一、引言
　　1、電機(jī)運(yùn)行狀況
　　電機(jī)是一種應(yīng)用量大、使用范圍廣的高耗能動(dòng)力設(shè)備。據(jù)統(tǒng)計(jì)和相關(guān)資料介紹，我國(guó)電動(dòng)機(jī)總裝機(jī)容量約5.8億千瓦，占全國(guó)總耗電量的60%～70%。其中，交流電動(dòng)機(jī)占90%左右。目前各類(lèi)電機(jī)的運(yùn)行效率加權(quán)平均比國(guó)外低3～5個(gè)百分點(diǎn)，風(fēng)機(jī)和泵的效率要比發(fā)達(dá)國(guó)家低2%～3%，整體在用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行效率比國(guó)外低近20%。如果按電動(dòng)機(jī)總?cè)萘康?0%進(jìn)行調(diào)速改造，按年平均運(yùn)行4000小時(shí)、節(jié)電率20%～25%計(jì)算，年節(jié)電潛力為320億～400億千瓦時(shí)。加上為改善工藝流程而進(jìn)行調(diào)速改造的電動(dòng)機(jī)可帶來(lái)的節(jié)電潛力，總節(jié)電潛力約為500億千瓦時(shí)。相當(dāng)于10000兆瓦裝機(jī)容量的火力發(fā)電廠的年發(fā)電量。電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能是目前中國(guó)節(jié)能市場(chǎng)上商業(yè)潛力的領(lǐng)域。
　　在工業(yè)生產(chǎn)和產(chǎn)品加工制造業(yè)中，風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)設(shè)備應(yīng)用范圍廣泛;其電能消耗和諸如閥門(mén)、擋板相關(guān)設(shè)備的節(jié)流損失以及維護(hù)、維修費(fèi)用占到生產(chǎn)成本的7%～25%，是一筆不小的生產(chǎn)費(fèi)用開(kāi)支。節(jié)能降耗業(yè)已成為降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段之一。
　　變頻調(diào)速技術(shù)順應(yīng)了工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化發(fā)展的要求，開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)全新的智能電機(jī)時(shí)代。一改普通電動(dòng)機(jī)只能以定速方式運(yùn)行的陳舊模式，使得電動(dòng)機(jī)及其拖動(dòng)負(fù)載在無(wú)須任何改動(dòng)的情況下即可以按照生產(chǎn)工藝要求調(diào)整轉(zhuǎn)速輸出，從而降低電機(jī)功耗達(dá)到系統(tǒng)運(yùn)行的目的。現(xiàn)已在石化、電力、冶金、石油、化工、建材（水泥、玻璃的等）、造紙、食品、紡織等多種行業(yè)的電機(jī)傳動(dòng)設(shè)備中得到實(shí)際應(yīng)用。目前，變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代電力傳動(dòng)技術(shù)的一個(gè)主要發(fā)展方向。的調(diào)速性能、顯著的節(jié)電效果，改善現(xiàn)有設(shè)備的運(yùn)行工況，提高系統(tǒng)的安全可靠性和設(shè)備利用率，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命等優(yōu)點(diǎn)隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大而得到充分的體現(xiàn)。
　　2、政策上的規(guī)定和措施
　　國(guó)家在建設(shè)“節(jié)約型社會(huì)”和節(jié)能減排的方針與政策上有相關(guān)規(guī)定和要求：
　　n 1998年實(shí)施、2007年修訂的《中華人民共和國(guó)節(jié)約能源法》;
　　n 國(guó)家*等部門(mén)制定的“節(jié)能中長(zhǎng)期專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃”;
　　n 國(guó)家*“中國(guó)節(jié)能技術(shù)政策大綱”;
　　n 《“十一五”重點(diǎn)節(jié)能工程實(shí)施意見(jiàn)》等;
　　n 2006年實(shí)施《中華人民共和國(guó)可再生能源法》等，各地政府相應(yīng)制定節(jié)能規(guī)定;
