变频技术及节能应用（共10篇）
变频技术及节能应用 篇1
随着油田开发战略的逐步推进, 采用人工控制掺水泵出口阀门时, 因为油井生产的不确定性, 往往造成掺水过多, 致使能量浪费;或掺水太少, 不能起到良好的掺水效果, 影响油井的生产。在夏季用水量较少时, 对系统的调节工作量较大, 人工调节跟不上时, 导致系统压力过高, 使油田管网系统损坏。而且通过阀门调节实现水量的控制, 不仅工作量大, 且大量的电能白白浪费在管路和阀门上。特别随着季节的变化, 掺水量变化也大, 掺水泵的外输量不能随着需求量的变化而进行调整, 造成能源的浪费。根据采油厂掺水系统的实际情况, 在保证掺水系统连续、安全、可靠运行条件下, 使其既满足水量要求又能耗电最小, 对该系统实施变频改造。
国内的众多专家对变频技术在油田上的应用进行了研究, 吴伟东[1]提出了变频调速器在油田应用的优化工艺参数。李清振等人[2]将掺水变频装置应用到掺水管网中, 使得掺水管网压力平稳, 提高了管网品质, 延长了掺水油井的免修期。申权等人[3]结合冀东油田的生产现状, 通过对原油流变性和含水率、温度之间关系的分析, 开展了离心掺水泵节能技术研究, 取得了良好的节能效果。
1掺水集输生产现状
部分转油站掺水系统能力与需求不能适时匹配, 夏季掺水单耗偏高。由于大庆地区全年气温变化幅度较大, 冬夏地温温差达40度, 在满足平稳集输的条件下, 单井不同季节掺水量变化幅度较大;同时随着低温、常温集输范围及力度逐年加大, 部分井实施季节性停掺集输, 转油站总掺水量不同季节变化幅度较大。由于转油站掺水能力不能与掺水量适时匹配, 造成夏季掺水单耗偏高, 虽然冬夏平均掺水量相差很大, 但节电量远低于掺水量的下降幅度, 与掺水量下降幅度不成比例, 造成了能源浪费。
2变频节能原理
变频调速是通过改变电源频率来调节电动机转速的。设f为定子电源频率, 为异步电动机的转差率, p为电动机磁极对数, n为异步电动机的转速, 则有
由式 (1) 可以看出, 转速与频率之间为线性关系, 转速调节范围宽, 可以省去由于励磁滑差和阀门、注水泵截流损失等带来的功率损失, 从而达到节能的目的。对于离心泵, 泵轴功率方程为
式 (2) 中:P为泵轴功率;ρ为水的密度;Q为排量;H为扬程;g为重力加速度;η为效率。
排量与电动机转速有如下关系:
式 (3) 中:Q0为额定排量;n为转速;n0为额定转速。
扬程与转速有如下关系
式 (4) 中:H0为额定扬程。
泵的轴功率与转速有以下3次方关系
式 (5) 中:P0为额定轴功率。
将式 (5) 与式 (1) 联立, 可得:
从式 (6) 可以看出, 在其他条件不变的情况下, 随着频率的增加电机的功率也随之增大。
3转油站掺水系统变频控制方案
3.1掺水系统优化方式的确定
实施低温、常温集输后, 掺水耗电下降幅度低于掺水量下降幅度, 主要由于掺水系统能力与需求不匹配, 掺水泵出口闸门截流造成大量能量损失, 因此必须对掺水系统进行优化调整。
由于转油站掺水泵最大排量按照满足冬季最大掺水量需要的原则设计, 导致夏季掺水能力整体偏大。同时由于掺水泵总台数少, 掺水泵启泵台数组合方式, 总掺水量调节范围有限, 而对已建转油站来说, 由于泵房位置所限, 无法增加掺水泵台数。因此掺水系统优化调整思路就是以掺水泵变频调速为主, 只有转油站掺水系统能力在满足冬季最大掺水量需要, 且保证1台备用后仍有剩余, 才对掺水泵泵排量进行调整。
3.2掺水泵的选择
掺水变频同一时间只能对1台掺水泵进行变频调速, 因此掺水变频按照一拖二设计, 可以在2台泵之间切换, 这样可以提高变频的利用率, 避免由于掺水泵的运行状况而影响变频的时率。在具体掺水泵的选择上, 由于我厂转油站已经全部实现站内掺水热洗流程分开, 选择1台掺水泵和1台掺水热洗两用泵实施变频调速, 这样可以根据掺水系统、热洗系统不同时期的匹配情况, 选择哪个系统应用变频。 (见图1)
3.3掺水变频的闭环控制参数的选择
就控制端而言, 掺水泵变频是根据掺水需求调整电机转速, 掺水泵的排量由掺水需求量决定, 因此掺水泵不能与二合一液位闭环运行, 只能与表征掺水需求的掺水压力闭环控制 (见图1) 。
掺水系统变频调速控制流程:当掺水需量增加时, 掺水压力下降, 变频装置根据压力调高频率, 即增加掺水泵的排液量;当掺水需求减小时, 掺水压力升高, 掺水变频根据压力自动调低频率, 即减少掺水泵的排液量 (图2) 。
掺水压力是转油站系统平稳生产的一个重要控制参数, 因此掺水变频与掺水压力闭环也方便采油队生产管理, 可以避免油井由于掺水压力低导致产液倒灌进掺水管线问题的发生。
4研究结果
4.1掺水泵的特性曲线变化趋势
为了研究掺水泵变频调速后的特性曲线变化趋势, 掺水变频投运后, 实测了频率分别为37.6 Hz和40.0 Hz时的掺水泵特性曲线 (见图3) 。
由特性曲线可知, 随着频率的下调, 掺水泵的特性曲线整体下移, 在水泵排量相同时, 高频率运行的水泵扬程明显较大。且水泵特性曲线的曲率有所差异, 这种差异主要由于当电机在不同频率下运行时, 电机、离心泵的效率变化幅度不同。
4.2两台泵并联运行时最佳控制方式
在转油站运行2台掺水泵时, 研究1台变频、1台工频并联运行时的最佳运行方式。
a) 启运掺水泵后, 同时控制工频掺水泵闸门和调节变频掺水泵频率, 使2台泵的泵压都达到设定值。
b) 启运掺水泵后, 工频掺水泵闸门全开, 根据阀组汇管压力调节变频掺水泵的频率, 使汇管压力达到设定值。
c) 利用掺水热洗分开流程, 工频泵、变频泵各负责几座计量间的掺水。
通过对三种不同运行方式下的排量、耗电量的跟踪对比, 工频泵闸门全开、变频泵调节的运行方式掺水单耗最低, 其次为工频泵和变频泵同时调节运行方式, 工频泵、变频泵各自成系统掺水单耗最高 (表1) 。
5应用及推广
将该变频技术应用在大庆油田某两座转油站, 该两座转油站安装掺水变频装置各1套, 总投资21万元, 2座站平均夏季日掺水2 200 m3, 冬季日掺水4 800 m3, 按照应用掺水变频后夏季掺水单耗下降0.8 kW·h/m3、冬季掺水单耗下降0.2 kW·h/m3计算:
年节电:2 200×0.8×180+4 800×0.2×180=48.8×104 kW·h。
创经济效益:48.8×0.547 3=26.7万元。
项目回收期:0.78年。利用掺水泵变频与掺水压力实现闭环控制, 不需要通过调节掺水出口闸门来调节掺水压力, 可以降低工人的劳动强度, 延长闸门的使用寿命。
参考文献
[1]吴伟东.变频调速技术在新庄油田地面配套工艺上的应用.石油天然气学报, 2010;32 (2) :388—389
[2]李清振, 李美玲, 周正友, 等.掺水泵变频技术改造.油气田地面工程, 2006;25 (7) :21—22
[3]申权, 王保民, 赵炳章, 等.冀东油田南堡陆地高含水期油井掺水节能研究.油气田地面工程, 2010;29 (1) :26—27
变频技术及节能应用 篇2
【关键词】变频技术；循环泵电机；补水泵电机；变频器
因为当前我国的能源现状并不是非常的乐观，此外我国的科学技术发展水平也在不断的提高，在这样的情况下能源消耗的管理水平也成为衡量一个企业发展和管理水平的重要指标，在当前的发展中，最为重要的一个问题就是要积极的采取有效的措施减少能源的消耗，这样也在很大程度上减少了这一过程中出现的问题，最近几年，我国的城市化不断发展，同时城市房屋的面积也在不断的扩大，变频技术也成为了当前换热站供暖设备节能的一个非常重要的因素，因为应用了这项技术，在系统运行的过程中节约了很多的人力和物力。
