1、引言 我國電力工業(yè)目前發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到3.16億kw，年發(fā)電量達(dá)到了13500億kwh。我國的電力消耗僅次于美國位居世界第二位，但我國人均用電只有1038kwh，還不到發(fā)達(dá)國家用電水平的10%。 去年夏天，我國南方持續(xù)高溫酷熱，導(dǎo)致部分城市由于電力供應(yīng)緊張拉閘限電。據(jù)預(yù)測2004年廣東省電力需求將達(dá)到2325億kwh，增長15%，用電緊張從往年的季節(jié)性轉(zhuǎn)變?yōu)槿晷?，出現(xiàn)電力、電量雙缺口，機(jī)組長期高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，故障增多。我國正處于向大規(guī)模工業(yè)化和城市化過渡的快速發(fā)展階段，能源消費(fèi)增長巨大。目前我國電力能源利用效率較低、消耗高、浪費(fèi)大。在過去的20年里，我國已在能源利用上取得“gdp翻兩番而能源消費(fèi)僅翻一番”的令人矚目的成績，但我國能源消耗，尤其工業(yè)用電設(shè)備浪費(fèi)電能嚴(yán)重。據(jù)有關(guān)專家介紹:2002年我國能源消費(fèi)強(qiáng)度為1.18噸標(biāo)準(zhǔn)煤/千美元gdp，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于發(fā)達(dá)國家;創(chuàng)造每萬美元gdp所消耗的能源數(shù)量，我國是美國的3倍、德國的5倍、日本的近6倍;能源系統(tǒng)效率為33.4%，低于國際先進(jìn)水平10個百分點(diǎn)左右。當(dāng)前建筑能耗也相當(dāng)巨大，夏季空調(diào)用電量大，冬季采暖能耗高。面對用電效率不高，電力供應(yīng)形勢不容樂觀的現(xiàn)實(shí)，如何科學(xué)節(jié)約用電的話題今天又引起各方關(guān)注。 2、交流電動機(jī)的變頻調(diào)速原理 根據(jù)交流異步電動機(jī)轉(zhuǎn)速公式 n=60f（1-s）/p 其中:n—電機(jī)轉(zhuǎn)速; f—電源頻率; s—轉(zhuǎn)差率; p—電機(jī)極對數(shù)。只要改變電源頻率f就可調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n，如圖1所示。 大型變頻裝置可在效率基本不變的情況下，通過改變驅(qū)動電源的電壓和頻率，平滑地調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，根據(jù)輸出量的要求改變輸出功率。 3、變頻調(diào)速提高效率、節(jié)約電能的原理 電動機(jī)制動時，處于再生發(fā)電狀態(tài)。要加速制動過程，通常的方法是加入制動電阻來消耗電動機(jī)制動發(fā)出的能量，這就造成不小浪費(fèi)。假如采用有源逆變技術(shù)將這部分能量回饋到電網(wǎng)，就會達(dá)到顯著的節(jié)能效果。 使用交流異步電動機(jī)的地方，如風(fēng)機(jī)、水泵、牽引及拖動等，當(dāng)負(fù)載變化時，傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)方法是改變電動機(jī)的通電時間所占比例（占空比），那樣電動機(jī)就會頻繁地制動和起動。由于電動機(jī)的起動、制動消耗的能量很大，如采用變頻調(diào)速來調(diào)節(jié)電動機(jī)功率，則可以節(jié)約很多電能。 對風(fēng)機(jī)水泵類，根據(jù)流體力學(xué)原理，風(fēng)量q與轉(zhuǎn)速n的一次方成正比，風(fēng)壓h與轉(zhuǎn)速n的二次方成正比，軸功率p與轉(zhuǎn)速n的三次方成正比。 