在工業(yè)生產制造領域中，風機、水泵類設備應用廣泛，其電能消耗以及閥門、擋板等相關設備的節(jié)流損失大概占到生產成本的7%～25%，是一筆不小的生產費用開支。隨著經濟改革的不斷深入，市場競爭的不斷加劇；節(jié)能降耗業(yè)已成為降低生產成本、提高產品質量的重要手段之一。

　　傳統風機水泵的風量和水量調節(jié)是靠調節(jié)風門和閥門開度的大小，這樣，不管生產中需要多大的風量水量，風機水泵都要全速運轉，而風門、閥門的節(jié)流損失也要消耗掉一部分能量，所以傳統的調節(jié)方式不僅會造成大量的能源浪費和設備損耗，而且設備的控制精度也受到限制。從而導致生產成本增加，設備使用壽命縮短。同時，大功率的風機水泵直接啟動也會造成對電網的沖擊，危害電網安全。

　　要想控制風機水泵的能耗，目前有效的措施就是采用變頻調速的方式。變頻調速技術以其調速性能、顯著的節(jié)電效果，提高系統的安全可靠性和設備利用率，延長設備使用壽命等優(yōu)點成為現代電力傳動技術的一個主要發(fā)展方向。早期，高壓變頻器由于技術上的困難，國內生產廠家很少，基本上都是國外的產品，因而價格昂貴。近年來，隨著電力電子技術的發(fā)展，變頻調速技術越來越成熟，國產高壓變頻器的品牌也越來越多，其價格逐步下降，性價比大幅提高，因此推廣變頻調速在風機、水泵類設備上的應用，對于節(jié)能降耗具有重要意義。

　　1 工程概況

　　攀枝花青杠坪礦業(yè)有限公司是德勝集團下屬的子公司，公司成立于2007年12月。2007年6月公司仰天窩鐵礦采選工程正式開工，該工程設計生產能力為270萬噸原礦采掘，60萬噸釩鈦鐵精粉選礦能力。由于采礦場和選礦廠位于海拔高度1 585m～1 960m的地方，生產用水極度缺乏，為保障生產用水，公司決定為鐵礦采選工程配套建設一個獨立的供水系統，我院承接了該供水系統的設計任務。

　　考慮到外供水工程輸水量大、輸水管路長及輸水揚程高的特點，工藝設計決定采用三級泵站階梯供水的方式，把從安寧河、青年河里抽上來的水通過輸水管道送到選礦廠附近的高位水池，以供生產所需用水。

　　三級泵站（安寧河取水泵站、青年河加壓泵站、尾礦庫加壓泵站）中，安寧河取水泵站水泵電機采用680kW/10kV三相異步電動機，而青年河加壓泵站和尾礦庫加壓泵站水泵電機均采用680kW/6kV三相異步電動機。如果水量調節(jié)仍然采用傳統的閥門調節(jié)，就會耗費大量的電能。既不符合國家積極倡導的推廣新技術，節(jié)能降耗的政策，也不符合企業(yè)節(jié)約資源，降低成本，提高經濟效益的要求。故經過比較分析，決定采用高壓變頻器控制水泵電機來調節(jié)生產用水量。

　　2 變頻調速的節(jié)能原理

　　根據流體力學的基本定律可知，泵類設備屬平方轉矩負載，其轉速n與流量Q、壓力H以及軸功率P具有如下關系：

　　由以上公式可知，如果轉速由50Hz降到40Hz，即：n2/n1= 0.8，則：P2/P1= 0.512，可見稍微降低轉速就可大幅降低軸功率，取得比較明顯的節(jié)能效果。

　　泵類設備采用變頻調速控制轉速的實質就是通過改變所輸送液體的能量來改變流量。泵類設備的流量—壓力關系曲線如下圖：

　　流量—壓力關系曲線圖

　　如果只是轉速變化，而閥門的開度不變，則管阻特性曲線R也就維持不變。假設出口壓力為Ha、Hb、Hc時均能滿足工藝要求。在額定轉速時，流量為Qa，出口壓力為Ha，壓力特性曲線H與管阻特性曲線R相交于A點，電機工作在A點。

　　當需要將流量調節(jié)為Qb時：

　　1）采用閥門調節(jié)流量，管阻發(fā)生變化，設流量為Qb，出口壓力為Hb，管阻特性曲線變?yōu)镽’與壓力特性曲線H相交于B點，電機工作在B點；2）采用轉速調節(jié)流量，壓力發(fā)生變化，設流量為Qc，出口壓力為Hc，管阻特性曲線變?yōu)镽與壓力特性曲線H’相交于C點，電機工作在C點。

　　流量—壓力關系曲線圖中是假設Qb=Qc，那么可以看出，轉速調節(jié)方式與閥門調節(jié)方式相比出口壓力降低了。由此得知在滿足同樣流量的情況下圖中陰影部分即為調速方式比調閥門方式節(jié)省的能量。這就是變頻調速的節(jié)能原理。