摘 要：簡要介紹了變頻調速技術的節能原理，以啤酒廠為例，分析了變頻調速裝置在啤酒廠各工段、車間應用的現狀與效果，除了節能效果外，變頻調速裝置還可改善工藝狀況，值得廠家注意。 關鍵詞：負載特性; 變頻調速; 節能; 工藝 前言 　　據有關資料統計，泵類和風機負載的耗電量占全國總發電量的二分之一以上，約占工業總用電量的55%，用于泵類和風機的交流感應電動機是主要的電力負荷。在工業生產過程中為了滿足生產工藝過程的各種要求，許多用交流電動機拖動的生產機械需要進行調速運行，通常采用機械調速或電氣調速方式。機械調速有機械變速箱、摩擦傳動、液壓傳動、液力傳動、液力偶合器等調速裝置，電氣調速有調壓調速、變極調速、滑差調速、轉子串電阻調速、串級調速、變頻調速等調速裝置。與機械調速相比，電氣調速以其優良的調速性能、方便的調節手段、較高的電能利用率等特點在生產設備中得到廣泛的應用。 　　近十幾年來，隨著電力電子技術、微電子技術與電力開關器件的發展，交流變頻技術從理論到實際逐漸走向成熟。變頻調速以其效率高、調速范圍大、調速精度高、特性硬、無級調速等優點，在各種交直流調速系統中逐漸占主導地位。在各行各業的工程設計或技術改造中，尤其是節能技術改造中，變頻調速技術的應用面正在不斷擴大，應用也從簡單的節能向改進工藝提高產品質量與產量的綜合型方向發展。在設計實施過程中，經常遇到的問題是使用變頻調速器是否節約能源，能否滿足生產工藝求等。本文通過分析變頻調速技術節能與負載特性的關系，具體以啤酒生產廠家為例，闡述節能與工藝的關系，同時給出了一些定量計算值。 　　節能降耗是降低產品成本，提高產品市場競爭能力的重要技術手段。以啤酒生產廠家為例，國內先進水平為70Kwh/噸左右，落后水平在200 Kwh/噸左右，相差130 Kwh/噸，5萬噸啤酒廠一年相差6500000 Kwh，直接效益3,250,000元!相差如此之大有多方面的原因，例管理問題，開工不足，非生產用電過多等，但設備落后、技改不力、廠家對新技術與新裝置了解不足也是客觀存在的問題，正確了解變頻調速技術、合理使用變頻調速裝置可幫助廠家有效解決設備與技改方面的問題，達到節能降耗的目的。 1 變頻調速技術的節能原理與負載關系 　　據統計，全國每年的發電量有一半消耗在電機上，其中絕大部份的電機為結構簡單、方便實用、維修量很少的鼠籠式電機，例啤酒廠各種泵的電機、制冷壓縮機電機、罐裝線上傳送帶電機等，由于技術上的原因，在二十世紀八十年代前對較大功率的鼠籠式電機（幾個KW以上）進行調速控制一直是人們夢想的事，在需要進行調速變換的場合往往采用直流電機或繞線式異步電機，對環境要求較高，并不適用于啤酒廠這種潮濕場所。最近二十年來，隨著電力電子器件的發展與自動控制理論的進步，采用變頻調速技術的通用型變頻調速裝置（VVVF）價格大幅下降，在大部分的工廠用變頻調速裝置對鼠籠式電機進行調速控制已成為現實。 　　并不是在所有情況下用變頻調速裝置對鼠籠式電機進行調速控制都可以取得很好的節能效果，這與電動機的負載性質有很大關系，通過大量的分析與總結，一般將電動設備負載性質分成三類（表1）： 　　由于啤酒廠幾乎沒有恒功率負載，下面討論另兩類負載（恒轉矩類與離心風機、水泵類）的節能特性。 　　1.1 恒轉矩類負載的節能分析 　　為了分析簡便，假定電動機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 電動機負載特性的分類 [/align] 　　由于這類負載的軸功率正比于電動機轉速，有P∝n，理論上這類負載調速所節省的能量與調速范圍成正比，例轉速降到原來的一半，則比原來節省50%的功耗。啤酒廠主要耗電裝置——制冷壓縮機即為這類負載，其功率——轉速關系見圖1。 [align=center] 圖1 兩類負載理想功率—轉速圖[/align] 　　1.2 離心風機、水泵類負載的節能分析 　　根據流體力學理論，在理論上改變離心泵轉速時，泵特性有如下關系： 　　 　　式中：Q-流量，H-揚程，P-泵軸功率，n-泵轉速，下標1、2表示泵兩種不同轉速。 　　