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技術文章
變頻器的節(jié)能
點擊次數(shù)：2122 發(fā)布時間：2010-10-14
一,、 節(jié)電原理
在生產(chǎn)中,，許多設備的能耗都與機組的轉(zhuǎn)速有關，其中油,、水泵zui為突出,，這些設備一般都是根據(jù)生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的zui大負荷條件，如zui大流量和揚程進行選擇的,，但實際生產(chǎn)中所需的流量往往比設計的zui大流量小的多,，如果所用的電動機是不能調(diào)速的，通常只能通過調(diào)節(jié)閥門的開度來控制流量其結果在閥門上會造成很大的能量損耗,，如果不用閥門調(diào)節(jié),，而是讓電機調(diào)速運行,，那么，當需要的流量減少時,，電動機的轉(zhuǎn)數(shù)降低,，消耗的能量將會明顯減少。
可知,，當轉(zhuǎn)速下降1/2時,，流量下降1/2,，壓力下降 1/4,，功率下降為1/8，即功率與轉(zhuǎn)速成3次方的關系下降,。如果不是用關小閥門的方法,，而是把電機轉(zhuǎn)速降下來,，那么隨著泵的輸出壓頭的降低，在輸出同樣流量的情況下,，原來消耗在閥門上的功率就可以*避免,，這就是調(diào)速節(jié)電的原理所在。簡單地說,，就是在不裝變頻調(diào)速裝置時,，泵的出口排量靠出口閥調(diào)節(jié)，電機易過負荷,，流量小時,，靠關小閥門調(diào)節(jié)，增加了管道阻力,， 使部分能量白白消耗在泵出口閥門上,，安裝變頻調(diào)速器后， 可以降低泵的轉(zhuǎn)速,，泵的揚程也相應降低,， 電機的電耗也相應降低，使原來消耗在泵出口閥上的能量,， 用變頻調(diào)速方法得到了解決,。由于采用恒轉(zhuǎn)矩特性， 變頻降速后的電機轉(zhuǎn)矩不變,，拖動力矩恒定,，可以保證排量，從而實現(xiàn)了節(jié)約電能的作用,。
變頻器產(chǎn)品特性
1.節(jié)電效益顯著,，節(jié)電率高達20%~60%；
2.平滑啟動，消除啟動時的沖擊電流,，啟動時電機電流可限制在其額定電流的150%之內(nèi),；
3.減少電機發(fā)熱及運動部件的磨損程度，有效延長電機使用壽命,，降低維修成本；
4.微電腦智能控制,，自動適應,、自動跟隨，無需人工調(diào)整,；
5.市電及節(jié)電狀態(tài)自動轉(zhuǎn)換,，故障自動報警，不影響正常工作,。
1.節(jié)電效益顯著,，節(jié)電率高達20%~60%；
2.平滑啟動，消除啟動時的沖擊電流,，啟動時電機電流可限制在其額定電流的150%之內(nèi),；
3.減少電機發(fā)熱及運動部件的磨損程度，有效延長電機使用壽命,，降低維修成本；
4.微電腦智能控制,，自動適應,、自動跟隨，無需人工調(diào)整,；
5.市電及節(jié)電狀態(tài)自動轉(zhuǎn)換,，故障自動報警，不影響正常工作,。
二,、變頻器的應用
2.1 變頻器在水泵上的應用
我公司*臺變頻器是用在污水提升泵上的，型號是FRN75-P74的日本富士產(chǎn)品,。由于當時對變頻器的性能,，可靠性等并不十分了解，所以在污水提升泵上應用變頻器屬于試驗性質(zhì)的,。*臺變頻器投用后,，電機工作電流下降了近50%，電機運行溫度明顯下降,，機械磨損減少了,，維護工作量也減少了，運行中發(fā)現(xiàn),，變頻器各種保護功能可靠,，消除了因電機過載或單相運行而燒毀電機的現(xiàn)象，確保了安全運行,。
根據(jù)污水提升泵應用變頻器的效果,，我公司又在生活飲用水和生活熱水泵上安裝了變頻調(diào)速器。飲用水和熱水泵電機的功率分別是 55 kw 和 37kw,，白天用水量大,，需將泵的出口閥全打開，而夜間用水量較小,，需適當關小出口閥,，而關小出閥的后果是造成泵憋壓，管網(wǎng)被憋漏的情況也時有發(fā)生,，為了解決以上問題在飲用水和熱水泵上分別安裝了變頻器,，采用了恒壓閉環(huán)控制方案。投用后，運行平穩(wěn),，未出現(xiàn)任何故障,，即解決了憋壓問題又收到了較好的節(jié)電效果。
