電機系統(tǒng)在設計過程中，需要考慮建設前、后長期工藝要求的差異和過載、重載啟動、系統(tǒng)安全等因素，因此都留有一定的余量。這些電動機大多在低的電能利用率下運行，耗電量過大，浪費嚴重。

變頻器通過調整輸出頻率來改變電機轉速，以達到交流電機調速的目的。采用變頻器進行變頻調速，可使電動機回到高效運行狀態(tài)，是最佳的調速和節(jié)能方式。變頻器通過降低電機轉速減少輸出功耗，實現(xiàn)“按需供能”。用于風機、泵類等平方律特性負載，可達到50%的節(jié)能率；用于其他工藝要求調速的負載，也可獲得10%~40%的節(jié)能效果。設備的轉速降低后，可減少磨損，延長使用壽命，獲得可觀的間接經濟效益。

同時，我國正處在工業(yè)化初期階段，大量工業(yè)生產設備陳舊，生產工藝落后，產品品質得不到保證，市場競爭力不強。使用變頻器進行交流變頻調速，取代變極調速、滑差調速、整流子電機調速、液力偶合調速、串極調速及直流調速等落后的調速方式，并與PLC、上位機等進行配合，可以實現(xiàn)生產的高精度控制，提高生產效率，使產品品質明顯改善，提高產品市場競爭力；可以使設備運行更加穩(wěn)定可靠，提高產量，大幅度減少設備維護費用，降低生產成本；同時提高了生產自動化水平，改善了生產環(huán)境，減少了工人的勞動強度。使用變頻器是企業(yè)設備改造、產品更新?lián)Q代的重要途徑。

變頻器在化工廠風機上的應用

濟南裕興化工總廠是一家生產硫酸的大型企業(yè)，年用電量巨大，如何節(jié)約電能已經成為該廠降低成本的重要措施。該廠供風系統(tǒng)采用350kW、380V風機，靠調節(jié)風道擋板控制送風量以適應生產負荷的變化。由于投建時風機選型較大，出現(xiàn)“大馬拉小車”情況，大部分電能被消耗在風道擋板上，從而使風機效率下降。

該系統(tǒng)在運行過程中采用自耦降壓啟動方式，但啟動電流仍然較大，電機受到的機械、電氣沖擊較大，經常發(fā)生轉子籠條斷裂的事故。

為了解決上述問題，決定對送風機控制系統(tǒng)進行改造，利用電機變頻調速方法實現(xiàn)送風量控制、電機軟啟動，達到節(jié)能和實現(xiàn)穩(wěn)定控制的目的。

改造方案

在原電機與開關之間增加一套變頻裝置，并保留了原有工頻回路做旁路，其電路結構圖如下圖所示。

圖中，變頻器采用希望森蘭變頻器制造有限公司生產的SB61P375KW矢量型全能王變頻器，它是該系統(tǒng)的核心。變頻器的輸出電壓為0～380V，輸出頻率為0～400Hz。在實際使用中，變頻器上限頻率設置為50Hz。它由高性能數(shù)字處理器DSP控制，功率元件采用IGBT模塊，具有輸入、輸出波形好，諧波小等優(yōu)點。SB61P變頻器保護功能齊全，包含了過壓、過流、欠壓、缺相、短路、過熱、瞬時停電保護等，能有效地保護電機及自身裝置，并且可查詢出現(xiàn)故障時各參數(shù)變化的記錄，大大地簡化了維護的工作量。

變頻器采用高精度調節(jié)電位器來給定輸出頻率，根據(jù)需要的風量在現(xiàn)場調速。電位器通過屏蔽線與變頻器控制器連接，并且設置了低通濾波器以提高控制精度。通過Y1端口的輸出頻率信號作為現(xiàn)場監(jiān)控。由于采用了電氣互鎖裝置，使系統(tǒng)不會出現(xiàn)誤操作等意外事故。

