摘 要：簡(jiǎn)要介紹了變頻調(diào)速技術(shù)的節(jié)能原理，以啤酒廠為例，分析了變頻調(diào)速裝置在啤酒廠各工段、車間應(yīng)用的現(xiàn)狀與效果，除了節(jié)能效果外，變頻調(diào)速裝置還可改善工藝狀況，值得廠家注意。 關(guān)鍵詞：負(fù)載特性; 變頻調(diào)速; 節(jié)能; 工藝 前言 　　據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，泵類和風(fēng)機(jī)負(fù)載的耗電量占全國(guó)總發(fā)電量的二分之一以上，約占工業(yè)總用電量的55%，用于泵類和風(fēng)機(jī)的交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)是主要的電力負(fù)荷。在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中為了滿足生產(chǎn)工藝過(guò)程的各種要求，許多用交流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的生產(chǎn)機(jī)械需要進(jìn)行調(diào)速運(yùn)行，通常采用機(jī)械調(diào)速或電氣調(diào)速方式。機(jī)械調(diào)速有機(jī)械變速箱、摩擦傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)、液力傳動(dòng)、液力偶合器等調(diào)速裝置，電氣調(diào)速有調(diào)壓調(diào)速、變極調(diào)速、滑差調(diào)速、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、串級(jí)調(diào)速、變頻調(diào)速等調(diào)速裝置。與機(jī)械調(diào)速相比，電氣調(diào)速以其優(yōu)良的調(diào)速性能、方便的調(diào)節(jié)手段、較高的電能利用率等特點(diǎn)在生產(chǎn)設(shè)備中得到廣泛的應(yīng)用。 　　近十幾年來(lái)，隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)與電力開(kāi)關(guān)器件的發(fā)展，交流變頻技術(shù)從理論到實(shí)際逐漸走向成熟。變頻調(diào)速以其效率高、調(diào)速范圍大、調(diào)速精度高、特性硬、無(wú)級(jí)調(diào)速等優(yōu)點(diǎn)，在各種交直流調(diào)速系統(tǒng)中逐漸占主導(dǎo)地位。在各行各業(yè)的工程設(shè)計(jì)或技術(shù)改造中，尤其是節(jié)能技術(shù)改造中，變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用面正在不斷擴(kuò)大，應(yīng)用也從簡(jiǎn)單的節(jié)能向改進(jìn)工藝提高產(chǎn)品質(zhì)量與產(chǎn)量的綜合型方向發(fā)展。在設(shè)計(jì)實(shí)施過(guò)程中，經(jīng)常遇到的問(wèn)題是使用變頻調(diào)速器是否節(jié)約能源，能否滿足生產(chǎn)工藝求等。本文通過(guò)分析變頻調(diào)速技術(shù)節(jié)能與負(fù)載特性的關(guān)系，具體以啤酒生產(chǎn)廠家為例，闡述節(jié)能與工藝的關(guān)系，同時(shí)給出了一些定量計(jì)算值。 　　節(jié)能降耗是降低產(chǎn)品成本，提高產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力的重要技術(shù)手段。以啤酒生產(chǎn)廠家為例，國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平為70Kwh/噸左右，落后水平在200 Kwh/噸左右，相差130 Kwh/噸，5萬(wàn)噸啤酒廠一年相差6500000 Kwh，直接效益3,250,000元!相差如此之大有多方面的原因，例管理問(wèn)題，開(kāi)工不足，非生產(chǎn)用電過(guò)多等，但設(shè)備落后、技改不力、廠家對(duì)新技術(shù)與新裝置了解不足也是客觀存在的問(wèn)題，正確了解變頻調(diào)速技術(shù)、合理使用變頻調(diào)速裝置可幫助廠家有效解決設(shè)備與技改方面的問(wèn)題，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。 