变频调速技术在风机、泵类应用中的节能分析

　　1、引言　　在工生产和产物加工制造中，风机、泵类装备运用范围普遍；其电能消耗和诸如阀门、挡板相关装备的节省损失和维护、维修费用占到生产成本的7~25，是一笔不小的生产费用开支。随着经济改造的不竭深进，市场竞争的不竭加重；节能降耗已成为下降生产成本、提高产物的重要手段。　　而八十年月初成长起来的变频调速技术，正是顺应了工生产自动化成长的要求，开创了一个全新的智能机电时代。一改普通电念头只能以定速方式运行的陈旧模式，使得电念头及其拖动负载在无须任何改动的情况下即可以依照生产工艺要求调整转速输出，从而下降机电功耗到达系统高效运行的目的。　　八十年月末，该技术引进我国并获得推行。现已在电力、冶金、石油、化工、造纸、食物、纺织等多种行的机电传动装备中获得现实运用。今朝，变频调速技术已成为现代电力传动技术的一个主要成长标的目的。卓着的调速性能、显著的节电效果，改善现有装备的运行工况，提高系统的平安靠得住性和装备哄骗率，延长装备使用寿命等点随着运用领域的不竭扩年夜而获得充实的体现。　　2、综述　　凡是在工生产、产物加工制造中风机装备主要用于汽锅燃烧系统、烘关连统、冷却系统、透风系统等场所，凭据生产需要对炉膛压力、风速、风、温度等指标进行控制和调理以顺应工艺要求和运行工况。而经常使用的控制手段则是调理风门、挡板开度的年夜小来调整受控对象。这样，非论生产的需求年夜小，风机都要全速运转，而运行工况的变化则使得能以风门、挡板的节省损失消耗失落了。在生产进程中，不仅控制精度遭到限制，而且还造成年夜的能源浪费和装备消耗。从而致使生产成本增加，装备使用寿命缩短，装备维护、维修费用高居不下。　　泵类装备在生产领域一样有着广漠的运用空间，提水泵站、水池储罐给排系统、工水（油）轮回系统、热交换系统均使用离心泵、轴流泵、齿轮泵、柱塞泵等装备。而且，凭据分歧的生产需求往往采用调整阀、回流阀、截止阀等节省装备进行流、压力、水位等旌旗灯号的控制。这样，不仅造成年夜的能源浪费，管路、阀门等密封性能的破坏；还加速了泵腔、阀体的磨损和汽蚀，严重时损坏装备、影响生产、危及产物。　　风机、泵类装备大都采用异步电念头直接驱动的方式运行，存在启动电流年夜、机械冲击、电气庇护特征差等错误谬误。不仅影响装备使用寿命，而且当负载泛起机械故障时不能瞬间动作庇护装备，时常泛起泵损坏同时机电也被烧毁的现象。　　近年来，出于节能的迫切需要和对产物不竭提高的要求，加上采用变频调速器（简称变频器）易操作、免维护、控制精度高，并可以实现高功能化等特点；因而采用变频器驱动的方案起头慢慢取代风门、挡板、阀门的控制方案。　　变频调速技术的基来源根基理是凭据机电转速与工作电源输进频率成正比的关系：n=60f（1-s）／p，（式中n、f、s、p划分暗示转速、输进频率、机电转差率、机电磁极对数）；经由过程改变电念头工作电源频率到达改变机电转速的目的。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物。　　3、节能分析　　经由过程流体力学的基本定律可知：风机、泵类装备均属平方转矩负载，其转速n与流Q，压力H和轴功率P具有以下关系：Q∝n，H∝n2，P∝n3；即，流与转速成正比，压力与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。　　以一台水泵为例，它的出口压头为H0（出口压头即泵进口和管路出口的静压力差），额定转速为n0,阀门全开时的管阻特征为r0,额定工况下与之对应的压力为H1,出口流为Q1。流-转速-压力关系曲线以下图所示。　　在现场控制中，凡是采用水泵定速运行出口阀门控制流。当流从Q1减小50至Q2时，阀门开度减小使管网阻力特征由r0变为r1，系统工作点沿标的目的I由原来的A点移至B点；受其节省作用压力H1变为H2。水泵轴功率现实值（kW）可由公式：P=Q·H／（ηc·ηb）×10-3得出。其中，P、Q、H、ηc、ηb划分暗示功率、流、压力、水泵效率、传动装配效率，直接传动为1。假设总效率（ηc·ηb）为1，则水泵由A点移至B点工作时，机电节省的功耗为AQ1OH1和BQ2OH2的面积差。若是采用调速手段改变水泵的转速n，当流从Q1减小50至Q2时，那末管网阻力特征为统一曲线r0，系统工作点将沿标的目的II由原来的A点移至C点，水泵的运行也更趋合理。