1.新式变频技术概述
新式的变频冷藏库不但耗电量减少、实现静音化，而且利用高速运行能实现大幅度时快速冷冻；在洗衣机方面，过去使用变频实现可变速控制，提高洗净性能，新流行的洗衣机除了节能和静音化外，还在确保衣物柔和洗涤等方面推出新的控制内容；电磁烹任器利用高频感应加热使锅子直接发热，没有燃气和电加热的炽热部分，因此不但安全，还大幅度提高加热效率，其工作频率高于听觉之上，从而消除了饭锅振动引起的噪声；IH电饭煲得到的火力比电加热器更强，而且利用变频可以进行火力微调，只要合理设计加热感应线圈，可得到任意的加热布局，炊饭性能上了一个档次；变频微波炉利用高频电能给磁控管必要的升压驱动，电源结构小，炉内空间更宽敞，新式微波炉能任意调节电力，并根据不同食品选择最佳加热方式，缩短时间，降低电耗；照明方面，荧光灯使用高频照明，可提高发光效率，实现节能，无闪烁，易调光，频率任意可调，镇流器小型轻量。变频技术正在给形形色色的家电带来新的革命，并将给用户带来更大的福音。今后变频技术还将随着电力电子器件、新型电力变换拓扑电路、滤波及屏蔽技术的进步而发展。家用太阳能发电系统还将给家电增添新的能源。
2.换热站供暖系统的构成及变频技术原理
2.1换热站供暖系统的构成
通常换热站有一套或几套供暖换热机组。每套机组由换热器、循环水泵、补水泵、除污器、各种阀门、一、二次管网及一些热工仪表组成。
换热机组通过循环泵将二次管网回水送到换热器和一次管网循环水进行热交换，再送到用户端采暖。采暖回水又通过循环泵送到换热器再进行热交换。可以看出，供暖换热系统的工作过程是一个不断的进行热交换的能量传递过程。如果循环水在循环过程中发生泄漏，补水系统在变频器的控制下自动启停，自动跟踪二次回水管的压力变化而变化，最后维持系统平衡。
2.2变频技术的节能原理
以往的换热站运行中，主要的动力设备就是循环水泵电机。电机在运行的过程中以工频的方式运行，循环泵输出的流量是没有办法伴随供暖负荷的变化而调整的，在设备运行中，循环泵的流量通常都会保持在恒定的状态当中，如果需要对流量进行调整的时候，一般情况下都会采用调节阀门的方式来实现，因为温度是一个具有滞后性的参数，所以在对其调节的过程中需要较长的周期，同时在调节的过程中也很难在短期内调整好，此外在调节的过程中也会在阀门处产生非常大的损失，所以在这样的情况下也就使很多资源都没有得到充分的利用。
在对变频技术进行优化之后循环水泵和补水泵是一个正常使用和一个备用的关系。循环水系统在进行变频控制的时候能够按照室外温度传感器给出的信号和二次侧供应的回水温度使用电动调节阀对其进行适当的处理，在设备运行的过程中通常是对循环水泵电机的转速予以调整，这样也就可以对输入和输出量予以有效的控制，这样一来也可以充分的满足供暖的要求。这样也就使得变频器在运行的过程中所消耗的能源降到最小。此外，变频器在运行的过程中还可以十分有效的提高循环水泵的运行效率，减少了水泵运行过程中所产生的无用功，也就是说对原来的供热系统使用变频技术能够很好的降低能耗，体现出非常好的节能效果。此外，布水系统在变频器的作用下实现了自动的启闭，在运行的过程中可以随着二次回水管的压力变化而产生相应的变化，这样一来就实现了自动控制和无人值守，系统运行中产生的经济效益明显的提高，减少了人力和物力的投入。
3.换热站变频节能方案和工程实例
3.1换热站变频节能方案
系统在执行变频操作的时候，为了可以有效的提高操作的安全性和稳定性，在系统当中加入了控制电路，这样也就可以确保用户在使用的过程中可以根据自己的需要进行工频运行和变频运行的转换。变频器在运用出的过程中，在节能方面有着非常大的优势，变频调速、可编程多操作模式同时其可以非常好的展现出保护功能。如果要使用变频模式，就可以在实际的工作中采取人为的方式对频率和流入量和输出量进行有效的控制。在自动调节的时候，变频器可以和PLC实现实时的通讯，这样就可以根据传输的信号执行相应的指令，对电机的转速度和循环水泵的流出量进行充分的控制，这样也就调节了设备的温度。如果变频器出线了故障，可以将设备调整到手动工频的运行模式当中，可以手动的对设备进行调整，保证热战的持续运行，对于补水系统而言，可以采用变频器补水的方法，如果系统失水的水平没有二次回水管网设定的数值高的时候，补水变频器会自动的根据二次回水的管网压力进行调整，该设备是一个闭环系统，采取的是PID调节的方式，采用压力传感器，通常会将其设置在二次回水管网当中。这种方式使得换热站在运行的过程中节能的效果得到了极大的提升。
3.2换热站变频节能实例
某大学博士生留学生公寓换热站中，循环泵采用两台0.75kW电机拖动。因为管道采暖二次供水温度，通常小于65℃，因此若采用开大或关小阀门的办法来调节温度，调节周期长，效果不显著。但是若变频调速来改变循环泵的流量，既节能又可实时调温，效果很好。通过大量时间的观察和记录，变频器大部分工作在35-45Hz之间。
4.结束语
换热站供热系统采用变频技术可实现电动机的软起动，启动平滑无冲击。一方面可以减少启动时對电机和电网的冲击，既保护了电动机，延长其使用寿命；另一方面变频调速供暖介质的流量，达到快速调节温度的目的和自动进行失压补水；最为重要的是节约能源。和工频运行相比可节能40到50%。 [科]
【参考文献】
[1]杜俊明，彭海宇.换热站的变频调速控制系统[J].自动化博览，2005（05）.
[2]李磊磊，高德欣，刘涛.基于西门子Climatix控制器的换热站控制系统设计[J].自动化技术与应用，2013（08）.
变频技术及节能应用 篇3
1 水泵电机变频调速节能控制优势
要想水泵电机取得优越的节能效果以及提高水泵电机的综合使用寿命都需要对水泵电机采取变频调速节能的技术改造。采用变频调速可以精确的对速度进行准确的调节, 实现在所有范围内的动态调节;而采用变频调速可以使水雷电机在系统工作的效率大大增加, 可以达到高达95%以上的电能转换, 保证电机的安全运行。另一方面, 采用变频调速控制后电机的转速降低, 运行的噪音也会递减, 因此大大延长了电机的综合使用寿命, 节能的效果也会更加明显, 与常规继电器相比, 节电率高达40%以上。
2 水泵的变频调速的节能方法与原理
根据流体力学可以得知, H (压力) ×Q (流量) =P (功率) ;其中, 转速N2与压力H成正比;转速N和流量Q成正比;转速N3和功率P成正比;因此, 当压力是定值时, 流量下降, 功率也会随着下降, 转速也会下降;因此, 功率和转速成三次方比例的关系。也就是说:随着不断的将阀门关小, 这一损耗还会相应的增大。当采用转速进行控制的时候, 因为转速N2和扬程H是正比关系, 转速N和流量Q也成正比例关系;转速N3和功率成正比例关系, 也就是转速N和功率成三次方关系下降。若并非采用将阀门关小的方法, 而采用降下电机的转速;则在转运等量的流量这一情况之下, 原本在阀门所消耗的功率则能够全部避免;并能获取很好的节能效果;这则是水泵的调速节能的原理。
有很多种方法可以对水泵进行调速, 这些方法主要可以分为两大类。第一类, 直接将电机转速改变;例如, 变频调速和可控硅地串级调速等;第二类, 电机地转速不变, 经过附加的装置把水泵转速改变, 例如, 变速箱地调速, 电磁离合器地调速, 以及液力耦合器地调速等均是这一类。在水泵站地应用当中, 前者是应用的很多也很常见。
3 变频调速的控制系统分析
如今, 我们国家的水泵站控制系统很多都是在开环状态采用变频调速技术;其实就是人们根据外围的工作环境, 改变工艺, 使得变频器的频率值得到改变, 从而完成变频技术。这样的变频系统是由变频调节器, 对象控制, 压力测量变送器和变频调速器这四个部分构成。
