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淺析變頻器在風(fēng)機水泵設備上的應用效果
點(diǎn)擊次數:1449 發(fā)布時(shí)間:2018/6/27 19:48:24

淺析變頻器在風(fēng)機水泵設備上的應用效果

  摘要:本文簡(jiǎn)述了變頻傳動(dòng)調速及變頻控制的基本原理,并結合我廠(chǎng)應用變頻器對風(fēng)機、水泵進(jìn)行節能改造的工程案例,闡述了變頻技術(shù)在有效降低設備電能損耗、提供企業(yè)經(jīng)濟效益的重要意義。
  關(guān)鍵詞:節能;變頻器 ;控制;電動(dòng)機
  變頻技術(shù),就是通過(guò)技術(shù)手段,來(lái)改變用電設備的供電頻率,進(jìn)而達到控制設備輸出功率的目的。是異步電動(dòng)機節能的重要技術(shù)手段之一。
  一、變頻傳動(dòng)調速
  變頻傳動(dòng)調速,其應用目的就是通過(guò)對電機調速來(lái)達到節約能源??刂茖ο缶褪窃趧?dòng)力設備上實(shí)現電―機轉換的電動(dòng)機。這是由感應式異步電動(dòng)機的性能和特征決定,其次是由于所帶的負載對電機調速的負荷適應性所決定。由電機轉速的數學(xué)公式我們知道,電機的實(shí)際轉速,主要取決于電機定子的旋轉磁場(chǎng)( n1=t*f/p)。對一個(gè)繞制好的電機,其旋轉磁場(chǎng)轉速完全取決供電頻率,t 為時(shí)間常數,P為電機的極對數,n1正比電源頻率f,從電機的結構上我們看到定、轉子之間沒(méi)有任何電的連接,基于磁場(chǎng)感應和機械慣性,轉子的轉速和定子旋轉磁場(chǎng)的轉速總是不同步,差一個(gè)轉差數(一般為n1的1%―1.8%,)稱(chēng)為轉差率S,由此可見(jiàn)電機的轉速也正比于電源的頻率。n2=t*f(1-s)/p從異步電動(dòng)機變頻時(shí)機械特性曲線(xiàn)中,我們不難看出轉速的變化對電機的轉矩影響較小,對于傳動(dòng)機械功率要求完全可以滿(mǎn)足。變頻調速控制是在降低輸出頻率的同時(shí)輸出電壓也相應降低,轉矩正比輸出電壓,轉矩也會(huì )有些減少。這種純電氣調速系統是人為地改變電動(dòng)機的機械特性來(lái)獲得不同的轉速,直接與拖動(dòng)機械相連接不需原機械設備做任何調整,這對于節能改造成本,保持原有機械性能都大有好處。變頻傳動(dòng)調速的特點(diǎn)是:
  1、不用改動(dòng)原有設備包括電機本身;
  2、可實(shí)現無(wú)級調速,滿(mǎn)足傳動(dòng)機械要求;
  3、變頻器軟啟、軟停功能,可以避免啟動(dòng)電流沖擊對電網(wǎng)的不良影響,減少電源容量的同時(shí)還可以減少機械慣動(dòng)量,減少機械損耗;
  4、不受電源頻率的影響,可以開(kāi)環(huán)、閉環(huán)手動(dòng)/自動(dòng)控制;
  5、低速時(shí),定轉矩輸出、低速過(guò)載能力較好;
  6、電機的功率因數隨轉速增高功率增大而提高,使用效果較好。
  二、風(fēng)機、水泵節能―變頻控制
  機電設備配合設計原則:電機的最大功率必須滿(mǎn)足負載下的機械功率和轉矩,對于不同的負載,最大值并非時(shí)時(shí)刻刻都發(fā)生、負載的變化是非線(xiàn)性的,而電機的輸出功率卻是恒定的,這就意味著(zhù)在非最大負載時(shí)電機輸出了相當一部分多余功率,電能也就白白浪費掉了。風(fēng)機、水泵類(lèi)就是較典型例子。
  風(fēng)機、水泵類(lèi)風(fēng)量和流量的控制在過(guò)去很少采用轉速控制方式,基本上都是由鼠籠型異步電動(dòng)機拖動(dòng),進(jìn)行恒速運轉,當需要改變風(fēng)量或流量時(shí),事實(shí)上都采用調節擋風(fēng)板或節流閥。這種控制雖然簡(jiǎn)單易行,能滿(mǎn)足流量要求,但對電機來(lái)講,從節省能源的角度來(lái)看是非常不經(jīng)濟的,生產(chǎn)中很容易檢測出來(lái)。這類(lèi)設備一般都是長(cháng)時(shí)間運行,甚至很久不停機。在實(shí)際檢測中發(fā)現,除在極短時(shí)間流量最大值外,近90%時(shí)間運行在中等或較低負荷狀態(tài),總用電量至少有40%以上被浪費掉。采用變頻調速控制,對風(fēng)機、水泵類(lèi)機械進(jìn)行轉速控制來(lái)調節流量的方法,對節約能源,提高經(jīng)濟效益具有非常重要意義。
