電機測試問題
風機水泵是應用量大、應用面廣的通用性機械，與風機水泵配套用的電動機約占電動機總容量的壹半，其用電量約占全國耗電量的30%。因此，搞好風機水泵的節能，使這些傳動電動機處於經濟運行狀態，挖掘電力潛力，對國民經濟的發展具有重要意義。
壹般使用的風機、水泵，選用的設備額定風量流量，通常都超過實際需要的風量流量，又因為工藝要求在運行中變更風量流量。而目前，采用檔板或閥門來調節風量的節流調節方式應用還較普遍，雖然方法簡單，但實際上是通過認為增加阻力的辦法達到調節風量流量的目的。這種節流調節方法浪費大量電能，回收著部分電能損耗會收到很大的節能效果。
壹、 風機水泵采用變頻調速的節能原理
從流體力學原理知道，風機風量與轉速及功率的關系，用下述關系式表示：
式中，Q代表風量，H代表風壓，P代表軸功率，n代表轉速。
當風量減少風機轉速下降時，其電動機輸入功率迅速降低。例如風量下降到80%，轉速也下降到80%時，其軸功率則下降到額定功率的51%；若風量下降到50%，軸功率將下降到額定功率的13%。當然還需要考慮由於轉速低引起效率下降及附加控制裝置的效率等的影響。即使這樣，其節電潛也是很大的。
上述原理也基本適用於水泵。因此，對風量流量調節範圍較大的風機水泵，采用調速控制來代替風門或閥門調節，是實現節能的有效途徑。
風機水泵的原動機大多是交流異步電動機，異步電動機的調速方法有很多種。近年來，由於電子技術、大功率半導體器件、大規模集成電路以及計算機技術的發展，使得變頻調速越來越廣泛地應用於交流電動機的調速和節能方面。
我們知道，異步電動機的轉速與電源頻率f成正比，改變定子供電頻率就改變了電動機的轉速，這就是變頻調速。交流電動機的變頻調速就是利用變頻裝置，將電網50Hz交流電整流為直流電，再將直流電能逆變為頻率可調、電壓可調的交流電，去驅動交流電動機實現調速。
變頻調速的特點是效率高，沒有因調速帶來的附加轉差損耗；調速範圍大、精度、無級調速；容易實現協調控制和閉環控制。由於可以利用原鼠籠式電動機，所以特別適合於對設備的技術改造，它既保持了原電動機結構簡單、可靠耐用、維護方便的優點，又能達到節能顯著的效果，式風機水泵交流調速節電的較理想方法。
二、時代變頻調速器改造鍋爐及其節能效果
廣州某有機化工廠生產過程中的蒸汽用量變化比較大，小流量時每小時用汽量只有1噸多，大流量時用汽量達到4.8~5.5t/h,由於用汽量變化比較大，風量和進煤量就需要經常調節，而該廠鍋爐的操作室遠離鼓、引風機，操作十分不方便，也不可能調節得當。風量調節過大，空氣含氧量超標，浪費了熱能，風量調節過小，煤渣殘留碳份超標，又浪費了煤。因此，為了提高控制水平，保證空氣含氧量和煤渣殘留碳份達標，必須對風量進行有效的調節，調節方式必須方便、靈敏、可靠。過去，風量的調節是通過調節風門大小來實現的，這種調節方式不管是采用人工調節還是采用自動化儀表的執行機構調節，都有相當部分電能轉為機械能消耗在風門的阻力上，無法達到節能的目的。
為了提高鍋爐風量的控制水平，又能達到節電的效果，廣州某有機化工廠與時代集團合作，采用了變頻調速方式對風量進行調節。改造對象包括鍋爐鼓風機（22kw）、引風機（15kw）和爐排電機（3.7kw），改造工作於2002年初進行。經過半年多時間實現正常運行，效益十分顯著。下面通過未使用時代變頻器的2001年7月份的情況與使用了時代變頻器的2002年7月份的情況的比較，可以看出使用變頻調速技術的節能效果。
1. 節電效果
從下表可以看出，使用時代變頻器調節風機後，每噸蒸汽可節電5kw.h,噸蒸汽耗電量下降38.5%（這是綜合節電率，如果是單機計算，引風機、鼓風機單機耗電節電率還不止這個數字），全月***節電=13.14*1651.5-13480=8220.71（kw.h）,全年蒸汽總耗量為18720.81噸（2001年數據），以此推算，全年可節電93604.45kw.h，所以時代變頻器應用在鍋爐風機上，特別是在需要經常調節的工作狀況下，節能效果是明顯的。
對比時間 全月蒸汽產量
（t） 鍋爐全月總耗電量 （kw.h） 每噸蒸汽耗電
（kw.h）
2001年7月 1602.55 21060 13.14
2002年7月 1651.5 13480 8.16