　　n “十一·五”《國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十一個(gè)五年規(guī)劃綱要》單位GDP能耗5年要降低20%左右
　　n 國(guó)家*、國(guó)家能源辦從2006年開(kāi)始，在鋼鐵、有色、煤炭、電力、石油石化、化工、建材、紡織、造紙等9個(gè)重點(diǎn)耗能行業(yè)組織開(kāi)展千家企業(yè)節(jié)能行動(dòng)。通過(guò)開(kāi)展千家企業(yè)節(jié)能行動(dòng)，“十一五”期間將實(shí)現(xiàn)節(jié)能1億噸標(biāo)準(zhǔn)煤左右）
　　特別是《“十一五”重點(diǎn)節(jié)能工程實(shí)施意見(jiàn)》中“電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能工程”對(duì)電機(jī)的改造提出要求：提高電機(jī)系統(tǒng)效率：推廣變頻調(diào)速、永磁調(diào)速等*電機(jī)調(diào)速技術(shù)，改善風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)電機(jī)系統(tǒng)調(diào)節(jié)方式，逐步淘汰閘板、閥門(mén)等機(jī)械節(jié)流調(diào)節(jié)方式。以*的電力電子技術(shù)傳動(dòng)方式改造傳統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)方式，逐步采用交流調(diào)速取代直流調(diào)速……“工程”列出了重點(diǎn)改造領(lǐng)域：
　　1）電力：用變頻、永磁調(diào)速及計(jì)算機(jī)控制改造風(fēng)機(jī)、水泵系統(tǒng)，重點(diǎn)是20萬(wàn)千瓦以上火力發(fā)電機(jī)組。
　　2）冶金：鼓風(fēng)機(jī)、除塵風(fēng)機(jī)、冷卻水泵、加熱爐風(fēng)機(jī)、鑄造除鱗水泵等設(shè)備的變頻、永磁調(diào)速。
　　3）有色：除塵系統(tǒng)自動(dòng)化控制及風(fēng)機(jī)調(diào)速。
　　4）煤炭：礦井通風(fēng)機(jī)、排水泵調(diào)速改造及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。
　　5）石油、石化、化工：工藝系統(tǒng)流程泵變頻調(diào)速及自動(dòng)化控制。
　　6）機(jī)電：研發(fā)制造節(jié)能型電機(jī)、電機(jī)系統(tǒng)及配套設(shè)備。
　　7）輕工：注塑機(jī)、液壓油泵的變頻、永磁調(diào)速。
　　8）其他：企業(yè)空調(diào)和通風(fēng)、樓宇集中空調(diào)的電機(jī)系統(tǒng)改造等。
　　3、風(fēng)機(jī)水泵類(lèi)負(fù)載綜述
　　通常在工業(yè)生產(chǎn)、產(chǎn)品加工制造業(yè)中風(fēng)機(jī)設(shè)備主要用于鍋爐燃燒系統(tǒng)、烘干系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)等場(chǎng)合，根據(jù)生產(chǎn)需要對(duì)爐膛壓力、風(fēng)速、風(fēng)量、溫度等指標(biāo)進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)以適應(yīng)工藝要求和運(yùn)行工況。而zui常用的控制手段則是調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)、擋板開(kāi)度的大小來(lái)調(diào)整受控對(duì)象。這樣，不論生產(chǎn)的需求大小，風(fēng)機(jī)都要全速運(yùn)轉(zhuǎn)，而運(yùn)行工況的變化則使得能量以風(fēng)門(mén)、擋板的節(jié)流損失消耗掉了。在生產(chǎn)過(guò)程中，不僅控制精度受到限制，而且還造成大量的能源浪費(fèi)和設(shè)備損耗。從而導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加，設(shè)備使用壽命縮短，設(shè)備維護(hù)、維修費(fèi)用高居不下。