  三、風(fēng)機、水泵的節能方法
  從流量控制原理上講,風(fēng)機、水泵的結構和工作原理基本相同。
  1、風(fēng)機節電:具體測試我廠(chǎng)鍋爐房引風(fēng)、鼓風(fēng)控制系統。我廠(chǎng)是化學(xué)合成制藥企業(yè),生產(chǎn)上對蒸汽的需求量特別大,現有2臺45t/h鍋爐,為滿(mǎn)足鍋爐的最大引風(fēng)、鼓風(fēng)量,分別安裝了引風(fēng)機(Y4-73-14D)和鼓風(fēng)機(G4-73-14D)各2臺,其中引風(fēng)機電機功率為160KW,鼓風(fēng)機電機功率為90KW,生產(chǎn)時(shí)4臺電動(dòng)機全功率運轉。由于各車(chē)間對蒸汽的需求不均衡,蒸汽壓力波動(dòng)比較大,它的壓力影響企業(yè)均衡生產(chǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量,要調節鍋爐的供汽量,就必須調節鍋爐引風(fēng)、鼓風(fēng)的供風(fēng)量,而風(fēng)量的調整只能調整風(fēng)擋板的開(kāi)度來(lái)達到目的,風(fēng)擋板全開(kāi)時(shí)引風(fēng)機、鼓風(fēng)機的電流分別是180A、97A,全關(guān)閉時(shí)電流分別是165A、90A,輸入功率在145KW-160KW之間變化,節電率不足9%。針對這一特殊要求,制定方案,對其中兩臺引風(fēng)、鼓風(fēng)電機進(jìn)行開(kāi)環(huán)變頻調速控制,滿(mǎn)足鍋爐對引風(fēng)、鼓風(fēng)的技術(shù)要求,既滿(mǎn)足鍋爐蒸汽壓力流量的需要,又大大節約了電能,按照這一方案改造后,節電效果特別明顯,在正常蒸汽需求情況下,設定不同頻率運行,測定參數如下:
   160KW引風(fēng)機
  設定頻率(Hz) 運行電流(A) 負載率 輸入功率(Pin[1]) 24小時(shí)耗電量
  (kWh) 與工頻下輸入功率比較:節電率
  25 75 0.25 15.4 369.6 (2112-369.6)/2112*100%=
  82.5%
  30 90 0.30 23.5 564 (2112-564)/2112*100%=
  73%
  35 80 0.37 45 1080 (2112-1080)/2112*100%=
  48%
  40 130 0.40 64 1536 (2112-1536)/2112*100%=
  27%
  45
   155 0.45 79 1800 (2112-1800)/2112*100%=
  14%
  50 180 0.55 88 2112 (2112-2112)/2112*100%=0
  90KW鼓風(fēng)機
  設定頻率(Hz) 運行電流(A) 負載率 輸入功率(Pin[1]) 24小時(shí)耗電量
  (KWh) 與工頻下輸入功率比較:
  節電率
  25 33 0.25 20.1 482.4 (1296-482.4)/1296*100%=63%
  30 41 0.30 24.3 583.2 (1296-583.2)/1296*100%=55%
  35 52 0.37 28 672 (1296-672)/1296*100%=
  48%
  40 58 0.40 32.4 777.6 (1296-777.6)/1296*100%=40%
  45
   76 0.45 36.5 876 (1296-876)/1296*100%=
  32%
  50 97.2 0.55 54 1296 (1296-1296)/1296*100%=
  0
