化工廠電動(dòng)機(jī)應(yīng)用變頻技術(shù)節(jié)能分析

1、    化工廠電動(dòng)機(jī)應(yīng)用變頻技術(shù)節(jié)能分析    陳偉摘    要近年來(lái)，變頻調(diào)速裝置作為一種重要的電動(dòng)機(jī)節(jié)能裝置得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。在此背景下，當(dāng)代化工廠在發(fā)展的過(guò)程中也提高了對(duì)此的重視程度，且逐步完善變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的構(gòu)建，最終由此迎合當(dāng)代節(jié)能生產(chǎn)需求，推動(dòng)自身朝著更為健康穩(wěn)定的方向前進(jìn)。本文從變頻調(diào)速技術(shù)的節(jié)能原理分析入手，詳細(xì)闡述了當(dāng)前變頻器節(jié)能效果，旨在推動(dòng)化工生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)模式的進(jìn)一步創(chuàng)新與發(fā)展。關(guān)鍵詞電動(dòng)機(jī);變頻技術(shù);變頻調(diào)速裝置;節(jié)能tm921.51;tq08 文獻(xiàn)標(biāo)志碼a 20956487（2020）1200003a

2、bstractin 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

3、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

4、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.keywordsmotor; frequency conversion technology; frequency conversion speed regu

5、lation device; energy saving在化工生產(chǎn)企業(yè)中，大多數(shù)設(shè)備是由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的，其中風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)設(shè)備應(yīng)用范圍廣泛;化工廠的大部分設(shè)備尤其是一些大功率風(fēng)機(jī)設(shè)備在生產(chǎn)過(guò)程中絕大部分時(shí)間是不滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行的，并且都是通過(guò)調(diào)節(jié)擋風(fēng)板、閥門(mén)開(kāi)啟角度的方法來(lái)調(diào)節(jié)的。這種操作方式的缺點(diǎn)是：電機(jī)及風(fēng)機(jī)或水泵的轉(zhuǎn)速高，負(fù)荷強(qiáng)度重，電能浪費(fèi)嚴(yán)重;設(shè)備運(yùn)行的自動(dòng)化程度相當(dāng)?shù)?，幾乎完全靠人工調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)精度差，控制不精確;電氣控制采用直接或降壓?jiǎn)?dòng)，啟動(dòng)時(shí)電流對(duì)電網(wǎng)沖擊大，需要的電源容量大，功率因數(shù)較低;啟動(dòng)時(shí)機(jī)械沖擊大，設(shè)備使用壽命低等。這些大功率且連續(xù)運(yùn)行電機(jī)耗電量高是化工企業(yè)制造成本高居不下的一個(gè)

6、重要因素，因此很有必要對(duì)相應(yīng)耗電量大的電機(jī)做一些工藝上的節(jié)能改造。以下就是對(duì)化工廠電動(dòng)機(jī)應(yīng)用變頻技術(shù)節(jié)能的詳細(xì)闡述。1 電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速裝置的構(gòu)成變頻調(diào)速裝置主要由整流單元、濾波單元、逆變單元、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測(cè)單元、微處理單元組成。該裝置運(yùn)用了大量的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，雖然價(jià)格較高，但在實(shí)際應(yīng)用中具有著十分良好的性能與效果，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電壓的有效調(diào)節(jié)與穩(wěn)定，對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率與速度的有效調(diào)整，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的可靠啟動(dòng)與有效節(jié)能。雖然變頻調(diào)速裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，但在實(shí)際的使用與操作上卻十分簡(jiǎn)單便利。2 變頻調(diào)速技術(shù)的節(jié)能原理大多數(shù)的實(shí)踐表明，電機(jī)電能消耗量占據(jù)了全國(guó)總發(fā)電量的50%，其中鼠籠