2.2 變頻器在油泵上的應用
我公司共有各類油泵上百臺,，總裝機容量為近萬kw,，其中，zui大電機容量為500kw,。在近幾年的工藝改造過程中,，為了適應今后生產(chǎn)發(fā)展的需要，泵和電機的富裕量都較大,，以常減壓裝置為例,，主要機泵的能力可以達到每年加工原油250×104 t。而實際生產(chǎn)中,，每年的實際加工量為（l00～140）×104t,。調(diào)查結果表明，泵的功率消耗在泵出口閥和控制閥上為30%～60%,。所以在油泵上應用變頻器將有較大的節(jié)能潛力,。
2.3 變頻器在風機上的應用
由于鍋爐是煉油企業(yè)的主要動力，而鍋爐鼓風機是鍋爐系統(tǒng)主要耗電設備,，運行中常有風機震動,，軸溫過高等現(xiàn)象，所以在鼓風機上安裝變頻器具有重要意義,。選用的變頻調(diào)速裝置應具備多種保護功能,，才能較好的保障鍋爐運行的安全性和可靠性。
經(jīng)過對鍋爐運行狀況的調(diào)查和認真分析,，認為在鍋爐鼓風機安裝變頻器,，須在技術上解決以下問題： （l）鍋爐的安全運行是全公司動力的根本保證，雖然變頻調(diào)速裝置是可靠的,， 但發(fā)生問題時,，須確保鍋爐安全供汽。所以,，必須實現(xiàn)工頻一變頻調(diào)速運行的自動切換,。
（2）鍋爐風機的拖動電機容量為135kw，對于這種大慣量負荷的風機,，可能存在扭曲共振,。運行中，一旦發(fā)生共振,，將嚴重損壞風機和拖動電機,。所以，必須計算風機一電機連接軸系扭振臨界轉(zhuǎn)速以及采取相應的技術措施。
針對以上問題,，采取了如下辦法：
（1）設置了由工頻切換至變頻及變頻切至工頻的快速瞬時切換工能,。 經(jīng)過現(xiàn)場試驗及實際應用，切換功能保證了工頻一變頻間快速瞬時互相切換,，能夠滿足風機運行過程中的切換要求,。
（2）為了進一步分析風機一電機系統(tǒng)是否可能存在扭曲共振問題，經(jīng)查閱有關資料及結構圖,，獲得了風機一電機軸系扭振固有頻率為：*階扭振固有頻率為1222.4Hz,，第二階為3867.4Hz。由此可以得出,，在0～50HZ 調(diào)速絕不會出現(xiàn)扭曲共振。
鍋爐鼓風機安裝變頻器后,，收到了以下效果：
（1）適當降低爐膛壓力可以大幅度地降低風機電耗,。當鍋爐負荷均為 50 t/h，燃燒工況及操作條件相似的情況下,，安裝變頻器前后的電機電流由180A降為90A,，按年8000h計算，年節(jié)電30×104kw?h,。
（2）由于操作控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)的改善,，使燃燒工況趨于低氧燃燒，提高了鍋爐熱效率,。風機變頻安裝前,，鍋爐風量控制手段是調(diào)節(jié)風機入口擋板和火嘴風門，入口擋板的調(diào)節(jié)方法即不靈活又十分粗略,，無法進行風量的準確調(diào)節(jié),，為此，操作中風量往往過大,。實現(xiàn)變頻調(diào)速后,，鍋爐燃燒過程中氧含量的控制十分方便準確。在操作室就可以對鍋爐燃燒所需的風量進行微量調(diào)節(jié),，使燃燒工況趨于低氧燃燒,，過剩空氣系數(shù)由1.2降為1.1,，鍋爐熱效率提高0.8個百分點,，降低了燃料消耗，年節(jié)約燃燒油 200～500t,。
（3）提高了功率因數(shù),。變頻調(diào)速裝置上增加了直流電抗器附件，這樣即可以防止變頻器產(chǎn)生的高次諧波污染電源，也可防止沖擊電流,，保護整流模塊,。并使功率因數(shù)提高到0.95以上。
三,、變頻器在節(jié)能改造中的分析
1,、負載類型與節(jié)能關系
生產(chǎn)機械是各式各樣，種類繁多的,，但負載類型主要有三類,，P（KW）、M（nm）,、N（r/min）,。