将变频的调速其安装至水泵的电机之上后, 通过相关实测, 其节能的效果很好;与未装之前相比节能约有53%, 同时生产的工业也很稳定;其表现主要有:在采用了变频调速的技术之后, 有非常显著的节能效果;把电机功率因素提高了, 并将无功的功率消耗降低了。平均每月的节电率有53%, 经济效率非常的显著。采取变调技术之后, 因为全开水泵的出口阀, 将阀门因为节流所产生的噪音消除了;使工作的环境得到改善。此外, 还将因为调节阀出现故障而对生产造成的影响克服了。采取变调技术之后, 降低了57%的水泵压力;下降了490%的电源频率;下降了64%的电机定子的电流。此外, 因为调速平稳与变频器的启动, 将电网冲击减少了。
于系统当中采取闭环的控制, 使得参数超调地波动范围不大, 能及时的进行偏差的控制。可依据工艺需要自动地调节变频器地加、减速, 高精度的控制, 保障了生产工艺的稳定;使得产品产量与质量得到提高。此外, 因为变调器具备非常灵敏的故障诊断, 检测以及数字显示等功能, 使得电机水泵地运行可靠性得到了很大的提高。
4 变频器的维护
定期的检查和维护, 可以使得变频器可以长时间的工作运行。一般的日常检测我们可以不拆卸变频器的外壳, 只需要启动变频器, 观察变频器的工作情况来确认变频器是否有异常情况。在检查中要做到以下几点:操作面板显示工作是否正常;变频器工作中是否有异响, 严重抖动, 特殊气味;是否外壳过热等异常情况。
定期的维护:变频器的定期维护过程中我们需要切断电源, 让变频器处于非工作状态, 然后拆卸下变频器外壳。变频器的结构内有大容量的电容器, 维护过程中我们需要使变频器放电充分之后在进行维护工作。变频器的维护主要包括:变频器的工作环境是否适合变频器工作;变频器中各个电路的工作电压是否正常;变频器的工作显示板是否完好, 工作是否正常;变频器外围, 内部框架结构是否牢固;变频器中的滤波电容器是否存在液体泄漏问题, 电容电量是否正常;电阻、电抗、继电器、接触器等接线是否松动或断线;变频器中的电路板是否有锈蚀, 发霉情况;变频器中的冷却风扇是否正常工作以及散热通风口是否被灰尘堵塞。
5 总结
通过对变频器的介绍, 我们了解到变频器在水泵站的运行当中, 起到至关重要的作用, 此项技术, 不仅使得整个水泵站的运行减少对电能的消耗, 同时使得水泵站的运行系统更智能化, 水泵站的工作效率更高, 降低了水泵站操作人员的工作强度, 更是降低了水泵站的日常维护, 维修费用。并且, 降低了电动机起动电流对电网、电机等得冲击作用, 使得水泵电机的使用寿命更长, 是给水泵电机节能技术升级改造的有效途径。
摘要：据统计, 给水工程中能耗费占供水成本的30%70%, 水泵的能耗费占总能耗费的90%左右。在实际运行中, 水泵的效率大多数不足60%, 泵站的综合效率不足50%, 存在着较大的能源浪费, 在能源供应日益紧张的今天, 应用正确的水泵供水节能技术, 使水泵能经常的高效运行, 将具有重大的经济意义, 水泵站是供水系统中的枢纽, 水泵是这枢纽中的心脏, 对于水泵在系统中的运行情况是与节约能源、降低成本、提高经济效益密切相关。
关键词：调节方式,节能原理,调速设备,变频器
参考文献
变频技术及节能应用 篇4
关键词：煤矿；变频器；节能技术
变频器的工作原理是通过微电子技术和变频技术改变电源频率来控制交流电动机，以此来达到调节速度和节能的目的，使设备的能源消耗有效降低，为企业带来较大的经济效益。作为能源消耗较高的煤矿企业，在众多设备中应用到变频技术的较多，例如采掘、排水、运输、通风及空气压缩设备等，通过将变频器节能技术运用到这些设备中，有利于减少煤矿生产电能消耗，从而有利于煤矿企业的生产效益。
1.煤矿采煤机中对于变频器节能技术的应用
在煤矿生产中，采煤机是主要的机械设备，由于采煤作业空间较小，环境恶劣，粉尘较大，且空气湿度和湿度较高，因此要求采煤机设备要便于操作和维护，并要求系统运行要具有较高的可靠性、稳定性及安全性。而在煤矿采煤机上应用变频器节能技术，可有效避免电路异常、漏电、过负荷、过电流及过热等现象的发生，并且能提高采煤机运行的安全性、可靠性及稳定性，进而使煤矿采煤机的性能得到有效保护。
近年来，我单位开始运用MG900/2210-WD型系列电牵引采煤机，该设备牵引拖动系统采用“一拖一”，主、从拖动方式的机载交流变频调速技术，目前国内煤矿采矿区倾斜角一般在15°～180°之间，采煤区局部倾斜度则在30°～40°间。在采煤机运行中，若采用四象限能量回馈变频器调速技术，其可以在采煤区大倾斜度范围内，该技术调控制动力矩与维持牵引速度变化较小，基本上可以忽略不计，且运行中不会出现下滑现象，因此运用四象限能量回馈变频器调速节能技术可实现可靠调节、灵活控制等效果，可最大程度减少煤矿采煤机运行耗能。
2.煤矿供风系统设备中对于变频器节能技术的应用
在煤矿生产作业中，通常由空气压缩机提供井下作业时所需的压缩空气，但压缩空气应用的是非连续性的机械设备，而压缩机属于连续运行的机械设备，所使用的时间较长。在煤矿井下作业时，由于电动机系统难以根据负载量大小进行调整，而在供风系统设备中运用变频器节能技术能够有效调节电动机系统，能够确保在压力较稳定时，使煤矿压缩空气的质量得到进一步提高。此外，在煤矿压缩机中应用变频节能技术的优势还体现在[1]：其一，变频器节能技术能够避免机械设备受到电流冲击；其二，通过应用变频器节能技术，能够使系统在恒压控制的状态下，恒定气压，从而使煤矿作业气源的质量得到有效改；其三，应用变频器节能技术，所节省的电能可达到总电能耗费量的20%，从而有效降低变频器节能技术的投入成本善。
3.煤矿运输系统设备中对于变频器节能技术的应用
3.1煤矿皮带输送机中对于变频器节能技术的应用
目前，皮带输送机在煤矿生产中的使用较为频繁，但在使用皮带输送机过程中由于多种原因导致存在空载运行或轻载运行的状态，并且会耗费大量电能。而在煤矿输送机中应用变频器节能技术，一是能使皮带输送机难以启动的问题得到有效解决；二是能使皮带输送过程中电能消耗量降低。在煤矿皮带输送机中采用变频器进行驱动时，一般可采用一台电机、一个控制装置技术，若采用多台电机同时运行，则采用多个控制装置，实现主控制与从控制，从而平衡所有电机功率，进而实现节能效果。
3.2煤矿提升机中对于变频器节能技术的应用
提升机在煤矿生产作业生产时主要应用于使用频繁、负载繁重的环境中。因此，必须确保提升机在频繁的启动、停止及调速等过程中能够安全、稳定的运行，才能实现提升机的节能效果。在提升机中应用变频节能技术，不但能够确保提升机运行在节能状态下，使调速电阻的热损耗量降低，而且还能使设备在运行时的损耗降低，从而减少设备不必要的耗损，从而达到节能的效果。
在煤矿提升机变频器使用中，主要采用三种不同方式，即：频率与时间成线性关系、S形方式、半S形方式；在实际运行中，可根据煤矿提升高度、重量等因素可以调控变频器升速方式，从实现匀速升降，不仅提高提升机运行稳定性，还能节约提升机电耗。
4.结论
近年来，在煤矿机械设备中对于变频器节能技术的应用越来越广泛，作为一种新兴的电力节能技术的变频器节能技术，其具有高性能、数字化及智能化等多方面的优势，对于煤矿的生产有着重要的意义。随着科学技术的发展，不断涌现出了具有高性能、高安全性及高稳定性的变频器，并且现代化机械设备节能技术越来越好。因此，将变频器节能技术应用到煤矿生产中，能进一步降低煤矿生产中所消耗的能源，从而有效提高煤矿企业的经营效益。
参考文献：
[1]于淑珍.探讨我国煤矿机电设备中变频节能技术的应用[J].黑龙江科技信息，2013，4（2）：76.
