一期空调机房中电动机的变频调速改造

姚云霞

（中核兰州铀浓缩有限公司，甘肃 兰州730065）

一期空调机房中电动机的变频调速改造

姚云霞

（中核兰州铀浓缩有限公司，甘肃 兰州730065）

首先对一期空调机房做了简单介绍，再对变频调速改造从原理与节电效果方面做了介绍；再对改造前软启动柜与改造后变频调速柜做了详细的比较，最后对经济效益做了一个计算。

电动机；变频调速；节电

1　概述

一期级联厂房共有四个空调机房，01-1～4，每个空调机房设有三组送、回风机组，运行方式为一组运行两组备用。其中01-1和01-2空调机房送风机电机容量为55kW，回风机电机容量为45kW；01-3和01-4空调机房送风机电机容量为45kW，回风机电机容量为37kW。采用传统的风挡来调节风量，利用24台软启动柜控制启动。现采用在节能和调速特性等方面优于其他调速方式的变频调速方法，可节电10%～30%。

2　变频调速技术

2.1异步电动机变频调速的原理

异步电动机的转速为

式中，n电动机转速；f1为电动机定子的供电频率；s为转差率；p为电动机定子绕组级对数；n1为旋转磁场的同步转速。由公式可以看出交流电源频率f1变化，电动机同步转速随之成正比变化。因此，改变电源频率很容易改变异步电动机的转子的速率。

2.2变频调速在节电方面的主要作用阐述

我们可以依据流体力学的定律得知，各种风机以及泵装置，它们属于转矩负荷，它们的转速n和流过的量度L、压力F以及电机转轴的功率P具有下面的关系：L∝n，F∝n2，P∝n3；图1为转矩类负荷的压力F与流过的量度L之间的特性所示图：

图1　转矩类负荷的压力F与流过的量度L之间的关系特性所示图

如图所示：n0是电动机运行在铭牌上所示的额定转速时压力F与流过的量度L之间的关系特性曲线；n1是电动机在实际运行速度时压力F与流过的量度L之间的关系特性曲线；D1是转矩类负荷在负载阻力最小时的特性曲线；D2是转矩类负荷在负载阻力增长到某特定值时的特性曲线。

首先给大家对传统的调节方式做一介绍：当转矩类负荷运行在负载曲线D1时，主工况A1对应的流量和压力是L0、F0，这时负荷需要的运行功率与H1 与Q1的乘积成正比，即与图A1L0OF0的面积成正比。当工艺要求减小到流量L1时，通过加大负载的负荷量，使转矩类负荷的主工况过渡到特性曲线D2上的A2，而压力则有F0增大到F1，这时负荷需要的运行功率与F1与L1的乘积成正比，即与图A2F1OL1的面积成正比。由此可以看出，负荷主工况需要的功率增大许多，显然这种控制方式已然落伍了。

其次对变频调速通过图1来做介绍：如果采用变频调速方式，转矩类负荷的运行转速由额定转速n0下降到实际转速n1时，主工况由A1移到A3，但流过的量度不变为L1，而压力则由F0降为F2，这时负荷需要的功率与F2与L1的乘积成正比，即与图A3F2OL1的面积成正比，由此可见，变频调速的优越性是明显的。

通过大量的实践实施，证明了变频调速节能技术，当电机在额定转速的80%运行时，节能效率可以达到40%。其节能原理矢量图如图2所示。

图2　节能原理矢量图

3　柜的结构原理图

为了便于将改造前后的效果做一详细比较，下面对改造前的软启动柜与改造后的变频调速柜做一比较说明。

3.1改造前软启动柜的结构原理图

由图3可知，改造前采用了电动机的串电抗降压及软启动原理，这主要是根据改变可控硅的导通角，从而达到调节电机的电压的原理。但是，在电机的控制启动方面有以下几个弊端：一是使用的元件是电力电子半控型元件可控硅，在工作的时候会产生大量的谐波，对工作的电源会产生污染；二是这种元件与电源之间的影响又是相互的，即可控硅的触发也受到电源各方面因素的影响，有时会导致可控硅的连续击穿等事件发生。

图3　软启动柜改造前控制图

3.2改造后变频调速柜的结构

改造后采用变频调速。变频调速近几年来，在国内外电机的控制上使用最为广泛，技术和控制功能等方面也很优异，它主要能改变电源电压的频率，从而能够改变电动机的转速以及转矩，主要用在需要调速并且对速度控制要求高的领域。图4、图5为改造后的调速柜的动力、控制图。

图4　变频调速柜动力系统电气原理图

图5　变频调速柜控制回路电气原理图

3.3主要参数及设备组成见表1、表2

表1　空调机组电动机参数

表2　空调机组离心通风机参数

4　经济效益计算

以运行在40Hz的节能效果来计算，当电机运行在40Hz时，风量Q=80%，转速n为80%，轴功率为51%，节电率N为49%，（具体计算：P%=KS3，式中P%—实际消耗功率百分值，S—实际转速百分值，K—系数，K=0.0001，节电率N%=1%-P%）每个机组按45kW计算，每度电按0.67元计，每年运行1/3时间（运行方式为一组运行，两组备用），每年节约电量为45kW×24h×365/3天×49%×0.67元=43138.62元，共运行24个机组，所以每年总共可节约

24×43138.62元=1035326.88元。

5　小结

在电气传动领域，变频调速以其优异的调速和起、制动性能，高效率、高功率因数和节电效果，被国内外公认为最有发展前途的调速方式，成为当今节电、改善工艺流程以及提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。

［1］李方圆.变频调速系统的设计［M］.机械工业出版社，2012.

［2］刘玉敏.变频调速原理及控制方式［M］.化学工业出版社，2009.

TM92