调速节能范文（精选10篇）
调速节能 第1篇
变频调速电机系统是性能最好且最有发展前景的机电一体化产品, 除必须有变频器外, 还必须具有与之配套的交流电动机才能实现无级调速。变频调速电机主要用在额定频率及其以下的某一频率范围内作恒转矩驱动, 在额定频率以上的某一频率范围内作恒功率驱动。
1 变频调速运行理论分析
1.1 变频调速基本原理
交流电动机的同步转速可以表示为:
根据异步电动机转差率的定义:
可知交流异步电动机的转速为:
式中:f是电动机定子绕组频率;P是电动机极对数。
由上式可知, 如果均匀地改变交流电动机定子绕组的供电频率, 电动机转速就可平滑地改变, 这样就实现了对电动机转速的调节和控制。
1.2 变频调速控制方式
绕组中的感应电动势是难以直接控制的, 当电动势值较高时, 可以忽略定子绕组的漏磁阻抗压降。而认为定子相电压约等于电动势, 若保持输出转矩一定, 就要求磁通不变, 则得电压与频率的比值为常数, 这就是恒压频比的控制方式。但在低频时电动势较小, 定子阻抗压降所占的份量就比较显著, 不再能忽略。这时需要人为地把电压抬高一些, 以便近似地补偿定子压降。
频率从额定值向上升高, 受到电动机绝缘耐压和磁路饱和的限制, 定子电压不能随之升高, 只能保持额定不变, 电动机输出功率也保持不变, 这将导致磁通与频率成反比地降低, 使得异步电动机工作在弱磁状态。
2 变频调速电机技术特点
逆变器驱动电机系统中, 不可避免地存在谐波损耗及谐波附加转矩, 并由此给变频调速电机带来一系列不利影响, 如低频时转速波动等。从电机电磁和结构上采取相应措施来抑制由于谐波而产生的负面影响显得尤为重要, 电机主要技术特点如下:
(1) 采用变频调速系统, 虽然综合效率提高, 但电机效率有所下降。不论哪种形式的变频器, 在运行中均产生不同程度的谐波电压和电流, 使电机在非正弦电压、电流下运行, 会引起定子铜耗、转子铜 (铝) 耗、铁耗及附加损耗的增加, 最为显著的是转子铜 (铝) 耗。变频电机电磁设计时需采取多种有效措施, 减少变频器谐波对电机的影响。
(2) 为了避免电机绝缘系统在逆变电源供电环境中的迅速老化及电晕现象, 防止绕组局部绝缘击穿, 加强了电机绕组的匝间绝缘和对地绝缘, 并采取了防电晕措施, 使电机的绝缘系统能承受更高的介电强度, 也能承受运行电压和逆变器换向时产生的尖峰电压叠加值。
(3) 采用VPI真空压力浸漆。与绝缘形式相匹配的真空压力浸漆过程, 使电机的整个绝缘结构内部的空隙由无溶剂浸渍漆填满, 形成一个整体, 大大提高了电机防潮、耐热、导热能力, 又增强了电机绝缘的机械、电气强度, 从而提高电机的可靠性, 延长其寿命。
(4) 变频电机滚动轴承上加有轴承套, 轴承套与端盖之间加有绝缘层, 以隔断由于共模电压造成的轴电压和轴承的泄漏电流。
(5) 由于变频电机工作频率范围宽, 转速变化范围大, 各种电磁力波的频率很难避开电机各构件的固有振动频率。变频电机采用轴向推入式结构, 并充分考虑电机各构件及整体的强度, 尽量提高其固有频率, 以避开各次力波产生共振现象。
(6) 为配合用户变频调速系统进行转速闭环控制和提高控制精度, 在电机尾部可应用户要求装设非接触式转速检测器, 一般选用增量型光电编码器。
3 节能应用分析
3.1 节能概述
节能的多少不仅决定于调速效率, 还与设备的运行工况密切相关。在预计节能效果时, 必须有工况变化作为前提。对于变化工况的风机、泵类, 采用变频调速节能, 效果最为明显。
当负荷发生变化时, 需要经常调节风量。传统的调节手段是通过调节风机挡板的开度, 即改变风道阻力的方法来调节风量, 风机效率往往运行在最低点。如果风机能在调速状态下运行, 则可将风道的阻力减少至最小, 功率消耗也降至最低, 如图1所示, 此时风机可以始终处于高效点运行。
3.2 应用分析
(1) 主要参数 (以某公司引风机电机为例) 。
风机型式:单吸、离心式、D型
风机型号:JLY75S-30No24D
风量:Q=186970m3/h
风压:6500Pa
变频调速电机型号:YPT500-6
额定功率:560k W
额定电压:6k V
(2) 引风机性能曲线 (如图2) 。
由图2可以看出:随着风量的增加, 引风机的静态压力下降。现假定引风机效率最大的工作点是A点。当需减少风机的供风风量时, 过去经常采取调节阀门的方式, 增加系统阻力来满足要求 (见工作点B) 。这种方法不但不节能, 反而会增加风机的效率损耗。采用变频调速技术后, 当上述工况出现时, 就可通过调速装置降低电机转速, 使系统重新达到平衡 (见工作点C) 。从C点可看出, 电机转速虽然降低了, 但对引风机效率影响不大。
3.3 利用相似理论进行分析
风机的流量是指它在单位时间内输送的流体数量, 可用体积流量Q, 与重量流量G表示。它们之间的关系为:
式中:Q———体积流量, m3/s;G———重量流量, kg/s;γ———介质重量, k g/m3。当温度为0℃, 水的重度γ=1000kg/m3, 空气的重度γ=1.29kg/m3。
由于空气的重度很小, 并随温度、压力的变化而变化, 所以在风机设计中, 一般不采用重量流量, 而采用体积流量。
风机的输出有效功率是指在单位时间内通过风机的流体所得到的功率, 即
式中:Pe———有效功率, k W;PT———全风压, kg/m2。
由于风机内存在损耗, 原动机传给风机轴上的功率PF总大于其有效功率Pe。设风机的效率为ηF, 则轴功率为:
当风机的转速从n1变化到n2时, 其流量Q, 全风压PT以及轴功率PF的关系为:
3.4 相关参数估算
风机正常运行下的轴功率为:
考虑到负载10%的波动, 而且本项目用是560k W电动机, 考虑到电动机非满负载时的效率较低, 效率按0.9计算, 因此, 电动机实际轴功率为:
如采用出口节流阀门调节轴功率, 则风压随流量的下降而增加, 假定风量下降至130000m3/h时, 由特性曲线表查出风压为7800Pa, 此时风机的轴功率为:
随着负载的降低, 电动机的效率更低, 电动机效率按0.85计算, 此时, 电动机实际轴功率为:
如果用变频器把电动机的转速降下来, 根据特性曲线, 可以看出在额定工作点下, 随着转速下降, 风量、风压、轴功率基本成正比下降。其中风量为一次方, 风压为二次方, 轴功率为三次方。假定风量下降至130000m3/h时,
由公式, 求出
所以, 当电动机的转速降到681r/min时, 可以满足负载的要求, 此时电动机的轴功率为:
故节能百分比为:
3.5 效益估算
如果长期在此工况下运行, 假定用电的价格为0.5元/k Wh, 一年按300天计算, 则每年可节约电费为:
即使与使用节流阀门时的工况比较, 每年可节约的电费为:
调速节能 第2篇
近几年塑料行业发展越来越迅速，其中注塑行业也正迎来一个飞速发展的机遇，但同时同行业间的竞争也日渐激烈，各厂家除了重视产品质量、品牌竞争外，也越来越重视生产成本的控制，从注塑机工艺过程知道，在注塑成型产品成本中电能量消耗成本占了很大的比例，因而能否有效减少电能损耗受到各注塑机厂家和用户关注。随着变频调速技术的推广，变频调速在传动控制和节能领域已日渐得到广泛应用，尤其在泵类负载场合采用变频控制节能效果显著，本文以康沃注塑机专用变频器为例介绍了注塑机变频改造可行性和改造中常出现的问题及处理方法，举例说明了注塑机变频改造节电效果及收回情况。