生產(chǎn)機械是各式各樣，種類繁多的,，但負載類型主要有三類,，P（KW）、M（nm）,、N（r/min）,。
2、風機水泵節(jié)能原理
風機水泵的軸功率P與其風（水）量Q,、揚程H之間的關系為：P正比Q＊H,，當流量Q1變化到Q2時，電動機的轉(zhuǎn)速為n1,、n2 , 此時Q,、H、P相對于轉(zhuǎn)速的關系如下：
Q2=Q1×（ n2 / n1）
H2=H1×（ n2 / n1 ）2
P2=P1×（ n2 / n1 ）3
風機水泵的軸功率P與其風（水）量Q,、揚程H之間的關系為：P正比Q＊H,，當流量Q1變化到Q2時，電動機的轉(zhuǎn)速為n1,、n2 , 此時Q,、H、P相對于轉(zhuǎn)速的關系如下：
Q2=Q1×（ n2 / n1）
H2=H1×（ n2 / n1 ）2
P2=P1×（ n2 / n1 ）3
n1-代表風機水泵在額定轉(zhuǎn)速運行時的特性,；
n2-代表風機水泵降速運行在n2轉(zhuǎn)速時的特性,；
R1-代表風機水泵管路阻力zui小時的阻力特性；
R2-代表風機水泵管路阻力增大到某一數(shù)組時的阻力特性,。
風機水泵在管路特性曲R1工作時,，工況點為A，其流量壓力分別為Q1,、H1,，此時風機水泵所需的功率正比于H1與Q1的乘積，即正比于AH1OQ1的面積,。由于工藝要求需減小風量（流量）到Q2,，實際上通過增加管網(wǎng)管阻，使風機水泵的工作點移到R2上的B點,，風壓（水壓）增大到H2,，這時風機水泵所需的功率正比于H2Q2的面積，即正比于BH2OQ2的面積,。顯然風機水泵所需的功率增大了,。這種調(diào)節(jié)方式控制雖然簡單、但功率消耗大,，不利于節(jié)能,，是以高運行成本換取簡單控制方式,。
若采用變頻調(diào)速，風機水泵轉(zhuǎn)速由n1下降到n2,，這時工作點由A點移到C點,，流量仍是Q2，壓力由H1降到H3,，這時變頻調(diào)速后風機水泵所需的功率正比于H3與Q2的乘積,，即正比于CH3OQ2的面積，由圖可見功率的減少是明顯的,。由上述原理可知,，降低風機水泵的轉(zhuǎn)速，風機水泵的輸出功率將下降更多,。
3,、節(jié)能計算
將電機的供電頻率由50Hz降為40Hz，則理論上,，頻率改變后與改變前的輸出功率之比為 （40/50）3 = 51.2%,。例如：一臺水泵電機功率為55KW，當轉(zhuǎn)速下降到原轉(zhuǎn)速的4/5時,，其耗電量為28.16KW，省電48.8％,，當轉(zhuǎn)速下降到原轉(zhuǎn)速的1/2時,，其耗電量為6.875KW，省電87.5％,。
風機,、泵類等設備采用變頻調(diào)速技術實現(xiàn)節(jié)能運行是我國節(jié)能的一項重點推廣技術，受到國家政府的普遍重視,，《中華人民共和國節(jié)約能源法》第39條就把它列為通用技術加以推廣,。實踐證明，變頻器用于風機,、泵類設備驅(qū)動控制場合取得了顯著的節(jié)電效果,，是一種理想的調(diào)速控制方式。既提高了設備效率,，又滿足了生產(chǎn)工藝要求,，并且因此而大大減少了設備維護、維修費用,，還降低了停產(chǎn)周期,。直接和間接經(jīng)濟效益十分明顯，設備一次性投資通?？梢栽?font face="Times New Roman">9個月到16個月的生產(chǎn)中全部收回,。
4,、變頻調(diào)速在不同行業(yè)的典型應用對象
變頻調(diào)速技術以其優(yōu)異的調(diào)速性能、率,、高可靠性在各行各業(yè)有著廣泛的應用,，現(xiàn)舉例如下：
冶金——軋鋼機、輥道,、高爐風機,、泵、起重機械,、高爐送料,、鋼廠拋光等。
軋鋼制線——拉線機,、卷繞機,、鼓風機、泵,、起重機械,、定長剪切、自動送料
鋼鐵——軋機,、輥道,、風機、泵,、起重機,、鋼包車、轉(zhuǎn)爐傾動等,。
電線業(yè)——拉絲機,、卷繞機、鼓風機等,。
化工——擠壓機,、膠片傳送帶、攪拌機,、離心分離機,、壓縮機、鼓風機,、噴霧器,、泵等。