采用變頻器改造的效果

該系統(tǒng)風機電機為350kW、額定電流629A、2極。原工頻工作時，每小時耗電約317kWh（有功）；在投入變頻系統(tǒng)運行后，平均每小時耗電207kWh（有功）。通過計算可得出該系統(tǒng)總投資20余萬元，每年收益43.4萬元，所以該項目投資回收年限只有半年，在生產效率提高的同時，降低了生產成本，效益十分顯著。系統(tǒng)使用至今運行穩(wěn)定，從未出現(xiàn)任何故障。

變頻器在氫壓縮機上的應用

在工業(yè)生產中，壓縮空氣的使用非常普遍。在工廠內，若干臺空氣壓縮機安裝在一處構成一個空壓機站。某化工實業(yè)有限公司有一空壓機站，安裝有3臺110kW往復式活塞空壓機，用來壓縮氫氣。由于生產上使用氫氣的不均勻性，用氣量總是在動態(tài)變化，有時需要同時運行數(shù)臺氫壓縮機供氣，而有時連一臺氫壓縮機的產氣都用不完，但氫壓縮機仍在全速運行。氫壓縮機在出廠時都配套有排氣壓力調節(jié)裝置，儲氣罐內的氫氣壓力超過設定壓力時，壓縮機閥門自動關閉，壓縮機進入空轉卸荷狀態(tài)。當儲氣罐內氫氣低于設定的壓力時，壓縮機閥門自動開啟，壓縮機又進入滿載工作狀態(tài)。滿載時，空壓機的工作電流接近電動機額定電流；空轉卸荷時，空壓機的工作電流約為電動機額定電流的50%。這部分電流并未做有用功，而是機械在額定轉速下的空轉損耗。雖然這種調節(jié)裝置也能調節(jié)壓力，但壓力的調節(jié)精度低，壓力波動大。壓縮機總是處于額定轉速下工作，機械磨損大，電耗高。

變頻恒壓供氣

降低壓縮機轉速調節(jié)供氣壓力，是達到壓縮機經濟運行的有效方法，而變頻調速方法，是一種高效的調速方法。考慮在儲氣罐上安裝一只壓力變送器，將壓力信號反饋到變頻器的端子上，構成恒壓供氣系統(tǒng)，供氣壓力0.8MPa。本例選用一臺森蘭SB12S132KW變頻器，壓力變送氣選用森納斯DG13W=BZ-A，1.6MPa。

變頻器控制第一臺壓縮機，給定調節(jié)用變頻器上的操作鍵盤，手動控制第二和第三臺壓縮機的起動/停止。運行時，第一臺壓縮機首先變頻運行，當變頻器的輸出頻率已達到50Hz，但供氣量仍不足時，人工起動第二和第三臺的壓縮機工作；如供氣量大于給定值時，停止第二和第三臺的壓縮機工作。由于用氣量的變化不很劇烈，人工對第二和第三臺的壓縮機的控制是一種較好的方法。

氫氣為可燃性氣體，壓縮機的工作場地有爆炸危險，SB12S系列變頻器的防護等級為IP21，顯然不能安裝在有爆炸危險的場合。將變頻安裝在沒有爆炸危險的配電房內，用遠方控制盒在壓縮機旁進行操作，遠方控制盒也要考慮為本質安全型的。

效果

壓縮機改造完成后經過三個月的運行，達到了預想的目的，供氣質量大幅度提高。節(jié)能方面，壓縮機消耗的軸功率就與壓縮機的排氣量成正比，可見減少排氣量，可節(jié)省軸功率。經實測節(jié)電率達到26%，取得了較好的經濟效益。

小結

交流變頻調速技術作為高新技術和電動機控制技術，其應用已滲透到化工行業(yè)的各個技術部門，應用技術已非常成熟，并取得了良好的經濟效益和社會效益。在化工行業(yè)進一步推廣普及變頻調速技術，將會為加快我國的節(jié)能事業(yè)做出更多地貢獻。