2 注塑机变频改造可行性
2.1 节能改造的提出
目前市场上的各类注塑机约90%以上是采用液压传动和电液比例控制方式，事实上采用电液阀控(即高压节流)控制模式注塑机工作时存在很大的能量浪费，一般一个产品的注塑成型过程如图1。
各个过程所需的速度和压力因不同工艺而不同，即所需的液压油流量不同，因而注塑机整个动作过程对油泵电机来说是个变负载过程，在定量泵注塑机液压系统中，油泵电机始终是以恒定转速提供恒定流量的液压油，各个动作中相应多余的液压油则通过溢流阀回流，从而造成电能的浪费，据统计由电液阀控模式造成电能损耗高达36~68%，根据注塑机设备工艺油泵电机耗电占整个设备耗电比例高达65~80%，因而对阀控电液模式进行节能改造具有很大潜力。
2.2节能改造原理
泵类负载工作特性可知泵的流量与转速成比例关系，泵的扬程与转速成平方关系，泵电机轴功率与转速的立方关系,如下公式所示:
其中:q为流量; n为转速; h为扬程。
原有注塑机系统采用阀门控制，当流量由qa减少到qb时由于管阻特性，工作点由a点转移b点，消耗的功率与0qbbhb成正比，若采用变频控制这时因阀门全开，其管理特性不变，工作点由a点转移到c点，消耗的功率与0qbchc成正比，从图2可知采用变频调速比采用阀门控制节能，且随着转速的降低电机功率成立方关系减少，如果能根据注塑工艺适时地调节油泵电机转速即可达到节能目的。
目前三相异步电动机大多采用变频调速，由电机同步转速公式：
n=60(1-s)f/p
其中:s为转差率; f为供电频率; p极对数
由上式知当改变电源频率便可改变电机转速,因而采用注塑机比例流量阀及比例压力阀的控制信号同步控制油泵马达的变频器，使油泵电机的转速与注塑机工作所需的压力、流量成正比，从而使溢流阀的回流量减到最小，液压系统输出功率与注塑机生产所需功率相匹配，便可达到节能目的，据统计其单机节电率可达 25%~65%。
3 康沃变频器的应用
3.1康沃注塑机专用变频器的特点
康沃注塑机专用变频器(cvf-zs系列)是在通用变频器(cvf-g2系列)的基础上根据注塑机工作特性专门设计的变频调速器，通过对阀控电流、电压信号的采集，经cpu处理后对油泵电机进行相应的调速，从而满足注塑机工艺要求，它具有以下特点:
(1) 具有适合注塑机专用的频率给定信号通道
通用变频器的频率给定信号标准为0~10v电压信号或4~20ma电流信号，但注塑机专用变频器的具有0~1a/10v信号接收通道，康沃zs系列变频器可接入0~1a电流信号，而不需要另外加装信号转换电路。
(2) 过载能力强、响应速度快
一般注塑产品的周期相对较短，从10几秒到几分钟，一个成型产品从开模到合模各个过程动作要求迅速，采用变频控制时油泵电机负载频繁变化，这就要求变频器有很强的过载能力，康沃zs系列变频器根据阀控信号进行快速升降速，加减速时间可达0.5s~1s。
康沃注塑机专用变频器根据注塑的工艺要求设计，已在海天、震雄等品牌注塑机改造中得以成功应用。
3.2 变频改造电路
注塑机变频改造时采用:变频 工频控制方式，其控制柜主电路由电度表、zs变频器和工频旁路接触器等构成，控制电路由工频/变频切换开关、启动、复位开关、指示灯等构成。
(1) 变频控制柜主电路
如图3示，采用工频旁路目的是为了在变频器出故障时可直接切换到工频运行，而不影响生产，
图3中zd为断路器，k1、k2、k3为接触器，sb3为故障复位按钮。在改造注塑机时仍保留注塑机原有控制电路中的星-三角转换电路，这样可方便改造同时保持注塑原来的控制特性。
(2) 变频控制柜控制电路
如图4所示。
图4中sb1为工频/变频转换开关，选用三级开关;sb2为变频器启动按钮;l1为总电源指示灯;l2为工频运行指示灯;l3变频运行指示灯，l4为变频器故障指示灯，其故障信号由变频器ta、tc输出;km1、km2变频运行接触器;km3为工频运行接触器。
3.3 变频主要参数设置
以康沃cvf-zs-4t0150变频器在注塑机中应用为例，采用比例流量 比例压力信号两路信号控制，主要参数设定如表1所示。
康沃第二代注塑机专用变频器在第一代机型的基础上增加了两路信号比较、信号放大等功能更加满足注塑机不同的工艺要求。
4 调试中常出现的问题及处理方法
4.1调试前注意事项
注塑机变频节能电气改造相对比较简单，但在改造前应详细了解注塑机工况，熟悉注塑机工艺流程，调试时应注意以下事项:安装前查清注塑机原有电路接线方式，包括主电路和控制电路;仔细观察注塑机工频运行是否正常，油泵马达是否经常处于过载状态;根据注塑机的模具及注塑工艺观察注塑机节电改造的潜能;控制信号线路注意正负极性不要接反;信号线与主回路线要分开布线等。
4.2调试常见问题及处理方法
由于注塑机工艺的特殊性，在改造中会遇到各种故障，以下为在注塑机变频改造中常遇到的问题及处理方法。
(1) 变频器频率无变化
由于变频器采用注塑机阀控电流信号进行调速，变频器运行后出现频率显示为0.0(有的变频器显示为0)现象，其主要原因为信号极性接反;信号取错;信号接线端口与参数设定不符;注塑机辅助电源故障等，出现这种故障应先查明注塑机阀控制的类别是电流信号、电压信号还是脉冲控制信号(部分机型)，及信号正负极性是否与变频器控制端子对应。
(2) 油泵噪音大
变频器运行后有些注塑机会发出异常的噪音，这时应判断噪声源在何处，是来自电机还是油泵，若为油泵的噪音则可能原因有:注塑机液压油过少，有空气吸入;注塑机滤油器或油路阻塞;注塑机油泵叶片磨损较严重;遇到以情况应先检查注塑机油泵，排除故障后方可运行，另外当注塑处于低速高压工作状态时，也会出现油泵噪音异常情况，这时适当提高速度信号。
(3) 温度控制干扰
注塑机变频器改造中常遇见的问题是改造后因干扰注塑机不能正常运行，注塑机加热单元采用热电偶检测温度，这种检测元件容易受谐波干扰，从而造成注塑机温度显示和控制不准确，这时可从以下方面排除干扰:尽量缩短变频器与注塑机电动机之间的连线，动力线用金属软管套装，动力线与温度检测线不要靠近走线;在变频器近端主回路线缆加装电抗器或磁环;变频器可靠接地;或给注塑机内部温控电偶供电电源加阻容滤波电路，如图5所示。
其中a 为热电偶端;b 接温度控制板，处理时即在温度检测(热电偶)线路中对称地加入以上阻、容元器件以消除干扰。
5 节能实例及收回
深圳横岗镇某电子厂主要生产吸尘器，其吸尘器外壳采用亿利达e-140品牌注塑机注塑成型，注塑机油泵电机为三相异步电机，其功率为15kw，采用康沃cvf-zs-4t0150变频器进行节能改造，经测试其节能情况如表2所示。
表2 cvf-zs-4t0150变频器节能情况
以每天工作22h，每月工作28天计算，每月节电1478.4kwh，该电子厂所在工业区电价为0.7元/kwh，一台变频节能控制柜投资为9300元，使用约9个月后便收回投资，同时采用变频改后实现电机软启动;减少机械冲击;降低液压油温等，该厂自去年初改造以来系统运行稳定。
