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随着政府提出建设资源节约型、环境友好型社会的政策，近年来，国家和地方政府颁布实施了一系列旨在推广节能技术、提高能源利用效率、促进节能降耗和污染治理的政策法规。减少排放。电机系统节能是国家启动的十大重点节能工程之一。国家发展规划要求应推广变频调速节能技术，即风机、水泵、压缩机等通用机械系统采用变频调速节能措施。交流电动机变频过程调速技术。在 "十一五 "期间，我国将提高电机系统运行效率 2 个百分点，形成年节能能力 200 亿千瓦时的目标。

1 电机系统变频调速节能背景

采用变频调速技术是节能降耗的重要途径。当水泵、风机等恒转矩负载不进行调速时，当需要改变流量时，只能通过机械调节来调整阀门的开启角度。虽然流量下降，但水泵或风机的出口压力增加，功率下降并不明显。近似于恒功率负载，导致功率利用率极低（要克服调节器的阻力）。使用变频调速时，如果流量需求减少，可降低泵或风扇的转速以满足要求。泵或风扇的功率与转速的立方成正比。当转速降低时，功率将迅速下降。

大部分风机和泵的负荷设计都有较大的余量，部分设备还考虑了扩容。容量选定后，阀门并非常年全开，另一部分设备要根据生产情况调节阀门控制流量；还有一部分设备在降速过程中不断变化，电机没有调整好。上述设备的耗电量长期维持在较高水平，浪费现象严重。

在实际生产现场，为了保证生产的可靠性，各种生产设备在设计时都留有一定的动力驱动余量。电机不能满负荷运转。除动力驱动要求外，过大的转矩会增加有功功率的消耗，造成电能浪费。当压力较高时，可降低电机的运行速度，使其处于恒压状态。节约能源。

2 电机系统变频调速的节能原理

根据流体力学基本定律，风机和水泵是变力矩负载。转速 n 与流量 q、压力 p 和轴功率 P 成正比。在比例上，轴功率与转速的立方成正比。

Q1/Q2 = n1/n2=f1/f2

H1/H2 = (n1/n2)2

P1/P2 = (n1/n2)3

可见，降低电机转速可以达到立方体节能效果。这就是变频电机控制对电机容量预留和生产负荷相位调整的节能原理。

变频器开启后，其控制的电机系统的功率因数可以提高，配电系统的网损可以降低。

因此，采用可靠的高、低压变频节能技术和产品对厂区现有生产系统进行技术改造，以变频器为主要节能手段，通过对上述各类高、低压电机带动的风机、水泵、空气压缩 机等负载进行变频控制和改造，从而实现节能减排，保证电机变频节能改造项目的投资，达到预期的经济性。

3 电机系统变频调速节能

下面通过对各种高、低压电机变频改造方案的数据分析和效果举例，直观了解改造后的经济效益。

1800kW 高温风机

10kV1800kW 高温风机运行状态：电机改造前实际运行电流为 116A，当前耗电量为 1.732×10.5×116×0.85=1793KW，原系统采用液力偶合器调速，调速78.5%，变频折算功率0.7853×1800/0.96=908KW，节电1793-908=885KW，液力偶合器历来用于需要调速的流体机械（如风机、水泵等），节电效果相当可观。率可达 25%。因此，变频实际节电约为 437KW，变频可节电 25%。年运行 7200 小时，电费 0.50 元，年节电费用为 437× 7200× 0.50=157 万元，按目前国内变频器价格计算，2 年可回收变频器投资。

改造方法： 计划将变频器配置为变频功能，风门由 DCS 给定频率全开。

锅炉鼓风机（355KW）

变频节能计算： 由于风门的平均开度为 50%，因此实际流量约为额定流量的 70%。由上表曲线可知，采用变频调速时额定功率消耗的 36%，额定功率消耗的叶片调节。64%，两者相比，变频调节可节省额定功率消耗的 28%。变频时每小时355×；0.95×28%=94.4kw，每年7200小时，电费0.50元，年节能94.4kw×7200×0.50=34万元，按目前国内变频器价格计算，1年半可回收变频器投资。

改造方法： 计划将变频器配置为变频功能，风门全开由 DCS 给定频率。

给水泵（90KW）

运行条件：电机实际电流 147A，管道出口压力 5kg

变频节能计算：电机当前实际耗电量 1.732×380V×

147A×0.88=85.5KW

变频后恒定供水压力约为3.95kg，根据公式计算变频后实际耗电量；

(3.95/5) 1.5×85.5kw/0.98=61.56kw

每小时节电 85.5 千瓦-61.56 千瓦=23.94 度

每年节能：23.94 度 & 次；8000 小时 = 192,000 度

可回收逆变器投资一年半。

改造方法： 计划配置 2 台变频器，具有 "变频切换 "和恒压控制功能。

通常情况下，当压力达到最大值时，空压机减压卸载的方法是：关闭进气阀，使空压机不需要压缩气体做功，但空压机的电机仍驱动空压机运动。据估计，空压机在卸载时的能耗约占空压机全部运行能耗的 10%-15%。在卸载期间，空压机无所事事，白白消耗能源。同时，分离罐中多余的压缩空气通过排气阀排空，这种调节方式也造成了能源的极大浪费。

改造方法： 计划配置变频器。压力变送器将储气罐的压力信号转换成电信号，送入 PID 调节器与压力设定值进行比较，根据差值大小按照既定的 PID 控制模式进行 PID 调节。运行中产生控制信号，控制变频器的输出频率，自动调节电机转速，使实际压力始终保持在给定压力。变频改造后，空压机大部分时间不会出现空载现象。此外，采用该方案后，空压机电机可通过变频器实现从静态到稳定转速的软启动，避免了启动时的大电流和启动时对空压机的机械冲击，见图 4。

变频节能计算： 根据电流表，电机的实际功耗为 225KW。变频改造后大部分时间不会卸载。按当前卸载时间估算，节电率约为 29%。

年节电：225KW×29%×7920 小时=5167 万度，1 年半可回收变频器投资

4 电机系统变频调速节能的其他效果

4.1 变频改造后，功率因数提高。

4.2 变频改造后，提高自动化水平，降低工人劳动强度，提高工艺水平。

4.3 变频改造后，电机软启动，对电网、电机、机械无任何影响，大大延长了设备的使用寿命。

4.4 变频器具有过流、过压、过载、短路、开路、缺相等多重保护功能，有效保护电机和电网，便于查找故障和维修。

5 结论

由上可知，在工业生产领域以变频器为主要节能手段对相关电机系统进行技术改造，可以实现节能减排，同时保证电机变频节能改造项目的投资达到预期的经济性，一般在投入使用后2年内。即可收回投资。同时，经过变频改造后，耗电量将大大降低，企业的生产成本也将随之降低，使企业走上良性循环的道路。