內容提要：在工業生產中，風機和水幫浦是應用最為廣泛的機械裝置。供熱行業中，熱源鍋爐、換熱站的主要附機裝置就是風機和水幫浦。
其耗電量佔到用電總量的80％以上，可見風機和水幫浦的變頻改造具有很大的節能潛力。風機和水幫浦都屬於平方轉矩型別的負載，如採用變頻控制，將具有顯著的的節能效果。同時由於變頻器具有高的可靠性和可控性，可以方便地和上位機、dcs等控制系統連線，實現遠控自控，提公升系統的自動化程度。
所以，在供熱系統中推廣使用變頻器具有廣泛的實際意義。
關鍵詞：供熱、風機、水幫浦、變頻、節能改造
1、變頻器的基本工作原理
變頻器的主要控制物件是三相鼠籠式非同步電動機。非同步電機的同步轉速為：
n0=60f/p
f—電源交變頻率，單位hz；
p—電機定子磁極對數。
非同步電機軸輸出速度為：
n=(60f/p)(1-s)
s—轉差率
由上式可見，改變電機的供電頻率即可改變電機的轉速，這就是變頻器調速的基本原理。
2、水幫浦和風機工作特性
供熱系統中，水幫浦絕大多數是離心式水幫浦，風機為離心式風機，二者工作特性基本相同，都屬於平方轉矩負載。轉速n、流量q、揚程h（風機為出口壓力）和軸功率n具有如下關係：
q1=q2 h1=h2 n1=n2
上式表明，幫浦或風機的流量和其轉速成正比；揚程（送風壓力）和轉速平方成正比；軸功率和轉速立方成正比。對於平方轉矩負載而言，如果降低轉速，那麼其軸上消耗的功率將顯著減少。
3、傳統流量調節方法和變頻調節的分析
風機水幫浦傳統調節方法大多採用靠改變出口閥門開度來達到調節流量的目的，這種方法的實質是通過改變管道阻力係數來影響裝置的輸出量，如鍋爐的鼓風機、引風機的出口調節閥，迴圈水幫浦的出口調節閥，都是通過這種手段達到調節輸送介質流量的目的，閥門開度減小，介質通過閥門的阻力增加，消耗掉的功率上公升，在風機和水幫浦軸功率不變的情況下，輸送介質形成的揚程和流量都將降低。也就是說，風機和水幫浦生產效率降低了。如果改用變頻器調節風機水幫浦轉速來調節介質流量，通過以下對比，可以說明在提高裝置效率方面具有明顯的優勢。
上圖是幫浦的流量q與揚程h的關係曲線。圖中,曲線①為幫浦在轉速n1下揚程—流量（h—q）的特性；曲線⑤為幫浦在轉速n2下揚程—流量（h—q）的特性；曲線②為幫浦在轉速n1下功率—流量（p—q）的特性；曲線③、④為管阻特性。假設幫浦在標準工作點a點效率最高，輸出流量q為100%，此時軸功率p1與q1、h1的乘積面積ah1oq1成正比。
根據生產工藝要求，當流量需從q1減小到q2時，如果採用調節閥門方法（相當於增加管網阻力），使管阻特性從曲線③変到曲線④，系統由原來的標準工作點a變到新的工作點b執行。此時，幫浦揚程增加，軸功率p2面積bh2oq2成正比。如果採用變頻器控制方式，幫浦轉速由n1降到n2，在滿足同樣流量q2的情況下，幫浦揚程h3大幅度降低，軸功率p3與面積ch3oq2成正比。
軸功率p3和p1、p2相比較，將顯著減小，節省的功率損耗△p與面積bh2h3c成正比，節能的效果是十分明顯的。
4、風機水幫浦變頻改造的實施
1、改造方案的設計
首先應清楚裝置的引數，包括三相非同步電機引數（功率，電壓，電流，轉速，磁極對數，絕緣等級等）；電纜引數（載流量，電壓等級，敷設長度，敷設路徑）；電動機正常生產時的工作電流，調節閥的正常開度。
電機和電纜引數用來確定其效能是否滿足變頻器傳動時的技術要求。