6 结束语
变频调速在电厂节能中的应用 第3篇
关键词：变频调速；电厂能耗；节能降耗；能源分配；节能原理 文献标识码：A
中图分类号：TM43 文章编号：1009-2374（2015）16-0080-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.16.039
变频调速应用在电厂的电力传动环节，用于控制传动中的能源分配，避免能源消耗过度。目前，电厂朝着智能、自动化的方向发展，为了降低运行能耗，落实变频调速的应用，改进电厂的运行方式，促使其达到节能降耗的目的。变频调速为电厂运行提供了节能的保障，实现节能目标，保障电厂节能运行的积极性。
1 变频调速在电厂中的节能原理
变频调速可以控制电厂运行中的风机、泵机等设备，通过对运行参数进行优化，达到资源节能的目的。变频调速在电厂节能中发挥重要的作用，促使变频调速在电厂中实现节能，分析变频调速的节能原理，如下：
1.1 节能原理分析
变频调速节能中，涉及到流量、扬程等多个因素，系统分析机械设备中各个因素之间的连接，关系式
如下：
Q1/Q2=n1/n2
H1/H2=（n1/n2）/2
P1/P2=（n1/n2）/3
式中：Q为流量；H为扬程；P为轴功率；n为转速。
由公式可以看出机械设备运行因素之间的比例关系，变频调速可以降低机械设备的n，此时P的节能量要大于Q，明确表示了变频调速的节能原理。例如：在电厂风机、泵机运行的过程中，采取变频调速的节能方式，在很大程度上降低了电能消耗。
1.2 控制节能分析
变频调速在电厂中的控制节能，也是遵循一定的节能原理，随着电厂运行的发展，变频调速的节能转型为自动控制，利用电信号的方式满足变频调速节能的自动化需求，而且自动控制节能的效益高，其可准确地传输变频调速的信号，直接改变电厂机械设备的运行方式，不需要电力人员进行手动更改，具有时效性的优势。
1.3 速度调节节能
变频调速在电厂阀门、开关中的应用，发挥速度调节的节能作用，此类节能策略的原理是：变频调速主动改变阀门等的工作方式，合理控制电厂机械设备的参数，通过阀门间接控制电厂运行，而且电厂节能运行中引入了变频调速器，符合电厂阀门等设备的节能需求。近几年，变频调速在电厂速度调节节能中表现出较高的效益，改善了电厂阀门等设备的控制方式，实现高水平的节能控制，确保变频调速在电厂节能中的积极性。
2 变频调速在电厂节能中的应用
根据电厂运行的现状，分析其对节能降耗的需求，以某火力发电厂为例，分析变频调速的具体应用。
2.1 变频调速的节能分析
火力发电厂中的运行设备比较多，能源消耗的规模非常大，火电厂积极引进变频调速，用于控制运行消耗，实现节能降耗的目的。变频调速在电厂节能中起到关键性的作用，其可应用在多项电厂工艺中。综合分析变频调速在该火电厂中的节能状态。假设火力发电厂的电能产值是300MW，整个发电的过程中需要两台引风机，功率≥2500kW；两台送风机，功率≥1600kW；两台凝结水泵，功率≥1000kW；两台电机，功率≥475kW；3台水泵，电机功率=1100kW；4台排粉风机，电机功率=850kW。火电厂运行时，所有的设备均处于最大的运行状态，实际各项设备并不需要达到最高功率即可满足火电厂的需求，此时可以通过变速调节，按照火电厂的负载分配设备的运行功率，优化设备的运行，进而实现节能降耗。
2.2 变频调速在风机中的节能应用
变频调速在火电厂风机中表现出明显的节能效益。该火电厂选择了无静压风机，风机运行时的流量，与转速保持正比变化的规律，同时和运行功率存在比例关系，为变频调速的应用提供可靠的条件。例如：该火电厂在风机运行中使用变速调节器，利用变速调节的原理，提升风机运行的节能水平，变频调速器的应用，需要改造火电厂的风机运行，当变频调速器投入到风机运行过程中时，如果火电厂需要风机提供原有能耗的50%，表明风机需要节约50%的能耗。可以调整风机的能量，根据能耗与能量的关系，风机能量调到原来的80%，就能供应相关的能耗，体现变频调速器在风机中的节能降耗，而且变频调速器的节能改造较为便捷，不会对火电厂的运行造成任何影响。
变频调速在电厂中的应用，基本能够根据能源的实际需求规划能耗，合理分配能耗与额定能耗，不需要长期维持额定能耗的工作状态，以电厂的实际能量为主，由此体现变频调速对额定能耗的调节作用，很容易在电厂中实现节能运行。
2.3 变频调速在泵机中的节能应用
变频调速在泵机中的节能不同于风机，因为泵机本身受到静压值的影响，需要根据泵机的节能标准，实行高压与高频的控制，所以应该按照泵机的实际设计节能方案，落实变频调速的应用，进而达到节能的目标。按照变频调速的节能原理，实行泵机的节能改造。变频调速在泵机中的节能依据是：
n1=60f1/p
n=n1（1-s）-60f1（1-s）/p
式中：f1为定子频率；p为磁极对数；s为转差率。
以此为基础，设计变频调速在泵机中的节能方案。首先隔离变压器，结合泵机中的电阻运行，完成高压分割部分，促使变频调速在泵机中具有节能的保障，以免节能设计中出现矛盾；然后在变频调速的作用下，对泵机的器件进行优化处理，最主要的是实现整流与叠加，维持泵机中的高压运行方式，变频调速的过程中会将高压补给到泵机运行中，提高泵机的工作效率，规避潜在的能源浪费；最后结合该电厂泵机运行评价变频调速的节能应用，强化泵机系统的可靠性，优化变频调速的应用。该火电厂将变频调速应用到泵机运行中，相比前期能耗降低了30%，体现变频调速在泵机中的节能作用。
3 变频调速在电厂节能中的效益
变频调速是电厂节能中不可缺少的部分，现代电厂运行的过程中，积极推行变频调速节能方式，最大程度地发挥变频调速的节能效益。根据变频调速的应用，分析其在电厂中的节能效益。
3.1 节能效益
节能效益是指电厂在变频调速的作用下降低了能源消耗量，合理地控制各项设备的能源消耗，防止电厂设备始终保持额定的运行状态。我国80%的电厂中实施了变频调速节能，有效控制电厂机组的能源消耗，据统计，变频调速状态下的电厂运行，节能消耗高达72.3%，节电量达到31.3万kWh，积极推进变频调速在电厂节能中的应用，改善电厂节能运行的效益状态。
3.2 经济效益
经济效益是指电厂节能中的成本控制，变频调速直接降低电厂运行中的能耗，间接减少了电厂运行中的成本投入，尤其是电能成本。普通电厂经过变频调速节能应用后，电费节约达16.5万，而且保护了电厂的运行设备，节约了设备更新方面的成本费用，促使变频调速在电厂中显示出高效的经济效益。
4 结语
我国电厂运行中的能耗居高不下，需积极执行节能降耗的途径，促使电厂运行达到节能的标准。近几年，变频调速在电厂节能中占有很大的影响比重，越来越多的电厂注重变频调速的应用，通过变频调速控制电厂运行过程，全面推进节能工作的进行，体现变频调速在电厂节能中的应用效益，进而完善电厂的节能运行。
参考文献
[1] 李林.变频调速在电厂节能中的应用[J].资源节约与环保，2013，（8）.
[2] 贺俊.变频调速在电厂节能中的应用[J].露天采矿技术，2014，（8）.
