工業(yè)泵網(wǎng)上海寶鋼是我國最大的鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)之一，生產(chǎn)設(shè)備中所使用的傳動設(shè)備全部為國外原裝進(jìn)口，這次其熱軋廠的水泵系統(tǒng)在節(jié)能改造中使用我公司生產(chǎn)的AMB-HVI-1000KVA/06高壓變頻器，標(biāo)志著國內(nèi)第一臺高壓變頻器在寶鋼重要生產(chǎn)線上成功應(yīng)用，開啟了寶鋼集團(tuán)使用國產(chǎn)品牌高壓變頻器設(shè)備的先河，具有極大的現(xiàn)實(shí)意義。AMB-HVI系列高壓變頻器能得到寶鋼集團(tuán)的認(rèn)可，率先在其最重要的熱軋生產(chǎn)線上進(jìn)行使用，充分展現(xiàn)了安邦信高壓變頻器的優(yōu)勢性能、高可靠性和多功能性，能很好的滿足高端用戶的苛刻需要，并且具有極高的性價比，必將與國產(chǎn)高壓變頻器一道快速發(fā)展起來，在工控行業(yè)設(shè)備的節(jié)能、調(diào)速方面發(fā)揮巨大作用。
高壓變頻器節(jié)能效果明顯，采用變頻調(diào)速后，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的軟啟動，延長電機(jī)的壽命，也減少了管道的振動與磨損；總之，安邦信AMB-HVI系列高壓變頻器在上海寶鋼集團(tuán)熱軋廠水泵系統(tǒng)的調(diào)速改造中應(yīng)用是相當(dāng)成功的。該系列高壓變頻器的先進(jìn)性、可靠性已得到許多工業(yè)應(yīng)用的證實(shí)。
高壓變頻器調(diào)速節(jié)能原理
高壓變頻器調(diào)速是通過改變輸入到交流電機(jī)的電源頻率，從而達(dá)到調(diào)節(jié)交流電動機(jī)轉(zhuǎn)速目的。根據(jù)電機(jī)學(xué)原理，交流異步電動機(jī)轉(zhuǎn)速由下式確定：
n=60f（1-S）/p（1）
式中：n—電動機(jī)轉(zhuǎn)速；f—輸入電源頻率；S—電動機(jī)轉(zhuǎn)差率；p—電機(jī)極對數(shù)。
由公式（1）可知，電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速與輸入的電源頻率、轉(zhuǎn)差率、電機(jī)的極對數(shù)有關(guān)。交流電動機(jī)的直接調(diào)速方式主要有：
1、變極調(diào)速（調(diào)整p）；
2、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速；
3、串級調(diào)速或內(nèi)反饋電機(jī)（調(diào)整S）；
4、液力耦合器調(diào)速；
5、變頻調(diào)速（調(diào)整f）；
在這五種調(diào)整方式中以高壓變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)最多，得到了廣泛的應(yīng)用。
據(jù)了解，水泵類或葉片式風(fēng)機(jī)設(shè)備均屬平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，在滿足流體力學(xué)的三個相似定律（即幾何相似、運(yùn)動相似、動力相似）的條件下，其轉(zhuǎn)速n與流量Q、揚(yáng)程（或壓力）H以及軸功率P具有如下關(guān)系：
Q1/Q2＝n1/n2（1）
H1/H2＝（n1/n2）2（2）
P1/P2＝（n1/n2）3（3）
式中：Q1、H1、P1—水泵（或風(fēng)機(jī)）在n1轉(zhuǎn)速時的流量、揚(yáng)程（或壓力）、軸功率；
Q2、H2、P2—水泵（或風(fēng)機(jī)）在n2轉(zhuǎn)速時的相似工況條件下的流量、壓力（或揚(yáng)程）、軸功率。
由公式（1）、（2）、（3）可知，水泵（或風(fēng)機(jī)）的流量與其轉(zhuǎn)速成正比，揚(yáng)程（或壓力）與其轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與其轉(zhuǎn)速的立方成正比。當(dāng)水泵（或風(fēng)機(jī)）轉(zhuǎn)速降低后，其軸功率隨轉(zhuǎn)速的三次方降低，驅(qū)動水泵（或風(fēng)機(jī)）的電機(jī)所需的電功率亦可相應(yīng)降低。
綜上所述，調(diào)速是水泵節(jié)能的重要途徑。采用高壓變頻調(diào)速可以實(shí)現(xiàn)對水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速的線性調(diào)節(jié)，通過改變電動機(jī)轉(zhuǎn)速從而調(diào)節(jié)管道的壓力及供水量。
