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異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n與電源頻率f、轉(zhuǎn)差率s、電機(jī)極對(duì)數(shù)p的關(guān)系由下式?jīng)Q定[1]n=60fp（1-s）?？梢钥闯?，轉(zhuǎn)速n與電源頻率f成正比，即改變f就可改變n.基于這一原理，要實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速可用變頻器作為變頻電源來(lái)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。
　　節(jié)能原理
　　由風(fēng)機(jī)的基本理論可知，風(fēng)機(jī)風(fēng)量qV與轉(zhuǎn)速n的一次方成正比，風(fēng)壓p與轉(zhuǎn)速n的平方成正比，軸功率P與轉(zhuǎn)速n的三次方成正比，即qV1=qV2n1n2，p1=p2n1n2，P1=P2n1n23。
　　因此，當(dāng)系統(tǒng)需減少風(fēng)量時(shí)，調(diào)低轉(zhuǎn)速可使風(fēng)機(jī)功率快速降低。例如，當(dāng)風(fēng)量與轉(zhuǎn)速均下降到額定值的80時(shí)，風(fēng)機(jī)功率降低到額定功率的51；當(dāng)風(fēng)量與轉(zhuǎn)速均下降到額定值的60時(shí)，風(fēng)機(jī)功率降低到額定功率的21.
　　變頻調(diào)速控制風(fēng)量與調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)控制風(fēng)量的節(jié)電原理可通過(guò)進(jìn)行比較說(shuō)明。圖中曲線1為風(fēng)機(jī)在恒速下的風(fēng)壓-風(fēng)量特性曲線，曲線2為恒速下功率-風(fēng)量特性曲線，曲線3為風(fēng)門(mén)全開(kāi)時(shí)的管網(wǎng)風(fēng)阻特性曲線。風(fēng)機(jī)軸功率正比于管網(wǎng)阻力曲線上的點(diǎn)對(duì)應(yīng)的風(fēng)壓值p與風(fēng)量值qV的乘積。點(diǎn)A為額定工作點(diǎn)，此時(shí)輸出風(fēng)量qV1為100，效率最高，軸功率P1正比于p1與qV1的乘積，相當(dāng)于圖中Ap1OqV1的面積。根據(jù)生產(chǎn)的需要，當(dāng)風(fēng)量從qV1減少到qV2時(shí)，若減小風(fēng)門(mén)開(kāi)度，則管網(wǎng)阻力增加，管網(wǎng)阻力特性曲線變?yōu)榍€4，工況點(diǎn)A移至新的工況點(diǎn)B.可以看出，風(fēng)量降低，風(fēng)壓增加，軸功率P2（正比于p2與qV2的乘積，相當(dāng)于圖中Bp2OqV2面積）和軸功率P1相比減少不多。如果通過(guò)變頻調(diào)速技術(shù)來(lái)控制風(fēng)量，由于風(fēng)門(mén)全開(kāi)，只改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速而不改變管網(wǎng)阻力，風(fēng)機(jī)風(fēng)量由qV1變到qV2時(shí)，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由n1降到n2，風(fēng)壓-風(fēng)量曲線下移，如圖中曲線5所示，工況點(diǎn)A沿管網(wǎng)阻力曲線3移至工況點(diǎn)C，即風(fēng)量減少時(shí)風(fēng)壓p2降低明顯，軸功率P3（正比于p3與qV2的乘積，相當(dāng)于圖中面積Cp3OqV2）和軸功率P1相比顯著減少，節(jié)省的功耗P正比于p（p=p2-p3）與qV2的乘積，相當(dāng)于圖中面積Bp2p3C.
　　變頻調(diào)速技術(shù)的特點(diǎn)及評(píng)價(jià)特點(diǎn)
　　變頻調(diào)速具有以下特點(diǎn)：（1）調(diào)速范圍廣?？蓱?yīng)用于異步電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速；高壓大容量變頻器可以做到在0100額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)。
　　（2）調(diào)節(jié)精度高、效率高，沒(méi)有附加損耗，在正常調(diào)速范圍內(nèi)，變頻裝置的總效率在93以上，功率因數(shù)超過(guò)0.95.