[3] 闫逢吉.浅谈变频调速在电厂节能中的应用[J].能源与节能，2012，（2）.
变频水泵调速与节能技术研究 第4篇
1 水泵变频调速运行的节能原理
变频调速的基本原理是根据交流电动机工作原理中的转速关系:
式中:f——水泵电机的电源频率 (Hz) ;
p——电机的极对数;
由上式可知, 均匀改变电动机定子绕组的电源频率f, 就可以平滑地改变电动机的同步转速。电动机转速变慢, 轴功率就相应减少, 电动机输入功率也随之减少。这就是水泵变频调速的节能作用。
2 影响变频调速范围的因素
水泵调速一般是减速问题。当采用变频调速时, 原来按工频状态设计的泵与电机的运行参数均发生了较大的变化, 另外如管路特性曲线、与调速泵并列运行的定速泵等因素, 都会对调速的范围产生一定影响。超范围调速则难以实现节能的目的。因此, 变频调速不可能无限制调速。一般认为, 变频调速不宜低于额定转速50%, 最好处于75%~100%, 并应结合实际经计算确定。
2.1 水泵工艺特点对调速范围的影响
理论上, 水泵调速高效区为通过工频高效区左右端点的两条相似工况抛物线的中间区域OA1A2 (见图1) 。实际上, 当水泵转速过小时, 泵的效率将急剧下降, 受此影响, 水泵调速高效区萎缩为PA1A2 (显然, 若运行工况点已超出该区域, 则不宜采用调速来节能了。) 图中H0B为管路特性曲线, 则CB段成为调速运行的高效区间。为简化计算, 认为C点位于曲线OA1上, 因此, C点和A1点的效率在理论上是相等的。C点就成为最小转速时水泵性能曲线
高效区的左端。
因此, 最小转速可这样求得:
由于C点和A1点工况相似, 根据比例律有:
C点在曲线H=H0+S·Q2上有:
其中, HC、QC为未知数, 解方程得:
根据比例律有:nmin=n0×[H0/ (H1-S·Q12) ]1/2
2.2 定速泵对调速范围的影响
实践中, 供水系统往往是多台水泵并联供水。由于投资昂贵, 不可能将所有水泵全部调速, 所以一般采用调速泵、定速泵混合供水。在这样的系统中, 应注意确保调速泵与定速泵都能在高效段运行, 并实现系统最优。此时, 定速泵就对与之并列运行的调速泵的调速范围产生了较大的影响。主要分以下两种情况:
2.2.1 同型号水泵一调一定并列运行时, 虽然调度灵活, 但由
于无法兼顾调速泵与定速泵的高效工作段, 因此, 此种情况下调速运行的范围是很小的。
2.2.2 不同型号水泵一调一定并列运行时, 若能达到调速泵在
额定转速时高效段右端点扬程与定速泵高效段左端点扬程相等。则可实现最大范围的调速运行。但此时调速泵与定速泵绝对不允许互换后并列运行。
2.3 电机效率对调速范围的影响
在工况相似的情况下, 一般有N∝n3, 因此随着转速的下降, 轴功率会急剧下降, 但若电机输出功率过度偏移额定功率或者工作频率过度偏移工频, 都会使电机效率下降过快, 最终都影响到整个水泵机组的效率。而且自冷电机连续低速运转时, 也会因风量不足影响散热, 威胁电机安全运行。
3 管路特性曲线对调速节能效果的影响
虽然改变水泵性能曲线是水泵节能的主要方式, 但是在不同的管路特性曲线中, 调速节能效果的差别却是十分明显的。为了直观起见, 这里采用图2说明。在设计工况相同的3个供水系统里 (即最大设计工况点均为A点, 均需把流量调为QB) , 水泵型号相同, 但管路特性曲线却不相同, 分别为:
很显然, 若采用关阀调节, 则3个系统满足流量QB的工况点均为B点, 对应的轴功率为NB;若采用调速运行, 则3个系统满足流量QB的工况点分别为C, D, E点, 其对应的运行转速分别为n1, n2, n3, 相应的轴功率分别为NC, ND, NE。由于N∝Q·H, 所以各点轴功率满足NB>NC>ND>NE。
可见, 在管路特性曲线为H=H0+S·Q2的系统中采用调速节能时, H0越小, 节能效果越好。反之, 当H0大到一定程度时, 受电机效率下降和调速系统本身效率的影响, 采用变频调速可能不节能甚至反而增加能源浪费。
4 两种调速供水方式节能效果比较
在供水系统中, 变频调速一般采用以下2种供水方式:变频恒压变流量供水和变频变压变流量供水。其中, 前者应用得更广泛, 而后者技术上更为合理, 虽然实施难度更大, 但代表着水泵变频调速节能技术的发展方向。
4.1 变频恒压 (变流量) 供水
所谓恒压供水方式, 就是针对离心泵“流量大时扬程低, 流量小时扬程高”的特性, 通过自控变频系统, 无论流量如何变化, 都使水泵运行扬程保持不变, 即等于设计扬程。若采用关阀调节, 当流量由Q2→Q1时, 则工况点由A1变为A2, 浪费扬程△H=H1-H3=△H1+△H2。若采用变频恒压供水, 则自动将转速调至n1, 工况点处于B1点 (参见图3) 。由于变频调速是无级变速, 可以实现流量的连续调节, 所以, 恒压供水工况点始终处于直线H=H2上, 在控制方式上, 只需在水泵出口设定一个压力控制值, 比较简单易行。显然, 恒压供水节约了△H1, 而没有考虑△H2。因此, 它不是最经济的供水调节方式, 尤其在管路阻力大, 管路特性曲线陡曲的情况下, △H2所占的比重更大, 其局限性就显而易见。
4.2 变频变压 (交流量) 供水
变压供水方式控制原理和恒压供水相同, 只是压力设置不同。但变压供水本质上也是一种恒压, 不过将水泵出口压力恒定变成了控制点压力恒定, 它一般有2种形式:
4.2.1 由流量Q确定水泵扬程。
流量计将测得的水泵流量Q反馈给控制器, 控制器根据H=H0+S·Q2确定水泵扬程H, 通过调速使H沿设计管路特性曲线移动。
但在生产实践中情况比较复杂。对于单条管路输水系统, 是可以得到与之对应的一条管路特性曲线的。而在市政供水管网中, 则很难得到一条确定的管路特性曲线。在实践中, 只能根据管网实际运行情况, 通过尽时能接近实际的假设, 计算出近似的管路特性曲线。
4.2.2 由最不利点压力Hm确定水泵扬程。
即需在管网最不利点设置压力远传设备, 并向控制室传回信号, 控制器据此使水泵按满足最不利点压力所需要的扬程运行、由于管网最不利点往往距离泵站较远, 远传信号显得不太方便, 而且, 在市政供水系统中, 由于管网的调整, 用水状况的变化等随机因素的影响, 都会使实际最不利点和设计最不利点发生一些偏差, 给变压供水的实施带来困难。
5 水泵变频调速应用的注意事项
水泵调速一般是减速问题。当采用变频调速时, 原来按工频状态设计的泵与电机的运行参数均发生了较大的变化, 另外如管路特性曲线、与调速泵并列运行的定速泵等因素, 都会对调速的范围产生一定影响。超范围调速则难以实现节能的目的。因此, 变频调速不可能无限制调速。一般认为, 变频调速不宜低于额定转速50%, 最好处于75%~100%, 并应结合实际经计算确定。
5.1 水泵工艺特点对调速范围的影响
理论上, 水泵调速高效区为通过工频高效区左右端点的两条相似工况抛物线的中间区域。实际上, 当水泵转速过小时, 泵的效率将急剧下降, 受此影响, 水泵调速高效区萎缩, 若运行工况点已超出该区域, 则不宜采用调速来节能了。
5.2 定速泵对调速范围的影响
实践中, 供水系统往往是多台水泵并联供水。由于投资昂贵, 不可能将所有水泵全部调速, 所以一般采用调速泵、定速泵混合供水。在这样的系统中, 应注意确保调速泵与定速泵都能在高效段运行, 并实现系统最优。此时, 定速泵就对与之并列运行的调速泵的调速范围产生了较大的影响。主要分以下两种情况:
5.2.1 同型号水泵。
一调一定并列运行时, 虽然调度灵活, 但由于无法兼顾调速泵与定速泵的高效工作段, 因此, 此种情况下调速运行的范围是很小的。
5.2.2 不同型号水泵。
一调一定并列运行时, 若能达到调速泵在额定转速时高效段右端点扬程与定速泵高效段左端点扬程相等。则可实现最大范围的调速运行。但此时调速泵与定速泵绝对不允许互换后并列运行。、
变频调速是一种应用广泛的水泵节能技术, 但却具有较为严格的适用条件, 不可能简单地应用于任何供水系统, 具体采取何种节能措施, 应结合实际情况区别对待。
变频调速适用于流量不稳定, 变化频繁且幅度较大, 经常流量明显偏小以及管路损失占总扬程比例较大的供水系统。
变频调速个适用于流量较稳定, 工况点单一以及静扬程占总扬程比例较大的供水系统。
变频变压供水优于变频恒压供水。
参考文献
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[3]孙洪海.恒压供水技术研究[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学, 2003.