在阀门全开，只有管网阻力的情况下，系统知足现场的流要求，能耗势必下降。此时，机电节省的功耗为AQ1OH1和CQ2OH3的面积差。比力采用阀门开度调理和水泵转速控制，显然使用水泵转速控制更为有用合理，具有显著的节能效果。　　另外，从图中还可以看出：阀门调理时将使系统压力H升高，这将对管路和阀门的密封性能形成威胁和破坏；而转速调理时，系统压力H将随泵转速n的下降而下降，是以不会对系统发生不良影响。　　从上面的比力不可贵出：当现场对水泵流的需求从100降至50时，采用转速调理将比原来的阀门调理节省BCH3H2所对应的功率年夜小，节能率在75以上。与此相类似的，若是采用变频调速技术改变泵类、风机类装备转速来控制现场压力、温度、水位等其它进程控制参，一样可以依据系统控制特征绘制出关系曲线得出上述的比力成效。亦即，采用变频调速技术改变机电转速的方式，要比采用阀门、挡板调理更为节能经济，装备运行工况也将获得较着改善。　　4、节能计较　　对于风机、泵类装备采用变频调速后的节能效果，凡是采用以下两种方式进行计较：　　1、凭据已知风机、泵类在分歧控制方式下的流－负载关系曲线和现场运行的负荷变化情况进行计较。　　以一台IS150-125-400型离心泵为例，额定流200.16m3/h，扬程50m；配备Y225M-4型电念头，额定功率45kW。泵在阀门调理和转速调理时的流－负载曲线以下图示。凭据运行要求，水泵接连24小时运行，其中天天11小时运行在90负荷，13小时运行在50负荷；全年运行时间在300天。　　则每一年的节电为：W1=45×11×（100－69）×300=46035kW·h　　W2=45×13×（95－20）×300=131625kW·h　　W=W1＋W2=46035＋131625=177660kW·h　　每度电按0.5元计较，则每一年可勤俭电费8.883万元。　　2、凭据风机、泵类平方转矩负载关系式：P/P0=（n/n0）3计较，式中为P0额定转速n0时的功率；P为转速n时的功率。　　以一台工汽锅使用的22kW鼓风机为例。运行工况仍以24小时接连运行，其中天天11小时运行在90负荷（频率按46Hz计较,挡板调理时机电功耗按98计较），13小时运行在50负荷（频率按20Hz计较，挡板调理时机电功耗按70计较）；全年运行时间在300天为计较依据。　　则变频调速时每一年的节电为：W1=22×11×[1－（46/50）3]×300=16067kW·h　　W2=22×13×[1－（20/50）3]×300=80309kW·h　　Wb=W1＋W2=16067＋80309=96376kW·h　　挡板开度时的节电为：W1=22×（1－98）×11×300=1452kW·h　　W2=22×（1－70）×11×300=21780kW·h　　Wd=W1＋W2=1452＋21780=23232kW·h　　相比力节电为：W=Wb－Wd=96376－23232=73144kW·h　　每度电按0.5元计较，则采用变频调速每一年可勤俭电费3.657万元。某工场离心式水泵参数为：离心泵型号6SA-8，额定流53.5L/s，扬程50m；所配机电Y200L2-2型37kW。对水泵进行阀门节省控制和机电调速控制情况下的实测数据记实以下：　　流L/s时间（h）消耗电网输出的电能（kW·h）　　阀门节省调理机电变频调速　　47233.2×2=66.428.39×2=56.8　　40830×8=24021.16×8=169.3　　30427×4=10813.88×4=55.5　　201023.9×10=2399.67×10=96.7　　合计24653.4378.3　　相比之下，在内变频调速可比阀门节省控制节省275.1kW·h的电，节电率达42.1。　　5、竣事语　　风机、泵类等装备采用变频调速技术实现节能运行是我国节能的一项重点推行技术，遭到国家政府的普遍重视，《中华人平易近共和国勤俭能源法》第39条就把它列为通用技术加以推行。实践证实，变频器用于风机、泵类装备驱动控制场所取得了显著的节电效果，是一种理想的调速控制方式。既提高了装备效率，又知足了生产工艺要求，而且是以而年夜年夜削减了装备维护、维修费用，还下降了停产周期。直接和间接经济效益十分较着，装备一次性投资凡是可以在9个月到16个月的生产中全数收回。