　　風(fēng)機(jī)的特性曲線（3）可實(shí)現(xiàn)真正的軟啟動(dòng)，并且啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、啟動(dòng)電流小。
　?。?）設(shè)備發(fā)生故障時(shí)可隨時(shí)切換以保持運(yùn)轉(zhuǎn)，適用于不允許停機(jī)的場(chǎng)合。
　?。?）容易實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制及遠(yuǎn)程控制。
　?。?）變頻器預(yù)留有控制接口，能為機(jī)組實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)優(yōu)化控制提供方便。
　　評(píng)價(jià)
　　應(yīng)用變頻調(diào)速控制技術(shù)節(jié)能效果明顯、調(diào)節(jié)性能穩(wěn)定、調(diào)節(jié)范圍大、調(diào)節(jié)響應(yīng)速度快，并能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。
　　當(dāng)然，變頻調(diào)速技術(shù)也有其不足之處：一是我國(guó)電站中大功率電動(dòng)機(jī)供電電壓高，而變頻器開(kāi)關(guān)器件的耐壓水平較低，造成電壓匹配上的難題；二是高壓大功率變頻調(diào)速技術(shù)的技術(shù)含量高、難度大、成本高，配置低壓變頻器為800元/kW，而配置高電壓電動(dòng)機(jī)變頻器為2000元/kW，配置高壓電動(dòng)機(jī)變頻器的投資為液力偶合器的68倍，但是一般風(fēng)機(jī)的節(jié)能改造都要求低投入高回報(bào)，從而造成經(jīng)濟(jì)上的難題。
　　隨著變頻裝置國(guó)產(chǎn)化工作的加強(qiáng)，不久的將來(lái)國(guó)內(nèi)可望能生產(chǎn)出技術(shù)先進(jìn)、性能可靠、價(jià)格合理的產(chǎn)品，滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)對(duì)變頻裝置日益增長(zhǎng)的需求。
　　節(jié)能效益分析
　　目前200MW以下火電機(jī)組的風(fēng)機(jī)最常用的調(diào)節(jié)方式是閥門(mén)或擋板節(jié)流調(diào)節(jié)，這種調(diào)節(jié)方式雖然簡(jiǎn)單，但能耗很高。據(jù)測(cè)試，當(dāng)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量由100降至50時(shí)，電機(jī)功率則降至額定功率的64，而此時(shí)風(fēng)機(jī)的軸功率理論計(jì)算值應(yīng)為額定功率的12.5，可見(jiàn)，大部分功率損失在了節(jié)流調(diào)節(jié)中。
　　為3種調(diào)節(jié)方式下，風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的耗電特性表。從中可知，在風(fēng)機(jī)高負(fù)荷時(shí)，變頻調(diào)速技術(shù)在節(jié)能方面并沒(méi)有優(yōu)越性，但在負(fù)荷低于80下時(shí)，節(jié)能效果非常明顯。由于電網(wǎng)峰谷差不斷增大的原因，200MW以下火電機(jī)組的引、送風(fēng)機(jī)常年運(yùn)行在70額定負(fù)荷左右，變頻器與風(fēng)機(jī)結(jié)合的綜合評(píng)價(jià),所以，電站鍋爐風(fēng)機(jī)應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)有許多節(jié)能潛力可挖。
　　國(guó)產(chǎn)125MW機(jī)組鍋爐配置了2臺(tái)送風(fēng)機(jī)和2臺(tái)引風(fēng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)容量分別為550kW和700kW.采用變頻調(diào)速技術(shù)后，根據(jù)測(cè)試和計(jì)算，與定速風(fēng)機(jī)采用進(jìn)口導(dǎo)向器調(diào)節(jié)相比，全年按工作7000h計(jì)算，節(jié)能效果如下：
　　（1）機(jī)組負(fù)荷為120MW運(yùn)行時(shí)，每年節(jié)電80萬(wàn)kWh.
　?。?）機(jī)組負(fù)荷為90MW運(yùn)行時(shí)，每年節(jié)電201萬(wàn)kWh.
　?。?）若按全年1/3時(shí)間在8090MW低谷運(yùn)行，2/3時(shí)間在120MW高峰運(yùn)行，則平均年節(jié)電120.3萬(wàn)kWh，以電費(fèi)0.6元/（kWh）計(jì)算，則年節(jié)約電費(fèi)72.2萬(wàn)元。
　?。?）若配用2臺(tái)西門(mén)子ECOO1-500K/3變頻器和2臺(tái)西門(mén)子ECOO1-800K/3變頻器，設(shè)備總價(jià)170萬(wàn)，熱工儀表及自動(dòng)控制儀表費(fèi)用2萬(wàn)元，其他費(fèi)用1萬(wàn)元，則總投入173萬(wàn)元，需要2年5個(gè)月收回投資。從價(jià)格方面看，一般情況下，液力偶合器的投資可以在半年到一年的時(shí)間內(nèi)，通過(guò)節(jié)省的電費(fèi)得到收回，而相同功率的變頻調(diào)速器的投資，大約需要一年半到三年的時(shí)間。如果是高-高變頻，則需要的時(shí)間會(huì)更長(zhǎng)。
　　某電站結(jié)合風(fēng)機(jī)調(diào)速改造，對(duì)原設(shè)備進(jìn)行了優(yōu)化配置，取得了相當(dāng)可觀的節(jié)能效果，改造前后節(jié)電測(cè)試數(shù)據(jù)如2所示：（1）風(fēng)機(jī)采用變頻器調(diào)速后，當(dāng)負(fù)荷為410t/h，節(jié)電率26.5；當(dāng)負(fù)荷為370t/h，節(jié)電率30.5；當(dāng)負(fù)荷為290t/h，節(jié)電率48.5.
　?。?）由于對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行了優(yōu)化配置，加之采用變頻調(diào)速技術(shù)，避免了大馬拉小車(chē)！現(xiàn)象，使風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率大為提高，這也是節(jié)電的一個(gè)主要原因。
　?。?）近年來(lái)，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已逐步用交流電機(jī)變頻調(diào)速取代直流電機(jī)調(diào)速。交流變頻調(diào)速在頻率范圍、動(dòng)態(tài)響應(yīng)、工作效益、精度要求、輸出特性及使用方便等方面比以往的調(diào)壓調(diào)速、變極調(diào)速、串級(jí)調(diào)速、滑差調(diào)速、液力偶合器調(diào)速等均較為優(yōu)越，也取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。
　　結(jié)論
　　變頻調(diào)速控制技術(shù)在電站風(fēng)機(jī)節(jié)能應(yīng)用中，具有其他調(diào)節(jié)方式不可比擬的優(yōu)勢(shì)。在風(fēng)機(jī)耗電量占有巨大比例的電站中，利用變頻調(diào)速技術(shù)，既可提高設(shè)備效率，又滿(mǎn)足了生產(chǎn)工藝的要求，大大減少了設(shè)備維護(hù)、維修費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)效益十分明顯，在電力工業(yè)和整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中，具有廣闊的應(yīng)用前景。