AC60变频器在风机水泵节能改造方案
一、概述
近几年我国经济持续高速发展,能源问题越来越来成为行业发展的挚肘,并且随着能源价格的快速上涨,国内市场的激烈竟争,节能成为许多行业发展面临的主要问题,特别是一些能耗比较大的行业如石油、化工、制药、冶金、制造、环保、市政等行业。据资料显示我国高、低压电动机总容量在35000MW以上,大部分为风机泵类负载,它们大多工作在高能耗、低效率状态。
一般风机、水泵系统大多数是靠阀门来调节出水流量或压力,挡板这种调节方式是以增加管网损耗,耗费大量能源为代价的,因此,不可避免的造成电能的浪费。而且由于设计时,系统是按最大的负载来设计的,在实际运行当中,绝大部分时间系统是不可能运行在满负荷状态下,存在较大的富余,所以就存在较大的节能潜力。
采用AC60变频调速控制装置,通过改变风机的转速,从而改变风机风量以适应生产工艺的需要,而且运行能耗最省,综合效益最高。所以变频调速是高效的最佳调速方案,它可以实现风机的无级调速,并且可以方便的组成闭环控制系统、实现恒压或恒流量的控制。
二、变频改造的节能分析(以风机为例)
1、变频调速节能原理
从流体力学的原理得知,使用感应电机驱动的风机,轴功率P与风量Q,风压H的关系为:
P∝Q*H当电动机的转速由n1变化到n2时, Q、 H、 P与转速的关系如下:
![](http://www.veichi.com/images/UploadFile/2011719101654492.jpg)
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40.00Hz即可,这时所需功率将仅为原来的51.2%。
如图(1)所示,从风机的运行曲线图来分析采用变频调速后的节能效果。
![](http://www.veichi.com/images/UploadFile/2011719102034636.jpg)
当所需风量从Q1减小到Q2时,如果采用调节风门的办法,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,风机转速由n1下降到n2,其管网特性并不发生改变,但风机的特性曲线将下移,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,风机类通过调速控制可节能达20%~50%。
2、变频改造节能分析
改造前工频运行功率计算公式P1=U×I×1.732×COS Φ,其中:
U ——电机电压,kV;I ——电机电流,A;P1 ——单一负荷下工频运行功率,kW;
COS Φ ——单一负荷下运行功率因数,小于额定功率因数。
C1=T×∑(P1×δ),其中:
T ——全年平均运行时间,h;P1 ——单一负荷下的运行功率,kW;
δ ——这种负荷下的全年运行时间比例;C1 ——改造前总耗电量,kW.h。
改造后变频运行预计功率计算公式:
![](http://www.veichi.com/images/UploadFile/2011719102155246.jpg)
3、节能对照表:风机、水泵变频调速时的能耗比较
转速n% |
流量Q% |
风压H% |
轴功率P% |
节电率% |
100 |
100 |
100 |
100 |
0 |
90 |
90 |
81 |
72.9 |
27.1 |
80 |
80 |
64 |
51.2 |
48.8 |
70 |
70 |
49 |
34.3 |
65.7 |
60 |
60 |
36 |
21.6 |
78.4 |
50 |
50 |
25 |
12.5 |
87.5 |
上述均为百分比,100%流量为风机的额定流量,100%功率为工频额定工况运行时消耗功率(即电机输入功率 = 风机额定轴功率/电机效率,电机效率一般为93~96%,额定功率较大者效率较高)。变频调速时的节能量即为两种调节方式的能耗差值(百分比乘额定消耗功率)。
三、变频调速其它附加效益
(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。采用变频调速系统后,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:采用变频调节后,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;并且变频改造后风门开度可达100%,运行中不承受压力,可显著减少风门的维护量。变频器运行中,只需定期对变频器除尘,不用停机,保证了生产的连续性。随着生产的需要,调节风机的转速,进而调节风机风量,既满足生产工艺的要求,工作强度又大大降低。采用变频技术调速后,减少了机械磨损,维护工作量降低,检修费用下降。
(3)用变频调速装置后,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,变频器具有过流、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。
四、结束语
综上所述,为了节约能源和费用,需对风机系统进行变频节能改造,以便达到节能和延长电机、接触器及机械散件、轴承、阀门、管道的使用寿命。一般来说,对于连续工作的送风系统,随着工艺的变化,电动机运行频率在35.00~50.00Hz之间动态调节,系统的节电率可达20%~35%。
![](http://www.veichi.com/images/UploadFile/2011719102250772.jpg)
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