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摘要：采用变频器对风机类机械进行调速来调节风量的方法，对节约能源，建设节约型社会，提高经济效益具有重要意义。文章通过对变频器在风机控制系统中应用的经济性分析，进一步明确了风机变频控制节能的巨大潜力，指明了风机节能改造的方向。
关键词：节约；经济效益；变频调速节能
变频调速是交流电动机调速方法中最理想的方案，采用变频器对风机类机械进行调速来调节风量的方法，对节约能源，建设节约型社会，提高经济效益具有重要意义。但是，过去由于各种原因，如变频器的价格、质量、容量等因素的约束，没有得到广泛应用。近年来随着IC产业的迅猛发展，变频器的价格大幅下降，可靠性增强，容量增大（已达到400KW），变频器的使用已成倍增长。
一、变频调速节能理论
风机，是传送气体装置。就其结构和工作原理，现先以风机为例加以说明。采用变频器对风机进行控制，属于减少空气动力的節电方法，它和一般常用的调节风门控制风量的方法比较，具有明显的节电效果。由图1可以说明其节电原理：
图1中，曲线（1）为风机在恒定转速n1下的风压一风量（H―Q）特性，曲线（2）为管网风阻特性（风门全开）。假设风机工作在A点效率最高，此时风压为H2，风量为Q1，轴功率N1与Q1、H2的乘积成正比，在图中可用面积AH2OQ1表示。如果生产工艺要求，风量需要从Q1减至Q2，这时用调节风门的方法相当于增加管网阻力，使管网阻力特性变到曲线（3），系统由原来的工况点A变到新的工况点B运行。从图1中看出，风压反而增加，轴功率与面积BH1OQ2成正比。显然，轴功率下降不大。如果采用变频器调速控制方式，风机转速由n1降到n2，根据风机参数的比例定律，画出在转速n2风量（Q―H）特性，如曲线（4）所示。可见在满足同样风量Q2的情况下，风压H3大幅度降低，功率N3随着显著减少，用面积CH3OQ2表示。节省的功率△N=（H1-H3）×Q2，用面积BH1H3C表示。显然，节能的经济效果是十分明显的。
由流体力学可知，风量与转速的一次方成正比，风压H与转速的平方成正比，轴功率N与转速的三次方成正比。采用变频器进行调速，当风量下降到80%时，转速也下降到80%，而轴功率N将下降到额定功率的51.2%，如果风量下降到60%，轴功率N可下降到额定功率的21.6%，当然还需要考虑由于转速降低会引起的效率降低及附加控制装置的效率影响等。即使这样，这个节能数字也是很可观的，因此在装有风机水泵的机械中，采用转速控制方式来调节风量或流量，在节能上是个有效的方法。
二、应用案例
在单位锅炉房扩建工程中，新增一台20T锅炉。原设计采用软启动控制，未设变频调速装置，根据目前的发展现状及工程应用采用变频控制技术实现该工程的引风及鼓风控制，下面说明变频器应用在工程锅炉采暖系统上的节能效果。20T蒸汽锅炉所用电机容量如下：引风机：110KW。鼓风机：37KW。本变频控制柜可保证在供热锅炉正常工作的基础上，同时达到节电、节煤以及环保的目的。电机总容量=110+37=147KW。锅炉用于供暖条件下每天工作24小时、每月30天、每年6个月，变频控制柜在起炉高额区和恒温运行区的综合节电率约在35%左右，由此：1、每月节电总量=147KW×35%×24×30=37044度。按每度电以0.75元计算，则：10T炉的节电资金：0.75×37044度=27783元/每月。2、每月用煤量约为1500吨，按5%节能率计算：（1）每月节煤量：1500T×5%=75吨。现按每吨煤280元计算。（2）每月节煤资金：280元×75吨=21000元。每月节电节煤总额：27783+21000=48783元安装20T锅炉的鼓、引风和安装监测仪表所需投入200，000元，收回投资时间：200，000元÷48783=4.1月。因此，不到一个采暖期就能够完全回收该部分投资，投资的回收是非常快的，其经济及环保效益也很明显。
目前，国内外许多电力拖动场合已将矢量控制的变频器广泛应用于通用机械、纺织、印染、造纸、轧钢、化工等行业中交流电动机的无级调速，已明显取得节能效果并满足工艺和自动调速要求。但在风机、水泵应用领域仍没有得到充分应用。其主要原因是对风机、水泵类负载可大量节能了解不够。我国风机、水泵用电量占工业用电的60%以上，如果能在这个领域进行风机节能改造，充分使用变频器进行变频无级调速，对节约用电、降低能耗、促进环保、提高经济效益都具有积极意义，同时也极大地降低企业电力成本，提高企业竞争力。