变频技术及节能应用 篇5
关键词：给水系统,阀门控制,转速控制,节能,水泵
在建筑生活给水系统中, 变频供水是一项重要的技术, 它具有自动化程度高、输水水压稳定、对水质的影响较小, 可以根据用水量大小自动调节, 从而节约电能, 且维护管理方便的特点, 因而得到了广泛应用。若对变频设备的工作原理了解不透彻, 选用不当, 不但难以发挥设备应有的使用性能, 还会造成电能的浪费, 增加投资成本, 达不到预期效果。因此, 有必要先了解变频给水技术的原理、节能效果和对水泵特性的影响, 然后根据生活给水系统的用水特性、 规模、水质特点以及投资成本等综合考虑选用变频设备。
1住宅建筑给水系统主要参数
1) 扬程H。单位质量的水从水泵进口到出口所增加的能量除以重力加速度。2) 静扬程HB。指集水池测压管水面与出水池测压管水面的标高差。3) 流量Q。水泵在单位时间内抽送水的体积或质量。4) 功率P。单位时间内水泵所做的功。5) 管阻系数R。其影响因素较多, 一般采用管路特性曲线图来表示。扬程曲线与管阻特性曲线见图1。
2流量调节的方法与比较
流量是供水系统中的一个重要参数, 流量控制好了才能保证节能。控制流量的方法有两种: 阀门控制法和转速控制法[1,2,3,4]。
2. 1阀门控制法
在水泵转速保持基本不变的情况下 ( 一般是额定转速) , 根据阀门的开度来控制供水系统流量。该方法指的是: 流量的大小通过改变管路中阻力的大小来控制, 但是不改变水泵自身的供水特性, 从而满足用户的需求。由图1可知, 假设通过减小阀门的开度使到达用户的流量Qx= 60% Qn ( Qn为额定流量) , 此时Q—H特性曲线没有发生变化, 仍然是曲线1, 而曲线3是管阻特性曲线, 曲线1与曲线3的交点E即为供水系统的工作点, 偏离了原先的N点, 此时的流量QE ( 等于Qx) 随之降低, 扬程变为HE, 由公式可知, 供水功率P1与面积ODEJ之间成正比关系。
2. 2转速控制法
在保持阀门开度不变 ( 一般为最大开度) 的情况下, 供水流量的大小可以考虑采用改变水泵的转速来实现, 满足用户对水量不同的需求。水泵的转速发生改变, 管阻特性保持不变, 但Q—H特性曲线会跟着一起发生变化。
假设到达用户的流量为额定流量的60% , 即Qx= 60% Qn, 可以通过降低水泵的转速实现。此时, 管阻特性曲线没有发生改变, 仍然是曲线2, 但是Q—H特性曲线改变为曲线4, 两线的交点在C点, 即工作点移到C点, 其流量大小降到QE ( 等于Qx) , 扬程也降到HC, 此时, 供水功率PC和ODCK面积之间成正比关系。
2. 3两种方法的比较
根据以上的分析可以看出, 阀门控制法和转速控制法两种流量调节的方法存在一定的差别。即如果在用户所需的流量小于给水系统的额定流量 ( Qx< 100% Qn) 的条件下, 采用阀门控制的扬程要比转速控制的扬程大很多。因此, 从所消耗的供水功率上来说, 采用阀门控制的方式要比转速控制的方式大很多。由此可知, 采用变频调速的供水系统具有良好的节能效果。转速控制方式所节约的供水功率等于阀门控制方式与转速控制方式所消耗的供水功率之差 ΔP, 其大小和KCEJ面积之间成正比关系。
2. 4从水泵工作效率看节能
其中, 工作效率 η 分别涉及到供水系统的效率以及水泵自身的效率; 轴功率P2指的是电动机的输出功率; 水泵的有效功率P1指的是水泵的输出功率。
2) 水泵的工作效率相对值 η*用式 ( 2) 表示:
其中, C1, C2均为常数, 它们之间的关系是: C1- C2= 1; Q*为水泵流量的相对值; η*为水泵工作效率的相对值; n*为水泵转速的相对值。
3) 由式 ( 2) 可知, 减小流量可以通过控制阀门的开度来实现, 因为转速不变, 即n*= 1, 则Q*/ n*= Q*, 说明供水系统的流量降低, 则水泵的工作效率也随着显著降低。如果阀门的开度保持不变, 采用转速控制方式来调节流量, 因为流量Q*与转速n*之间成正比关系, 此时Q*/ n*的比值恒定。表明采用转速控制方式来调节供水流量, 可以确保水泵的工作效率一直运行在最佳状态, 其节能效果更优[5,6,7]。
2. 5从电动机的效率看节能
在供水系统设计过程中, 水泵的额定扬程以及额定流量所受的影响因素较多, 比如无法预测用户的管路情况, 难以准确计算管阻特性等, 因此它们所给的裕量较大。这会出现即使在实际用水高峰期时, 电动机功率还是偏大, 导致它的效率和功率因数都偏低[8]。如果采用控制转速, 即把排水阀全部开启, 电动机的转速就能适当降低, 让它在较低的频率工作, 根据负荷的大小来对输入电压进行调节, 就能让电动机的工作效率处于较高值, 从而更好地达到节能的效果。
3水锤效应和水泵的寿命
3. 1水锤效应
异步电动机从启动开始到额定转速运行, 大概只要花费0. 25 s, 在这极短时间内, 管道内的水流量就能够迅速由零增加到额定流量。水在流动过程中具有一定的动量, 并在高压下会产生压缩现象, 所以, 流量在瞬间内的极大变化, 会使管道内的水压过大, 流动过程中对管道造成冲击, 并由于卷入空气而产生空化现象。由于管壁受水压冲击而产生噪声, 好像使用锤子来敲打管道发出的声音一样, 这就是启泵水锤效应。启泵水锤效应将会引起管道产生破裂, 影响正常供水系统的运行, 同时, 启泵水锤效应还会使阀门以及固定件等发生损坏。
3. 2水锤效应的原因分析
异步电动机在启动以及制动过程中所产生的较大转矩是引起水锤效应的根源。图2是异步电动机和水泵在启动过程中的机械特性示意图, 异步电动机在不同频率下的机械特性如曲线1所示, 而水泵的机械特性如曲线2所示, 图2中的阴影部分表示异步电动机与水泵的动态转矩之差T。在异步电动机的运行过程中, 其加速的时间由动态转矩直接决定[9]:
由图2a) 可以看出, 若水泵直接启动, 则异步电动机的运行系统中的转矩 ( 图2a) 中的阴影部分) T非常大。即此时管道壁受水流的冲击非常大, 其水锤效应的影响也比较大, 所以, 要控制好异步电动机在瞬时加速过程中转矩的变化。
3. 3消除水锤效应的措施
若通过转速法来控制流量, 即选择变频调速来调节流量的大小, 如图2b) 所示, 异步电动机的动态转矩的大小将随着其加速过程时间的延长而降低。不同频率下异步电动机的机械特性如曲线1所示, 并且水泵机械特性如曲线2所示, 中间锯齿状线表示的是在不同频率条件下, 电动机的机械特性与水泵机械特性之间的差值, 亦即升速过程中的电动机动态转矩。同理, 在异步电动机停止运行过程中, 可以通过延长降速时间, 从而减小其动态转矩, 尽量消除水锤效应的影响。
3. 4延长水泵寿命的措施
通过采用变频调速之后, 水泵在运行过程中的动态转矩显著降低, 有利于消除水泵的水锤效应的影响, 同时, 可以降低叶片所承受的应力, 减小轴承的磨损, 因此水泵以及管道、阀门供水系统的寿命得到明显提高。
4结语
1) 通过比较分析阀门控制法和转速控制法两种流量控制方法的区别, 指出采用转速控制方式来调节供水流量可以使水泵和电动机的工作效率处于更高的状态, 从而更加节能。
2) 提出消除水锤效应的措施, 采用变频调速技术有利于消除水锤效应, 提高水泵的使用寿命。
参考文献
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变频技术及节能应用 篇6
1.1 速度和频率计算
皮带在正常运转时属于恒转矩负载。工艺要求在转速范围为5-10.5转, 分钟, 我们试选择减速箱变比K1为29.8:l, 链条传动的变速比K2为4:l。
通过计算得:
电动机的最高工作转速:10.5× (K1×K2) =10.5×29.8×4=1251.6转, 分钟
电动机的最低工作转速:5× (KI×K2) =5×29.8×4=596转, 分钟;
电动机的最高工作转速对应的变频器输出电压频率:50×1251.64+1440=43.5 (HZ) ;
电动机的最低工作转速对应的变频器输出电压频率:50×596÷1440=20.7 (HZ) 。
以上选择基本满足生产工艺及电动机散热的要求。
1.2 变频改造主要设备的规格参数
齿轮减速箱:型号为R103YBl32S4, 输出额定转速为48转/分钟, 输出最大转矩为1100 (Nm) 。
电动机:型号为YBl32S-4, 额定电压为380V, 额定电流为11.6 (A) 绝缘等级为F级, 额定功率为5.5 (Kw) , 接法A, 额定转速为1440r/min。
变频器:型号为FRN5.5G11S-4CX, 标准适配电动机5.5KW, 调频范围0.1-40Hz, 频率精度 (模拟设定) 正负0.2%的最高频率。额定容量9.9KVA, 额定输出容量为13A, 输出电压为380v (三相, 50/60HZ) , 逆变器IGBT。
1.3 调速传动装置变频改造的主要使用效果