　　泵類(lèi)設(shè)備在生產(chǎn)領(lǐng)域同樣有著廣闊的應(yīng)用空間，提水泵站、水池儲(chǔ)罐給排系統(tǒng)、工業(yè)水（油）循環(huán)系統(tǒng)、熱交換系統(tǒng)均使用離心泵、軸流泵、齒輪泵、柱塞泵等設(shè)備。而且，根據(jù)不同的生產(chǎn)需求往往采用調(diào)整閥、回流閥、截止閥等節(jié)流設(shè)備進(jìn)行流量、壓力、水位等信號(hào)的控制。這樣，不僅造成大量的能源浪費(fèi)，管路、閥門(mén)等密封性能的破壞;還加速了泵腔、閥體的磨損和汽蝕，嚴(yán)重時(shí)損壞設(shè)備、影響生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量。
　　風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)設(shè)備多數(shù)采用異步電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的方式運(yùn)行，存在啟動(dòng)電流大、機(jī)械沖擊、電氣保護(hù)特性差等缺點(diǎn)。不僅影響設(shè)備使用壽命，而且當(dāng)負(fù)載出現(xiàn)機(jī)械故障時(shí)不能瞬間動(dòng)作保護(hù)設(shè)備，時(shí)常出現(xiàn)泵損壞同時(shí)電機(jī)也被燒毀的現(xiàn)象。
　　近年來(lái)，出于節(jié)能的迫切需要和對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高的要求，加之采用變頻器易操作、免維護(hù)、控制精度高，并可以實(shí)現(xiàn)高功能化等特點(diǎn);因而采用變頻器驅(qū)動(dòng)的方案開(kāi)始逐步取代風(fēng)門(mén)、擋板、閥門(mén)的控制方案。
　　變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理是根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系：n=60f（1-s）/p，（式中n、f、s、p分別表示轉(zhuǎn)速、輸入頻率、電機(jī)轉(zhuǎn)差率、電機(jī)磁極對(duì)數(shù)）;通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)工作電源頻率達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。
二、 普傳科技與變頻節(jié)能產(chǎn)品
　　1、普傳科技變頻技術(shù)產(chǎn)品特點(diǎn)
　　1.1 變頻器 的主要功能即為節(jié)能和自動(dòng)控制。自主開(kāi)發(fā)的PI7000系列高性能變頻器通過(guò)國(guó)家發(fā)配電及電控設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心、國(guó)家轎車(chē)質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心的檢驗(yàn)和獲得遼寧省級(jí)科技成果鑒定。

　　產(chǎn)品設(shè)計(jì)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T12668.2-2002：《調(diào)速電氣傳動(dòng)系統(tǒng)》中“低壓交流變頻電氣傳動(dòng)系統(tǒng)額定值的規(guī)定”及GB12668.3-2004：“產(chǎn)品的電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)及其特定的實(shí)驗(yàn)方法”。
　　PI7000/7800/7600除具有通用低壓變頻器的基本功能外，和國(guó)內(nèi)同行業(yè)比較，具備下列創(chuàng)新性和*性
　　n 采用32位DSP（數(shù)字信號(hào)處理器）為核心的控制單元，實(shí)現(xiàn)高速高性能控制。
　　n 集V/F控制、V/F+PG控制、矢量控制+PG三種控制功能于一體，三種空間電壓矢量波形產(chǎn)生方式的變頻器
　　n 具有死區(qū)補(bǔ)償功能，實(shí)現(xiàn)低頻率大輸出轉(zhuǎn)矩;自動(dòng)轉(zhuǎn)差補(bǔ)償。
　　n 十種頻率設(shè)定方式，模擬端子可以接受0～10V、0～20mA之內(nèi)的自定義范圍信號(hào)。
　　n 六路可編程輸出控制端子。
　　n 內(nèi)置PID功能，可實(shí)現(xiàn)高性能閉環(huán)速度控制PID調(diào)節(jié)的直流電流制動(dòng)。
　　n 轉(zhuǎn)速追蹤啟動(dòng)與斷電再恢復(fù)運(yùn)行功能。
　　n 強(qiáng)大的通訊功能，支持標(biāo)準(zhǔn)的Rs485與Can Bus，同時(shí)提供遠(yuǎn)控鍵盤(pán)功能。