當(dāng)所需風(fēng)量減少，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低時，其功率按轉(zhuǎn)速的三次方下降。如所需風(fēng)量下降為80%，則轉(zhuǎn)速也下降為額定轉(zhuǎn)速的80%，理論上軸功率降為51.2%;當(dāng)所需風(fēng)量為而額定風(fēng)量的50%時，而軸功率降為13%。當(dāng)然，轉(zhuǎn)速降低時，效率也會有所下降，還應(yīng)考慮控制裝置的附加損耗等影響。如圖2所示，當(dāng)風(fēng)量需從q1減少到q2時，如采用調(diào)節(jié)風(fēng)門方法，管網(wǎng)阻力增加，系統(tǒng)工況點(diǎn)由a變到新的工況點(diǎn)b運(yùn)行，軸功率p2與面積bh2×bq2成正比;如果采用調(diào)速控制方式，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由n1降到n2，風(fēng)壓大幅度降低到h3，功率p3（相當(dāng)于面積ch3×cq2）顯著減少，節(jié)省的功率損耗△p=△h×q2與面積bh2×cb成正比。通過實(shí)踐統(tǒng)計(jì)，風(fēng)機(jī)水泵類調(diào)速控制可節(jié)能30%左右。 例如，某學(xué)生飯?zhí)貌捎米冾l調(diào)速鼓風(fēng)機(jī)前后用電分析: a:閥門控制時，兩臺各5kw鼓風(fēng)機(jī)，每年工作300天，每天工作7h，電費(fèi)0.65元/kwh，則 每年電費(fèi)=0.65×7×5×2×300元=13650元 b:變頻調(diào)速控制時，平均輸出頻率40hz，平均輸入功率3kwh/臺，則 每年電費(fèi)=0.65×7×3×2×300元=7905元 由二者差額可知，每年節(jié)約5745元電費(fèi)。 傳統(tǒng)空調(diào)壓縮機(jī)依靠其不斷地開-停來調(diào)整室內(nèi)溫度，其開-停之間容易造成室溫忽冷忽熱，并消耗較多電能。變頻空調(diào)把50hz的固定電網(wǎng)頻率改為變頻器控制調(diào)節(jié)空調(diào)電機(jī)轉(zhuǎn)速。運(yùn)用變頻控制技術(shù)的變頻空調(diào)，可根據(jù)環(huán)境溫度自動選擇制熱、制冷和除濕運(yùn)轉(zhuǎn)方式，每次開始使用時，通常是讓空調(diào)以最大功率、最大風(fēng)量進(jìn)行制熱或制冷，使居室在短時間內(nèi)迅速達(dá)到所需要的溫度，并在低轉(zhuǎn)速、低能耗狀態(tài)下以較小的溫差波動，實(shí)現(xiàn)了快速、節(jié)能和舒適控溫效果。變頻空調(diào)節(jié)電率可達(dá)30%左右，同時保護(hù)電動機(jī)及負(fù)載設(shè)備免受瞬時啟動的沖擊，延長其工作壽命，還提高電動機(jī)及負(fù)載設(shè)備的工作精確度。 4、變頻調(diào)速技術(shù)的節(jié)能應(yīng)用 隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展出和各行各業(yè)對電氣設(shè)備控制性能要求的提高，在許多領(lǐng)域變頻調(diào)速應(yīng)用越來越廣泛。這里只是列舉其中主要的幾方面應(yīng)用。 4.1 變頻空調(diào) 與普通空調(diào)相比，有著舒適、靜音、恒溫、高效運(yùn)轉(zhuǎn)、使用壽命長等顯著優(yōu)勢。目前，變頻空調(diào)是世界家用空調(diào)消費(fèi)的流行趨勢。據(jù)了解，在日本，變頻空調(diào)從80年代中期剛一出現(xiàn)，銷量就迅速上升到25%左右，目前變頻空調(diào)數(shù)量已占家用空調(diào)總數(shù)的95%以上。 