1.3.1 改革后传动设备构造很简单, 其是使用齿轮带动链条运转, 因此传动精度比很高, 传动安稳, 发出的声音小, 形成的振动幅度夜宵;传动只需要齿轮和链条, 所以消耗的能量也小。
1.3.2 利用变频设备减慢齿轮的速度, 机械产生的磨损不大, 减少了事故发生率, 降低了日常的维护量, 节省了维修成本的付出, 能够提高设备的使用时间。
1.3.3 变频设备能够在既定的范围内随便调节皮带的转动速度, 真正的是无级变速的运行, 达到了生产技术的标准;可以在主调控室经过电脑直接对皮带的运转速度进行调整, 十分简单方便。
1.3.4 电动设备在刚开始启动时动作会很稳定、平和, 不会像改造前启动时对电动设备的冲击力强, 变频设备使用时的稳定、平和能够对机械设施以及电器起到了保护的作用。
2 电气控制系统组成结构及功能原理
电气原理如图1所示。图l中M为主传动电动机, 由变频器 (VVVF) 控制;L为直流电抗器, 用以滤除回路中的高次谐波电流, 改善功率因数, 可使变频器的功率因数提高到0.95;变频的控制端子Cl和I1之间输入4--20mA频率设定电流由DCS提供, 变频器、DCS之间用屏蔽电缆 (RVVP2×1.5平方毫米) 连接, 屏蔽电缆在DCS一端可接地;KAl为运行继电器, 其触点KAl-1通过变频器的FWD和CM端子输入运行指令。KAl-4发出变频器的“运行信号”至DCS, 在计算机屏幕上显示电动机开停状态;KA2为锁定信号继电器, 它将现场操作信号SB的锁定信号送至DCS, 在计算机屏幕上显示操作开关状态;H1为变频运行信号灯。H2为变频故障信号灯, RST为变频器故障复位按钮, 接在变频器的X9和CM控制端子上。以上信号灯和按钮均安装在变频控制柜的柜门上;30A、30B、30C为变频器总报警器输出继电器的常开、常闭触点。接于变频器的外围控制电路中。变频设备发生异常时首先要把KA1开关关闭, 打开H2这个位置的事故指示灯;变频设备的开关主要由两个地方掌控。一个是在设施本身具备的SB操控;另一个是DCS输出继电设备的停止和开始这个两个接触点;设备现场的隔离操作是QS, S是协助隔离开关控制的一个接触点, 在对皮带进行检查维修的时候可以先关闭QS, 这样就可以使电动机停止下来, 并且控制电路也一起关闭, 这样为检修人员提供安全的检修环境。
变频器的主要参数设定:
(1) 频率设定:F01=2, 由C1端子输入来自DCS的4-20mA电流给定频率。
运行操作:F02=I, 由变频外部端子FWD输入运行命令。
(2) 设定的最高频率, 用F03表示等于50赫兹。
(3) 设定的基本频率, 用F04表示等于50赫兹。
(4) 设定的额定电压, 用F05表示等于380伏。
(5) 设定的加速时间, 用F07表示等于10秒, 即从刚开始发动到形成最高频率要用十秒钟的时间。
(6) 设定的减速时间, 用F08表示等于10秒, 即从最高频率慢慢降下来直至停止要用十秒钟的时间。
上面说的第五和第六条的设定主要是为了保护发动机, 不会因为猛开猛停受到损害。
(7) 电子热继电器动作选择:F10=I, 电子热保护动作。为电动机提供热载保护。
(8) 电子热继电器动作值:F11=11.6A选择为电动机的额定电流1 1.6 A。
(9) 电子热继电器热时间常数:F12=5min.即动作值的150%电流连续流过时, 电子热继电器的动作时间为5min。
(10) 再起动:F14=0, 设定的瞬停在起动不动作。当变频器检测到输入端欠电压时。保护功能动作, 停止输出, 监视器显示“LU” (欠电压) 报警。
(11) 载波频率:F26等于5千赫兹, 在现场经过数次的试验对载波频率得出的最高的可行的设定值。如果设置的载波频率太低, 那么变频设备在运行中只要频率一大, 出现的谐波就会大, 形成的损耗以及噪音都会打大, 同时温度升高。如果设定的载波频率太高, 变频设备本身的开关就会因为反作用, 形成高损耗, 并且还会增加电动设备的漏电流, 会对电子仪表设备形成磁干扰。
(12) LCD监视选择:E45=1, 选择设定此参数后, LCD显示器上采用棒图同时显示输出频率值、输出电流值和输出转矩计算值, 读数比较直观。
(13) 电动机极数:POl=4, 电动机为4级。
(14) 电动机容量:P02=5.5KW, 电动机容量为5.5KW。
(15) 电动机额定电流:P03=l1.6A.电动机额定电流为11.6A。
(16) 在冷却风扇的开关处, 变频设备运转的H06等于1时, 变频设备会根据自行感应到自身温度的高低, 对自身的冷却风机进行开关的控制, 这种作用可以减低冷却风扇运转的时间, 增加其使用的时间。
(17) 加速, 减速方式:H07=0, 负载对电动机的起停速度曲线无特殊要求, 可设定为直线。
(18) 节能自动化:H10等于I时的工作状态是进行节能的自动化。当机器运转比较慢的时候, 变频设备会根据自己检测到的状态, 自动的降低电流、电压输出的大小, 达到节能。因为变频设备是使用U/F进行掌控的, 皮带在正常工作中运转比较稳定, 所以要采取这项功能。
3 结束语
我国政府对皮带、风机的改造使用变频设备进行调控完成节能运转工作给予了高度的重视, 也极力的促进其广泛的使用, 在我国节能法中就有提到这项技术并大力推广。经过现场使用得出, 泵类以及风机设施电动机使用变频设备都获得了明显的节能成果, 不仅能够提高设施工作效率, 还达到了生产标准要求, 同时不用维修, 极大的减少了维修、养护的成本, 停产周期的时间也大大的缩短了, 经济利益显著提高, 对于设备的投入在九个月到十六个月中就可以收回。
参考文献
[1]粱南丁.风机、水泵类负载电动机的高效节能运行方式[J].机电产品开发与创新, 2006 (5) .
论变频技术的节能应用 篇7
关键词：变频技术,交流电,调速,节能
变频调速技术是当代电机调速的潮流, 它以体积小、重量轻、精度高、通用性强、工艺先进、保护齐全、可靠性高、操作简单等优点优于以往的变极调速、调压调速、滑差调速、串级调速、整流子电机调速、液力耦合调速, 乃至直流调速等调速方式, 深受钢铁、有色、石油、石化、化工、纺织、机械、电力、建材、煤炭、医药、造纸等行业的欢迎。
变频调速技术的优越性除表现在提高产品质量和产量外;另一重要表现即为节电显著。据统计, 我国的用电量中约有六成是通过电动机消耗的。由于起动、过载、安全系统等原因, 高效的电动机经常在低效状态下运行, 因此其中节能空间巨大, 如采用变频器对交流异步电动机进行变频调速控制, 可使电动机重新回到高效的运行状态, 从而节省大量电能。
1 调频调速原理
(1) 变频节能由流体力学可知:风量Q与转速的一次方成正比例, 压力H与转速的平方成正比, 功率P与转速的立方成正比。即:Q=K1n, H=K2n2, P=K3n3。因此, 如果风机的效率一定, 当要求调节流量下降时, 转速可成正比例下降, 此时风机的轴输出功率是成立方关系下降的。
(2) 功率因数补偿节能无功功率会增加线损和设备的发热, 且功率因数的降低会导致电网有功功率的降低。由公式P=S*COSφ中, Q=S*SINφ, 其中S为视在功率, P为有功功率, Q为无功功率, COS中为功率因数, 可知COS中越大, P越大, 普通水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, COSφ≈1, 从而减少了无功损耗, 增加了电网的有功功率。
(3) 软启动节能由于电机为直接启动或Y/△启动, 启动电流等于4~7倍额定电流, 这样会对机电设备和供电电网造成严重的冲击, 瞬间产生的震动对挡板和阀门的损害极大, 影响设备寿命。而使用变频节能装置后, 利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始, 最大值也不超过额定电流, 减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求, 延长了设备和阀门的使用寿命, 节省了设备的维护费用。由于变频器每千瓦的成本随着其功率增大而减少, 变频调速装置的经济性也随着电机功率的增大而提高。变频调速装置投资回收期为一年左右, 使用寿命约10年。
2 变频调速节能技术
2.1 节能原理
根据流体力学的原理理论, 泵、风机类负载的流量与转速成正比。泵风机类的负载的压力与转速成正比即:=Q (流量) *H (压力) , 可知公式表明, 功率P与转速N的立方成正比。如果水泵的效率一定, 当要求调节流量下降时, 转速N可成比例的下降, 而此时轴输出功率P成立方关系下降。即水泵电机的耗电功率与转速关系近似成立方比的关系。如一台水泵电机功率为55kW, 当转速下降到原转速的0.8时。其耗电量为28.1kW, 节能48.18%。当电动机转速降低时, 电动机输出功率将大幅下降。转速紧下降10%, 功率消耗下降了27.1%。也就是说节省了相当一部分的电费支出。变频调速技术对风机、泵类电动机的节能效果非常明显。
3 变频技术在节能技术领域的应用