7、式電動(dòng)機(jī)應(yīng)用的最為廣泛。在此背景下，由于現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，相關(guān)技術(shù)人員在電動(dòng)機(jī)操控過(guò)程中應(yīng)著重強(qiáng)調(diào)對(duì)變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用，繼而通過(guò)變頻調(diào)速裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)運(yùn)行的有效控制，最終由此達(dá)到節(jié)能運(yùn)行的目的。此外，從恒轉(zhuǎn)矩類(lèi)負(fù)載的角度來(lái)看，在電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中若將其轉(zhuǎn)速降到原有的一半，那么其總體功耗量也會(huì)隨之下降。因而化工廠在負(fù)載設(shè)備安裝的過(guò)程中應(yīng)提高對(duì)其的重視程度，達(dá)成變頻調(diào)速技術(shù)節(jié)能目標(biāo)。另外，變頻調(diào)速技術(shù)的節(jié)能效果還體現(xiàn)在泵自身特性促使其在轉(zhuǎn)速改變的過(guò)程中功率也會(huì)隨之產(chǎn)生變化，即當(dāng)流量由80%下降至60%，那么其功率也會(huì)由原有的80%下降至49.5%。因此，化工廠在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)提高對(duì)變頻

8、調(diào)速技術(shù)節(jié)能效果的關(guān)注度，以此達(dá)到良好的生產(chǎn)狀態(tài)。3 電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速裝置的技術(shù)參數(shù)分析3.1 功率因數(shù)與頻率的關(guān)系在對(duì)電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速裝置的測(cè)試實(shí)驗(yàn)中，可以發(fā)現(xiàn)不同頻率下變頻調(diào)速裝置的輸入、輸出端功率因數(shù)也會(huì)發(fā)生相應(yīng)改變，即當(dāng)頻率降低時(shí)，相應(yīng)的功率因數(shù)也隨之降低，頻率升高時(shí)，其功率因數(shù)也隨之升高，尤其是輸入端的功率因數(shù)更是會(huì)直接受到變頻調(diào)速裝置設(shè)計(jì)水平的影響，這也就要求在電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速裝置的選型過(guò)程中，應(yīng)結(jié)合電動(dòng)機(jī)所屬機(jī)械設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行進(jìn)行合理的選擇。3.2 抽油機(jī)負(fù)荷變化對(duì)變頻調(diào)速裝置效率的影響抽油機(jī)設(shè)備的負(fù)荷本身具有一定復(fù)雜性，會(huì)周期性的產(chǎn)生波動(dòng)，而對(duì)其周期負(fù)荷波動(dòng)系數(shù)的分析正是變頻調(diào)速裝置

9、使用策略制定與調(diào)整的重要依據(jù)。常規(guī)工況下，變頻調(diào)速裝置頻率的變化與負(fù)載率的變化應(yīng)呈現(xiàn)出一定正比例關(guān)系，即頻率增加負(fù)載也增加，此時(shí)變頻調(diào)速裝置的運(yùn)行效率應(yīng)一定程度上得到提升，而由于抽油機(jī)負(fù)荷波動(dòng)存在一定的不平衡性，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)變頻調(diào)速裝置頻率下降，但運(yùn)行效率并未隨之相應(yīng)下降，反而出現(xiàn)一定程度的上升，變化的規(guī)律性不易判斷和掌握。選取不同設(shè)備，針對(duì)其負(fù)荷波動(dòng)系數(shù)、平衡度、發(fā)電功率、負(fù)載率變頻調(diào)速裝置的運(yùn)行效率等參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)分析與數(shù)據(jù)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)油井平衡度相對(duì)較好的情況下，波動(dòng)系數(shù)、發(fā)電功率等參數(shù)對(duì)于變頻調(diào)速裝置的效率影響較小，而主要影響其效率的參數(shù)為裝置的負(fù)載率。3.3 運(yùn)行頻率與耗電量的關(guān)系在抽油機(jī)等