石油——輸油泵,、電潛泵,、注水泵、抽油機等,。
化纖和紡織——紡紗機,、精紡機,、織機、梳棉機,、漿紗機,、中央空調(diào)、鼓風機,、泵類等,。
汽車制造業(yè)——傳送帶、搬運車,、涂料攪拌,、中央空調(diào)、電瓶車等,。
機床制造業(yè)——車床,、龍門刨、銑床,、磨床,、機械加工中心、剃齒機等,。
電子制造業(yè)——中央空調(diào),、風機、泵,、空壓機,、注塑機、傳送帶等,。
造紙業(yè)——造紙機、造紙機械,、風機,、泵、粉碎機,、攪拌機,、鼓風機等。
食品——制面機,、制點心機,、傳送帶、攪拌機等,。
煤氣,、自來水——壓縮機、鼓風機,、泵,、搬運機等,。
水泥——回轉(zhuǎn)窯、起重機械,、鼓風機,、泵、主傳動電機,、傳送帶,、振動給料機、立窯風機等,。
礦業(yè)——泥漿泵,、傳送帶、提升機,、切削機,、掘削機、起重機,、鼓風機,、泵、壓縮機等,。
交通——電動汽車,、電力機車、船舶推進,、裝卸機械,、空壓機、電纜車等,。
裝卸搬運——自動倉庫,、搬運車、粉體運送器,、輸出傳送帶等,。
建筑——電梯、傳送帶,、空調(diào)設備,、鼓風機、泵等,。
塑膠——橡膠截斷機,、注塑機、壓出機,、塑料薄膜生產(chǎn)線等,。
生活、服務——空壓機,、縫紉機,、電風扇,、工業(yè)及家庭用洗衣機等。
物流——立體車庫,、自動倉庫,、傳送帶等。
電力——鍋爐鼓用鼓風機,、給水泵,、離心混料機、傳送帶,、揚水發(fā)電站,、飛輪等。
賓館酒店,、大廈——中央空調(diào)系統(tǒng),、電梯等。
農(nóng)業(yè)——制茶機,、水泵,、離舍通風、糧庫通風等,。
試驗研究——電機對拖試驗實驗裝置,、主軸實驗裝置、離心分離機等,。
變頻調(diào)速技術以其優(yōu)異的調(diào)速性能、率,、高可靠性在各行各業(yè)有著廣泛的應用,，現(xiàn)舉例如下：
冶金——軋鋼機、輥道,、高爐風機,、泵、起重機械,、高爐送料,、鋼廠拋光等。
軋鋼制線——拉線機,、卷繞機,、鼓風機、泵,、起重機械,、定長剪切、自動送料
鋼鐵——軋機,、輥道,、風機、泵,、起重機,、鋼包車、轉(zhuǎn)爐傾動等,。
電線業(yè)——拉絲機,、卷繞機、鼓風機等,。
化工——擠壓機,、膠片傳送帶、攪拌機,、離心分離機,、壓縮機、鼓風機,、噴霧器,、泵等。
石油——輸油泵,、電潛泵,、注水泵、抽油機等,。
化纖和紡織——紡紗機,、精紡機,、織機、梳棉機,、漿紗機,、中央空調(diào)、鼓風機,、泵類等,。
汽車制造業(yè)——傳送帶、搬運車,、涂料攪拌,、中央空調(diào)、電瓶車等,。
機床制造業(yè)——車床,、龍門刨、銑床,、磨床,、機械加工中心、剃齒機等,。
電子制造業(yè)——中央空調(diào),、風機、泵,、空壓機,、注塑機、傳送帶等,。
造紙業(yè)——造紙機、造紙機械,、風機,、泵、粉碎機,、攪拌機,、鼓風機等。
食品——制面機,、制點心機,、傳送帶、攪拌機等,。
煤氣,、自來水——壓縮機、鼓風機,、泵,、搬運機等,。
水泥——回轉(zhuǎn)窯、起重機械,、鼓風機,、泵、主傳動電機,、傳送帶,、振動給料機、立窯風機等,。
礦業(yè)——泥漿泵,、傳送帶、提升機,、切削機,、掘削機、起重機,、鼓風機,、泵、壓縮機等,。
交通——電動汽車,、電力機車、船舶推進,、裝卸機械,、空壓機、電纜車等,。
裝卸搬運——自動倉庫,、搬運車、粉體運送器,、輸出傳送帶等,。
建筑——電梯、傳送帶,、空調(diào)設備,、鼓風機、泵等,。
塑膠——橡膠截斷機,、注塑機、壓出機,、塑料薄膜生產(chǎn)線等,。
生活、服務——空壓機,、縫紉機,、電風扇,、工業(yè)及家庭用洗衣機等。
物流——立體車庫,、自動倉庫,、傳送帶等。
電力——鍋爐鼓用鼓風機,、給水泵,、離心混料機、傳送帶,、揚水發(fā)電站,、飛輪等。
賓館酒店,、大廈——中央空調(diào)系統(tǒng),、電梯等。
農(nóng)業(yè)——制茶機,、水泵,、離舍通風、糧庫通風等,。
試驗研究——電機對拖試驗實驗裝置,、主軸實驗裝置、離心分離機等,。