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变频器在风机水泵上的应用

变频器在风机水泵上的应用

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风机/水泵水泵数据调查表
负载类别 风机/水泵水泵名称 额定功率(kW) 额定电压(kV) 额定电流(A) 运行电流(A) 额定扬程/压力/流量 实际扬程/压力/流量 功率因数 风门/阀门或阀门开度
恒转矩 真空泵 132 380 348 167 - %
主泵 22 380 44.8 29 %
风机/水泵 30 380 57.6 25 %
负载类别 风机/水泵水泵名称 额定功率(kW) 额定电压(kV) 额定电流(A) 运行电流(A) 减速比例 负载变化持续时间 电机极数 额定负载重量
恒功率 皮带机 22 380 42.4 27

  2.3运行工况分析
在实际运行时,由于采用挡板/阀门调节,大部分的能量都被消耗在挡板/阀门上了,且挡板/阀门的开度越小则耗能就更多。在一般情况下,采用挡板/阀门调节的风机/水泵其实际消耗功率与风量大致成正比,与风门/阀门的开度也大致成正比,从上述工况中的风门/阀门开度及电流参数也可以看出这一点。
对运行情况进行分析,可以得出一下两点:
(1) 风机/水泵实际风量约为额定风量的一部分,风机/水泵远离额定点运行,其实际运行效率很低。
(2) 由于挡板/阀门的存在,挡板/阀门前后存在压差,消耗了很大一部分能量。
所以可以从以上两个方面改善其运行工况,减小损耗,达到节能的目的。

  2.4改造建议
挡板/阀门这种调节方式虽然简单易行,已成习惯,但它是以增加管网损耗,耗费大量能源为代价的。对于大功率电机,耗能则更大。当采用变转速调节时,其效率最高,因为风量随转速的一次方下降,而其轴功率则按转速的三次方规律下降,而目前性能最佳的调速方式则是国际上公认的交流节能控制系统调速技术。

  3、节能控制系统改造的节能分析
  3.1节能控制系统调速节能原理
  从流体力学的原理得知,使用感应电机驱动的风机/水泵,轴功率P与风量Q,风压H的关系为:
当电动机的转速由n1变化到n2时, Q、 H、 P与转速的关系。

  可见风量Q和电机的转速n是成正比关系的,而所需的轴功率P与转速的立方成正比关系。所以当需要80%的额定风量时,通过调节电机的转速至额定转速的80%,即调节频率到40赫兹即可,这时所需功率将仅为原来的51.2%。
如下图所示,从风机/水泵的运行曲线图来分析采用节能控制系统调速后的节能效果。

  3-1 风机/水泵的运行曲线
  当所需风量从Q1减小到Q2时,如果采用调节风门/阀门的办法,管网阻力将会增加,管网特性曲线上移,系统的运行工况点从A点变到新的运行工况点B点运行,所需轴功率P2与面积H2×Q2成正比;如果采用调速控制方式,风机/水泵转速由n1下降到n2,其管网特性并不发生改变,但风机/水泵的特性曲线将下移,因此其运行工况点由A点移至C点。此时所需轴功率P3与面积HB×Q2成正比。从理论上分析,所节约的轴功率Delt(P)与(H2-HB)×(C- B)的面积成正比。
考虑减速后效率下降和调速装置的附加损耗,通过实践的统计,风机/水泵类通过调速控制可节能 20%~50%。

  3.2节能控制系统改造节能分析
改造前工频运行功率计算公式

[$page]其中: ——电机电压,kV;
——电机电流,A;
——单一负荷下工频运行功率, ;
——单一负荷下运行功率因数,小于额定功率因数。

其中: ——全年平均运行时间, ;
——单一负荷下的运行功率, ;
——这种负荷下的全年运行时间比例;
——改造前总耗电量, 。
改造后节能控制系统运行预计功率计算公式:
利用公式: 计算出 的比。
其中: ——工频运行功率,KW;
——额定轴功率,KW;
——运行工况与额定工况下的效率、压力比,小功率电机取1,大功率电机取0.9
根据改造风量不变的原则,有 ,其中 为改造后的风量。所以 。再根据 ,即 计算出 。其中 是节能控制系统改造后预计运行功率,η为节能控制系统装置的效率。其中 ——改造后总耗电量, 。

  3.3离心风机/水泵节能分析
  根据风机/水泵的运行特性,由于现场情况是风门/阀门100%全开,而运行电流才150A,未达到额定电流,电机运行效率只有60%左右。如果运行用节能控制系统器来提高电机的运行效率,势必会影响风量,因此,在风门/阀门全开的情况下,利用节能控制系统器虽然可以提高功率因素,但是势必要影响风量。建议采用功率适当的电机或者采用降压的方式来对此种状况节能改造。

  3.4节能控制系统调速其他附加好处
  1) 网侧功率因数提高:原电机直接由工频驱动时,满载时功率因数为0.85左右,实际运行功率因数远低于0.8。采用节能控制系统调速系统后,电源侧的功率因数可提高到0.9以上,无需无功补偿装置就能大大的减少无功功率,满足电网要求,可进一步节约上游设备的运行费用。
  2) 设备运行与维护费用下降:采用节能控制系统调节后,由于通过调节电机转速实现节能,在负荷率较低时,电机、风机/水泵转速也降低,主设备及相应辅助设备如轴承等磨损较前减轻,维护周期可加长,设备运行寿命延长;并且节能控制系统改造后风门/阀门开度可达100%,运行中不承受压力,可显著减少风门/阀门的维护量。节能控制系统器运行中,只需定期对节能控制系统器除尘,不用停机,保证了生产的连续性。随着生产的需要,调节风机/水泵的转速,进而调节风机/水泵风量,既满足生产工艺的要求,工作强度又大大降低。采用节能控制系统技术调速后,减少了机械磨损,维护工作量降低,检修费用下降。
  3) 用节能控制系统调速装置后,可对电机实现软启动,启动时电流不超过电机额定电流的1.2倍,对电网无任何冲击,电机使用寿命延长。在整个运行范围内,电机可保证运行平稳,损耗减小,温升正常。风机/水泵启动时的噪音和启动电流非常小,无任何异常振动和噪音。
  4) 与原来旧系统相比较,节能控制系统器具有过流、短路、过压、欠压、缺相、温升等多项保护功能,更完善地保护了电机。
  5) 操作简单,运行方便。可通过计算机远程给定风量或压力等参数,实现智能调节。
  6) 适应电网电压波动能力强,电压工作范围宽,电网电压在-15%~+10%之间波动时,系统均可正常运行。

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