本文將以上海寶鋼集團(tuán)為例，闡述了寶鋼集團(tuán)熱軋廠水泵系統(tǒng)的變頻節(jié)能改造。利用變頻調(diào)速技術(shù)對原有工頻運(yùn)行的工況進(jìn)行改造，同時分析了整個變頻調(diào)速技術(shù)對改造系統(tǒng)的作用。使該系統(tǒng)在實(shí)際生產(chǎn)中，具有良好的節(jié)能效果和可靠穩(wěn)定的控制方式，本文的應(yīng)用研究使高壓變頻器在鋼鐵行業(yè)水泵系統(tǒng)節(jié)能改造中具有代表性。
寶鋼集團(tuán)熱軋廠水泵系統(tǒng)的綜合節(jié)能改造案例
改造系統(tǒng)基本工況
熱軋廠水泵改造工程需要將系統(tǒng)控制從工頻運(yùn)行方式改造為變頻調(diào)速運(yùn)行方式。在寶鋼集團(tuán)熱軋廠，由于軋鋼每天軋制鋼種不同，有時生產(chǎn)特殊鋼種較多，用水量較大，而有時生產(chǎn)普通鋼種，用水量較小，如果采用工頻控制，，就會造成電機(jī)一直滿負(fù)載運(yùn)行，不但浪費(fèi)水，而且還浪費(fèi)電能。由于該冷卻水采用的是循環(huán)水，改造前為防止高壓電機(jī)因頻繁啟動而損壞，每天只能讓一臺水泵連續(xù)運(yùn)行，而系統(tǒng)又不能完全使用完，只能讓水從高位水箱溢流出來后再進(jìn)入濁環(huán)水站處理，對水和電都是一種很大的浪費(fèi)。這就要求在生產(chǎn)特殊鋼種時，變頻器能將頻率變?yōu)?0Hz，以保證水泵滿負(fù)載工作。在生產(chǎn)普通鋼種時，變頻器將頻率調(diào)整為25Hz左右，以維持所需的水流量。
系統(tǒng)電機(jī)參數(shù)如下：
配套電機(jī)：YLST450-8
電機(jī)功率：355KW
額定頻率：50Hz
額定電壓：6KV
額定電流：45.7A
功率因數(shù)；0.85
水泵型號：24LBSA-32
流量：2700m3/H
運(yùn)行方式：一拖二即一臺變頻器同時帶動兩臺電機(jī)運(yùn)行。
通過對改造系統(tǒng)的分析，針對改造系統(tǒng)的工況要求，改造組決定對熱軋廠鐵皮坑泵組二臺立式斜流泵（型號：24LBSA-32）、平流過濾泵組二臺臥式離心泵（型號：20SH-13）進(jìn)行變頻調(diào)速控制。
QS為單刀隔離開關(guān)，KM為真空接觸器，PR為電機(jī)綜合保護(hù)器；虛框內(nèi)為變頻系統(tǒng)自帶設(shè)備。
改造系統(tǒng)外圍接口及控制方式要求
改造系統(tǒng)信號框圖
變頻改造后的效益計(jì)算
我們從水泵調(diào)速節(jié)能原理得知，當(dāng)水泵拖動電機(jī)工頻運(yùn)行時，出力為額定值，轉(zhuǎn)速及功耗為額定值，當(dāng)采用變頻調(diào)速時，可以按需要升降電機(jī)轉(zhuǎn)速，改變水泵的性能曲線，使水泵的額定參數(shù)滿足工藝要求，根據(jù)水泵的相似定律，變速前后流量、揚(yáng)程、功率與轉(zhuǎn)速之間關(guān)系為：
Q1/Q2=n1/n2
H1/H2=（n1/n2）2
P1/P2=（n1/n2）3
Q1、H1、P1—水泵在n1轉(zhuǎn)速時的流量、揚(yáng)程、功率；
Q2、H2、P2—水泵在n2轉(zhuǎn)速時相似工況條件下的流量、揚(yáng)程、功率。
水泵變頻調(diào)速性能曲線變化
假如轉(zhuǎn)速降低一半，即：n2/n1=1/2，則P2/P1=1/8，可見降低轉(zhuǎn)速能大大降低軸功率達(dá)到節(jié)能的目的。從上圖中可以看出：當(dāng)轉(zhuǎn)速由n1降為n2時，水泵的額定工作參數(shù)Q、H、P都降低了。但從效率曲線η-Q看，Q2點(diǎn)的效率值與Q1點(diǎn)的效率值基本是一樣的。也就是說當(dāng)轉(zhuǎn)速降低時，額定工作參數(shù)相應(yīng)降低，但效率不會降低，有時甚至?xí)岣摺Ｒ虼嗽跐M足操作要求的前提下，水泵仍能在同樣甚至更高的效率下工作。
節(jié)能效益計(jì)算
全年發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時間按7200小時計(jì)算，其中雙泵運(yùn)行時間和單泵運(yùn)行時間各占一半，發(fā)電機(jī)組滿負(fù)荷、80%負(fù)荷、70%負(fù)荷、50%負(fù)荷運(yùn)行時間均為1800小時，電費(fèi)成本為0.6元/度。有相關(guān)資料顯示，在滿負(fù)荷全年運(yùn)行至50%負(fù)荷全年運(yùn)行情況下，投入安邦信生產(chǎn)的國產(chǎn)高壓變頻器后，全年節(jié)約電費(fèi)均可達(dá)幾十萬元。