摘 要： 近年來，各式各樣的節(jié)能產(chǎn)品不斷涌現(xiàn),而用于動力系統(tǒng)的節(jié)電還都局限于“變頻調(diào)速”技術(shù)，僅靠減速節(jié)電雖然有些效果，但對于多數(shù)不能調(diào)速的電機設(shè)備卻無能為力。超能士電機節(jié)電器在覆蓋了變頻器功能的基礎(chǔ)上增加了變速負(fù)載跟蹤、恒速負(fù)載跟蹤功能，完全適用于允許減速和不允許減速的所有三相異步電機。本文中，闡述了超能士電機節(jié)電器在日本大阪關(guān)西國際空港大型變翼式軸流風(fēng)機上的節(jié)電方案及實施。

關(guān)鍵詞：超能士、電機節(jié)電器、負(fù)載跟蹤、變翼式軸流風(fēng)機、變頻器

日本大阪關(guān)西國際機場是日本第二大國際機場，位于距大阪南部大約50公里處的一個人工島上。機場的旅客航站樓，第四層的國際航線出發(fā)站和第一層的國際航線到達(dá)站，將第二層的國內(nèi)航線出發(fā)站、到達(dá)站夾在中間，從而形成了三明治式的構(gòu)造。航站樓內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)中采用了16臺110KW由日本FLAKT株式會社生產(chǎn)的大型變翼式軸流風(fēng)機(AXICO ANTI-STLL)。這16臺變翼式軸流風(fēng)機,使用的110KW的電機全部運行在額定轉(zhuǎn)速上，然而風(fēng)機的變翼角度均在一半的開度，雖然流量的減少使得電機的耗電量下降，但由于電機處于輕載運行狀態(tài)，導(dǎo)致電機的運行效率及功率因數(shù)顯著下降，造成無功功率和有功功率的嚴(yán)重浪費。16臺變翼式軸流風(fēng)機的運行參數(shù)如下：

          名稱  變翼式軸流風(fēng)機

      　　電機的額定功率  110KW

      　　電機的額定電壓  400V

      　　電機的額定電流  196A

      　　電機的運行電流  80A-90A

      　　電機的運行有功功率  30KW-40KW

      　　電機的運行視在功率  62.4KVA-70KVA

      　　電機的運行功率因數(shù)  0.4-0.5                                                                                                              

   變翼式軸流風(fēng)機通過調(diào)節(jié)羽翼的角度改變風(fēng)量，可以在無變頻器不改變轉(zhuǎn)速的情況下實現(xiàn)連續(xù)的風(fēng)量調(diào)節(jié)，且調(diào)節(jié)范圍大，可達(dá)30%-100%。

        用普通變頻器驅(qū)動風(fēng)機，通過減速實現(xiàn)風(fēng)量調(diào)節(jié)時，其節(jié)能效果與轉(zhuǎn)速（風(fēng)量）的3次方呈正比。而使用變翼式軸流風(fēng)機通過調(diào)節(jié)羽翼的角度改變風(fēng)量，仍可以實現(xiàn)其節(jié)能效果與角度（風(fēng)量）的3次方呈正比。但相對使用普通變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)量，變翼式軸流風(fēng)機具有無諧波，無自損，低價格，風(fēng)量調(diào)節(jié)范圍大等優(yōu)點，因此在國際上到了廣泛的使用。

    從右圖中可以看出各種風(fēng)量調(diào)節(jié)設(shè)備的比較：

     曲線① 是風(fēng)機、電機、驅(qū)動裝置的綜合效率在100%時的理想曲線。

     曲線② 變翼式軸流風(fēng)機的特性曲線。

            無諧波，無自損，低價格，風(fēng)量調(diào)節(jié)范圍大且風(fēng)壓穩(wěn)定。

     曲線③ 普通變頻器調(diào)速的特性曲線。

    諧波大，自損大，高價格。

     曲線④：閥門或擋板的調(diào)節(jié)方式。低效率，不節(jié)能。

        從以上的①～④曲線可知變翼式軸流風(fēng)機的特性曲線優(yōu)于普通變頻器 ，而曲線①則是最理想的特性曲線，從以下的說明可知，使用超能士即可實現(xiàn)曲線①最理想的特性曲線。

   雖然變翼式軸流風(fēng)機有諸多的優(yōu)點，但其僅僅考慮了風(fēng)機本身無自損，調(diào)節(jié)范圍大等特點，卻帶來了在變翼時風(fēng)機負(fù)荷大幅減少而電機卻始終工作在額定電壓，額定轉(zhuǎn)速上從而使電機的運行效率及功率因數(shù)顯著下降，銅損及鐵損增加，造成無功功率和有功功率的嚴(yán)重浪費。