　　n 界面有好：人性化顯示菜單，中文液晶LCD顯示，配以LED顯示，同時(shí)顯示3個(gè)狀態(tài)參數(shù)。
　　n *的逆變模塊（IGBT）溫升監(jiān)控功能，風(fēng)扇調(diào)節(jié)可控，適時(shí)降低電機(jī)噪音和溫升。
　　n 的故障查詢(xún)與記錄功能，方便排除故障;參數(shù)保護(hù)功能。
　　n *的設(shè)計(jì)，使變頻器對(duì)電源的污染降到zui低。
　　1.2 基于“電機(jī)系統(tǒng)工程”電機(jī)運(yùn)行特點(diǎn)開(kāi)發(fā)的設(shè)計(jì)制造的新一代高品質(zhì)、多功能電機(jī)控制、環(huán)保、節(jié)能產(chǎn)品-PS7000系列電機(jī)環(huán)保節(jié)能器通過(guò)檢驗(yàn)和科技成果鑒定。該產(chǎn)品應(yīng)用*的空間電壓矢量PWM控制技術(shù)、矢量控制技術(shù)，采用高性能的功率模塊和*的節(jié)能器制造工藝，具有創(chuàng)新性和*性。本產(chǎn)品不同于以往的電機(jī)節(jié)能器，具有電機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速滿足工藝和節(jié)能的雙重效果及對(duì)低速、重載的設(shè)備控制。專(zhuān)家評(píng)語(yǔ)：“該產(chǎn)品技術(shù)*，性能指標(biāo)達(dá)到國(guó)內(nèi)水平，節(jié)能及環(huán)保效果明顯”。綜合節(jié)電率可達(dá)30%，經(jīng)濟(jì)效益顯著。該項(xiàng)目獲2008年國(guó)家*“資源節(jié)約與環(huán)境保護(hù)”項(xiàng)目。
　　該產(chǎn)品具有下列優(yōu)異表現(xiàn)：
　　n 具有電機(jī)節(jié)能和無(wú)級(jí)調(diào)速的雙重效用。根據(jù)負(fù)載特性自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，具有軟啟動(dòng)特性，沒(méi)有啟動(dòng)時(shí)的沖擊電流與機(jī)械震動(dòng);
　　n 全程優(yōu)化設(shè)計(jì)：可有效降低電機(jī)運(yùn)行噪音和發(fā)熱、減少電機(jī)維護(hù)量,延長(zhǎng)電機(jī)使用壽命的2～4倍，降低維修成本;
　　n 具有市電及節(jié)電狀態(tài)雙電路自動(dòng)轉(zhuǎn)換的不間斷供電回路、故障自動(dòng)報(bào)警，不影響正常工作;
　　n 寬電壓設(shè)計(jì)以及轉(zhuǎn)速跟蹤功能保障了在電網(wǎng)電壓波動(dòng)頻繁的情況下節(jié)能器仍能正常工作。
　　n 產(chǎn)品設(shè)計(jì)安全處理按歐盟“廢棄電器與電子設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)”設(shè)計(jì)（WEEE）符合歐盟“禁用有害物質(zhì)RoHS認(rèn)證”要求。內(nèi)置輸出電抗器、平波電抗器等抑制諧波，降低對(duì)電網(wǎng)的污染。
　　n 將低電源輸配無(wú)功損耗，降低變壓器容量需求20%以上;
　　n 有效提高功率因數(shù)達(dá)95%以上，節(jié)能顯著，綜合節(jié)電率可達(dá)30%，改善“大馬拉小車(chē)”的功耗浪費(fèi)問(wèn)題;
　　n 保護(hù)功能齊全：過(guò)電壓，欠電壓，過(guò)電流,電子熱過(guò)載保護(hù),變頻器過(guò)熱保護(hù)，斷電再恢復(fù)運(yùn)行,電流限幅，過(guò)電壓，保險(xiǎn)絲斷，接地故障，缺相，過(guò)載保護(hù)，外部故障，通訊錯(cuò)誤 ,PID反饋信號(hào)異常等。

　　2、應(yīng)用領(lǐng)域
　　主要應(yīng)用以下設(shè)備的節(jié)能和自動(dòng)化控制：
　　發(fā)電廠：水泵、風(fēng)機(jī)
　　油田：注水泵、輸油泵、加壓泵、磕頭機(jī)
　　自來(lái)水廠：輸送水泵、加壓水泵
　　煤礦：礦井風(fēng)機(jī)、水泵
　　冶金鋼鐵：高爐鼓風(fēng)機(jī)、冷卻泵、清洗泵、除塵風(fēng)機(jī)、抽煙機(jī)、引風(fēng)機(jī)、制革機(jī)等
　　石化：風(fēng)機(jī)、水泵、油泵輸送系統(tǒng)、除塵風(fēng)機(jī)、鍋爐系統(tǒng)
　　紡織化纖：空調(diào)系統(tǒng)、送風(fēng)機(jī)、循環(huán)水泵、壓縮機(jī)、冷卻水泵、鍋爐系統(tǒng)
