT（如圖1所示），控制方式采用無速度傳感器矢量控制，運行性能更加優(yōu)越。

圖1 功率單元原理圖 

變頻器的6kV電源經(jīng)變頻裝置輸入刀閘與接觸器后到高壓變頻裝置，變頻裝置輸出經(jīng)出線刀閘和接觸器送至電動機；6kV電源還可經(jīng)旁路接觸器直接起動電動機。進出線刀閘與接觸器和旁路刀閘與接觸器的作用是：一旦變頻裝置出現(xiàn)故障，即可馬上斷開進出線刀閘與接觸器，將變頻裝置隔離，手動合旁路接觸器，在工頻電源下起動電機運行。旁路柜具備五防閉鎖功能；具備工、變頻方式指示功能；帶電指示功能和帶電閉鎖柜門功能。系統(tǒng)改造一次回路如圖2所示。

--為了充分保證系統(tǒng)的可靠性，給變頻器同時加裝工頻旁路裝置，變頻器異常時，變頻器停止運行，電機可以直接自動（工藝要求手動）切換到工頻運行狀態(tài)下運行，這樣可以保證機組的正常安全運行。

--為了實現(xiàn)變頻器故障的保護，變頻器對6KV開關(guān)QF進行聯(lián)鎖，一旦變頻器故障，變頻器跳開QF。當(dāng)工頻旁路時，變頻器始終允許QF合閘，撤消對QF的跳閘信號，使電機能正常通過QF合閘工頻啟動。

變頻調(diào)速系統(tǒng)由用戶開關(guān)、自動旁路柜、GD5000系列高壓變頻器、高壓電機組成。旁路柜是由三個真空高壓接觸器KM1、KM2、KM3和高壓隔離開關(guān)QS1、QS2組成。正常運行時QS1、QS2全部閉合，只有在檢修時斷開。電機以變頻方式運行時，KM1、KM2閉合，QS3斷開；電機以工頻方式運行時，KM3閉合，KM1、KM2斷開。變頻與工頻之間切換自動/手動完成。旁路柜嚴(yán)格按照“五防”聯(lián)鎖要求設(shè)計，變頻輸出開關(guān)KM2和工頻開關(guān)KM3互鎖，完全能夠保證變頻調(diào)速系統(tǒng)安全運行。

由于在整個變頻調(diào)速系統(tǒng)中前級用戶開關(guān)柜具有過載保護裝置，因而手動旁路柜不會對電機進行過載保護。同時用戶開關(guān)柜必須按照8-10倍額定電流設(shè)置速斷保護值，確保躲過激磁涌流。

3.方案效果

為了便于分析變頻改造后的節(jié)能情況，選取在1號機組分別帶150MW、300MW負荷的兩種種不同工況下對引風(fēng)機工頻和變頻兩種運行方式下的參數(shù)情況進行了對比。節(jié)能效果參見表1，從表1可以看出，當(dāng)機組負荷分別為150MW、300 MW時，引風(fēng)機變頻運行比工頻運行每小時分別節(jié)電256kW·h、535kW·h。變頻改造后，節(jié)電效果顯著。

表1 節(jié)能效果對比

4.總結(jié)

引風(fēng)機經(jīng)過變頻改造以后，節(jié)能效果非常明顯，而且啟動頻率低，轉(zhuǎn)速低，電流小且平穩(wěn)。實現(xiàn)了軟啟動，避免了以前用工頻啟動時的大電流大轉(zhuǎn)矩對電機、電纜、開關(guān)及機械設(shè)備的沖擊。不僅延長了電機等設(shè)備的壽命，也減輕了軸承的磨損，提高了安全供電的可靠性。