[4]左行涛.并联水泵变频调速特性分析及在管路中的应用研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学, 2006.
[5]丁周伟.泵站恒压供水系统的设计与实现[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学, 2006.
调速节能 第5篇
关键词：变频调速 节能减排 风机 水泵
1 概述
在企业，风机、水泵是其不可缺少的运转设备，其电能消耗和以往节流调节方式的能量损失，是构成企业生产成本的重要部分。随着市场经济的不断发展，在全球范围内人们的环保意识逐渐增强，节能减排成为企业获得经济效益、社会效益、环境效益的必经之路。
随着工业生产自动化的发展要求，变频调速技术得到了广泛的应用，凭借自身良好的调速性能，以及高效可靠的节电效果，现有设备的运行工况在一定程度上明显改善，系统的安全性、可靠性进一步得到提高，同时设备的利用率也大大提升，对于电机及其拖动负载来说，根据生产工艺的要求，通过调整转速输出，电机能耗明显降低，在一定程度上确保了生产系统运行的高效性。
通常在企业中所应用的风机与水泵，其运行工况的调节，根据系统需求，调整和控制节流设备（风门、挡板、闸阀、截止阀、回流阀等）的流量、压力，通过节流损失的方式对部分能量进行消耗。在生产过程中，一方面限制了控制精度，另一方面浪费了大量的能源，损耗了机械设备，从而导致生产成本居高不下。
对于风机、水泵等设备来说，一般情况下通过异步电动机对其进行驱动，该驱动方式的特点是：启动电流大、机械冲击强、电气保护特性差。当负载发生机械故障时，动作保护不及时，进而在一定程度上产生设备和电机同时损坏的现象。
随着近年来企业对变频调速技术的应用，其易操作、免维护、控制精度高、可实现运程操控的优点，逐步取代了以往的系统控制方式。
变频调速是根据电动机转速与工作电源输出频率成正比的关系而工作的。即：
n=60f（1-s）p
n——电动机转速
f——电源输出频率
s——电动机转差率
p——电动机磁极对数
通过改变频率f来改变电动机的转速。
根据流体力学可知，风机与水泵其转速n与流量Q、压力H、轴功率符合下列关系：①流量与转速成正比；②扬程、压力与转速的平方成正比；③轴功率与转速的立方成正比。
2 在现场控制中，对两种控制方式進行对比（以水泵为例）
定速运行，通过出口阀对流量进行控制。当流量Q1减小50%至Q2时，阀门开度减小，管网阻力发生改变，在节流作用下，压力由H1升高到H2，水泵轴功率实际值与额定值相比降低不大；（依据公式）
P=Q·H/（ηc·ηb）
P——功率
Q——流量
H——压力
ηc——水泵效率
ηb——传动装置效率
通过调速手段对水泵的转速n进行改变时，当流量从Q1减小50%至Q2时，管网阻力特性保持不变，水泵运行更加科学合理。在阀门全开，只有管网阻力时，能耗必然会降低。另外，在调节阀门的过程中，系统压力必然升高，进而在一定程度上威胁和破坏了管路和阀门的密封性能，而调节转速时，随泵转速的降低系统压力将降低，因此不会影响系统正常运行。将水泵的流量需求从100%将至50%时，将转速调节改为阀门调节，节能率在75%以上，风机等流体机械也同样如此。
举例如下：
根据公式p/p0=（n/n0）3
P为转速n时的功率
p0为转速n0时的功率
例如，一台22kw的鼓风机，运行18小时，在90%负荷下每天运行10小时（频率按46Hz计算，挡板调节时电机功耗按98%计），在50%负荷运行8小时（频率按20Hz计算，挡板调节时电机功耗按70%计），全年运行时间300天；
则变频调速每年节电量：
W1=22*10*[1-（46/50）3]*300=14607kwh
W2=22*8*[1-（20/50）3]*300=49420kwh
Wb=W1+W2=14607+49420=64027kwh
挡板开度时每年节电量：
W1=22*（1-98%）*10*300=1320kwh
W2=22*（1-70%）*8*300=15840kwh
Wd=W1+W2=1320+15840=17160kwh
相比较节电量为W=WbWd=64027-17160=46867kwh
节电效益十分明显。
3 结束语
实践证明，变频调速应用于风机、泵类等流体设备，进行相应的驱动控制，节电效果非常明显，是一种理想的工况控制方式，其直接和间接效益极其显著，应用前景十分广泛。
参考文献：
[1]叶的旺.变频调速技术在矿山空气压缩机中的应用[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2009（03）.
[2]郭敏，杨哲，姜超.变频调速电机在聚丙烯酰胺生产中的节能分析[J].价值工程，2012（04）.
[3]黄立军.变频调速技术在风机上应用的节能效果分析[J].江西能源，2006（12）.
变频调速节能在乳品工厂的应用 第6篇
1 变频调速的基本原理
1.1 变频技术:
目前使用的变频器采用VVVF技术, 即可变电压可变频率, 将380V、50Hz的交流电通过可控硅整流转变成为直流电, 然后再通过逆变变成不同电压、不同频率的交流电。
1.2 电动机转速:
交流异步电动机转子转速n用公式表示为, 这里的f为电源频率, p为电动机极对数, s为异步电动机转差率。由该式可知, 一台已有的电动机, 其极对数p已定, 转差率s与负载变化有关, 但变化不大, 因此只有通过改变电动机供电频率f, 才能大范围的改变电动机的转速n, 频率范围调节控制在0~50Hz, 保证变频器工作在恒转矩方式, 使电动机出力不变。
2 变频自动控制装置的使用
原有系统改造:将喷粉干燥塔的进风和排风电机安装了ABB公司生产的S400系列变频器, 拆除原有风门档板装置, 采集干燥塔内温度信号控制进风电机转速, 采集干燥塔内的压力信号控制排风电机转速。改造后, 在工作负荷变化的时候, 可通过自控控制, 实现进风和排风电机转速的自动调节, 达到节能的效果。
对供水系统, 取消了阀门控制水量装置, 安装变频器和相关电控元件, 由压力传感器采集管道压力, 与变频器设定的压力值对比, 采用闭环PID负反馈调节方式, 当用水量增大, 管道压力降低时, 控制系统调节变频器增加频率来增加泵的转速, 反之降低转速。通过调整电机的转速达到恒压供水和节能的目的。
3 经济效益
3.1 工厂的干燥塔与给水系统改造后经过4年多的运行证明, 运用变频调速系统实现节能效果明显。
变频调速装置总投资10.7万元, 由上表节能统计, 不到1年即可收回投资, 运行10年, 节约可用电160万度, 为国家节约大量的能源, 经济效益十分可观。
3.2 喷粉干燥塔的进风和排风无级调节, 保证了奶粉生产质量;
恒压供水系统中, 消除了水压波动对生产的影响。
3.3 速度降低减轻了风机和水泵的磨损, 延长设备的使用寿命。
3.4 实现电机的软启动, 通电后频率由0Hz
开始增加, 电机转速和电流也逐渐增加, 减少了以往直接或降压启动对电机和电网电压的冲击。
3.5 实现了自动控制, 在无人值守的情况下也能可靠工作, 减轻了工人劳动强度。
综上所述, 变频调速装置在乳品工厂中的应用, 可带来节电、自控控制、减少机械磨损等诸多优势, 项目的投资少、收益快, 是各大、中型企业节能改造中不可少的方式, 在能源高度紧张的时代, 该项目的实施必定能带来一定的经济效果和社会效益, 值得普遍推广。
参考文献
[1]张承慧.交流电机变频调速及其应用[M].北京:机械工业出版社.