（作者单位：哈尔滨工程大学基建处）
关键词：节约；经济效益；变频调速节能
变频调速是交流电动机调速方法中最理想的方案，采用变频器对风机类机械进行调速来调节风量的方法，对节约能源，建设节约型社会，提高经济效益具有重要意义。但是，过去由于各种原因，如变频器的价格、质量、容量等因素的约束，没有得到广泛应用。近年来随着IC产业的迅猛发展，变频器的价格大幅下降，可靠性增强，容量增大（已达到400KW），变频器的使用已成倍增长。
一、变频调速节能理论
风机，是传送气体装置。就其结构和工作原理，现先以风机为例加以说明。采用变频器对风机进行控制，属于减少空气动力的節电方法，它和一般常用的调节风门控制风量的方法比较，具有明显的节电效果。由图1可以说明其节电原理：
图1中，曲线（1）为风机在恒定转速n1下的风压一风量（H―Q）特性，曲线（2）为管网风阻特性（风门全开）。假设风机工作在A点效率最高，此时风压为H2，风量为Q1，轴功率N1与Q1、H2的乘积成正比，在图中可用面积AH2OQ1表示。如果生产工艺要求，风量需要从Q1减至Q2，这时用调节风门的方法相当于增加管网阻力，使管网阻力特性变到曲线（3），系统由原来的工况点A变到新的工况点B运行。从图1中看出，风压反而增加，轴功率与面积BH1OQ2成正比。显然，轴功率下降不大。如果采用变频器调速控制方式，风机转速由n1降到n2，根据风机参数的比例定律，画出在转速n2风量（Q―H）特性，如曲线（4）所示。可见在满足同样风量Q2的情况下，风压H3大幅度降低，功率N3随着显著减少，用面积CH3OQ2表示。节省的功率△N=（H1-H3）×Q2，用面积BH1H3C表示。显然，节能的经济效果是十分明显的。
由流体力学可知，风量与转速的一次方成正比，风压H与转速的平方成正比，轴功率N与转速的三次方成正比。采用变频器进行调速，当风量下降到80%时，转速也下降到80%，而轴功率N将下降到额定功率的51.2%，如果风量下降到60%，轴功率N可下降到额定功率的21.6%，当然还需要考虑由于转速降低会引起的效率降低及附加控制装置的效率影响等。即使这样，这个节能数字也是很可观的，因此在装有风机水泵的机械中，采用转速控制方式来调节风量或流量，在节能上是个有效的方法。
二、应用案例
在单位锅炉房扩建工程中，新增一台20T锅炉。原设计采用软启动控制，未设变频调速装置，根据目前的发展现状及工程应用采用变频控制技术实现该工程的引风及鼓风控制，下面说明变频器应用在工程锅炉采暖系统上的节能效果。20T蒸汽锅炉所用电机容量如下：引风机：110KW。鼓风机：37KW。本变频控制柜可保证在供热锅炉正常工作的基础上，同时达到节电、节煤以及环保的目的。电机总容量=110+37=147KW。锅炉用于供暖条件下每天工作24小时、每月30天、每年6个月，变频控制柜在起炉高额区和恒温运行区的综合节电率约在35%左右，由此：1、每月节电总量=147KW×35%×24×30=37044度。按每度电以0.75元计算，则：10T炉的节电资金：0.75×37044度=27783元/每月。2、每月用煤量约为1500吨，按5%节能率计算：（1）每月节煤量：1500T×5%=75吨。现按每吨煤280元计算。（2）每月节煤资金：280元×75吨=21000元。每月节电节煤总额：27783+21000=48783元安装20T锅炉的鼓、引风和安装监测仪表所需投入200，000元，收回投资时间：200，000元÷48783=4.1月。因此，不到一个采暖期就能够完全回收该部分投资，投资的回收是非常快的，其经济及环保效益也很明显。
目前，国内外许多电力拖动场合已将矢量控制的变频器广泛应用于通用机械、纺织、印染、造纸、轧钢、化工等行业中交流电动机的无级调速，已明显取得节能效果并满足工艺和自动调速要求。但在风机、水泵应用领域仍没有得到充分应用。其主要原因是对风机、水泵类负载可大量节能了解不够。我国风机、水泵用电量占工业用电的60%以上，如果能在这个领域进行风机节能改造，充分使用变频器进行变频无级调速，对节约用电、降低能耗、促进环保、提高经济效益都具有积极意义，同时也极大地降低企业电力成本，提高企业竞争力。
（作者单位：哈尔滨工程大学基建处）