2. 節煤效果
由於采用了時代變頻調速器，可以使風量、風壓實現無級調節，保證了鍋爐能在較佳的燃燒狀態下運行，每噸蒸汽的煤耗亦有下降，取得節煤效果，仍以同期數字對比：
對比時間 全月蒸汽產量
（t） 全月耗煤量（t） 每噸蒸汽耗煤（kg） 每噸蒸汽節煤（kg）
2001年7月 1602.55 373.394 233 0
2002年7月 1651.5 336.906 204 29
從上表可見，每噸蒸汽耗煤減少29kg，噸蒸汽耗煤量下降12.5%，每月節煤為47.9噸。經濟效益極其顯著。
三、 減少了噪音汙染
由於應用了變頻調速技術，可以根據用汽量的變化，隨時調整引風、鼓風機的電機轉速。壹般情況下，惦記均運行於額定轉速，風機的噪音也隨之下降。根據廠環保部門和計量部門的現場噪音測試對比，沒使用時代變頻器前風機房內的噪音為98.5dB，使用後噪音下降到84dB，減少了噪音對環境的汙染，對提高工業衛生水平起了壹定的作用。
四、 延長鼓（引）風機的使用壽命，減少了維修費用
由於鼓、引風機及爐排電機長期在低於額定轉速的狀態下運行，電機及風機的軸承不易損壞，延長了使用壽命，電機發熱量也減少了。維修量下降，停機時間減少，節約了大量維修經費。
2、2時代變頻器在風機上的應用
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時代變頻器在煤礦風機改造上的應用
第 0136 例
壹、問題的提出
山東某煤礦的主、副提升機直流主電機功率大（主井2400 kw, 副井2000 kw）。為保持電機溫度不超限，需要用專門的風機進行強迫追風冷，冷卻風機原電動機為鼠籠式異步電機，主要參數如下：
額定功率 45 kw
電壓 380 V
電流 89 A
風機額定風量 750 m?/min
冷卻空氣壓力 3920 Pa
在實際運行中，因冬夏季環境溫度不同，為降低主電機溫度，需要通過調節風機前導器調節風量，又由於副井絞車采用原設計的半速運行，因而需要的冷卻風量大大減少，但該冷卻風機又常年運行，故運行效率僅為原來的40%左右，電能浪費十分嚴重。有必要進行改造，以達到節能降耗的效果。
二、方案的確定
2002年6月，該煤礦參加了時代公司在濟南召開的“時代變頻節能技術推廣會”，學習了先進經驗，了解了變頻調速技術的發展狀況和市場信息，認為變頻調速技術發展到今天已達到技術成熟、性能可靠的階段。國外已經廣泛應用於各個行業，國內的很多企業也在批量應用，因而確定先試用壹臺，取得經驗後再進壹步推廣。該礦選用了時代集團生產的TVF7000-0450G型變頻器，其主要參數為
輸入電壓 380 V
電機功率 45 kw
輸出電流 90 A
輸出頻率 0~400 Hz
變頻器電路基本工作原理為：三相交流電源經二級管整流輸出恒定的直流電壓，由六組大功率晶體管組成逆變器，利用其開關功能，由高頻脈寬調制（PWM）驅動器按壹定規律輸出脈沖信號，控制晶體管的基極，使晶體管輸出壹組等幅而不等寬的矩形脈沖波形，其幅值為逆變器直流側電壓Ud而寬度則按正弦規律變化，這壹組脈沖可以用正弦波來等效，此脈沖電壓用來驅動電機運轉，通過控制PWM驅動器輸出波形的幅值和頻率，即可改變晶體管輸出波形的頻率和電壓，達到變頻調速的目的。
采用大功率晶體管與二極管整流實現變頻調速與壹般交-直-交或交-交變頻等可控矽變頻方式相比有以下優點：
（1） 簡化了主回路和控制回路結構，由於前級采用二級管整流，不需要觸發電路，減小了變頻器體積。
（2） 提高了變頻電源的功率因數。
（3） 改善了系統的動態性能，變頻器輸出頻率和電壓都在晶體三極管組成的逆變器內控制和調節，調節速度快，動態性能好。
（4） 有較好的負載波形，輸出電壓和電流波形接近正弦波，從而解決了由矩形波供電而出現的負載電機發熱和轉矩降低的問題，改善了電機的運行性能。
三、設備安裝
根據該礦情況，時代的技術人員為其設計了啟動控制電路，正常時由變頻器帶動電機運行；出現故障時，切換的工頻，保持電機運行，並及時切除變頻器回路，處理故障。
2002年8月15日整個系統安裝完畢，變頻器壹次投運成功，經過壹年的連續運行，還沒有出現任何故障，充分顯示了時代變頻器的可靠性。
四、節能效果