10、設(shè)備的電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速裝置使用過(guò)程中，對(duì)于運(yùn)行頻率的調(diào)整會(huì)帶來(lái)耗電量的相應(yīng)變化，實(shí)際的變化關(guān)系根據(jù)不同油井實(shí)際作業(yè)條件的差異而不同，可通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)不同頻率下單井噸液耗電的實(shí)際值進(jìn)行記錄和對(duì)比，從而找出其耗電量最低的頻率值，及相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置。如試驗(yàn)所選取的某油井在某一周期頻率為40 hz的情況下，噸液耗電達(dá)到了最值9.34 kw·h/t，相較于試驗(yàn)所記錄的峰值10.32 kw·h/t降低了0.98 kw·h/t，這也證明在該運(yùn)行頻率下，抽油機(jī)能夠達(dá)到最優(yōu)的節(jié)能運(yùn)行狀態(tài)，可將此時(shí)變頻調(diào)速裝置的技術(shù)參數(shù)作為該油井抽油機(jī)參數(shù)優(yōu)化的參考依據(jù)。4 變頻技術(shù)節(jié)能分析4.1 變頻自帶

11、軟啟動(dòng)節(jié)能近年來(lái)，化工廠在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中強(qiáng)調(diào)對(duì)變頻技術(shù)的應(yīng)用，且合理安置了變頻器，并通過(guò)變頻自帶啟動(dòng)功能達(dá)到了良好的節(jié)能目的。在電動(dòng)全壓?jiǎn)?dòng)過(guò)程中，其對(duì)啟動(dòng)力矩提出了更高的要求，因此，為確保電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，必須從電網(wǎng)中獲取到6倍的電機(jī)額定電流，以此來(lái)滿(mǎn)足電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行條件。但是在此種運(yùn)行模式下，很容易產(chǎn)生總體耗能較大的問(wèn)題，同時(shí)逐漸呈現(xiàn)出電壓波動(dòng)損害的現(xiàn)象，影響化工廠實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的總體經(jīng)濟(jì)效益。為此，化工廠在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)注重將電機(jī)轉(zhuǎn)向軟啟動(dòng)狀態(tài)，繼而在電機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中減少電流的沖擊力，并最終延長(zhǎng)設(shè)備使用年限，達(dá)到節(jié)能運(yùn)行目的。因此，在當(dāng)代化工廠發(fā)展過(guò)程中應(yīng)用變頻自帶軟啟動(dòng)節(jié)能是非常必要的

12、，應(yīng)提高對(duì)其的重視程度。4.2 變頻節(jié)能變頻節(jié)能也是變頻器節(jié)能的一種有效途徑，在生產(chǎn)機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中要求技術(shù)人員應(yīng)提高對(duì)安全性生產(chǎn)的重視程度，同時(shí)在配用動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的過(guò)程中應(yīng)著重強(qiáng)調(diào)保留富余量的重要性，為電機(jī)運(yùn)行提供良好的運(yùn)行環(huán)境，滿(mǎn)足電機(jī)運(yùn)行需求。此外，為達(dá)到變頻節(jié)能效果，要求相關(guān)技術(shù)人員在對(duì)電機(jī)進(jìn)行操控的過(guò)程中應(yīng)合理調(diào)整力矩，即確保將力矩控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，以避免多余力矩的產(chǎn)生增加電機(jī)的總體電能消耗量，并增加其有功功率的消耗。另外，在變頻節(jié)能中，通過(guò)降低電機(jī)運(yùn)行速度的方式達(dá)到節(jié)能效果也是至關(guān)重要的，為此，化工廠在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)提高對(duì)其的重視程度，且應(yīng)將其落實(shí)到創(chuàng)新計(jì)劃中，達(dá)到節(jié)能生產(chǎn)目標(biāo)。4.3

13、 提高功率因數(shù)節(jié)能提高功率因數(shù)也可凸顯變頻器節(jié)能效果，由于電動(dòng)機(jī)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中由電子繞組和轉(zhuǎn)子繞通過(guò)電磁作用來(lái)決定其力矩的產(chǎn)生，因此，為達(dá)到節(jié)能運(yùn)行目的，要求相關(guān)技術(shù)人員在對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行操控的過(guò)程中應(yīng)合理應(yīng)用變頻技術(shù)來(lái)調(diào)整繞組感抗作用，最終形成高效率的運(yùn)作狀態(tài)。此外，在電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中受到其吸收無(wú)功功率的影響，導(dǎo)致其功率因數(shù)在電機(jī)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中逐漸呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)，因此，技術(shù)人員在對(duì)設(shè)備進(jìn)行調(diào)控的過(guò)程中應(yīng)通過(guò)變頻技術(shù)的應(yīng)用合理提高功率因數(shù)，最終達(dá)到良好的節(jié)能效果，滿(mǎn)足當(dāng)代化工廠實(shí)際生產(chǎn)需求。另外，變頻節(jié)能調(diào)速器的應(yīng)用，亦有助于電動(dòng)機(jī)型性能的轉(zhuǎn)變，應(yīng)提高對(duì)其的重視程度。5 風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)設(shè)備節(jié)能