1 變頻調(diào)速技術(shù)的節(jié)能原理與負(fù)載關(guān)系 　　據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國(guó)每年的發(fā)電量有一半消耗在電機(jī)上，其中絕大部份的電機(jī)為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方便實(shí)用、維修量很少的鼠籠式電機(jī)，例啤酒廠各種泵的電機(jī)、制冷壓縮機(jī)電機(jī)、罐裝線上傳送帶電機(jī)等，由于技術(shù)上的原因，在二十世紀(jì)八十年代前對(duì)較大功率的鼠籠式電機(jī)（幾個(gè)KW以上）進(jìn)行調(diào)速控制一直是人們夢(mèng)想的事，在需要進(jìn)行調(diào)速變換的場(chǎng)合往往采用直流電機(jī)或繞線式異步電機(jī)，對(duì)環(huán)境要求較高，并不適用于啤酒廠這種潮濕場(chǎng)所。最近二十年來(lái)，隨著電力電子器件的發(fā)展與自動(dòng)控制理論的進(jìn)步，采用變頻調(diào)速技術(shù)的通用型變頻調(diào)速裝置（VVVF）價(jià)格大幅下降，在大部分的工廠用變頻調(diào)速裝置對(duì)鼠籠式電機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制已成為現(xiàn)實(shí)。 　　并不是在所有情況下用變頻調(diào)速裝置對(duì)鼠籠式電機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制都可以取得很好的節(jié)能效果，這與電動(dòng)機(jī)的負(fù)載性質(zhì)有很大關(guān)系，通過(guò)大量的分析與總結(jié)，一般將電動(dòng)設(shè)備負(fù)載性質(zhì)分成三類（表1）： 　　由于啤酒廠幾乎沒(méi)有恒功率負(fù)載，下面討論另兩類負(fù)載（恒轉(zhuǎn)矩類與離心風(fēng)機(jī)、水泵類）的節(jié)能特性。 　　1.1 恒轉(zhuǎn)矩類負(fù)載的節(jié)能分析 　　為了分析簡(jiǎn)便，假定電動(dòng)機(jī)的輸入功率等于這類裝置的軸功率，即不考慮裝置效率影響。 [align=center]表1 電動(dòng)機(jī)負(fù)載特性的分類 [/align] 　　由于這類負(fù)載的軸功率正比于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，有P∝n，理論上這類負(fù)載調(diào)速所節(jié)省的能量與調(diào)速范圍成正比，例轉(zhuǎn)速降到原來(lái)的一半，則比原來(lái)節(jié)省50%的功耗。啤酒廠主要耗電裝置——制冷壓縮機(jī)即為這類負(fù)載，其功率——轉(zhuǎn)速關(guān)系見(jiàn)圖1。 [align=center] 圖1 兩類負(fù)載理想功率—轉(zhuǎn)速圖[/align] 　　1.2 離心風(fēng)機(jī)、水泵類負(fù)載的節(jié)能分析 　　根據(jù)流體力學(xué)理論，在理論上改變離心泵轉(zhuǎn)速時(shí)，泵特性有如下關(guān)系： 　　 　　式中：Q-流量，H-揚(yáng)程，P-泵軸功率，n-泵轉(zhuǎn)速，下標(biāo)1、2表示泵兩種不同轉(zhuǎn)速。 　　從上式可以看出，當(dāng)流量從100%→80%時(shí)，功率從100%→51.2%，可以節(jié)省48.8%的功耗，效果非常顯著，啤酒廠糖化車間、發(fā)酵車間的各類管道輸送泵、鍋爐上的鼓、引風(fēng)機(jī)屬這類負(fù)載，其功率——轉(zhuǎn)速關(guān)系見(jiàn)圖。 2 變頻調(diào)速器在啤酒廠中的應(yīng)用 　　2.1變頻調(diào)速裝置目前在啤酒廠中的主要應(yīng)用場(chǎng)所 　　變頻調(diào)速器應(yīng)用在啤酒廠有兩類作用：⑴節(jié)能，這類作用已被大部份的廠家所熟知;⑵改善工藝條件。目前變頻調(diào)速器主要在啤酒廠如下場(chǎng)所應(yīng)用（表2）： 　?、?糖化車間麥汁過(guò)濾泵上的應(yīng)用。在麥汁過(guò)濾中，為了便于糟層的形成，有必要調(diào)節(jié)過(guò)濾時(shí)麥汁的流量，傳統(tǒng)的做法是采用調(diào)節(jié)閥門(mén)控制流量，但這樣做無(wú)法控制泵入口的吸力，對(duì)調(diào)控糟層的形成不利，有廠家采用變頻調(diào)速器控制泵的轉(zhuǎn)速，這樣不僅可以改變泵流量，還可有效改變泵入口處的吸力，從而控制糟層形成的速度、松緊等，起到改善工藝條件的目的，實(shí)際證明可起到很好的效果。另外，采用變頻調(diào)速器控制泵的流量與采用閥門(mén)控制泵的流量相比，可以節(jié)約一部分能量，以某啤酒廠為例計(jì)算如下： 　　條件：①電動(dòng)機(jī)功率7.5KW②過(guò)濾時(shí)間為3小時(shí)每鍋次③每年生產(chǎn)1200鍋次④調(diào)速范圍10～50Hz，隨機(jī)分布。 　　結(jié)果：保守計(jì)算：7.5＊1200＊3＊50%=13500（度），按每度0.5元，則可節(jié)約6750元/每年。 　　② 發(fā)酵罐冷媒循環(huán)供應(yīng)泵。