[2]王孝俭.变频调速技术[M].北京:中国劳动社会保障出版社.
交流变频调速的节能效果及估算 第7篇
随着电力电子技术和计算机技术的不断发展,交流电动机的调速难题已经基本解决,特别是20世纪80年代以后,大功率晶体管模块的容量已达1 200 V,400 A,体积小、信息大、价格低的微处理器被广泛应用到变频调速装置中,晶体管正弦波PWM控制的VVVF型变频器的容量已达800 kV·A,它们运行方便、性能稳定,对普通感应式交流电动机可以进行高效率的无级变频调速。
目前,我国工业用电量70%左右的各种交流电机拖动的机械负载,特别是大量使用的风机、泵类、压缩机、空调系统,大多数负载都是靠简单地调节风门、闸阀来改变流量、温度等参数,使得电能被大量的浪费。如果采用变频调速来改变电机的转速,可以实现气流和流量等参数最优化控制,所以大力推广和使用变频调速技术已势在必行。
2 调速与节能的关系
2.1 通风机负载特性
工业上大量使用的风机、泵类、压缩机、空调系统等负载均属于通风机类负载。由电机学可知,通风机负载的转矩与转速大小有关,基本上与转速的平方成正比,即:
式中:k为比例常数。
通风机类负载特性曲线如图1所示。
根据电动机的功率与转矩和转速之间的关系,得出功率与转矩和转速之间的关系,其功率关系式如下:
式中:k1为比例常数,k1=k/9.55。
对于这一类负载,如果在额定转速时需要100%的额定功率,则在50%额定转速情况下,只需要消耗(1/2)3 = 1/8的额定功率,即占额定功率的12.5%。由于所消耗的电能为
电能=功率×时间
可见通过改变电动机的转速,随着转速的下降,其电功率明显下降,节约电能效果十分明显。
2.2 通风机负载控制气流的方法及特性
对于通风机负载控制气流来说,一般主要有2种方法:一种方法是在电动机转速不变的情况下由阀门或风挡调节实行控制;另一种方法是控制所传动的电动机的转速,即转速控制。目前,工业上最常用的是前一种控制方式。
1)所谓风挡控制,是依靠增加或减小管道的阻力来控制气流,即调节风挡来调控阻力。其特性曲线如图2所示,横坐标为管道气流Q,纵坐标为管内压力H。
假设转速为n1时,管道阻力为R1,气流为Q1,如果调节风挡使管道阻力增加到R2,则气流将减少到Q2,而压力将由H1增加到H2,这样,电机轴上输出功率的减少并不象气流减少的那么明显,功率几乎没有变化。
2)所谓转速控制,是依靠频率调节装置——变频器来控制电机供电电源的频率,即控制电机的转速来改变气流的大小,其特性曲线如图3所示。
由于管道风挡全部打开,所以管道阻力为不变的常数R1,当电机转速为n1时,气流为Q1,如果电机的转速从n1下降到n2时,气流也将下降到Q2,而压力将由H1下降为H3。可见,电机轴上输出功率的减少随着气流的减少将明显降低。
3)如果把风挡控制与转速控制的2个特性曲线叠加起来,得到一个对比特性曲线如图4所示。
在风挡控制场合中,管道的阻力从R1增大到R2来减少流量大小,其压力将从H1增加到H2,这样电机轴上功率仅仅从面积0Q1A1H1减少到面积0Q2A2H2,面积几乎相等,即轴上输出功率基本为恒定常数。
另一方面,在转速控制场合中,在管道阻力R1恒定不变的情况下,电机转速由n1减小到n2,所得到气流流量为Q2、压力为H3,这时,轴上所用功率相当于面积0Q2A3H3,即意味着转速控制比用风挡控制多节省面积为H3A3A2H2的功率(也就是节电量),见图4中的阴影部分。
可见,风挡控制所消耗的功率,随着气流流量的减少,略微减少;而转速控制所消耗的功率,随着流量的减少将明显降低,即功率正比于转速的立方减少。因此,转速控制具有很大的节能效果,消耗功率P与流量Q大小的特性曲线见图5。
3 节能效果的计算和图示方法
3.1 计算法
例如,油田采油厂大量使用输油泵输送原油。为了把各个油井抽上的原油集中到贮油罐中加工处理,需要大量使用输油泵,由于每天开采的原油数量基本上是一定的,所以必须保证输油泵不至于把油管抽干而烧毁输油泵等事故,一般通过调节输油泵的出口阀门控制油管的流量为恒值,如2.5 m3/min。如果采用变频器来调速,并把阀门全打开的条件下,保持流量恒定不变,而此时变频器的运行频率仅为35 Hz。各种相关参数如下:
1)设备的具体参数。电动机:Pe=55 kW,Ue=380 V,fe=50 Hz,n=1 470 r/min;变频器:FRVO55P5-4,Pe=84 kV·A,Ue=380 V;价值45 800.00 元;输油泵为离心式。
2)阀门控制的电费计算。运行小时数24 h/d;天数365 d/a;电价0.25 元/kW·h;每年电费为55×24×365×0.25 = 120 450.00(元)。
3)转速控制的电费。运行频率由工频50 Hz降到35 Hz;转速改变比值为35/50=0.7;电动机轴上输出功率为Pe×Q=Pe×0.73=0.343Pe,考虑到变频器输出对电动机输出效率的影响以及电机由于转速下降其冷却效果下降等因素,电动机实际功耗比此要大些,故取0.6Pe,这样每年电费为0.6×55×24×365×0.25=72 270.00(元)。
4)节电费与投资偿还期限。每年节省电费为120 450.00-72 270.00=48 180.00(元);变频器价值45 800.00元。设备投资偿还年数=45 800.00/48 180.00=0.95(a)
即需要11.5个月节约的电费就可偿还投资资金成本。
3.2 图形法
为了方便企业测算,更简单地计算节能效果情况,对于通风机类负载的节能效果可以利用图6能效关系曲线和图7电费与偿还关系图进行粗略计算出来以上的各种数据。图7是根据富士变频器的价格作依据参照绘出。
例如:石油化工行业污水处理上的循环水系统。由于储水池贮水能力有限,必须使循环水的流量保持恒定不变,而水泵一年到头始终在额定输出负载下运行,通过控制出水阀门限制流量的大小。若采用变频器调速运行,实际流量保持在60%(相对阀门全打开时流量)情况下运行,那么各种相关参数如下:
1)设备的具体参数。电动机:Pe=75 kW,Ue=380 V, fe=50 Hz, n=1 470 r/min; 变频器:FRN075P5-4,Pe=104 kV·A,Ue=380 V,价值65 500.00元;运行时间8 000 h/a;电价0.15元/kW·h。
2)节省的电机功率。由图6a横轴上找出实际流量相对于阀门或风挡全开时流量的比值60%,查出所对应的节能比为38%;再由图6b找出其对应的节省功率为28.5 kW。
3)所节省的电费。由图6c找出8 000 h/a所对应的节省电能为2.3×105 kW·h;由图6d查出电价为0.15元/kW·h所对应的电费总额为35 000.00元电费。
4)投资偿还期。根据节省电费的总额以及所使用的变频器的千瓦数,查图7得出偿还年数为1.9 a,即需要1年零11个月节约的电费就可全部收回投资成本。
4 结束语
1)在大量的通风机类负载中,通过进行广泛地实际运行试验,已经证明了采用变频器调速节电率一般都在30%～60%之间,特别是应用于大容量的风机和水泵负载,节能效果更加明显,见图6b。
2)节能的经济效益十分显著。经过对许多实际应用的实例进行现场测试及长期运行监测,采用的变频调速器如果使用平价工业用电,其投资设备的费用2 a内即可收回全部投资成本,若使用议价用电,运行1 a即可收回投资成本。
3)由于目前国内部分地区对工厂实行限量供电,通风机类负载采用变频调速选择最佳的运行转速,进行节能运行,对于缓和能源的紧张状况,创造最佳的能源效益,具有重大的现实意义。
参考文献
[1]顾绳谷.电机及拖动基础[M].北京:机械工业出版社,1982.