我們於2002年8月20日對風機進行測定，測量了工作狀態下的和時代變頻器投運後的數據，如下表所示：
項目 風量
（m?/min） 溫度
（?c） 前導器（?） 頻率
（Hz） 電流
（A） 轉速
（r/min） 有功
（kw） 無功
（kVA）
全投 380 46 40 50 68.2 750 40.7 4.29
變頻 400 42 90 40 36.8 600 23 2.17
節約總功率 ： 17.83 kw
風機按壹年運行360天，每天運行24小時計算，年節電
17.83 x 24 x 360 = 154051 (kw.h)
節約價值 （按該礦平均電價 1.212元/kw.h計算）
1.212 x 154051 = 186709.812 （元）
即壹年節電價值近18.7萬元，兩個月即可回收投資，經濟效益十分可觀。
通過壹年的運行，表明時代變頻器具有以下優點：
（1） 節能效果顯著。
（2） 安裝簡單、使用方便、維修量小，所需數據可以通過鍵板設定，所設定的數據有保護功能，即使出現意外，也不會丟失數據。若采用溫控儀，還可實現自動調節輸出頻率，使風機的運行更經濟可靠。
（3） 降低了機房噪音，轉速平均降低150r/min,環境噪聲明顯減少。
（4） 壹旦發生故障能自動顯示故障內容並報警。
（5） 可廣泛應用在需調速的鼠籠式電機上。
基於以上優點，加上使用中的經驗，於同年12月該礦又購置了五臺時代變頻器，分別安裝在主副井的風機上，實現了所有風機節能運行，運行後全年節電約62萬kw.h
2、3時代變頻器在泵類負載中的應用
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時代變頻器在石化公司煉油廠中的應用情況
第0286例
我廠（山東東營勝華煉油廠）是年設計能力量850萬噸的大型企業，目前擁有機泵900多臺，其電能消耗約占全廠能耗的17%。從2000年開始，我廠逐步在部分機泵上推廣應用變頻調速技術，到現在為止，我廠已在155臺機泵上安裝了時代變頻調速器，總容量8963.8kW。從近幾年的使用效果來看，時代變頻調速器具有節電效果顯著，減少機泵運行故障，改善機泵運行狀態，延長機泵運行周期等優點。目前，變頻調速技術已成為我廠節能降耗的重要措施之壹。
壹、時代低壓變頻調速器在三蒸餾裝置上的應用
1．延長機泵運行周期，減少檢修
三蒸餾裝置1999年建成投產，設計能力250萬t/a，主要加工進口高含硫原油，***有機泵62臺，全部采用交流鼠籠電機。從2000年開始，三蒸餾裝置先後在23臺電機上安裝了時代低壓變頻調速器，采用閉環自動控制為主要控制方式，調節閥控制作為輔助手段，在壹般情況下采用變頻調速控制，異常情況下采用調節閥控制。應用時代變頻調速器之後，由於時代變頻調速裝置可以通過其變頻功能來快速改變電機的轉速，轉速的調速直接改變電機的工作特性曲線，使機泵處於最佳運行狀態。由於電機實現了軟起動，起動時沒沖擊電流，延長了機泵的使用壽命。我們對24號常底泵（額定電流240A，額定功率132kW）和34號渣油泵（額定電流194.7A，額定功率110kW）應用時代變頻調速器前後情況進行了測試，測試結果如表1。
機泵名稱 變頻調速器投用情況 功率（kW） 轉速（r/min） 電機噪音（dB） 電機溫度（℃） 泵出口壓力（MPa） 閥門開度
24號泵 投用前 102．4 2950 107 45 1．4 3/5
投用後 38．1 1980 54 31 0．5 全開
34號泵 投用前 75．8 2950 103 39 1．8 2/5
投用後 21．2 1680 49 29 0．5 全開
由於電機低速運轉，延長了機泵運行周期，減少了設備維修次數。兩泵應用時代變頻調速器前後機泵情況如表2所示。
機泵名稱 統計時間 運行天數 電機維修次數 泵維修次數 密封油次數
24號泵 2000 227 2 6 3
2002 351 0 2 0
34號泵 2000 73 0 2 1
2002 347 1 3 1
安裝時代變頻速器後，機泵振動明顯減弱，如表3所示。
機泵名稱 統計時間 泵前軸承（mm/s） 泵後軸承（mm/s）
24號泵 2000 7 6．0
2002 2．9 2．8