当然变频调速的节能效果也视其负载决定, 在恒功率负载时 (即在基频以上工作) , 转矩大致上与速度成反比。而在恒转矩负载 (基频以下工作) 和风机、水泵类负载时, 其节能效果就会凸显出来尤其是对于后者来说, 更是节能调速的最佳方案。
根据流体理论, 离心式风机、水泵的轴功率是转速的三次方函数的关系。根据流体机械的公式为:
即流量与转速成正比, 压力与转速平方成正比, 轴功率与转速的立方成正比, 当所需风量减少, 风机转速降低时, 其轴功率按转速的三次方下降, 理论上如果风量为额定流量的80%, 感应电动机转速控制在额定转速的80%运行, 其轴功率将为额定功率的51%与采用挡板调节相比, 可减少49%的功率。如果流量下降到额定流量的50%时, 感应电动机转速可控制制在额定转速的50%运行, 其轴功率为额定功率的13%, 与采用挡板调节相比, 可减少87%的功率。
根据以上分析, 变频调速技术可应用在矿山、冶金、建材、石油、石化、电力等行业, 因为这些行业皆应用大量的通风机、压缩机、提升机、补水泵、加压泵等设备, 这些设备多数用交流电机驱动, 功率均在几百千瓦以上, 有的高达数千甚至上万千瓦, 消耗电能巨大, 但大部分设备不是工作在额定功率, 经常只有50%至80%的输出, 如采用变频调速技术对其控制, 节能意义不言而谕。另外采用变频调速技术还可减少设备振动, 消除大电机起动的电流冲击, 避免机械震荡, 降低设备故障率, 减轻设备维修工作量。
4 电力电子变频节能技术的优点和前景
4.1 效率高
发电机方案要作电一机一电的变换, 存在传动, 空载损耗, 其效率在满负荷时只能达到70%, 低负荷时不到30%。但变频器仅作电能变换, 即交流一直流一交流的方法, 故效率高达95%, 长期工作时效果更显著。
4.2 适应性好
发电机要根据频率、电压、功率米选择, 变颇器只需按功率来定, 它的频率, 电压均可无级调节, 适应各种新、老砂轮轴的驱动要求。
4.3 加工方便, 通用性强
对各种砂轮轴供电的发电机, 要专门设计、制造、加工复杂周期长、体积笨重, 变频器用电子元件组成电箱, 装配方便, 电路通用, 仅需按功率不同配备不同的功率管就行。
4.4 起制动性瞳好
发电机都是在额定频率、电压起动、起动电流是额定电流的5倍, 对砂轮轴冲击大;变频器是变频、变压, 从小到大同步起动, 起动电流限制在额定电流以内, 升速平稳, 停车时可作能耗制动, 停车时间比发电机快, 同时, 还具有无噪音、无振动、控制方便等优点, 也是发电机无法比拟的。但变颓器也有弱点, 线路复杂, 电子元件有一定的工作环境要求, 如耐冲击性较差等, 因此其稳定性, 可靠性还有待提高。
5 结语
节能降耗是国际大势所趋, 也是我国寻求可持续发展的重要途径。随着电力电子技术、微电子技术与控制理论, 以及电力开关器件的发展, 交流变频技术从理论到实践, 已日益成熟。变频调速以其效率高、范围大、精度高、特性硬、无极调速等优点, 在各种交直流调速系统中已逐渐占主导地位, 尤其是节能技术方面, 变频调速的应用必将不断扩大。
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节能工程中变频技术方案的应用 篇8
1.1 为了满足日常工作的需要, 要针对变频器的相关问题展开分析
低压变频器就是一种400V类型的变频器。所谓的整流就是交流电变为直流电的过程, 这是日常用电中, 比较常见的一种应用模式。在此过程中, 要应用要一种设备, 那就是整流器。我们把直流电到交流电的应用过程中, 称之为逆变。在逆变过程中, 根据其交流电机电压控制模式的差异, 分为电流型及其电压型模式。这是分析变频技术的节能环节的一个必备环节。通过对变频器的相关运作模式的优化, 来满足现实节能工程的发展需要。变频器的输出电压及其电流模式的改变分为不同的方式, 主要有PAM脉冲幅值调制模式及其PWM脉冲宽度控制模式。受到日常的晶闸管换流时间的影响, 其PAW受到相关环节的控制, 比如其工作高频的限制。通过对相关逆变器输出电压环节的控制, 来保证其PWM输出脉冲的幅值的优化, 实现其电压及其输出频率的优化。上述环节的开展, 也需要运用一系列的边坡调速控制设备。交流变频调速控制器是一个应用比较复杂的设备, 其应用的范围是比较广泛的, 目前来说很多的逆变器的运行都需要PWM控制模式的应用。
中高型变频器的应用电压一般高于600V。这种设备的输出电压等级是比较高的, 为了满足日常工作的需要, 要针对这些中高压变频器, 展开高压切入设备的优化应用, 其主要的高压输出模式的开展离不开计算机系统的应用, 在计算机应用过程中, 其精确控制方案的优化, 可以实现其节能工程的内部各个环节的有效协调, 实现其功率优化环节、控制器应用环节等的协调, 促进其高压变频控制环节的稳定开展。这种交流变频调速控制设备需要应用一系列的高新变频调速技术, 比如计算机数据处理技术、光纤通讯技术等, 上文也提高其应用范围是比较广泛的, 在日常的水泵应用行业, 风机行业等都可以看到其电动机设备的影子, 通过对其应用环节的优化, 保证现实难题的解决。
1.2 根据日常的工作需要, 需要将变频器进行分类, 其分为以下几种类型, 静止电源模式及其传动调速模式。
变频传动调速模式的应用, 是为了实现日常相关能源的节约, 这一环节的开展, 离不开对电机调速环节的应用。其通过对相关类型电动机的应用, 实现对控制对象的应用环节的优化。上述环节的开展, 与感应式异步电动机的性能操作是密切相关的。通过一系列的电机转速原理可以得知, 影响电机转速的因素是比较多的, 比如电机定子的旋转磁场, 在实际工作中, 影响电机定子的选择磁场的转速因素也是比较多的, 比如其供电频率、时间常数的变化。通过对电机结构的优化, 我们可以实现其定、转子之间的相关运作模式的分析, 实现对其磁场感应环节、机械惯性环节的深入了解, 从而满足下序环节的工作需要。
通过上述环节, 可以得知转速环节和电机转矩环节是密切相关的。一般来说, 变频调速的功能控制随着输出频率的改变, 也会发生一些细节的变化, 比如其输出电压的降低。在这种情况下, 其转矩相对于输出电压, 形成正比的关系。通过对相关人员的操作行为的优化, 保证其电动机的良好运转, 来满足日常电气调速系统的发展需要。变频传动调速的特点是:不用改动原有设备包括电机本身, 可实现无级调速, 满足传动机械要求;变频器软启、软停功能, 可以避免启动电流冲击对电网的不良影响, 减少电源容量的同时还可以减少机械惯动量, 减少机械损耗。
2 变频控制环节方案的优化
为了满足实际生活的节能的需要, 进行继电设备设计原则的优化是非常必要的, 这样有利于促进电机的功率环节的优化, 使其满足设备的机械功率及其转矩环节的需要。相对于不同程度的负载, 可以进行其电机的输出功率的优化。但是在日常工作中, 电能浪费的现象是比较普遍的, 这与其电机的额外输出功率是有一定关系的。比如风机、水泵等设备的电能的浪费, 其缺乏转速控制方式的优化。并且其电动机的风量及其流量的改变, 通常是利用节流阀进行应用的。这种控制虽然简单易行, 能满足流量要求, 但对电机来讲, 从节省能源的角度来看是非常不经济的。生产中很容易检测出来。这类设备一般都是长时间运行, 甚至很久不停机。在实际检测中发现, 除在极短时间流量最大值外, 近90%时间运行在中等或较低负荷状态, 总用电量至少有40%以上被浪费掉。采用变频调速控制, 对风机、水泵类机械进行转速控制来调节流量的方法, 对节约能源, 提高经济效益具有非常重要意义。
3 风机、水泵的节能措施的实施
通过对流量控制原理的分析, 可以实现其风机水泵节能结构的优化。比如对某个工厂风机散热控制模式的测试研究。因为工厂的冶炼炉是需要根据不同的工作需要, 实现其相关炉底冷却温度匹配的。为了满足工作的需要, 进行大功率的叶轮式的风机的应用, 在其应用过程中, 功率是全开的, 但是其冷却风量的效率是比较低的。在冶炼材料过程中, 其风机全开, 风量是比较高的, 但是如果只开两台风机是难以满足日常工作的冷却需要的。对开一对再侧开一台, 冷却不均、无法满足工艺要求;原设计4台对开风机靠调节挡风板可满足冷却要求, 但对电机来讲, 浪费电能。风板全开时, 运行电流24A, 全关闭时22A, 输入功率从17.0KW-18.5KW变化, 节电率不足8%。针对这一特殊要求制定方案, 对其中两台对开电机进行开环变频调速控制, 配合两台全速风机。
通过对水泵设备节电环节的应用, 来满足设备的节能需要。该环节和风机节能原理类似。其高压变频控制转动设备的开展, 需要一定标准的大容量电机的应用, 一般来说, 其负载率都是比较高的, 也就导致其节能效率的低下。在应用过程中可以发现, 其电机的容量消耗是比较高的, 其用电基数是比较高的, 但是满足了工作中的一些场合的需要。由于高压变频设备自身的应用特点, 其技术比较复杂, 对操作人员的要求是比较高的, 但整体效益还是很可观的。变频控制技术的显性和隐性效益及利弊分析:显性效益就是指节电效益。变频控制传动调速对于负载性质和负载率的不同, 节电率也是不同, 低压变频控制设备, 一般负载率在0.5左右时, 节电率在20-47%左右。比如定量泵注塑机、排污填水池电机、给氧风机等等, 空调水泵基本上平均节电率都在25-60%左右。低压设备变频调速改造投资少、见效快, 投资回报期基本上在一年左右。