  需要指出的是:變頻器當輸出頻率降低時(shí),輸出電壓也相應降低,輸入功率明顯減少,對應頻率降低時(shí)電壓降低電機不會(huì )有溫升,若頻率不變時(shí)電壓降低至浮動(dòng)電壓下限值時(shí),電機就會(huì )有溫升。
  2、水泵節電:同風(fēng)機原理很相近。以我廠(chǎng)VC公司冷水機組水系統90KW冷凍泵和55KW冷卻泵為例:主機制冷是根據溫度的變化而工作,是非線(xiàn)性負荷,而水泵電機基本上是線(xiàn)性恒功率輸出。1臺55KW冷卻水泵靠調整閥門(mén)來(lái)改變流量,雖然能滿(mǎn)足主機運行要求,但對于電機來(lái)講節電意義不大,閥門(mén)的全開(kāi)和全閉,電流107A―97A之間變化,平均節電不足7%。通過(guò)改造采用溫度控制為主,壓力控制為鋪進(jìn)行閉環(huán)變頻控制水泵電機,水泵電機平均節電率都在30%以上;90KW冷凍水泵電機靠調節閥門(mén)電流163―148A之間變化,平均節電不足6%,經(jīng)閉環(huán)控制變頻調速改造后,節電率平均也在30%以上。為什么會(huì )有這么大節電空間呢,因為系統設計時(shí)的最大容量是以人流、氣溫、空間散熱三項極限指標為依據計算的(即人流最大、氣溫最高、空間散熱最差),平時(shí)出現這種情況的概率極低,從經(jīng)驗上講不到10%,空調系統大部分運行時(shí)間都在中、低負荷狀態(tài),空調主機的負荷曲線(xiàn)是非線(xiàn)性的,而水系統的水泵負荷是線(xiàn)性恒功率的,以滿(mǎn)足主機的最大負荷為標準。這樣在主機非最大負荷時(shí)水泵就必然存在著(zhù)電能浪費空間。通過(guò)變頻調速控制使水泵電機的負載曲線(xiàn)符合或接近空調主機的負載曲線(xiàn)。
  四、變頻控制技術(shù)的顯性和隱性效益及利弊分析
  顯性效益就是節電效益。變頻控制傳動(dòng)調速對于負載性質(zhì)和負載率的不同,節電率也是不同的,低壓變頻控制設備,一般負載率在0.5左右時(shí),節電率在20―47%左右。低壓設備變頻調速改造投資少、見(jiàn)效快。
  隱性效益主要體現:
  1、實(shí)現了電機的軟起、軟停,消除電機啟動(dòng)電流對電網(wǎng)的沖擊,減少了啟動(dòng)電流的線(xiàn)路損耗;
  2、消除了電機因起、停產(chǎn)生的慣動(dòng)量對設備的機械沖擊,大大降低了機械磨損,減少設備的維修,延長(cháng)了設備的使用壽命;
  3、風(fēng)機、水泵的軟起動(dòng)、軟停機克服了原來(lái)停機時(shí)發(fā)生的水錘現象。
  除上述的有利一面,同時(shí)也存在一些問(wèn)題。低壓變頻器輸出波型為脈沖形式,會(huì )產(chǎn)生一些干擾。
  高壓變頻設備干擾性很小,控制技術(shù)較高,輸出電壓波形近似正弦波形,但設備體積較大,安裝調試都比較復雜。
  
  結論
  在我廠(chǎng)生產(chǎn)中,陳舊、老化設備在生產(chǎn)中仍占較大的比重,能效比不高。水泵、風(fēng)機通過(guò)變頻技術(shù)改造后,實(shí)現了電動(dòng)機的軟起、軟停,有效保證了電動(dòng)機的使用壽命,使電動(dòng)機根據不同的工作狀態(tài),運行在不同的頻率和轉速下,有效降低了設備的電能損耗,對提高企業(yè)經(jīng)濟效益具有重要意義,變頻調速技術(shù)將繼續推廣應用。

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  參考文獻:
  [1] 滿(mǎn)永奎,韓安榮.通用變頻器及其應用.北京:機械工業(yè)出版社,2012.
  [2]姚錫祿.變頻器控制技術(shù)入門(mén)與應用實(shí)例.北京:中國電力出版社,2009
  [3]吳忠智,吳加林.變頻器應用手冊[Z].北京:機械工業(yè)出版社,1995.
  [4]吳民強. 泵與風(fēng)機節能技術(shù)問(wèn)答.北京:中國電力出版社,1998

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