　　水泥廠：羅茨風(fēng)機(jī)、集塵系統(tǒng)、選粉系統(tǒng)、輸料系統(tǒng)等
　　造紙廠：水泵、紙漿泵、鍋爐系統(tǒng)
　　食品制藥廠：水泵、風(fēng)機(jī)、空氣壓縮機(jī)、空調(diào)系統(tǒng)、鍋爐系統(tǒng)
　　樓宇*空調(diào)：送風(fēng)機(jī)、循環(huán)水泵、壓縮主機(jī)、冷卻水塔、屋頂排風(fēng)機(jī)
三、節(jié)能分析與實(shí)例

　　通過(guò)流體力學(xué)的基本定律可知：風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)設(shè)備均屬平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，
　　其轉(zhuǎn)速n與流量Q，壓力H以及軸功率P具有如下關(guān)系：
　　Q∝n，H∝n2，P∝n3;即流量與轉(zhuǎn)速成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。
　　以一臺(tái)水泵為例，它的出口壓頭為H0（出口壓頭即泵入口和管路出口的靜壓力差），額定轉(zhuǎn)速為n0,閥門(mén)全開(kāi)時(shí)的管阻特性為r0,額定工況下與之對(duì)應(yīng)的壓力為H1,出口流量為Q1。
　　在現(xiàn)場(chǎng)控制中，通常采用水泵定速運(yùn)行，出口閥門(mén)控制流量。當(dāng)流量從Q1減小50%至Q2時(shí)，閥門(mén)開(kāi)度減小使管網(wǎng)阻力特性由r0變?yōu)閞1，系統(tǒng)工作點(diǎn)沿方向由原來(lái)的A點(diǎn)移至B點(diǎn);受其節(jié)流作用壓力H1變?yōu)镠2。水泵軸功率實(shí)際值（kW）可由公式：P=Q·H/（ηc·ηb）×103得出。其中，P、Q、H、ηc、ηb分別表示功率、流量、壓力、水泵效率、傳動(dòng)裝置效率，直接傳動(dòng)為1。假設(shè)總效率（ηc·ηb）為1，則水泵由A點(diǎn)移至B點(diǎn)工作時(shí)，電機(jī)節(jié)省的功耗為AQ1OH1和BQ2OH2的面積差。
　　如果采用調(diào)速手段改變水泵的轉(zhuǎn)速n，當(dāng)流量從Q1減小50%至Q2時(shí)，那么管網(wǎng)阻力特性為同一曲線r0，系統(tǒng)工作點(diǎn)將沿方向II由原來(lái)的A點(diǎn)移至C點(diǎn)，水泵的運(yùn)行也更趨合理。在閥門(mén)全開(kāi)，只有管網(wǎng)阻力的情況下，系統(tǒng)滿足現(xiàn)場(chǎng)的流量要求，能耗勢(shì)必降低。

　　此時(shí)，電機(jī)節(jié)省的功耗為AQ1OH1和CQ2OH3的面積差。
　　比較采用閥門(mén)開(kāi)度調(diào)節(jié)和水泵轉(zhuǎn)速控制，顯然使用水泵轉(zhuǎn)速控制更為有效合理，具有顯著的節(jié)能效果。
　　另外，閥門(mén)調(diào)節(jié)時(shí)將使系統(tǒng)壓力H升高，這將對(duì)管路和閥門(mén)的密封性能形成威脅和破壞;而轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)時(shí)，系統(tǒng)壓力H將隨泵轉(zhuǎn)速n的降低而降低，因此不會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響。
　　從上面的比較不難得出：當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)水泵流量的需求從*降至50%時(shí)，采用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)將比原來(lái)的閥門(mén)調(diào)節(jié)節(jié)省BCH3H2所對(duì)應(yīng)的功率大小，節(jié)能率在75%以上。 

　　與此相類(lèi)似的，如果采用變頻調(diào)速技術(shù)改變泵類(lèi)、風(fēng)機(jī)類(lèi)設(shè)備轉(zhuǎn)速來(lái)控制現(xiàn)場(chǎng)壓力、溫度、水位等其它過(guò)程控制參量，同樣可以依據(jù)系統(tǒng)控制特性繪制出關(guān)系曲線得出上述的比較結(jié)果。采用變頻調(diào)速技術(shù)改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法，要比采用閥門(mén)、擋板調(diào)節(jié)更為節(jié)能經(jīng)濟(jì)，設(shè)備運(yùn)行工況也將得到明顯改善。