[2]刘竟成.交流调速系统[M].上海:上海交通大学出版社,1995.
矿用通风机调速节能方式分析与改进 第8篇
1.1 转子串电阻调速的缺点
绕线式异步电动机的速度调节, 通常是在转子回路中串接附加电阻, 从而改变其转差率以达到调速的目的。该方法简单方便, 但却存在一些问题:调速范围不平滑, 是有级调速;低速时转速波动大;转子电阻及其开关设备体积大, 属于有触点控制, 带电流切换电阻时故障率高;转差功率均消耗在附加电阻上, 电动机运行能耗大, 效率低, 很不经济。
1.2 串级调速的不足
串级调速采用有源逆变的原理, 用一套有源逆变设备代替转子电阻及相应的开关设备, 把原来消耗在附加电阻上的功率发送到电网, 用改变逆变角的方法来改变转速。这种方法虽然提高了效率, 节省了部分电能, 但系统设备复杂, 投资大。
2 改进后的转子斩波调速方式分析
转子斩波调速方式是笔者参考有关理论[1]提出的方案。
2.1 斩波调速主电路的构成
斩波调速主电路图如图1所示。图1中, M是被调速的交流电动机;VD1—VD6构成转子整流桥;R2是调速电阻;VT1是主晶闸管元件用作斩波开关;VT1, VT2, VT3、辅助电容C和整流桥VD7—VD12构成并联型斩波开关电路;L1, L2是限流电感;LG是平波电抗器, T是电源变压器。
2.2 并联型斩波开关电路的工作原理
从主电路中取出斩波电路部分, 见图2。图2中的Ud相当于主电路的转子整流电压, 辅助电源U2相当于主电路中电源变压器次级电压经VD7—VD12整流后的直流电压, 是为使主晶闸管VT1在需要关断时正常换流而设。
该电路的工作原理:触发导通VT1, VT3, 电阻R2被VT1短接, 同时, 电容C开始充电直至U2, 极性是上负下正, 将VT3关断。VT1导通一段时间ton后, 给VT2加触发脉冲, 因VT2承受着电容C上的正向电压, VT2被触发导通, 于是电容C对VT1反向放电, 使VT1关断, 电阻R2被接入主电路, 接入的时间为VT1关断时间toff。VT1关断后, 电容C继续放电, 并反向充电到Ud, 其极性是上正下负, 为再次触发导通VT1, VT3提供条件。以上过程按一定的周期重复进行。
2.3 斩波调速主电路的工作原理
从以上斩波开关电路的工作原理分析可知, 斩波电路相当于一个功率开关, 主要起导通、关断VT1的作用。当斩波电路导通时, R2被VT1短接, 接到AB两端的等效电阻为0;当斩波电路断开时, 接到AB两端的等效电阻为R2;若斩波电路按一定的周期不断地接通和断开, 则AB两端的等效电阻就在0和R2之间变化, 相当于在转子回路接入了一个变化的电阻, 从而达到调速的目的。在调速过程中, 为避免转子的整流电流发生突变, 在电路中接入平波电抗器LG, 使转子的整流电流变化平滑, 从而避免了在调速过程中电动机出现抖动现象。
假设斩波电路的导通时间为ton, 断开时间为toff, 则通断周期T=ton+toff, 且恒定不变。转子的等效电阻RAB=R2ton/T, 令Kx=ton/T, 则RAB=R2Kx, Kx为斩波电路的工作率。
由此可见, 该斩波调速方式实质上为转子无级串电阻调速, 只要改变斩波电路的工作率, 就可以改变转子的等效电阻。通常用脉宽调制的方法来实现。如果能用具有自关断能力的电力半导体器件GTO, GTR构成斩波电路, 其主电路还可大大简化。
2.4 节能效益分析
2.4.1 电动机的输出功率分析
矿用通风机是变转矩负载, 其转矩与转速平方成正比, 其功率与转速的三次方成正比。在额定转速nN下, 电动机轴上的输出机械功率为PN, 则在转速为n时, 输出机械功率P2的标幺值为
如认为电动机的额定转速近似同步转速, 则额定转差率SN≈0, 式 (1) 成为
2.4.2 节能分析
如果忽略电动机本身损耗, 则输入功率近似为输出功率, 调速前轴上的输入功率近似为额定功率PN;调速后电动机输出功率为P2, 相应的输入功率为
ΔP*=
根据式 (2) — (3) , 列出电动机在不同负载时的节能效益, 见表1。
从表1中可以看出, 当转速从额定转速nN降到0.8 nN时, ΔP*=0.36, 节能0.36PN, 并且随着转速降低, 节能效果更加明显。
3 结语
绕线式异步电动机采用转子斩波调速方式, 是利用晶闸管组成的斩波电路对转子电阻进行连续的无触点调节, 是绕线式异步电动机调速方案中一种初期投资少、结构简单、运行可靠、功率因素高的调速方案, 在采用绕线式异步电动机拖动的通风机以及水泵系统中, 推广该种调速方案, 对于节约电能有一定参考价值。
参考文献
调速节能 第9篇
燕山石化公司水气中心目前全部设备1860台, 主要以水泵和风机居多;部分水泵通过节流阀门或挡板调节, 损失大, 效率低;阀门调节磨损或变形严重, 导致系统故障率高, 维护成本高。通过新技术的应用, 实现降低生产运行成本和提高设备使用效率。
1 山口4#泵改造前的设备运行情况
山口泵站是中间泵站, 共有4台水泵, 并联设计, 该泵站的作用是将周口泵站的水输送到胜利泵站。
四台水泵参数如表1。
山口泵站的运行报告显示实际工作参数如表2。
2山口泵站4#泵工作点与功率分析
A点是永磁调速技术改造前水泵的操作点, 阀门必须调节增加管道阻力后使水泵运转在A, A-1 (800m3/) , A-2 (1 000m3/h) 之间。
B点是永磁调速技术改造后水泵的操作点, 阀门全开水泵转速调低至1 350rpm使水泵运转在1 100m3/h的流量。
A点功率需求= (792x90) / (366x0.7) =278.2kW (因阀门调节, 水泵效率降低为70%) 。
A-2点功率需求= (1 000x80) / (366x0.75) =291.4kW (因阀门调节, 水泵泵效率降低为75%) 。
B点功率需求= (1100x60) / (366x0.8) =225.4kW (因阀门全开, 水泵效率升高为80%) 。
所以, 永磁调速技术改造后水泵的流量可以放大到1100m3/h同時可以降低功率损耗。采用变速调节流量的情况下, 不再产生关阀所产生的阻力, 在出口压力不变的情况下, 扬程下降会使流量增大。
3 节能效果分析
山口泵站到胜利泵站的落差为60m, 需要用水量长期在每小时800m3左右, 最大水量每小时1 000m3。由于永磁调速技术采用改变水泵转速调节水量, 泵工作曲线与永磁调速器工作曲线叠加使泵的效率得到大幅度提高。
从每月的运行记录中摘取其中一天的运行情况进行数据分析。忽略极端最大和最小流量工况, 分别选取实际工作中小时流量为536m3、605m3、673m3三种工况, 按照运行状态时间比例为30%、40%、30%进行分析计算。
由此计算出节能效果如表4。
每年节能费用合计为30.3万元人民币。
4 结论
永磁调速技术是一项突破性新技术, 是专门针对风机、泵类离心负载调速节能的适用技术。它具有高效节能、高可靠性、无刚性连接传递扭矩、可在恶劣环境下应用、极大减少整体系统振动、减少系统维护和延长系统使用寿命等特点。尤其是其不产生高次谐波且低速下不造成电机发热的优良调速特性更使其成为风机及泵类设备节能技术改造的优选设备。
参考文献
[1]赵克中.磁力驱动技术与设备[M].北京:化学工业出版社, 2003, 12.