從上式可以看出，當流量從100%→80%時，功率從100%→51.2%，可以節省48.8%的功耗，效果非常顯著，啤酒廠糖化車間、發酵車間的各類管道輸送泵、鍋爐上的鼓、引風機屬這類負載，其功率——轉速關系見圖。 2 變頻調速器在啤酒廠中的應用 　　2.1變頻調速裝置目前在啤酒廠中的主要應用場所 　　變頻調速器應用在啤酒廠有兩類作用：⑴節能，這類作用已被大部份的廠家所熟知;⑵改善工藝條件。目前變頻調速器主要在啤酒廠如下場所應用（表2）： 　?、?糖化車間麥汁過濾泵上的應用。在麥汁過濾中，為了便于糟層的形成，有必要調節過濾時麥汁的流量，傳統的做法是采用調節閥門控制流量，但這樣做無法控制泵入口的吸力，對調控糟層的形成不利，有廠家采用變頻調速器控制泵的轉速，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，實際證明可起到很好的效果。另外，采用變頻調速器控制泵的流量與采用閥門控制泵的流量相比，可以節約一部分能量，以某啤酒廠為例計算如下： 　　條件：①電動機功率7.5KW②過濾時間為3小時每鍋次③每年生產1200鍋次④調速范圍10～50Hz，隨機分布。 　　結果：保守計算：7.5＊1200＊3＊50%=13500（度），按每度0.5元，則可節約6750元/每年。 　?、?發酵罐冷媒循環供應泵。這是一個典型的恒壓供液系統[1]，由于泵的功率較大，工作時間長，節能效果非常顯著，以某啤酒廠為例計算如下： 　　條件：①電動機功率22KW②每天工作24小時，一年工作360天③調速范圍30～50Hz，隨機分布。 　　結果：可節約22＊24＊360＊33.73%=64114（度），按每度0.5元，則可節約32057元/每年。 　　除了節約能量外，這種恒壓供液系統還有如下好處：穩定供液壓力，防止較少發酵罐工作時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節泵出口閥門與調節泵轉速時節能分析的對比，這與管道的阻力特性曲線、液體在管內的流動狀態（層流與紊流）、所選泵功率與實際需求功率的匹配程度有關，詳細分析見參考文獻[1]。 　?、?罐裝車間罐裝線上傳送電機。這部分裝置一般由罐裝線配套而來，功率較小，節能意義不大，也不能改善啤酒生產工藝條件，主要是方便罐線的柔性運行。 　　2.2變頻調速裝置在啤酒廠中應用的下一步展望 [align=center]表2 變頻調速器應用場所與效果簡表 [/align] 　　啤酒廠中主要耗電大戶是制冷壓縮機，功率大（幾百KW），臺數多，一般是并聯運行，靠調節運行的臺數 　　來調節制冷量，波動很大，廠家在實際使用中經常會有這樣的感覺：生產旺季全部開動制冷量不夠，生產淡季開一臺制冷量仍過剩，靠人工檢測或感覺來調節，這樣易造成工況波動較大，浪費能量。 　　目前國內廠家在制冷壓縮機上用變頻調速器進行控制基本上是空白，主要原因為：① 廠家對這部份使用變頻調速節能效果不了解;② 一次性投入較大，認為有技術風險存在。 　　其實，在供水系統中多臺水泵并聯運行很普遍，有時有多達幾十臺水泵并聯運行，因此多臺壓縮機并聯運行并不存在技術上的問題，但為了盡量提高節能效果與保證工藝的平穩運行，有必要根據廠家糖化車間個數與每鍋麥汁產量、發酵罐的個數與容積、壓縮機的臺數與功率大小、實際制冷能力與需求制冷能力等關系建立必要的預測模型與控制策略并與發酵自控系統進行配合，據粗略推算，估計有15%～20%左右的節能能力，以年產5萬噸啤酒，每噸啤酒耗電120度計算，每年可節電900,000～1,200,000度，按每度0.5元，可節約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，改善發酵工藝條件，值得有經濟實力廠家的注意。 3 結束語 　　節能降耗是降低生產成本的重要手段，降低生產成本提高產品市場競爭能力是廠家謀求發展的硬道理，如何利用新產品新技術對設備進行技術改造，是廠家要時刻關注和了解的，變頻調速器就是這樣一種新技術與新產品，利用它對啤酒廠某些電動設備進行改造，可起到顯著的節能效果并可改善啤酒生產工藝條件，值得廠家注意。 參考文獻： 　　[1]王念春.變頻調速技術在供水系統中應用的節能分析[J].電工技術雜志,2001,（6）:38-40.