随着变频技术的成熟，变频器在电气传动领域中应用越来越广泛。其控制方式的多样性、完善的电机保护功能以及其特有的优点是目前在工控领域其它无可比拟的。

　　一：改造原理

　　由流体传输设备水泵和风机的工作原理可知：水泵和风机的流量与其转速成正比；水泵和风机的压力（扬程）与其转速的平方成正比，而水泵和风机的轴功率等于流量与压力的乘积，故水泵和风机的轴功率与其转速的三次方成正比（即与电源频率的三次方成正比）根据上述原理可知：降低水泵和风机的转速，那么其功率可以下降得更多。例如:将供电频率由50Hz降为45Hz，则P45/P50=（45/50）3=0.729，即P45=0.729P50（P为电机轴功率）；将供电频率由50Hz降为40Hz，则P40/P50=（40/50）3=0.512，即P40=0.512P50（P为电机轴功率）。

　　水泵和风机消耗功率与转速的三次方成正比。即N=KN3 N：为水泵和风机消耗功率；n：为水泵和风机运行时的转速；K为比例系数。而水泵和风机设计是按工频运行时设计的，但除高速外，大部分时间流量较小，由于采用了变频技术及微机技术有微机控制，因此可以使水泵和风机运行的转速随流量的变化而变化，终达到节能的目的。实践证明，使用变频设备可使水泵和风机运行平均转速比工频转速降低20%，从而大大降低能耗，节能率可达20%-40%。

　　因水泵和风机属于典型的平方转矩负载类型，所以其功率（轴功率），转矩（压力），转速满足以下关系（相似定理）：

　　P电=P轴=QH

　　Q’/Q=N’/N 则Q’=QN’/N

　　P’/P=（N’/N）3 则P’=P（N’/N）3

　　异步电机的转速公式 n=60f（1-s）/p

　　式中：N、Q、H、P——水泵和风机的额定转速，流量，轴功率

　　N’、Q’、H’、P’——调速后水泵和风机的额定转速，流量，轴功率

　　在一定范围满足生产要求的前提下，可以通过改变转速来灵活的调节水压和流量，以方便均匀的冲洗工件，并且不改变工作周期。这种特性表明，调节水泵和风机转速，改变电动机出力，使之始终满足工艺要求。

　　综上所述：利用变频技术改变电机转速来调节流量和速度的变化用来取代传统工频电路的控制，能取得明显的节能效果

　　二：现场工况和改造方案

　　现场为其中为一套清洗工件和烘干系统。清洗工作原理是：工件通过链条输送，以一定的速度进入箱体入口，箱体两侧布满管道喷射龙头，喷头在水泵的作用下，以一定的压力和流量来清洗工件。工件不断的向前推进，经过近百米的清洗管道，终清洗干净达到产品要求，再从箱体出口处送入烘干系统。烘干系统为风机，通过风机流量的作用下来烘干工件，送入下一工作流程。

　　整个系统中有11台清洗用水泵电机和12台风机电机。由工艺要求可知，每一清洗阶段和工件的不同所需清洗压力和热风流量也不尽相同，先前水泵和风机系统的流量与压力是靠阀门和旁通调节来完成，又由于此系统为开环循环水系统，因此，不可避免地存在较大截流损失和大流量现象，不仅大量浪费电能，而且还造成清洗效果不佳的情况。为了解决这些问题，通过调节变频器转速，使水泵和风机随着负载的变化调节水流量并关闭旁通，能使节能效果达到20%。

　　再因水泵和风机采用工频起动方式，电机的起动电流均为其额定电流的3～4倍，在大的电流冲击下，，会影响电网的稳定及其它设备的运行安全用电，也使接触器、电机的使用寿命大大下降，同时，起动时的机械冲击和停泵时水垂现象，容易对机械散件、轴承、阀门、管道等造成破坏，从而增加维修工作量和备品、备件费用。

　　采用德力西CDI9000通用型系列变频器

　　该产品的主要特点有：

　　1．空间电压矢量控制技术。

　　2. 转矩自动提升功能，低频大转矩输出。

　　3. 载波频率可调，静音运行。

　　4. 控制方式多样化，通用性强，多段速和程序运行功能。

　　5. 内置刹车单元，快速停车。

　　6. 内置PID调节功能，闭环控制简单。

　　7. 内置RS-485接口，可计算机联网控制，也可以与DCS组成闭环控制系统。

　　8. 具有时间累计功能，可以显示单次通电运行时间，累计运行时间。

　　9. 32位电机控制专用微处理器，频率解析度高达0.01HZ。

　　根据现场工况分析，需每台电机加装一台变频器，通过调节变频器面板上的旋钮来控制电机转速，输出工艺所需要的流量和压力，提高产品质量，达到节能效果。

　　三：系统改造后的性能：

　　（1）关掉旁路阀们，采用变频器控制，在满足使用要求的前提下达到了限度的节能（20%）。下图绘出了阀门控制调节和变频调速控制两种状态的水泵和风机功率消耗——流量关系曲线。

　　对于水泵和风机来说，流量Q与转速N成正比，扬程H与转速N的二次方成正比，而轴功率与P与转速N的三次方成正比，下表列出了它们之间的关系变化：

　　从上表中可见用变频调速的方法来减少水泵和风机流量进行节能改造的经济效益是十分显著的，当所需流量减少，水泵和风机转速降低时，其电动机的所需功率按转速的三次方下降；

　　当水泵和风机转速下降到额定转速的10%即F=45Hz时，其电动机轴功率下降了27.1%，水泵和风机节电率为27.1％；

　　当水泵和风机转速下降到额定转速的20%即F=40Hz时，其电动机轴功率下降了48.8%，水泵和风机节电率为48.8％；

　　当水泵和风机转速下降到额定转速的30%即F=35Hz时，其电动机轴功率下降了65.7%，水泵和风机节电率为65.7％；

　　当水泵和风机转速下降到额定转速的60%即F=30Hz时，其电动机轴功率下降了78.4%，水泵和风机节电率为78.4% ；

　　水泵和风机节电率的计算：

　　计算公式：冷冻和冷却水泵和风机节电率=[1－（变频器运行频率÷50Hz）3]×100%

　　例如：水泵和风机转速降低10％，即变频器运行频率＝45Hz

　　水泵和风机节电率＝[1－（45Hz÷50Hz）3]×100%＝27.1％

　　整个系统总功率为141.5KW，如每天工作8小时，电费按每度0.70元计算，负载系数为0.75，那么每年的可节约电费支出：

　　141.5×8×365×0.7×0.75×27.1％=58785元

　　（2）由于降速运行和软启运，减少了振动、噪音和磨损，延长了设备维修周期和使用寿命，提高了设备的MTBF（平均故障维修时间）值，并减少了对电网冲击，提高了系统的可靠性。

　　（3）系统具有各种保护措施，使系统的运转率和安全可靠性大大提高。

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