14、分析由于變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理是電機(jī)轉(zhuǎn)速與工作電源輸如頻率成正比的關(guān)系：。式中n、f、s、p分別表示轉(zhuǎn)速、輸入頻率、電機(jī)轉(zhuǎn)差率、電機(jī)磁極對(duì)數(shù)，通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)工作電源頻率可達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。由流體力學(xué)的基本定律可知：風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)設(shè)備均屬平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其轉(zhuǎn)速n與流量q壓力h以及軸功率p具有流量與轉(zhuǎn)速成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比和軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比的關(guān)系（如圖1）。圖1中，n1代表電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)的特性;n2代表電機(jī)降速運(yùn)行在n2轉(zhuǎn)速時(shí)的特性;r1代表風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)管路阻力最小時(shí)的阻力特性;r2代表風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)管路阻力增大到某一數(shù)組時(shí)的阻力特性。風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)在管路特性曲線(xiàn)r1工作時(shí)，工況點(diǎn)為

15、a，其流量壓力分別為q1、h1，此時(shí)風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)所需的功率正比于h1與q1的乘積，即正比于ah10q1的面積。由于工藝要求需減小流量到q2，實(shí)際上通過(guò)增加管網(wǎng)管阻，使風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)的工作點(diǎn)移到r2上的b點(diǎn)，壓力增大到h2，這時(shí)風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)所需的功率正比于h2與q2的乘積，即正比于bh20q2的面積，顯然風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)所需的功率增大了。這種調(diào)節(jié)方式雖然簡(jiǎn)單、但功率消耗大，不利于節(jié)能，是以高運(yùn)行成本換取簡(jiǎn)單控制的方式。若采用變頻調(diào)速，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由n1下降到n2，這時(shí)工作點(diǎn)由a點(diǎn)移到c點(diǎn)，流量仍是q2，壓力由h1降到h3，這時(shí)變頻調(diào)速后風(fēng)機(jī)所需的功率正比于h3與q2的乘積，即正比于ch30q3的面積，由圖可見(jiàn)功率

16、的減少是明顯的。也就是當(dāng)風(fēng)機(jī)水泵的轉(zhuǎn)速下降10%時(shí)，電機(jī)消耗功率下降27.1%。所以風(fēng)機(jī)水泵采用變頻調(diào)速節(jié)能效果非常明顯。海洋石油富島有限公司原有220kw鼓風(fēng)機(jī)一臺(tái)，原采用自藕減壓?jiǎn)?dòng)控制，通過(guò)調(diào)節(jié)擋風(fēng)板的開(kāi)啟角度的方法來(lái)滿(mǎn)足不同的用風(fēng)量，運(yùn)行中擋板開(kāi)度為60%90%，后改用變頻器控制，通過(guò)電度表測(cè)量，節(jié)電率達(dá)32%，每年節(jié)約電費(fèi)約14萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。6 結(jié)語(yǔ)綜上可知，當(dāng)代化工廠電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中仍然存在著電能消耗量較大等問(wèn)題，影響到了化工廠整體經(jīng)濟(jì)效益。因此，化工廠在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)著重強(qiáng)調(diào)應(yīng)用變頻技術(shù)的重要，并通過(guò)提高功率因數(shù)節(jié)能、變頻節(jié)能、變頻自帶軟啟動(dòng)節(jié)能等途徑營(yíng)造一個(gè)良好的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行環(huán)境，并減少功率消耗量，達(dá)到節(jié)能運(yùn)行成效。此外，在變頻節(jié)能技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中全面掌