電纜除電壓等級和載流量符合要求以外，還應考慮電纜的敷設長度，這一點非常重要。因為在電纜線路和大地之間存在著分布電容，電纜線路越長，分布電容容量越大，而且變頻器輸出存在著較高的高次諧波，這兩個因素的共同作用可能導致變頻器的過流保護，不能正常工作。另外一點，由於變頻器的工作原理是對商用電源的整流，濾波，逆變之後輸出到電動機，其整流部分的直流電壓為輸入交流電壓的倍，變頻器輸出電壓的峰值通常等於該直流電壓。
但是由於變頻器和電機配線之間存在的分布電容和電感，加之變頻器內部開關元件的高速通斷，會導致線路中電感和電容發生諧振，產生浪湧電壓，這種浪湧電壓的峰值最高可達到變頻器直流電壓的2倍，約1200v左右。因此可以確認，電機端子的電壓隨著配線長度的增加而公升高，在達到變頻器直流電壓的兩倍左右達到飽和，即使配線長度較短，只要輸出電壓上公升的時間越短，電機端子峰值電壓依然會超出其額定電壓較高值。有時這種電壓會導致電機絕緣擊穿破壞。
因此，改造中如果發現舊的電機絕緣強度已經降低，建議加裝輸出側電抗器或輸出濾波器，或重新修理電機提高其絕緣強度。據日本富士公司的統計結果顯示，因為浪湧電壓損壞的電機發生概率為0.013％。
變頻器一般要求電纜長度不超過50公尺,如果電纜長度超過要求長度，出於對以上兩個原因的考慮，變頻器輸出端必須加裝電抗器，以濾除變頻輸出中的高次諧波和抑制電壓的上公升速率，防止發生過流和浪湧電壓。電纜的敷設路徑主要考慮對弱電系統的影響 ，如儀表和通訊等線路，線路之間應保證足夠的間距，如果條件允許，最好採用接地的金屬匯線槽對弱電線路作電磁遮蔽。
變頻器的選擇，變頻器的選擇主要包括兩部分工作，一是型號的選擇，二是容量的選擇。
變頻器的型號應該根據負載的性質進行選擇，主要考慮機械的啟動轉矩和機械特性需求，啟動轉矩越大，要求變頻器低頻時輸出轉矩越高。行業習慣一般根據拖動的負載將變頻器分為變轉矩和恆轉矩兩類，變轉矩變頻器一般為v／f控制方式，即調整輸出頻率的同時調節輸出電壓，壓頻比保持恆定，這類變頻器低頻輸出轉矩較恆轉矩變頻器低。恆轉矩變頻器一般為向量控制變頻器，其低頻輸出轉矩最高可以達到200％。
離心式風機和水幫浦的啟動轉矩一般不超過額定轉矩的50％，同時離心式風機和水幫浦的機械特性相對較軟，v／f型變頻器就可以滿足要求。所以，在改造中，選擇v／f型變頻器可以滿足大部分場合的使用要求，並且具有較好的價效比。
在選擇變頻器容量時，應實地測量電機的工作電流，並結合調節閥的開度綜合考慮。如果電動機未發生過載，並且風機或水幫浦輸出介質流量滿足生產需求，就可以根據電動機的額定電流選擇變頻器的輸出電流，原則是變頻器輸出電流大於或等於電機工作電流，這樣就可以確定變頻器容量。
以上兩個方面是方案的主要因素，其它方面還應考慮變頻器調節訊號的給定方式，變頻器外圍元件的選擇，變頻器工作的外圍環境以及變頻裝置和環境的電磁相容性等方面，不作為本文重點陳述。
2、變頻裝置的實驗
一套新的變頻裝置投入使用前，為保證正常使用，必須經過實驗。實驗過程可分成三步：
（1）、空載實驗。
空載試驗是裝置不拖動電機的情況下進行變頻器的啟動、停止、輸出頻率調節，主要目的是檢驗外圍電路的可靠性，由於控制地大部分選擇在工廠的中心控制室，而變頻器大部分安裝在現場或專用場所，外圍電路是保證裝置和控制室連線的唯一途徑，其可靠性是正常生產的前提。
（2）、帶載實驗
在保持原有調節閥開度不變的條件下，將變頻器的輸出頻率從啟動頻率增加到最大頻率，再從最大頻率減小到最低頻率，整個過程中應考察啟動轉矩是否合適，加速時間和減速時間設定是否合適，風機和水幫浦是否在發生喘震。如果啟動時發生堵轉，說明啟動轉矩不足，可以通過提高啟動頻率或提公升轉矩補償來增加啟動轉矩；如果加速時發生過流，說明加速時間過短，應該增加加速時間；如果減速時發生過電壓，說明減速時間過短，應延長減速時間；其中最為重要的是整個過程中風機或水幫浦都不應發生喘震，喘震是由於傳動電機在某乙個頻率點產生的振動頻率和系統的固有頻率正向疊加造成的。喘震現象可能發生在電機執行過程的乙個或幾個頻率點，由於這種現象據有較大的危害性，所以必須引起高度重視。