34號泵 2000 5．7 4．5
2002 1．7 1．3
由於轉速降低，泵出口壓力降低，管路沖刷腐蝕減輕，我們在2000年及2002年測得的有關數據如表4所示。
測試部位 統計時間 腐蝕率（mm/a）
24號泵泵出口管線彎頭 2000 0．13
2002 0．09
34號泵泵出口管線彎頭 2000 0．21
2002 0．13
應用時代變頻調速器前，由於電機轉速高、流量小而造成的泵抽空及密封泄漏、電機發熱、軸承溫度高容易磨損和燒壞等情況，應用時代變頻後由於電機的轉速下降而得到有效的改善。我們對2000年和2002年裝上時代變頻調速器前後裝置設備運行狀態進行了調查，情況表明，2000年運行中的機泵出現故障為179臺/次；2002年運行中的機泵出現故障為93臺/次；比利2000年降了48.04%，電機出現故障15臺/次，比2000年下降了57.14%。
2．節電
由於鼠籠式電機只能在固定轉速下運行，在低負荷運行時效率下降，空載時既浪費電能，又增加了電網的無功損耗。另外，工藝控制過程中采用了大量的調節閥，其壓力降損耗了相當大的能量。采用時代變頻調速器之後，電機的轉速能按工藝要求得到快速的改變，直接調節泵的工作特性曲線，當電動機轉速下降時，泵的揚程以二次方關系下降，軸功率以三次方關系下降，從而達到節能目的；同時，由於采用時代變頻調速器之後，調節閥和副線閥全開，壓降損耗降低到最低程度。2002年5月，我們對三蒸餾裝置的9臺低壓變調速電機進行了對比測試，結果如表5所示。從表5可以看出，在采用調節閥控制時，2000年的電單耗為6.20KWh/t原油，比2000年節約了約1.99kWh/t原油，按裝置年加工能力200萬t/a計算，2002年可節電398萬kWh，按當時保本電價1.163元kWh計，2002年可節約電費462.87萬元，而22臺時代變頻調速器的總投資為50萬元，投資回期為2個月。
表5時代變頻器調速器節能測試表
項目
機泵 額定功率（kW） 投用前（kW） 投用後
（kW） 節電量
（kW） 節電率
（%）
泵4（軟化水泵） 15 14．1 7．0 7．1 50．35
泵7（常頂汽油泵） 30 25 12．2 12．8 51．2
泵13（常—煤油泵） 22 19．2 9．38 9．82 51．5
泵19 30 21．9 8．29 13．61 62．15
泵27（減—泵） 75 45．6 13．2 32．4 71．05
泵34（減底泵） 110 75．8 24．2 51．6 68．07
泵51（水泵） 30 26．5 9．0 17．5 66．04
泵54（減二泵） 22 18．52 8．27 10．25 55．35
泵32 55 38．5 18．1 20．4 52．99
3、武漢金源化工廠各車間電氣系統解決方案
3．1燃料車間
該車間電機配備情況：
設備名稱 電機功率（KW） 臺數（臺） 備註
擠煤機 75KW 1
空芯煤棒成型機 55KW 4
粉碎機 30KW/45KW 2
給煤機 5、5KW 1
3、2造氣車間
該車間風機、泵配備情況：
設備名稱 電機功率（KW） 臺數（臺） 備註
離心風機 160KW 3
離心風機 250KW 1
離心清水泵 22KW 1
引風機 18．5KW 2
3、3鍋爐車間
該車間電機、風機、泵配備情況：
設備名稱 電機功率（KW） 臺數（臺） 備註
給煤機 3KW 4
皮帶運輸機 4KW 4
鬥式提升機 7、5KW 1
粉碎機 30KW 1
給水泵 22KW 4
給水泵 75KW 2
清水泵 7、5KW 3
軟水泵 37KW 2
引風機 22KW 1
引風機 37KW 1
引風機 55KW 1
鼓風機 75KW 5
鼓風機 55KW 1
3、4設備總投資與回收期
以造氣車間為例：
設備總投資：
其風機總功率為：767KW
節約總功率 ： 230.1 kw
風機按壹年運行360天，每天運行24小時計算，年節電
230.1 x 24 x 360 = 1988064 (kw.h)
節約價值 （按該礦平均電價 1.212元/kw.h計算）
1.212 x 1988064 = 2409533.568 （元）
即壹年節電價值近241萬元， 個月即可回收投資，經濟效益十分可觀。