這是一個(gè)典型的恒壓供液系統(tǒng)[1]，由于泵的功率較大，工作時(shí)間長(zhǎng)，節(jié)能效果非常顯著，以某啤酒廠為例計(jì)算如下： 　　條件：①電動(dòng)機(jī)功率22KW②每天工作24小時(shí)，一年工作360天③調(diào)速范圍30～50Hz，隨機(jī)分布。 　　結(jié)果：可節(jié)約22＊24＊360＊33.73%=64114（度），按每度0.5元，則可節(jié)約32057元/每年。 　　除了節(jié)約能量外，這種恒壓供液系統(tǒng)還有如下好處：穩(wěn)定供液壓力，防止較少發(fā)酵罐工作時(shí)管道壓力升高有可能造成的爆管事故。 　　上述兩種情況下都是調(diào)節(jié)泵出口閥門(mén)與調(diào)節(jié)泵轉(zhuǎn)速時(shí)節(jié)能分析的對(duì)比，這與管道的阻力特性曲線、液體在管內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)（層流與紊流）、所選泵功率與實(shí)際需求功率的匹配程度有關(guān)，詳細(xì)分析見(jiàn)參考文獻(xiàn)[1]。 　?、?罐裝車間罐裝線上傳送電機(jī)。這部分裝置一般由罐裝線配套而來(lái)，功率較小，節(jié)能意義不大，也不能改善啤酒生產(chǎn)工藝條件，主要是方便罐線的柔性運(yùn)行。 　　2.2變頻調(diào)速裝置在啤酒廠中應(yīng)用的下一步展望 [align=center]表2 變頻調(diào)速器應(yīng)用場(chǎng)所與效果簡(jiǎn)表 [/align] 　　啤酒廠中主要耗電大戶是制冷壓縮機(jī)，功率大（幾百KW），臺(tái)數(shù)多，一般是并聯(lián)運(yùn)行，靠調(diào)節(jié)運(yùn)行的臺(tái)數(shù) 　　來(lái)調(diào)節(jié)制冷量，波動(dòng)很大，廠家在實(shí)際使用中經(jīng)常會(huì)有這樣的感覺(jué)：生產(chǎn)旺季全部開(kāi)動(dòng)制冷量不夠，生產(chǎn)淡季開(kāi)一臺(tái)制冷量仍過(guò)剩，靠人工檢測(cè)或感覺(jué)來(lái)調(diào)節(jié)，這樣易造成工況波動(dòng)較大，浪費(fèi)能量。 　　目前國(guó)內(nèi)廠家在制冷壓縮機(jī)上用變頻調(diào)速器進(jìn)行控制基本上是空白，主要原因?yàn)椋孩?廠家對(duì)這部份使用變頻調(diào)速節(jié)能效果不了解;② 一次性投入較大，認(rèn)為有技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)存在。 　　其實(shí)，在供水系統(tǒng)中多臺(tái)水泵并聯(lián)運(yùn)行很普遍，有時(shí)有多達(dá)幾十臺(tái)水泵并聯(lián)運(yùn)行，因此多臺(tái)壓縮機(jī)并聯(lián)運(yùn)行并不存在技術(shù)上的問(wèn)題，但為了盡量提高節(jié)能效果與保證工藝的平穩(wěn)運(yùn)行，有必要根據(jù)廠家糖化車間個(gè)數(shù)與每鍋麥汁產(chǎn)量、發(fā)酵罐的個(gè)數(shù)與容積、壓縮機(jī)的臺(tái)數(shù)與功率大小、實(shí)際制冷能力與需求制冷能力等關(guān)系建立必要的預(yù)測(cè)模型與控制策略并與發(fā)酵自控系統(tǒng)進(jìn)行配合，據(jù)粗略推算，估計(jì)有15%～20%左右的節(jié)能能力，以年產(chǎn)5萬(wàn)噸啤酒，每噸啤酒耗電120度計(jì)算，每年可節(jié)電900,000～1,200,000度，按每度0.5元，可節(jié)約450,000～600,000元，一年可收回全部投資。 　　除了直接效益外，還可使冷媒的溫度更加平穩(wěn)，改善發(fā)酵工藝條件，值得有經(jīng)濟(jì)實(shí)力廠家的注意。 3 結(jié)束語(yǔ) 　　節(jié)能降耗是降低生產(chǎn)成本的重要手段，降低生產(chǎn)成本提高產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力是廠家謀求發(fā)展的硬道理，如何利用新產(chǎn)品新技術(shù)對(duì)設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造，是廠家要時(shí)刻關(guān)注和了解的，變頻調(diào)速器就是這樣一種新技術(shù)與新產(chǎn)品，利用它對(duì)啤酒廠某些電動(dòng)設(shè)備進(jìn)行改造，可起到顯著的節(jié)能效果并可改善啤酒生產(chǎn)工藝條件，值得廠家注意。 參考文獻(xiàn)： 　　[1]王念春.變頻調(diào)速技術(shù)在供水系統(tǒng)中應(yīng)用的節(jié)能分析[J].電工技術(shù)雜志,2001,（6）:38-40.