如果在某點發生喘震，變頻器有頻率跳躍功能，可通過調節相關引數將此頻率跳過。
（3）、閥門開度的確定
調節閥是乙個必須考慮的因素，其主要作用是影響風機或水幫浦的工作點。由於風機和水幫浦在設計時都留有較大的裕量，正常工作時一般工作在輕載狀態。為了最大程度的減少管道阻力，達到最佳節能效果，在電機不發生過負荷的情況下，調節閥開度應開到最大。
可以採用實驗的方法確定閥門開度，在保持原來調節閥正常開度基礎上，調節變頻器輸出達到50hz,此時觀察變頻器輸出電流，如果達到滿負荷，說明閥門開度已經達到最大，再加大閥門開度，隨著工作點的下移，裝置將發生過負荷。如果此時電流小於電機額定電流，可以逐步加大閥門開度，直至變頻輸出達到電機額定電流，此時閥門開度就是裝置的最大開度，管道阻力係數最低，節電效果最好。
3、節能效果的分析
在分析節能效果時，要在輸出介質流量相同的基礎上進行比較。電動機的耗電量按有功功率計算。應該注意的是，使用閥門調節流量和使用變頻器調節流量時，電動機的功率因數是不同的。
使用閥門調節流量時，電動機功率因數較低，電流往往較高；使用變頻器調速時，電機功率因數較高，電機電流往往較低；計算節電率時，不能假設功率因數不變，而單純比較電流的變化。電動機耗電量如下：
在比較兩種調節方式耗電量時，電壓，電流，功率因數都應單獨測量得到。實際上，變頻器大多具有輸出功率計算功能，可以從引數中直接讀取。實際工作中，風機和幫浦類變頻改造後，節電率可以達到10---40%.
、六、綜上所述，變頻改造不但可以節約大量電能，而且，由於變頻器具有優良的軟啟動、軟停止功能，可以減少機械的啟動衝擊，應用在水幫浦上還具有消除水錘的作用；對於機械的運動部件，變頻調速後，轉動速度可以從額定轉速降到較低的轉速，機械磨損減少，可以大大延長使用壽命。
可見，在暖通行業推廣使用變頻器意義重大。
1、《電氣變頻調速設計技術》主編：杜金城中國電力出版社。
2、《通用變頻器及其應用》主編：韓安榮機械工業出版社。
3、《富士變頻器使用者手冊》主編：日本富士電機制御株式會社。
水幫浦變頻節能應用改造方案
無線測溫 一 基本情況 某廠江邊取水採用三颱75kw水幫浦，抽取江水至廠內蓄水池，供全廠生產中冷卻所需用水，開一台即可滿足生產所需，全天24小時不間斷執行。二 現在江邊取水執行狀況分析 1 對生產工藝中負荷變化的適應能力差 具體說，由於生產負荷和天氣氣候在不斷地變化，生產過程中冷卻水的實際所需也在不...
水幫浦變頻控制節能改造方案
電壓異常保護 工作電壓 484v時，自動切斷輸出 工作電壓 323時，自動切斷輸出 四 節電效益 根據大量的現場除錯，一般水幫浦在市電運 況下，實際所消耗的總功率大概為電機額定功率的60 80 而用變頻技術改造後再此基礎節省20 30 節電效益隨單機使用時間增長而增長。改造前 一台55kw的水幫浦電...
水幫浦變頻節能改造分析與應用
隨著我國工業生產的迅速發展，電力工業雖然有了長足進步，但能源的浪費卻是相當驚人的。據有關資料報導，我國風機 水幫浦 空氣壓縮機總量約4200萬台，裝機容量約1.1億千瓦。但系統實際執行效率僅為30 40 其損耗電能佔總發電量的38 以上。這是由於許多風機 水幫浦的拖動電機處於恆速運轉狀態，而生產中的...