 

      實時檢測電機的負(fù)載率，當(dāng)電機的負(fù)載從100%降到50%，而后降到30%，超能士電機節(jié)電器根據(jù)檢測到的負(fù)載變化，實時自動檢測數(shù)據(jù)，并在線調(diào)整電機的輸入電壓（V）和負(fù)載電流（I），使其工作點保持在X、Y、Z（拐點）的最佳工作點上。

       超能士電機節(jié)電器具有普通變頻器不具備的三大功能特點：

（1）    變速（減速）運行+負(fù)載跟蹤節(jié)電：

隨著電動機轉(zhuǎn)速的降低，此時節(jié)電器根據(jù)負(fù)載率的變化，全范圍內(nèi)實時在線調(diào)整電動機的輸入功率，在V/F特性節(jié)電的基礎(chǔ)上，再一層提高功率因數(shù)節(jié)電；

（2）    變速（包括50HZ）運行+負(fù)載跟蹤節(jié)電：

電機不論恒速運行在任何頻率狀態(tài)，均能根據(jù)實際工況中負(fù)載率的變化,在線調(diào)整電機的輸入功率，提高功率因數(shù)節(jié)電。

      （3）抗沖擊負(fù)載功能：對于現(xiàn)場存在的沖擊性負(fù)載狀況（如沖床、傳送帶的突然加載等），具有抗沖擊性負(fù)載功能，可瞬時提高輸入電壓（0.1秒內(nèi)上升電壓200V），滿足突然加載時對電機輸入功率的需要。

       由于超能士電機節(jié)電器的以上功能特點，可以很好的解決變翼式軸流風(fēng)機的以上欠點，當(dāng)負(fù)

      下圖是關(guān)西空港超能士控制變翼式軸流風(fēng)機的示意圖。

四.　采用超能士控制變翼式軸流風(fēng)機的實施方案  

       右圖是采用超能士控制變翼式軸流風(fēng)機的實施方案圖。

       上位控制系統(tǒng)是日本山武株式會社的DCS控制系統(tǒng)，超能士作為子控制系統(tǒng)具備以下功能：

① 各種電量（電壓，電流，功率，轉(zhuǎn)速，功率因數(shù)等）顯示，

② 風(fēng)壓負(fù)荷控制及顯示；

③ 運行臺數(shù)及轉(zhuǎn)速控制；

④ “手動/自動”切換及手動調(diào)速；

        ⑤ “旁路”運行功能；

        ⑥ “節(jié)電”運行功能；

⑦ 接受上位系統(tǒng)的控制指令。

⑧ 過流，過載，欠壓，過熱，欠相等十幾種報警指示及復(fù)位；

        ⑨其他功能。

    超能士節(jié)電控制系統(tǒng)自2011年8月投入運行后，連續(xù)運行2個月以來，根據(jù)日本關(guān)西空港的實際測量考核結(jié)果，平均節(jié)電率63%。按一個機組4臺計算，安裝超能士前耗電量每月64,000KWh, 安裝超能士后耗電量每月24,000KWh,每月可節(jié)電40,000KWh，節(jié)約電費約60萬日元（折合人民幣近50,000元），全年節(jié)約電費720萬日元（折合人民幣近600,000元）。按超能士控制系統(tǒng)在日本的銷售價格，大約1年半可收回全部投資。第2期工程的3個機組12臺預(yù)計2012年2月底完工，投運后4個機組共16臺全年可節(jié)電1,920MKWh, 約折合人民幣近240萬元,并可降低二氧化碳(CO2)76.8萬噸(日本1KW=0.4Kg的CO2)。                                

       超能士電機節(jié)電器的設(shè)計壽命為15年，如果按10年16臺的經(jīng)濟效益計算如下：

1．  10年間的節(jié)電量:  1,920MKWh/年×10年＝19,200MKWh

2．  10年間的節(jié)電費:  240萬元/年×10年＝2,400日元

3．  10年間CO2的消減量:  76.8萬噸/年×10年＝768萬噸/年

4．  電流、電壓的降低帶來電機的鐵損、銅損、發(fā)熱的大幅減少，延長了電機的使用壽命及維修周期。

5．  過電流、過電壓、欠相、欠壓、過熱、瞬間斷電等異常均可實現(xiàn)保護，有效的保護了電機及事故的發(fā)生。

6．  軟啟動、軟停車功能，避免了起、停時對電網(wǎng)的沖擊，設(shè)備的使用壽命及檢修周期都會大大延長。