交流变频调速技术是集电子、自动控制、微电子、电机学等技术为一体的先进产品。随着科技的发展，变频器技术的成熟，以及其优异的调速性能、显著的节能效果，已广泛应用于各行各业，是电气传动的发展方向。一个大型建筑中用于泵类和风机类的电机是主要负荷，其中多数是适合于采用调速运行的。传统作法是风机、泵类采用交流电动机恒速传动，靠调节风闸和阀门的开度来调节流量，这种调节的方法是以增加管网的损耗，耗用大量的能源为代价的。如果改用调节电机转速的办法来调节流量，就从根本上克服了电能的浪费。随着电力电子技术的飞速发展，变频调速技术已日臻完善。它不仅仅可以大幅度节能，而且在改善机械性能、实现完善的自动控制、环境保护等多方面都有显著的效果。特别是对风机、水泵的节能改造目前已在工业领域中广泛推广，其平均节电30%以上。由于空调系统主要设备是风机和水泵，所以节能最佳方法就是采用变频器。
一、 变频器节能原理
以往风机、水泵的风(流)量是通过挡板(阀门)来调节，大量的能量被挡板和阀门白白浪费。据统计，目前使用的风机、水泵大约有25-60%的能量是无谓消耗。根据风机水泵原理我们知道风机、水泵的能量与转速一次方成正比，压力与转速二次方成正比，轴功率与转速三次方成正比，即
Q2/Q1=n2/n1 (1)
H2/H1=(n2/n1)2 (2)
P2/P1=(n2/n1)3 (3)
图一中，曲线①、③为水泵在不同阻力下的特性曲线。曲线②、④为工频、变频状态下的流量与压力关系曲线。水泵工作在A点时，轴功率P1等于Q1、H1的乘积，即与图中面积AQ10H1A成正比。若要将流量从Q1降到Q2时，如用闸阀调节，则工作点由A移到B，流量下降，压力上升，轴功率减少不多;若采用变频调速，则工作点由A移动到C，在满足同样流量Q2的情况下，压力也下降，轴功率大大降低。假设电机的运行频率由工频下调到45Hz，则
节电率=(电机工频功率-电机变频功率)/电机工频功率
=(W工频 – W变频)/W工频=1 -(45/50)3 =27%
图一
二、设备基本情况与改造方案
洗煤厂有185KW渣浆泵两台，采用软起动器起动，长期处于高速运行状态，电流280A，能耗很大。因不能调节速度，渣浆水一直从沉降池往外溢出，从回流管道逆流到渣浆泵进口处的储液池，使渣浆泵长期低效率工作，造成大量能源浪费(见附图1)，为响应国家节约型社会号召以及省发改委3515节能文件要求，决定进行节能改造，具体改造方案如下：
保留原有的软起动装置，和变频器一起控制电机，软启动作为工频旁路备份使用。当变频器有故障时，改为软启动运行。
安装方式采用一台变频器带一台渣浆泵的方式。具体改造办法为：关闭回流阀，采用水位闭环控制方式，在池内壁上安装液位传感器，利用变频器的PID调节功能，当水位到达时，变频器频率下降，渣浆泵以低速运转，水位越高，转速越低;水位越低，转速越高。同时将水位信号传送给控制柜，使操作人员能适时了解液位状况。通过此控制保持渣浆池内的循环基本不变。
附图1
三、变频控制原理图
电机在空载或轻载运行时，通过检测负载电流，在原有的特性曲线基
础上减小输出电压，达到节能的目的
四、变频器的性能
现在有很多企业已经采用新型的大功率变频调速装置拖动水泵，取得了良好的应用效果。我公司选用的变频器为美国EMERSON公司产品，该产品具有以下优点：
a.电路板采用三层防护处理，具有防尘，抗潮，抗干扰等功效，针对我们选煤厂的恶劣工作环境(高煤尘、高潮湿度，强干扰)，同时采用先进的电路结构设计，减少了输出侧的电流谐波，提高了功率因数，解决了对电网的谐波污染，无需任何滤波或功率因数的补偿。
b.电动机实现了真正的软启动、软停止，变频器提供给电机的无谐波干扰的正弦波电流，峰值电流和峰值时间大为减少，可消除对电网和负载的冲击，避免产生操作过电压而损伤电机绝缘，延长了电动机和风机、水泵的使用寿命。同时，变频器设置共振点跳转频率，避免了风机、水泵处于共振点运行的可能性，使风机、水泵工作平稳，轴承磨损减少，启动平滑，消除了机械的冲击力，提高了设备的使用寿命。
c.变频器自身保护功能完善，同原来继电保护比较，保护功能更多，更灵敏，瞬间过流保护(超过200%额定电流峰值)10μs,动作有效过流保护(150%额定电流)3s动作，过载保护(120%额定电流)1min动作，大大加强了对电动机的保护。
d.调速工段内的设备调节和优化控制由DCS完成，与集控系统完美结合，通过RS485和RS232接口与集控系统通讯，并通过集控系统实时监控介质泵工作情况。DCS负责采集模拟量、开关量等信号，变频器输出的模拟量、开关量信号全部进入DCS系统，形成闭环控制，同时实现相关辅机联锁功能等。
e.采用变频调节，实现了挡板、阀门全开，减少了挡板、阀门节流损失，且能均匀调速，满足调峰需要，节约了大量的电能，具有显著的节电效果。
f.整机的运行噪音改善明显：采用液力耦合器时，无论低速高速，由于电机均处于工频运行，整机的噪音明显，达到90dB左右，但是进行变频改造后，整机的运行频率下降至40Hz左右，电机的运行噪音明显下降，低于80dB,在低速运行时基本上听不到噪音，达到65dB以下，大大改善了现场的噪音污染。
g.由于电机降低速度运行以及工作在高效率区，电机的温升和轴承温升下降明显：电机温升由采用液力耦合器时的59℃下降至44℃，电机的前后轴承的温度都有相应的下降，延长了风机系统的使用寿命。
h.低负荷下转速降低，减少了机械部分的磨损和振动，延长了风机大修周期，可节省大量的检修费用。
i.日常维护保养工作量和费用下降：采用液力耦合器估计每年的维护费用在2万元左右，采用变频器后，这项费用下降为数千元左右。
j.调速范围：采用液力耦合器调速范围具有相当大的限制，采用变频器后，实现智能调速，系统调频范围0～50Hz，大大地增强了工艺调节能力。
五、节能分析
1、 按平均运行40-45HZ，电流由280A降到240A以下，节电按20%计算，每年节省功率为:
P=1.732*U*I*30%*20*30*12
P=1.732*0.38*280*30%*20*30*12=398055
每年节约电费按每度电0.6元计算约节电238833元，一年内收回投资，同时保护水泵，减少维修量，提高了生产效率。
六、 变频其他好处
1、能对渣浆泵实现软启动和软停止。
2、延长渣浆泵寿命。因转速下降，水泵磨损减小。
3、保护功能强大。变频器提供过载、过电流、过电压、缺相等保护功能。
七、结束语
交流变频调速技术是集电子、自动控制、微电子、电机学等技术为一体的先进产品。随着科技的发展，变频器技术的成熟，以及其优异的调速性能、显著的节能效果，已广泛应用于各行各业，是电气传动的发展方向。变频器不仅具有对电网冲击小，而且节能，是未来电气行业对电动机传动的首选调速设备。
参考文献：
(1) 艾默生EV2000使用说明书
(2) 艾默生EC10小型系列PLC
