风机变频节能效果分析张振兴

张振兴

（包钢股份仓储中心内蒙古自治区包头市014010）

摘要：理论上风机采用变频器可以大幅度节约电能，降低生产成本，但是实际应用中风机采用变频器节能的效果，还是受许多因素的影响，需要进一步分析讨论。

关键词：变频器；电动机；效率；

近年来，变频技术日趋成熟，在电力、冶金、石油、化工等行业得到了广泛的应用。工业生产过程中风机类设备应用变频驱动节能效果尤其显著，由电机的同步转速表达式n=60f(1-s)/p可知，转速n和频率f成正比关系，只要改变电机的频率就可以改变电机的转速。

以风机设备举例，未采用变频器驱动前不论生产需求大小，电机都要全速运转，风机通过调节液力耦合器或风门挡板来调节风量，能源消耗在液力耦合器或风门挡板上，使得能量以发热、震动、噪音等形式损失掉了，造成大量能源浪费。风机驱动采用变频技术后，当要求风量减少时，适当调节变频器的输出频率，使电机的转速降低，就可以达到生产要求，比采用调节液力耦合器或风门挡板节能效果显著。

变频器由于调速范围宽、节能降耗，又能实现软启动减少启动时对电网的冲击及设备的机械冲击，延长设备使用寿命，目前是最理想的节能调速方式。理论上风机使用变频器可以大幅度节约电能，降低生产成本，但是实际应用中风机采用变频器节能的效果，还要受到以下几点因素的影响，需要进一步分析讨论。

一、实际工况对风机风量的需求

现场需求风量如果接近风机额定风量，需要电机全速运行、风机风门全开才可以满足，那么采用变频节能效果不大，变频器在系统中只起到一个软启动的作用。如果现场需求风量不大，那么采用变频节能效果显著。以高压除尘风机选型为例，项目设计阶段风机风量、风压的设计余量一般都大于实际需求5%-15%，另外设计过程中很难精确计算除尘管网的阻力，并考虑长期运行过程中可能发生的各种工况问题，通常把系统最大风量、风压作为选型的的基础依据，但是风机产品规格型号是有限的，往往选不到正好匹配的就要往大一级去匹配，大于实际需求20%-30%是很常见的。因此风机在实际应用中大马拉小车的现象非常普遍。

下面某厂某高压除尘风机变频改造前负载参数信息表

变频改造配套变频器型号：GD5000-A3150-10-S、功率2500KW、额定电流185A。实测变频改造前工频电源供电时月平均耗电量70万度，变频改造后30HZ左右运行即可满足现场工况要求，月平均耗电量40万度，变频节能的效果非常明显。

二、变频器匹配的电机类型也影响变频节能的效果

由于专用的变频电机构造上加强了绝缘材料、增大了电磁负荷、配备了独立的散热装置，因此专用的变频电机制造成本较高。实际应用中风机类负载不考虑调速精度，从节约成本的方面考虑，往往设备选型上配套变频器的一般是普通的交流异步电动机。普通交流异步电机是恒频率设计，将普通的三相交流异步电机运行于变频器输出的非正弦电源条件下，就会产生磁路过度饱和，电机容易发热，并且高次谐波电流会引起电机定子铜耗、转子铜（铝）耗、铁耗及其他附加损耗。最大的损耗是转子铜（铝）耗，因为异步电机是以接近基波频率所对应的同步转速旋转的，高次谐波电源以较大的转差率切割转子导条后，就会产生很大的转子铜（铝）损耗，使电机额外发热、转轴输出功率降低、工作效率降低，节能效果明显减少。

三、变频器匹配电机的使用效率问题

电网供电工频50HZ条件下电机的工作效率一般可以达到95%-97%，但是在变频器低频供电条件下电机效率往往会降低不少，相关数据测试电机效率下降5%-8%，电机效率的下降意味这能量的多余消耗。另外变频器和电机的配置对系统性能的优化程度，决定着能否达到电机应用所期望的节能目标。理论上变频器供电的电机系统的节能应兼顾变频器和电机的节能，并且从变频器节能和电机节能两个方面进行，使总的运行效率最高。事实上基于以下两方面的原因电机系统的节能应综合考虑并突出重点：首先是降低励磁电流最终降低定子电流，并由此使得电机的铜耗和铁耗降低效率升高，而定子电流降低也使得变频器损耗下降，因此变频器的节能和电机的节能方向是一致的，要求降低电机系统的输入电流，实现最小定子电流是节能控制重要目标。其次是变频器的损耗占电机系统的损耗比例较小，电动机本身的节能降耗应该有更大的空间，因此电机系统的效率优化应以电机本体效率优化控制为主。只有选择合适的变频器并恰当地配置好参数，电机才可能更节能。

四、实际工况因素和人为因素的影响

以某工厂除尘风机变频实际应用举例来说，该除尘风机负责工厂皮带机通廊、转运站输送物料过程中物料粉尘的吸捕工作。由于日常输送物料品种较多，物料轻重不同所以现场需求风量也不相同，因此实际工况下对风量的需求是一个动态的过程，变频节能量也是随之变化的。该除尘风机吸尘总管道分支出近90处吸尘点，每个吸尘点配备一套手动风量调节阀，考虑到实现电气自动化成本和难度，所以90多处吸尘点的风量控制阀没有纳入自动控制，需要现场的岗位操作人员根据物料的变动及时调节各吸尘点风量。岗位操作人员如果无法根据工况变化准确调节各吸尘点风量，不管负荷如何变化，电机风机始终维持在高转速大风量运行，节能往往也是很难实现。

结论

风机主电机运行在电网工频条件下其能耗在阀门、挡板、液力耦合器等相关附属设施中流失不少，因此节能降本是大功率风机运行管理过程中的一个重要环节。理论上变频器技术应用在风机控制上节能效果显著，但是在实际应用中节能效果如何还是需要进一步去分析讨论，风量的实际需求、电机的匹配优化、现场工况和人为因素都对变频节能有着很大的影响。

参考文献

[1]赵相宾，夏长亮，宋国兰.变频调速技术的进展[J].电力电子技术，2015，39（6）:145－148．

[2]]张树国，李栋，胡竞.变频调速技术的原理及应用[J].节能技术，2015，27（1）:83-86．

[3]贺虎成，刘卫国.电机运动控制及其相关技术发展研究[J].电机与控制应用，2016，33（3）:3-6．