1996年，變頻空調(diào)進(jìn)入我國，但由于技術(shù)、資金、生產(chǎn)條件等因素的制約，變頻空調(diào)成為“貴族”，其價格比定速空調(diào)貴千元以上。近兩年，國內(nèi)企業(yè)開始大規(guī)模進(jìn)軍變頻空調(diào)領(lǐng)域。業(yè)內(nèi)人士指出，隨著整體經(jīng)濟(jì)形勢好轉(zhuǎn)、企業(yè)技術(shù)進(jìn)步以及人們消費(fèi)觀念的變化，關(guān)注產(chǎn)品的環(huán)保、舒適等方面，原本屬于高檔次消費(fèi)品的變頻空調(diào)獲得了走向?qū)こ０傩占业挠欣鯔C(jī)，成為空調(diào)市場的新消費(fèi)熱點(diǎn)。有關(guān)資料顯示，去年我國空調(diào)產(chǎn)量超過1500萬臺，增長率達(dá)到20%，但變頻空調(diào)的總比例仍在20%以下。有關(guān)人士認(rèn)為，隨著消費(fèi)者增加對變頻空調(diào)的了解以及產(chǎn)品價格走低，今年我國變頻空調(diào)的銷量會進(jìn)一步增長。 4.2 風(fēng)機(jī)和輸送泵 在礦山、冶金、石化等工業(yè)中，大量使用風(fēng)機(jī)、水泵、攪拌機(jī)和壓縮機(jī)。這些機(jī)械一般用交流電機(jī)驅(qū)動，功率都在幾百kw以上，有的高達(dá)數(shù)千甚至上萬kw,消耗的電能非常大。但大部分都不是常年工作在額定功率，經(jīng)常只有50%～70%甚至更低的負(fù)荷率。目前這類機(jī)械大多還使用恒速交流傳動,用擋板、閥門或空放回流的辦法進(jìn)行調(diào)節(jié)，損失大量電能。 用變頻調(diào)速取代能源浪費(fèi)較為嚴(yán)重的擋風(fēng)板調(diào)節(jié)風(fēng)量方式，減少風(fēng)機(jī)振動消除大電機(jī)起動的電流沖擊，避免機(jī)械振蕩，大大降低設(shè)備故障率，減輕設(shè)備維修工作量。浙江臨安青山水泥廠等建材行業(yè)廠家的變頻調(diào)速排風(fēng)機(jī)節(jié)能效果高達(dá)50%左右。 4.3 恒定水位和水壓控制 水泵消耗功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。水泵設(shè)計(jì)是按工頻運(yùn)行時設(shè)計(jì)的，但除供水高峰時間外，大部分時間流量較小，采用變頻技術(shù)及微機(jī)控制，可使水泵運(yùn)行的轉(zhuǎn)速隨流量的變化而變化，達(dá)到節(jié)能的目的。實(shí)踐證明，使用變頻設(shè)備可使水泵運(yùn)行平均轉(zhuǎn)速比工頻轉(zhuǎn)速降低20%，從而大大降低能耗，節(jié)能率可達(dá)20%～40%。 使用變頻設(shè)備于循環(huán)水系統(tǒng)、污水處理、高層建筑供水等系統(tǒng)中，節(jié)能30%～50%，節(jié)約基建投資70%左右。在揚(yáng)子石化水廠排污水泵等設(shè)備應(yīng)用，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。 5、結(jié)束語 據(jù)統(tǒng)計(jì)，2002年我國消耗電力16200億kwh，其中有60%～70 %的電能（約1萬億kwh）被各種類型電動機(jī)所消耗。到2002年底，我國的各類電動機(jī)的總?cè)萘渴?億kw，一億臺左右，85%是異步電機(jī)，其中只有不到2000萬kw的電動機(jī)是帶變頻器控制的，節(jié)能潛力廣闊。我國的變頻調(diào)速市場目前正處于一個高速增長的時期。過去幾年保持著12%～15%的增長率，而且至少在未來的5年內(nèi)保持著10%以上的增長率。考慮到變頻器大約每年6% 的價格下降，實(shí)際安裝容量（功率）的增長在20%左右。