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摘要： 变频调速冷却器以其显著的节电效果、优良的调速性能以及系统的安全可靠性和延长设备使用寿命等优点而成为现代电力传动技术的一个主要发展方向，本文论述了变频调速技术在风冷却器中的应用。
关键词：风冷却器，变频调速技术，节能 ，变压器
Abstract: the frequency control cooler with its remarkable energy saving effect, and excellent performance of speed and the safety and reliability of the system and to extend the service life of equipment such advantages as modern power transmission technology and become one of the main development direction, this paper discusses the technology of frequency conversion in the wind of the application of the cooler.
Key words: air cooler, frequency conversion technology, energy saving, transformer
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
一、前言
近年来随着节能法和地球温暖化对策的实施，人们越来越多的关注节能方面的问题， 而变频调速技术，正是顺应了工业生产自动化发展的要求，开创了一个全新的智能电机时代。一改普通电动机只能以定速方式运行的陈旧模式，使得电动机及其拖动负载在无须任何改动的情况下即可以按照需要调整转速输出，从而降低电机功耗达到系统高效运行的目的。
二、综述
众所周知，变压器在运行过程中，其负荷情况是变化的，变压器负荷情况发生变化，其损耗随之变化，损耗产生的热功率也发生变化，因此，变压器所需要的冷却容量也要变化，即当变压器负荷增大时，所需的冷却容量也将增大；反之，冷却容量将减小。传统的方法是将定频冷却器根据变压器的油温或绕组温度将冷却器进行分组投切控制，以适应变压器负荷情况的变化。但是，在这种控制方式下，冷却器的冷却容量不能够平滑连续变化，只能分级调整，变化比较单一，不够灵活，不能适应电厂、电站日益发展的智能化控制的需要。而且，冷却器分组投入或切除时，会产生较大的启动电流，有时甚至会造成变压器的保护继电器误动作而导致变压器的不必要跳闸。更为重要的是，冷却器在分组投入或切除时，冷却器在运行时耗能较高，并且冷却器的运行噪声也较大且很难再进一步降低。鉴于此，我们将变频调速技术引入到冷却器中。即本文所述的——变频调速冷却器。
变频调速冷却器的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系： n =60 f（1-s）／p，（式中n、f、s、p分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数）；通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。变频器就是基于上述原理采用交-直-交电源变换技术，电力电子、微电脑控制等技术于一身的综合性电气产品。 将变频器安装到冷却器风扇电机或油泵电机上，将电网提供的380伏、50赫兹的电源，通过变频器调节到需要的频率供给冷却器风扇电机或油泵电机，这样的冷却器就是变频调速冷却器。当电机供电频率高时，电机转速快，冷却器制冷量就大，耗能量高；当电机供电频率较低时，电机转速慢，冷却器制冷量就小，耗能量低。变频调速冷却器就是依靠变频器调节供电频率，从而调整风扇电机或油泵电机转速的快慢来改变冷却器的容量从而控制变压器油温。
三．节能分析
通过流体力学的基本定律可知：风机、泵类设备均属平方转矩负载，其转速n与流量Q，压力H以及轴功率P具有如下关系：
Q2 = Q1（n2/n1）， H2 = H1（n2/n1）2 ， P2 = P1（n2/n1）3
即，流量与转速成正比，压力与转速的平方成正比，功率与转速的三次方成正比。由此可见，当通过降低转速以减少流量来达到节流目的时，所消耗的功率将降低很多。例如：当转速降派到80％时，流量减少到80%，而轴功率却下降到额定功率的（80％）^3≈51％：若流量需减少到40％，则转速相应减少到40％，此时轴功率下降到额定功率的（40%）^3≈6.4％，可见，采用降低转速的方式，其节能效果非常明显。
四、节能计算：
冷却器以一台变压器配4台冷却器为例，计算其节能情况：
一台变压器配4台冷却器即采用（3+1）的型式，3台运行、1台备用。满负荷运行需要冷却容量945kW。
风冷却器参数：配3台风机、1台油泵，每台风扇额定功率1.5 kW，油泵额定功率3 kW冷却器在风机额定频率50Hz，额定转速680r/min下，额定流量135m3/hr，冷却容量315kW。
为了计算方便，暂定冷却器油泵电机频率不变，即转速不变，油流量135m3/hr不变，那么冷却器容量的改变只与风扇电机频率的变化有关。下面是实测量数据。
频率50Hz, 转速680rpm, 风机轴功率4.5 kW, 冷却器总轴功率7.5 kW，冷却容量315 kW；
频率42Hz, 转速570rpm, 风机轴功率3.4 kW, 冷却器总轴功率6.4 kW，冷却容量280 kW；频率34Hz, 转速460rpm, 风机轴功率2.1 kW, 冷却器总轴功率5.1 kW，冷却容量250 kW。
下面是变频冷却器与非变频冷却器数据对比表。
如果一台变压器在上述不同负荷情况时每年各运行4个月，那么：
非变频调速冷却器年耗电量=（22.5*2+15）*4*24*365=2102400 （kW·h）
变频调速冷却器年耗电量=（19.2+15.3+10.2）*4*24*365=1566288（kW·h）
两者差： 536112（kW·h），按(kW·h)电费0.5元计算，约合2.68万元，可见效益非常客观。
五、结束语
变频调速技术经过近年来的发展已日益成熟，其优越性也日益为人们所认识。变壓器用冷却器采用变频调速技术，解决了目前运行的变压器冷却系统中所普遍存在的一些缺陷，与此同时，变频调速技术以其显著的节电效果、优良的调速性能以及广泛的适用性、系统的安全可靠性和延长设备使用寿命等优点而成为现代电力传动技术的一个主要发展方向。因此，相信采用此种技术方案的变压器冷却系统将会很有发展前途。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：风冷却器，变频调速技术，节能 ，变压器
Abstract: the frequency control cooler with its remarkable energy saving effect, and excellent performance of speed and the safety and reliability of the system and to extend the service life of equipment such advantages as modern power transmission technology and become one of the main development direction, this paper discusses the technology of frequency conversion in the wind of the application of the cooler.