通过对其隐性效益的分析, 可以得出一些结论。电机的软起软停的实现, 有利于降低其线路的电力消耗, 一定程度上, 延长了机械的使用寿命, 这就降低了机械设备的维修率。通过对空调水泵的相关环节对于欧化, 有利于降低其故障的发生率, 以满足日常节能效益的提升, 以稳定日常工作的开展。低压变频器输出波型为脉冲形式, 以30KW容量为例, 干扰福射基本在10米之内, 在设计电路中加装陷波电路或磁环或陷波线圈就可以将干扰减少到最少, 一般使用时尽量远离电脑等怕干扰设备, 对于多台集中安装时安装位置要尽量拉开距离, 还需加装陷波电路屏蔽接地, 将干扰减少到最低。
4 结束语
通过对变频技术系统节能环节的优化, 实现其节能性的提升, 促进设备的使用效率, 以满足日常工作的发展需要。
摘要：为了满足日常节能工程的发展需要, 要针对日常的一些节能工程的现实问题展开分析, 通过其变频技术系统的优化, 来保障现实工作难题的解决。我们平常应用的电源就是一种交流电模式, 它的频率是比较固定的, 日常家用电器的应用, 需要利用到一系列的变频技术, 通过使用控制设备, 来保证其输入功率的变化。在实际工作中, 可以通过对设备的变频调速的改变, 实现其输出功率的改变, 以解决实际生活中的电能。
变频技术及节能应用 篇9
摘要：变频调速技术是目前世界上技术先进、性能可靠的交流调速方式。目前变频器虽然在技术和价格上还存在一定难题，随着电力电子技术和变频调速技术的不断发展，变频调速技术在发电厂的应用也将更为广泛，这一技术的推广应用将为火力发电厂在节能降耗、提高经济效益、提高上网电价的竞争力方面发挥巨大的作用。
关键词：变频技术发电厂节能应用
1变频调速系统简介
1.1变频器的产生背景异步电动机是生产企业最主要的动力设备之一。作为高能耗设备，其输出功率往往不能随负荷按比例变化。很多现代工业工程中需要对设备的转速进行控制，例如造纸机转速、水泵转速、风机转速等等。近年来，随着变频器技术的成熟以及变频器应用范围的日益广泛，使用变频器对电动机电源进行技术改造成为十分有前途的事业。变频器可以根据负荷的变化或者控制要求随时改变电动机的转速，从而起到明显的节能效果。目前，这已经成为各企业节能降耗、提高效率的重要手段。
1.2变频器简介目前的变频器主要采用交—直—交方式，先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路主要由整流(交流变直流)、滤波、逆变(直流变交流)、制动单元、驱动单元、检测单元、微处理单元等部分组成。整流部分一般为三相桥式整流器，逆变部分为绝缘栅双极晶体管(IGBT)三相桥式逆变器，且输出为脉宽调制(PWM)波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。
现在，全世界范围内的变频器应用极为广泛。主流的变频器品牌包括：ABB、西门子、丹佛斯、施耐德等，基本上所有著名电气设备厂商都有一系列的产品推出。从产品工艺和应用技术上来看，现在的变频器已经非常成熟。
1.3变频器调速原理变频器通过控制电压和频率来实现调节转速。
电机学中有如下公式：n=60f(1－s)/p
(1)
式中：n—异步电动机的转速；
f—异步电动机的频率；
S—电动机转差率；
P—电动机极对数。
由式(1)可知，转速n与频率f成正比，只要改变频率即可改变电动机的转速，当频率f在0—50Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频调速就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的。实际应用中，如果仅降低频率，电机绕组的电流将会随之增大，特别是当频率降到很低时，该问题就非常突出，电机将被烧坏。所以，为了防止电机烧毁事故的发生，变频器在改变频率的同时必须要同时改变电压。
2发电企业进行变频调速节能改造的意义
现今电力系统改革正在不断深化，厂网分开、竞价上网政策开展实施，降低厂用电率、降低发电成本，提高出厂电价的竞争力，就成为每个电厂的当务之急。现以装机总容量115.5MW(10.5MW×11)的柴油机发电厂为例，对其辅机设备采用变频调速技术改造进行探讨。
该火力发电厂的各种辅助动力设备中，风机、水泵、油泵类负载占绝大部分，整个发电厂最高厂用电负荷记录约为2.5MW，辅助动力设备中主滑油泵总容量为0.99MW(0.09MW×11)，占发电厂厂用电40％，如果能够采用变频调速技术对辅机设备进行节电改造，效果是相当明显的。
3系统现状描述
3.1设备简介在该柴油机发电厂中，主滑油泵是发电机组润滑系统的重要组成部分，在管路固定的情况下，润滑系统的滑油压力为关键受控对象。机组处于运行状态时，滑油压力太低会影响机组润滑效果，对机组运动部件造成损害；滑油压力太高则对过滤器、管道及密封胶圈有破坏作用。润滑系统的主滑油泵为德国莱斯特瑞慈(Leistritz)螺杆泵，由L2型滑油螺杆泵、滑油泵电机(啸驰防爆90kW电机)和相关的机械调压机构等构成。
3.2存在节能空间目前，此润滑系统采用机械调压机构保证机组滑油压力控制在允许的范围内，超出正常范围的压力全部由机械调压机构回流管道排放回油柜，这样一来，电机输出功率的很大一部分被排放掉，浪费了大量能源。根据滑油泵厂家资料显示，滑油泵输出压力设计在0.8MPa，而该发电厂柴油机只需要0.6MPa就可满足工况需要，滑油泵在0.6MPa、运动黏度15mm2/S、温度85％℃寸所需要的功率为48KW，而滑油泵电动机功率为90KW，证明余量很大。咨询生产厂家后得知，设计时选用大功率电动机的原因是由于螺杆泵起动时需要较大扭矩，如果起动方式是直接起动而电机储量不够时易烧毁电机，变频技术在当时还未能推广，故选用大功率电动机来达到工况要求。现在只需要配备比滑油泵功率稍大的电动机，通过变频器实现高起动转矩，并且用平滑无冲击的软起动就可以了。
3.3现有系统的弊端现有系统存在以下弊端：一是直接起动的交流电机因起动电流大(通常为额定电流的5—7倍)，在很短的起动过程中，笼型绕组或阻尼绕组将承受很高的热应力和机械应力，致使笼条(或导条)和端环在很高的应力作用下疲劳断裂；二是直接起动时的大电流还会在绕组端部产生很大电磁力，使绕组端部变形和振动，造成定子绕组绝缘的机械损伤和磨损，导致定子绕组绝缘击穿；三是直接起动时的大电流还会造成铁心振动，使铁心松弛，引起电动机的发热：四是机械调压方式经常导致滑油泵出口压力变化偏大，不符合发电机需要出口压力平稳的技术特点，影响发电机设备寿命。
4改造措施
4.1改造方案①异步电动机采用软起动方式在火力发电厂中，大容量交流异步电动机应用非常广泛，由于直接起动所造成的电动机烧毁和转子断条事故屡屡发生，给主机设备的安全经济运行带来很大的威胁，因此大容量异步电动机采用软起动方式，对于延长电动机使用寿命，减少对电网的冲击，保证正常生产是非常必要的。②在润滑系统中应用变频调速系统在润滑系统中应用变频调速系统，变频器以及配套的控制系统根据滑油压力来调节滑油泵的电机转速，避免了电机频率恒定、满负荷输出而带来的电能浪费。而且，每次起停滑油泵时，变频器使电机按照一定的斜率加速，对电机本身和相关的机械机构的冲击都大大减少，从而延长了设备的使用寿命。
4.2改造所需设备每改造1台机组的滑油系统，就需要配套使用如下设备：1台110KV变频器、断路器、电抗器、综合保护器、变频器柜、变频控制器、2台接触器及相关的通信软件。
4.3控制策略一般情况下，滑油泵电机的进线电源来自变频器，另有旁路电源作为故障备用。当运行人员启动滑油泵时，变频器驱动滑油泵电机以一定斜率增速起动。滑油压力传感器将滑油系统当前的滑油压力数值反馈回变频器系统的控制装置，控制装置根据反馈的压力数值和操作人员预先设定的滑油系统标准压力值进行比较运算，然后变频器向滑油泵电机输出一个特定的频率，使滑油泵电机以适当的转速运转，从而使滑油系统当前的滑油压力数值维持在一个最合适的压力范围内。这样，通过泄压装置回流的润滑油非常
少，避免了能源浪费。
变频器自动调节需要的压力反馈信号从机组的传感器设备中直接获得，控制逻辑由控制设备内部的软件实现，可以通过编程，按照经验值设定调节范围，选择合理的控制参数。基于厂内现有的控制系统，可以使变频系统通过控制网络与其无缝集成，变频系统的参数设定、运行模式选择、起停等既可就地进行操作也可在主控室遥控，运行值班人员可以在主控室的电脑画面上实时监控变频系统状态。
5改造方案的特点