变频调速给水技术的节能原理及应用 第10篇
变频调速给水是1种节能的给水方式,它主要是通过改变水泵的转速,达到水泵节能的目的。由于微机的飞速发展,使变频调速供水系统控制更加灵活有效,系统运行更加稳定可靠;同时它还具有占地面积小,自动化程度高,操作控制方便等特点。已被广泛应用于住宅小区、高层建筑、工矿企业、和一些生产工艺有特殊要求的生产给水系统中,具有明显的节能效果。
2 变频调速泵的节能原理及最小流量
根据离心泵的相似律、比例率QA/QB=n1/n2,HA/HB=(n1n2)2,NA/NB=(n1n2)3[1]可知,当转速n改变时,其它主要性能参数Q、H、N的变化分别为一次方、平方、立方的关系。如果水泵效率一定,当要求调节流量下降时,转速成比例关系下降,功率成立方关系下降。
当管网中的用水量由QA减小为QB时,如果水泵是定速运行,那么,水泵装置的工况点将由A点自动移至B点(图1)。此时,管网中的静压由H1增大为H2,轴功率为NA。如果水泵是变速运行,那么,水泵装置的工况点将由B点移至C点。管网中的静压仍为H1不变,轴功率为NB。
综上,水泵变速可以保持管网等压供水,节省电耗(NB
水泵的变速运行,拓宽了水泵的工作范围,但这并不意味着水泵的转速能无限制的调节。变频调速后的水泵运行工况必须满足两个条件:a)调速后的水泵必须运行在高效段;b)水泵变速前后的运行工况点相似,即变速前后的运行工况点(高效段内)在等效率曲线上(图2)。
根据离心泵的相似律、比例率,并根据图2中曲线关系得变速泵的最小流量Qmin。
低于最小流量Qmin,变速泵运行工况将不在高效段内,节能效果也达不到最佳。
3 变频调速给水机组在北京草桥小区生活给水中的应用
北京草桥小区总建筑面约12×104m2,由高层住宅、地下车库、高层公寓等组成。其中高层住宅和公寓的中高区需要二次加压供水。由于最不利点距水泵房较远,若采用管网末端恒压控制,则压力反馈系统和构造比较复杂,势必给维护检修带来不便,故北京草桥小区设计采用水泵出口恒压控制方式。
3.1 给水方案
随着生活水平的提高,居民生活用水量[2]和用水变化幅度增大,尤其是在夜间,生活用水量接近于零,因此水泵处于保压状态的小流量高扬程运行。为保证小流量时最不利点供水压力,设计采用1台小流量高扬程水泵和气压罐与变频泵联合供水的方式。
3.2 变频给水机组的组成
本设计变频调速给水机组由变频泵、工频泵、辅助小泵、隔膜式气压罐、压力传感器、安全阀、控制系统和管道附件等组成(图3)。
1辅助小泵;2变速泵;3恒速泵;4备用泵;5压力开关
3.3 变频给水设备的设计参数
设计供水量为102 m3/h,最不利点供水压力为0.8MPa,给水泵为80DL50-20×4,Q为32 m3/h~73 m3/h,H为86 m~64 m,N=30 k W,共3台,两用一备;辅助小泵:32LG6.5-15×6,1台;气压罐:Φ1 000 mm。
根据水泵性能曲线,求得在水泵高效段内,变频泵提供的最小流量Qmin=QC=30.9 m3/h。
根据气压罐定压原理,气压罐最小工作压力Pmin=0.8 MPa;最高工作压力Pmax=0.96 MPa。
3.4 变频给水设备的设计工作原理
根据居民生活用水量[2]的变化曲线(图4),在用户开始用水时,辅助小泵1在压力信号的控制下运行,在最高压力Pmax=0.96 MPa时停泵,在最低压力Pmin=0.8 MPa时开泵。随着流量的增加,辅助小泵1不能满足用水量要求,压力下降,变频泵2投入运行,在维持恒压的状态下满足用户用水量的要求,当用水量增加到变频泵2达到额定转速时还不能满足要求时,工频泵3低速启动后运行,并与变频泵2并联运行,这时达到设计最大供水量。反之,当用水量减小,变速泵2的流量也随之下降,当变频泵2的流量下降到最小值Qmin=30.9 m3/h时,工频泵3关闭,由变频泵2单独供水,当流量继续减小,最终由辅助小泵1和气压罐联合供水,辅助小泵在压力信号的控制下启停,避免了小流量时变频泵长时间低速运行。
4 变频调速给水机组运行应注意的问题
水泵变速运行的目的是为了节能[1],但是,实现变速运行的过程必须以安全为前提,在确定水泵调速范围时,应注意以下问题:a)水泵机组有自己的固有振动频率,当机组的转子调至某一转速时的振动频率,如果正好接近其固有振动频率时,水泵机组就会震动起来,不利于机组的安全运行。所以变速后的水泵机组的振动频率不能与其固有振动频率接近或重合。因此水泵机组变速幅度不宜过大,以利于水泵机组平稳运行;b)水泵机组采用变频泵和工频泵联合运行的方式。当供水量发生变化时,采用工频泵进行大水量调节,变频泵进行小水量调节。变频泵与工频泵的配置比例,应以充分发挥变频泵的流量调节范围为原则,这样能达到最佳节能效果,亦能节约变频调速给水机组的造价;c)变频调速后的水泵机组,其工况点的扬程如果等于变频泵的启动扬程,变频泵不起作用。因此,变频调速的水泵机组其变频泵和工频泵都必须在各自的高效段内运行。
5 结语
现代建筑对建筑外观的要求越来越高,在屋顶设置高位水箱必将影响建筑的立面外观效果,有的即使能设高位水箱,但因水箱设置高度不够,导致顶层给水水压不足,存在第三次加压的问题。采用变频调速给水机组供水能省去高位水箱这一中间环节,也便于集中管理;通过变频调速给水机组直接给水到用户,还能保证给水水质[2]。而在小区供水中,这一优势更加明显,同时它又是高效节能设备,所以被广泛应用于二次加压给水系统中[3]。
参考文献
[1]谷峡.水泵及水泵站[M].北京:中国建筑工业出版社,2005.
[2]上海市城乡建设和交通委员会主编.GB50015-2003建筑给水排水设计规范(2009版)[S].北京:中国计划出版社,2010.
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