Key words: air cooler, frequency conversion technology, energy saving, transformer
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
一、前言
近年来随着节能法和地球温暖化对策的实施，人们越来越多的关注节能方面的问题， 而变频调速技术，正是顺应了工业生产自动化发展的要求，开创了一个全新的智能电机时代。一改普通电动机只能以定速方式运行的陈旧模式，使得电动机及其拖动负载在无须任何改动的情况下即可以按照需要调整转速输出，从而降低电机功耗达到系统高效运行的目的。
二、综述
众所周知，变压器在运行过程中，其负荷情况是变化的，变压器负荷情况发生变化，其损耗随之变化，损耗产生的热功率也发生变化，因此，变压器所需要的冷却容量也要变化，即当变压器负荷增大时，所需的冷却容量也将增大；反之，冷却容量将减小。传统的方法是将定频冷却器根据变压器的油温或绕组温度将冷却器进行分组投切控制，以适应变压器负荷情况的变化。但是，在这种控制方式下，冷却器的冷却容量不能够平滑连续变化，只能分级调整，变化比较单一，不够灵活，不能适应电厂、电站日益发展的智能化控制的需要。而且，冷却器分组投入或切除时，会产生较大的启动电流，有时甚至会造成变压器的保护继电器误动作而导致变压器的不必要跳闸。更为重要的是，冷却器在分组投入或切除时，冷却器在运行时耗能较高，并且冷却器的运行噪声也较大且很难再进一步降低。鉴于此，我们将变频调速技术引入到冷却器中。即本文所述的——变频调速冷却器。
变频调速冷却器的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系： n =60 f（1-s）／p，（式中n、f、s、p分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数）；通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。变频器就是基于上述原理采用交-直-交电源变换技术，电力电子、微电脑控制等技术于一身的综合性电气产品。 将变频器安装到冷却器风扇电机或油泵电机上，将电网提供的380伏、50赫兹的电源，通过变频器调节到需要的频率供给冷却器风扇电机或油泵电机，这样的冷却器就是变频调速冷却器。当电机供电频率高时，电机转速快，冷却器制冷量就大，耗能量高；当电机供电频率较低时，电机转速慢，冷却器制冷量就小，耗能量低。变频调速冷却器就是依靠变频器调节供电频率，从而调整风扇电机或油泵电机转速的快慢来改变冷却器的容量从而控制变压器油温。
三．节能分析
通过流体力学的基本定律可知：风机、泵类设备均属平方转矩负载，其转速n与流量Q，压力H以及轴功率P具有如下关系：
Q2 = Q1（n2/n1）， H2 = H1（n2/n1）2 ， P2 = P1（n2/n1）3
即，流量与转速成正比，压力与转速的平方成正比，功率与转速的三次方成正比。由此可见，当通过降低转速以减少流量来达到节流目的时，所消耗的功率将降低很多。例如：当转速降派到80％时，流量减少到80%，而轴功率却下降到额定功率的（80％）^3≈51％：若流量需减少到40％，则转速相应减少到40％，此时轴功率下降到额定功率的（40%）^3≈6.4％，可见，采用降低转速的方式，其节能效果非常明显。
四、节能计算：
冷却器以一台变压器配4台冷却器为例，计算其节能情况：
一台变压器配4台冷却器即采用（3+1）的型式，3台运行、1台备用。满负荷运行需要冷却容量945kW。
风冷却器参数：配3台风机、1台油泵，每台风扇额定功率1.5 kW，油泵额定功率3 kW冷却器在风机额定频率50Hz，额定转速680r/min下，额定流量135m3/hr，冷却容量315kW。
为了计算方便，暂定冷却器油泵电机频率不变，即转速不变，油流量135m3/hr不变，那么冷却器容量的改变只与风扇电机频率的变化有关。下面是实测量数据。
频率50Hz, 转速680rpm, 风机轴功率4.5 kW, 冷却器总轴功率7.5 kW，冷却容量315 kW；
频率42Hz, 转速570rpm, 风机轴功率3.4 kW, 冷却器总轴功率6.4 kW，冷却容量280 kW；频率34Hz, 转速460rpm, 风机轴功率2.1 kW, 冷却器总轴功率5.1 kW，冷却容量250 kW。
下面是变频冷却器与非变频冷却器数据对比表。
如果一台变压器在上述不同负荷情况时每年各运行4个月，那么：
非变频调速冷却器年耗电量=（22.5*2+15）*4*24*365=2102400 （kW·h）
变频调速冷却器年耗电量=（19.2+15.3+10.2）*4*24*365=1566288（kW·h）
两者差： 536112（kW·h），按(kW·h)电费0.5元计算，约合2.68万元，可见效益非常客观。
五、结束语
变频调速技术经过近年来的发展已日益成熟，其优越性也日益为人们所认识。变壓器用冷却器采用变频调速技术，解决了目前运行的变压器冷却系统中所普遍存在的一些缺陷，与此同时，变频调速技术以其显著的节电效果、优良的调速性能以及广泛的适用性、系统的安全可靠性和延长设备使用寿命等优点而成为现代电力传动技术的一个主要发展方向。因此，相信采用此种技术方案的变压器冷却系统将会很有发展前途。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。