5.1与现有工艺完全配合，无技术风险只改动电气驱动部分，对现有滑油系统工艺无影响，不会因为变频改造而产生任何不可靠因素。当变频系统进行检修时，运行人员只需稍做操作，就可以将系统切换成原来的状态，使原有的机械调节装置能够重新发挥作用，做到了平滑切换、无风险整合。
5.2可靠性好使用国际名牌变频器，技术成熟，类似的解决方案已经得到广泛应用。而且，在参数设置时，充分考虑了广州地区高温、高湿的环境特性，将变频器电流限幅为低于额定电流的状态，以保证设备长期良好运行。除了变频器涉及的基本电气回路外，对厂里的一次回路没有改动，基本不会因为变频系统的安装和运行而对其他系统产生影响，使系统的可靠性进一步提高。
5.3与现有控制系统紧密集成该厂现有的主要控制系统是用于机组控制的控制系统、相关的控制网络及上位机软件系统。改造时，我们将变频系统和现有的控制系统网络集成，使其与机组控制系统直接通信，以实现全自动控制和调节。经过编程和组态，变频系统的相关运行参数可以直接显示到上位机控制软件的监控画面上，不仅便于运行人员监控和遥控，而且便于检修人员维护，管理人员也能够通过远程监控网络了解变频系统的相关信息。
6其他技术细节探讨
6.1相关的传感器和控制系统
变频器自动调节需要的压力反馈信号从机组的传感器设备中直接获得，控制逻辑由控制设备内部的软件实现，可以通过编程，按照经验值设定调节范围，选择合理的控制参数。
6.2远程监控改造中变频器采用施耐德公司产品，与发电机控制系统为同一公司生产，其通信功能易与发电机现有工控网络的控制系统实现无缝集成，直接采集现有滑油系统压力值调节变频器，达到发电机工况要求，避免因另外设点而导致采集值与原值有差异，造成发电机保护误动作或不动作。变频系统的参数设定、运行模式选择、起停等既可就地操作也可在主控室遥控，运行值班人员可以在主控室的电脑画面上实时监控变频系统状态。
6.3高次谐波抑制由于变频器逆变电路的开关特性，对其供电电源形成了一个典型的非线性负载。变频器在现场通常与其它设备同时运行，例如计算机和传感器，这些设备常常安装得很近，这样可能会造成相互影响。谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致，当电流流经负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，从而产生谐波。
在清楚地了解诣波产生的原因之后，治理上可采用无源滤波器、有源滤波器，减少回路阻抗，切断谐波传输路径等方法。现在还出现了无源滤波器(LC滤波器)与有源滤波器互补混合使用的方式，可充分发挥LC滤波器结构简单、易实现、成本低，有源电力滤波器补偿性能好的优点，克服有源电力滤波器容量大、成本高的缺点。两者结合使用，从而使整个系统获得良好的性能，力求将变频器产生的谐波控制在最小范围内，达到科学合理用电，抑制电网污染，提高电源质量的目的。
参考文献：
变频技术及节能应用 篇10
某燃煤电厂是热电联产的热电厂。该电厂目前的总装机容量是27万千瓦, 热电厂中有两台13.5万千瓦机组, 同时有两台480t/h锅炉。随着电煤价格的增加, 发电成本不断升高, 对一次风机进行变频调速的改造, 无疑能够实现提高能源利用率, 达到节能降耗的目的。
1 改造目的及改造原则
1.1 改造目的
根据机械原理, 当改变风机的转速, 风机的运行效率并不会发生大的改变, 风机流量和转速一次方是成正比关系的, 而压力和风机转速平方成正比关系, 风机轴功率和转速三次方成正比关系。如果风机转速下降, 那么轴功率就会基于转速三次方降低, 电机的功率也会随之降低, 因此, 风机节能重要的措施就是调速。变频调速容易控制, 从而能够进行电机转速线性调节。利用对电动机转速的改变, 从而使得送风机, 引风机的风量能够满足锅炉的风压, 氧量, 以及负压等要求。风机节能与性能调节的改造, 能够满足机制整体节能的要求。对于电动机运行来说, 变频调速装置能够使其运行状态得到优化, 从而实现节能。随着控制理论, 计算机技术以及电子器件的发展, 频谱器产品技术日益成熟, 在发电厂的辅机中变频器的应用越来越广泛。
1.2 改造原则
1.2.1 电厂节能改造要基于安全第一的原则。作为发电厂在主要动力源, 辅助电动机的运行必须可靠安全稳定。
1.2.2 电厂节能改造要基于节能降耗的原则。
进行调速改造是要实现节能降耗, 系统节能要达到30%以上, 同时, 能够改善机制性能的控制, 使得机制整体效益得到提高。
1.2.3 电厂节能改造要基于投资回收期短的原则。
节能改造应该满足投入低, 回报高, 投资回收期短的要求。在进行发电厂节能改造时要对经济性进行全面考虑。
1.2.4 电厂节能改造要基于系统改动的原则。
电厂改造工程尽量避免对原有电机的更换, 尽可能降低对系统的改动, 不过出于对电源结构改善, 或者对系统不合理因素进行消除的目的, 可以进行较大改造, 但是必须要满足经济合理的要求。
2 改造方案
2.1 系统方案及逻辑说明
本次配置使用Solid Drive系列高压变频调速装置, 高压变频调速方案为“一拖一”方案, 即一台变频器拖动一台电机的方案, 并且采用手动刀闸旁路切换方案。
一次风机为变频器一拖一驱动方式, 改造后的一次系统说明:6.3kv电源经变频装置输入刀闸到高压变频装置, 变频装置输出经出线刀闸送至电动机;6.3kv电源还可经旁路开关及刀闸直接起动电动机, 其接线图如下:
QF采用现有一次风机高压开关, 手动旁路柜中QS2、QS3采用单刀双投开关, 具有机械闭锁功能, 可靠性最高。根据高压变频运行的可靠性要求, 当变频器发生跳闸时, 从操作规程上来将应该首先检查跳闸的原因是变频器自身的故障还是电机及电缆绝缘发生故障。只有确认是变频器自身的故障时才能采用旁路, 对于电机和电缆绝缘的故障是不允许投旁路运行的。
工作模式:
(1) 电机工频运行:合QS3、QF, 电机工频运行;
(2) 电机变频运行:合QS2、QS1、QF, 电机变频运行;
(3) 变频器故障或检修:分QF、QS1、QS2, 合QS3、QF, 电机工频运行, 变频器被旁路。
连锁方式:
其中QS1、QS2和QS3为手动隔离刀闸, 三把刀闸组切换柜一面, QS2与QS3之间有机械联锁, 切换柜满足“五防”要求。
2.2 回路控制方案
a.以压力、流量为控制对象的闭环控制:以输入的4~20m A模拟量值为控制依据, 实现自动控制。
b.以转速为控制对象的开环控制:该方式在远程操作 (DCS或远程操作箱上操作) 用户可根据工况条件自设定转速, 变频器以该转速为控制值, 该方式下频率的变化依据用户输入的模拟量, 4m A对应0转速, 20m A对应额定转速。
c.以频率为控制对象的开环控制:该方式在就地操作 (设备本体上操作) 直接从触摸屏上设置输出频率, 变频器以该频率为控制目标值。
以上三种控制方式用户可通过人机界面设置, 满足不同的工况要求
3 改造效果
3.1 改造后, 通过对一次风机的变频调速, 使得电动机工作的
频率范围稳定在30Hz~40Hz, 相对于工频运行的50Hz, 风机的转速降低。同时, 由于电机启动时, 其启动速度变慢, 使得风机机械的各个零部件, 轴承, 以及密封等使用寿命增加, 降低了风门磨损, 从而降低了维护的工作量与维修成本。
3.2 电机通过工频方式进行启动, 通常情况下, 启动电压会达
到额定电压的8倍左右, 从而使得电机绕组冲击和热量都大大增加, 从而使得电机的寿命减少。当使用变频启动时, 实现了电机软启动, 同时当电压与频率建立关系之后, 变频器利用矢量控制对负载进行带动, 从而降低了对电网的冲击。
3.3 对一次风机进行变频改造, 使得风压损耗降低, 同时因为
风机驱动电机时处于变频状态, 也就是工作频率发生变化, 从而使得工作频率不会与风道固有共振频率一致, 因此, 能够避免共振现象。
4 结束语
随着我国对节能环保的要求越来越高, 电厂包括引风机, 送风机等在内的连续运行的重要设备的变频调速改造无疑越来越重要。根据实际情况, 在重要设备都配置相应的变频器, 同时为了确保变频器发生故障时, 设备能够正常运行, 进行工频旁路系统的设计。通过对设备变频改造, 无疑对于设备的节能降耗有着深远的意义。
参考文献
[1]董思广, 徐士猛, 岳喜坤.变频技术在热电厂循环泵上的应用及控制[J].中国科技纵横, 2011 (19) :68.[1]董思广, 徐士猛, 岳喜坤.变频技术在热电厂循环泵上的应用及控制[J].中国科技纵横, 2011 (19) :68.
[2]王意兴.变频技术在火电厂凝结水泵的应用[C].全国火电100-200MW级机组技术协会2008年年会论文集, 2008.[2]王意兴.变频技术在火电厂凝结水泵的应用[C].全国火电100-200MW级机组技术协会2008年年会论文集, 2008.
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