近几年,变频器由于其节能的优势,被广泛的使用在工业,民用等领域。人们对变频器节能的特点越来越关注,越来越感兴趣。
一、变频器如何节能:
在生产中,许多设备的能耗都与机组的转速有关,其中油、水泵最为突出,这些设备一般都是根据生产中可能出现的最大负荷条件,如最大流量和扬程进行选择的,但实际生产中所需的流量往往比设计的最大流量小的多,如果所用的电动机是不能调速的,通常只能通过调节阀门的开度来控制流量其结果在阀门上会造成很大的能量损耗,如果不用阀门调节,而是让电机调速运行,那么,当需要的流量减少时,电动机的转数降低,消耗的能量将会明显减少。
可知,当转速下降1/2时,流量下降1/2,压力下降 1/4,功率下降为1/8,即功率与转速成3次方的关系下降。如果不是用关小阀门的方法,而是把电机转速降下来,那么随着泵的输出压头的降低,在输出同样流量的情况下,原来消耗在阀门上的功率就可以完全避免,这就是调速节电的原理所在。简单地说,就是在不装变频调速装置时,泵的出口排量靠出口阀调节,电机易过负荷,流量小时,靠关小阀门调节,增加了管道阻力, 使部分能量白白消耗在泵出口阀门上,安装变频调速器后, 可以降低泵的转速,泵的扬程也相应降低, 电机的电耗也相应降低,使原来消耗在泵出口阀上的能量, 用变频调速方法得到了解决。由于采用恒转矩特性, 变频降速后的电机转矩不变,拖动力矩恒定,可以保证排量,从而实现了节约电能的作用。
变频器节能主要体现的需要降低转速的场合,变频器在泵上使用,节能效果是很显著的,流量与转速的一次方成正比,压力与转速的平方成正比,功率与转速的三次方成正比,所以泵的效率一定,要求调节流量时,转速降低,输出功率成立方关系下降,即泵的耗电功率与转速近似成立方的关系。另外由公式P=S╳COSФ,Q=S╳SINФ,其中S-视在功率,P-有功功率,Q-无功功率,COSФ-功率因数,可知COSФ越大,有功功率P越大,普通泵电机的功率因数在0.6-0.7之间,使用变频调速装置后,由于变频器内部滤波电容的作用,COSФ≈1,从而减少了无功损耗,增加了电网的有功功率。这是变频器功率因数补偿节能的体现,另外电机利用变频器软启动功能将能使电机启动电流从0开始,最大也不会超过额定电流,减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求,这也是变频节能的体现。
变频器是通过轻负载降压节能,拖动转矩负载由于转速没多大变化,即便是降低电压,节能也很微弱,这点在风机上不同,风机的耗能跟转速的1.7次方成正比,转速降低,电机转矩急剧下降,节能很明显,但是用在油井上就会因为返程试用制动电阻浪费很多电。
总之,如果环境要求必须调速,变频器节能效果还是比较明显的。不调速的场合变频器不会省电,只能改善功率因数。
以变频调速器为调速控制器的同步控制系统、比例控制系统和同速系统等已广泛应用于冶金、机械、纺织、化工等行业。以比例控制系统为例,一般的系统构成。工作时操作人员通过控制机(可为PLC或工业PC)设定比例运行参数,然后控制机通过D/A转换模件发出控制变频调速器的速度指令使各个变频调速器带动电机按一定的速度比例运转。此方案对电机数目不多,电机分布比较集中的应用系统较合适。但对于大规模生产自动线,一方面电机数目较多,另一方面电机分布距离较远。采用此控制方案时由于速度指令信号在长距离传输中的衰减和外界的干扰,使整个系统的工作稳定性和可靠性降低;同时大量D/A转换模件使系统成本增加。为此我们提出了PLC与变频调速器构成多分支通讯控制网络。该系统成本较低、信号传输距离远、抗干扰能力强,尤其适合远距离,多电机控制。(信息来源:www.55dianzi.com)
各类工厂中都大量使用了风机、水泵类负载,而且电机容量还都很大,为了保证工况需求,一般都留有足够的富余容量,使用风门调节时,这部分富余量就被消耗浪费了。当改用变频器调试控制风量是,这部分富余量相应的节约下来了,这就是节能的原理之一。
1、目前很多设备如风机水泵类负载,是按照最大需量而设计的电机是定速的,使用变频器后可以按需要调整电机速度,所以存在很大的节能空间。
2、一些恒转矩负载,如空压机油泵等存在压力达到后空载的负载,采用变频器后可以在空载时,低速运行也有节能空间。
3、多电机变频传动场合,如薄膜生产线,牵引辊,三辊等辊传动,需要速度同步的控制场合,使用变频器公直流母线系统节能效果很好,处于发电状态的辊能量给电动状态的辊,整个系统只需要一个制动单元及制动电阻,且制动使用的很少,基本上能量在内部就消化了。
4、对于大型行车类负载使用变频器回馈装置节能空间很好,将货物下降时产生的发电能量不通过制动电阻消耗掉而是通过回馈装置反馈到电网中。
5、变频器在中央空调涡旋冷冻机上运用也存在节能空间,同时对于空调的舒适度也有很大改善,并且延长冷冻机压缩机的使用寿命。
二、变频在空调中使用:
变频空调理论上是有可能省电的。我简单分析一下
其实这里变频不是要点,不管用哪种方式让电机输出机械功率与输入电功率尽量线性对应且高效即可。
关键是:变频空调的省电不是靠变频电机及附带的调速系统导致的结果。
分析如下:
空调要节能,无非是1.压缩机(包括驱动电机)工作效率高 2换热效率高。而且对空调系统而言,换热效率占主导因素。换热效率提高有一个很简单的方法,加大热交换器的换热面积。关键是加大换热器面积对制造成本(多用铜材)及安装后的美观有影响。所以市售的空调其实都是在换热效率与换热器的制造成本中取了折衷。
在初始开机阶段,假定单位时间需要制冷量A-一般而言,此冷量也即为设计最大冷量,换热器的大小尺寸均以此冷量进行设计(当然是折衷过的,否则理论上讲越大愈好),此部分变频与非变频空调皆然-,在这种工矿下,理论上当其他变量都相等时,应该是定频省电。
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